Технологія конструкційних матеріалів та матеріалознавство (стр. 20 )

Залежно від форми графіту й умов його утворення розрізняють наступні групи чавунів: сірий – із пластинчастим графітом; високоміцний – з кулястим графітом; ковкий – із пластівчастим графітом.

Схеми мікроструктур чавуну залежно від металевої основи й форми графітових включень представлені на мал.

Найбільш широке поширення одержали чавуни зі змістом вуглецю 2,4…3,8%Чим вище зміст вуглецю, тим більше утвориться графіту й тем нижче його механічні властивості, отже, кількість вуглецю не повинне перевищувати 3,8 %. У той же час для забезпечення високих ливарних властивостей (гарної рідкоплинності) вуглецю повинне бути не менш 2,4 %.

Вплив сполуки чавуну на процес графітизації.

Вуглець і кремній сприяють графітизації, марганець утрудняє графітизацію й сприяє відбілюванню чавуну. Сірка сприяє відбілюванню чавуну й погіршує ливарні властивості, її зміст обмежений – 0,08…0,12% Фосфор на процес графітизації не впливає, але поліпшує рідкоплинність, Фосфор є в чавунах корисною домішкою, його зміст – 0,3...0,8%

Вплив графіту на механічні властивості виливків.

Графітові включення можна розглядати як відповідної форми порожнечі в структурі чавуну. Біля таких дефектів при навантаженні концентруються напруги, значення яких тим більше, ніж гостріше дефект. Звідси треба, що графітові включення пластинчастої форми в максимальній мері розупрочнюють метал. Більше сприятлива пластівчаста форма, а оптимальної є куляста форма графіту. Пластичність залежить від форми в такий же спосіб. Відносне подовження () для сірих чавунів становить 0,5 %, для ковких – до 10 %, для високоміцних – до 15%.

Наявність графіту найбільше різко знижує опір при твердих способах навантаження: удар; розрив. Опір стиску знижується мало.

Позитивні сторони наявності графіту.

·  графить поліпшує оброблюваність різанням, тому що утвориться ламка стружка;

·  чавун має кращі антифрикційні властивості, у порівнянні зі сталлю, тому що наявність графіту забезпечує додаткове змащення поверхонь тертя;

·  через мікропорожнечі, заповнених графітом, чавун добре гасить вібрації й має підвищену циклічну в'язкість;

·  деталі із чавуну не чутливі до зовнішніх концентраторів напруг (виточення, отвору, переходи в перетинах);

·  чавун значно дешевше стали;

·  виробництво виробів із чавуну литтям дешевше виготовлення виробів зі сталевих заготівель обробкою різанням, а також литтям і обробкою тиском з наступною механічною обробкою.

Сірий чавун

Структура не впливає на пластичність, вона залишається надзвичайно низкою. Але впливає на твердість. Механічна міцність в основному визначається кількістю, формою й розмірами включень графіту. Дрібні, завихреної форми лусочки графіту менше знижують міцність. Така форма досягається шляхом модифікування. Як модифікатори застосовують алюміній, силікокальцій, феросиліцій.

Сірий чавун широко застосовується в машинобудуванні, тому що легко обробляється й має гарні властивості.

Залежно від міцності сірий чавун підрозділяють на 10 марок (ДЕРЖСТАНДАРТ 1412).

Сірі чавуни при малому опорі розтяганню мають досить високий опір стиску.

Сірі чавуни містять вуглецю – 3,2...3,5%; кремнію – 1,9...2,5%; марганцю –0,5...0,8%; фосфору – 0,1...0,3%;сірки – < 0,12 %.

Структура металевої основи залежить від кількості вуглецю й кремнію. Зі збільшенням змісту вуглецю й кремнію збільшується ступінь графітизації й схильність до утворення феритної структури металевої основи. Це веде до роззміцнення чавуну без підвищення пластичності. Кращими міцносними властивостями й зносостійкістю володіють перлітні сірі чавуни.

З огляду на малий опір виливків із сірого чавуну що розтягують і ударним навантаженням, варто використовувати цей матеріал для деталей, які піддаються стискаючим або згинаючим навантаженням. У верстатобудуванні це - базові, корпусні деталі, кронштейни, зубчасті колеса, напрямні; в автобудуванні - блоки циліндрів, поршневі кільця, розподільні вали, диски зчеплення. Виливка із сірого чавуну також використовуються в електромашинобудуванні, для виготовлення товарів народного споживання.

Позначаються індексом СЧ (сірий чавун) і числом, що показує значення межі міцності, помножене на СЧ 15.

Високоміцний чавун з кулястим графітом

Високоміцні чавуни (ДЕРЖСТАНДАРТ 7293) можуть мати феритну (ВЧ 35), феритно-перлітну (ВЧ45) і перлітну (ВЧ 80) металеву основу. Одержують ці чавуни із сірих, у результаті модифікування магнієм або церієм (додається 0,03...0,07%від маси виливка). У порівнянні із сірими чавунами, механічні властивості підвищуються, це викликано відсутністю нерівномірності в розподілі напруг через кулясту форму графіту.

Чавуни з перлітною металевою основою мають високі показники міцності при меншому значенні пластичності. Співвідношення пластичності й міцності феритних чавунів - зворотне.

