високоміцний чавун

високоміцний чавун

Високоміцними називають чавуни, в яких графіт має кулясту форму. Їх отримують модифікування магнієм, церієм, ітрієм, які вводять в рідкий чавун в кількості 0,02-0,08%. За структурою металевої основи високоміцний чавун може бути феритної (допускається до 20% перліту) або перлітним (допускається до 20% фериту). Кулястий графіт є більш слабким концентратором напружень, ніж пластинчастий графіт, тому менше знижує механічні властивості чавуну (рис.8.). Високоміцний чавун володіє більш високою міцністю і деякою пластичністю.

Маркують високоміцні чавуни по ГОСТ 7293-85 буквами ВЧ і двозначним числом, що показує мінімальне значення межі міцності на розтяг в десятках мегапаскалей. Наприклад, високоміцний чавун ВЧ 40 має тимчасовий опір при розтягуванні 400 MПa, відносне подовження — не менше 10%, твердість НВ = 1400-2200 МПа, структура ферито-перлітною. Маркування за попереднім ГОСТу 7293-79 передбачала додаткове зазначення відносного подовження в процентах, наприклад, ВЧ 40-10.

Звичайний склад високоміцного чавуну: 2,7-3,8% С; 1,6-2,7% Si; 0,2-0,7% Мn; £ 0,02% S; £ 0,1% Р.

З високоміцних чавунів виготовляють прокатні валки, ковальсько-пресове обладнання, корпуси парових турбін, колінчаті вали і інші відповідальні деталі, що працюють при високих циклічних навантаженнях і в умовах зношування.

високоміцний чавун

високоміцний чавун

високоміцний чавун

Мал. 8. Мікроструктура високоміцного чавуну на ферритной (а), ферито-перлітною (б) і перлитной (в) основі.

Ковкими називають чавуни, в яких графіт має пластівчасту форму. Їх отримують шляхом спеціального графітізірующего відпалу (томління) виливків з білих доевтектичних чавунів. Виливки завантажують у спеціальні ящики, засипають піском або сталевими стружками для захисту від окислення і виробляють нагрівання та охолодження за схемою (рис.9). При температурі 950 -1000 ° С відбувається графітизація евтектичного і вторинного цементиту (перетворення метастабільного цементиту в стабільний графіт і аустеніт). При другій витримці при температурі 720 — 740 ° С Графітізуючі цементит утворився перліту (іноді замість витримки проводять повільне охолодження від 770 ° С до 700 ° С протягом 30 годин, при цьому відбувається кристалізація за стабільною діаграмі з виділенням вуглецю у вільному стані). В результаті тривалого відпалу весь вуглець виділяється у вільному стані.

Звичайний склад ковкого чавуну 2,4-2,8% С; 0,8-1,4% Si; ≤1% Мп; ≤0,1% S; ≤ 0,2% Р. Структура — феритної або феррито-перлітною (рис.10).

Відсутність ливарних напруг, знятих під час відпалу, сприятлива форма і ізольованість графітних включень обумовлюють високі механічні властивості ковких чавунів.

Маркують ковкие чавуни по ГОСТ 1215-79 буквами КЧ і двома числами, перше з яких — мінімальна межа міцності на розтяг в десятках мегапаскалей, а друге — відносне подовження в%. Наприклад, чавун КЧ 45-6 має тимчасовий опір при розтягуванні 450 МПа, відносне подовження #&48;= 6%, НВ = 2400МПа і структуру — ферит + перліт.

високоміцний чавун

Мал. 9. Схема відпалу білого чавуну на ковкий чавун.

З ковкого чавуну виготовляють деталі високої міцності, що працюють у важких умовах зносу, здатні сприймати ударні і знакозмінні навантаження, в тому числі клапани, муфти, картери редукторів, колінчаті вали та ін.

високоміцний чавун

Рис.10. Мікроструктура ковкого чавуну на ферритной (а) ферріто-перлітною (б) основі.

Прості вуглецеві стали далеко не завжди задовольняють вимогам техніки. У промисловості широко застосовуються леговані стали, які мають високі механічні або особливими фізичними і хімічними властивостями, що придбані після відповідної термічної обробки. Легованими називаються стали, в які для отримання необхідних властивостей спеціально додаються певні кількості необхідних елементів. Для легування стали застосовують хром, нікель, марганець, кремній, вольфрам, ванадій, молібден і інші.

Вивчаючи вплив легуючих елементів на властивості стали, важливо знати взаємодія легуючого елемента з залізом і вуглецем, а також вплив легуючих елементів на поліморфізм заліза та перетворення в сталі при термічній обробці.

Вплив елементів на поліморфізм.

Всі елементи, які розчиняються в залозі, впливають на температурний інтервал існування його поліморфних модифікацій.

Більшість елементів або розширюють область існування #&47;-Модифікація (рис. 2.1а), або розширюють область існування #&45; -Модифікація (ріс.2.1б).

З схематичних діаграм стану залізо — легуючий елемент (рис.2.1) слід, що при утриманні марганцю, нікелю понад певної кількості (c) (рис.2.1) #&47;-стан існує як стабільний від температури плавлення до кімнатної температури. Такі сплави на основі заліза називаються аустенітними. При утриманні ванадію, молібдену, кремнію та інших елементів понад певного значення (d) стійким при всіх температурах є #&45;-стан (ріс.2.1б). Такі сплави на основі заліза називаються Феритний. Аустенітні і ферритні сплави не мають перетворень при нагріванні і охолодженні.

високоміцний чавун

Мал. 11. Схема діаграм стану залізо — легуючий елемент.

Розподіл легуючих елементів в сталях.

У промислових легованих сталях легуючі елементи можуть:

перебувати у вільному стані: свинець, срібло, мідь (якщо її не більше 1%) не утворюють з’єднання і не розчиняються в залозі;

утворювати интерметаллические з’єднання з залізом або між собою при великому вмісті легуючих елементів, зустрічаються, в основному, в високолегованих сталях;

утворювати оксиди, сульфіди і інші неметалеві включення — елементи, що мають більшу спорідненість до кисню, ніж залізо. В процесі виробництва стали такі елементи (наприклад, Mn, Si, Al), введені в останній момент плавки, раскисляют сталь, віднімаючи кисень у заліза. Кількість оксидів, сульфідів та інших неметалевих включень в звичайних промислових сталях невелика і залежить від методу ведення плавки;

розчинятися в цементиті або утворювати самостійні карбідні фази. Карбидообразующих елементами можуть бути елементи, які мають більший, ніж залізо, спорідненість до вуглецю (елементи, розташовані в періодичній системі елементів лівіше заліза): Ti, V, Cr, Mn, Zr, Nb, Mo, Tc, Hf, Ta, W, Re . Зазначені елементи, крім того, що вони утворюють карбіди, розчиняються в залозі. Отже, вони певною пропорції розподіляються між цими двома фазами;

розчинятися в залозі — більшість легуючих елементів. Елементи, розташовані в періодичній системі правіше заліза (Сu, Ni, Сo та ін.) Утворюють тільки розчини з залізом і не входять в карбіди.

Таким чином, легуючі елементи переважно розчиняються