Високоміцні чавуни мають високу межу плинності,

що вище границі текучості сталевих виливків. Також характерна досить висока ударна в'язкість і усталена міцність, при перлітній основі.

Високоміцні чавуни містять: вуглецю – 3,2...3,8%,кремнію – 1,9...2,6%,марганцю – 0,6...0,8%,фосфору – до 0,12 %, сірки – до 0,3 %.

Ці чавуни володіють високої рідкоплинність, лінійна усадка - близько 1%. Ливарні напруги у виливках трохи вище, ніж для сірого чавуну. Через високий модуль пружності досить висока оброблюваність різанням. Мають задовільну зварюваність.

З високоміцного чавуну виготовляють тонкостінні виливки (поршневі кільця), шаботи кувальних молотів, станини й рами пресів і прокатних станів, ізложниці, різцедержавка, планшайби.

Виливка колінчатих валів масою до 2..3 т, замість кутих валів зі сталі, мають більше високу циклічну в'язкість, малочутливі до зовнішніх концентраторів напруги, мають кращі антифрикційні властивості й значно дешевше.

Позначаються індексом ВЧ (високоміцний чавун) і числом, що показує значення межі міцності, помножене на ВЧ 100.

Ковкий чавун

Одержують відпалом білого доевтектичного чавуну.

Гарні властивості у виливків забезпечуються, якщо в процесі кристалізації й охолодження виливків у формі не відбувається процес графітизації. Щоб запобігти графітизації, чавуни повинні мати знижений зміст вуглецю й кремнію.

Ковкі чавуни містять: вуглецю – 2,4..3,0%,кремнію – 0,8...1,4%,марганцю – 0,3...1,0%,фосфору – до 0,2 %, сірки – до 0,1 %.

Формування остаточної структури й властивостей виливків відбувається в процесі відпала, схема якого представлена на мал.

Відпал ковкого чавуну.

Виливка витримується в печі при температурі 950…1000 С у плині 15...20 годин. Відбувається розкладання цементиту: .

Структура після витримки складається з аустеніту й графіту (вуглець відпалу). При повільному охолодженні в інтервалі 760…720oЗ, відбувається розкладання цементиту, що входить до складу перліту, і структура після відпала складається з фериту й вуглецю відпал (виходить феритний ковкий чавун).

При відносно швидкому охолодженні (режим б,) друга стадія повністю усувається, і виходить перлітний ковкий чавун.

Структура чавуну, відпаленого по режиму в, складається з перліту, фериту й графіту відпала (виходить феритно-перлітний ковкий чавун)

Відпал є тривалою 70...80 годин і дорогою операцією. Останнім часом, у результаті вдосконалень, тривалість скоротилася до 40 годин.

Розрізняють 7 марок ковкого чавуну: три з феритною (КЧ 30 - 6) і чотири з перлітною (КЧ 65 - 3) основою (ДЕРЖСТАНДАРТ 1215).

По механічних і технологічних властивостях ковкий чавун займає проміжне положення між сірим чавуном і сталлю. Недоліком ковкого чавуну в порівнянні з високоміцним є обмеження товщини стінок для виливка й необхідність відпалу.

Виливка з ковкого чавуну застосовують для деталей, що працюють при ударних і вібраційних навантаженнях.

З феритних чавунів виготовляють картери редукторів, маточини, гаки, скоби, хомутики, муфти, фланці.

З перлітних чавунів, що характеризуються високою міцністю, достатньою пластичністю, виготовляють качани карданних валів, ланки й ролики ланцюгів конвеєра, гальмові колодки.

Позначаються індексом КЧ (високоміцний чавун) і двома числами, перше з яких показує значення межі міцності, помножене на, а друге - відносне подовження - КЧ 30 - 6. 

Вибілені й інші чавуни

Вибілені - виливка, поверхня яких складається з білого чавуну, а усередині сірий або високоміцний чавун.

У складі чавуну 2,8...3,6%вуглецю, і знижений зміст кремнію –0,5...0,8%

Мають високу поверхневу твердість (950…1000НВ) і дуже високу зносостійкість. Використовуються для виготовлення прокатних валів, вагонних коліс із вибіленим ободом, куль для кульових млинів.

Для виготовлення деталей, що працюють в умовах абразивного зношування, використовуються білі чавуни, леговані хромом, хромом і марганцем, хромом і нікелем. Виливка з такого чавуну відрізняються високою твердістю й зносостійкістю.

Для деталей, що працюють в умовах зношування при високих температурах, використовують високохромисті й хромонікелеві чавуни. Жаростійкість досягається легуванням чавунів кремнієм (5...6 %) і алюмінієм (1...2 %) Корозійна стійкість збільшується легуванням хромом, нікелем, кремнієм.

Для чавунів можна застосовувати термічну обробку.

Лекція

Основи теорії термічної обробки сталі. 

Види термічної обробки металів.

Властивості сплаву залежать від його структури. Основним способом, що дозволяє змінювати структуру, а, отже, і властивості є термічна обробка.

Основи термічної обробки розробив Чернов і вони розвивалися в роботах , , Гуляєва А. П.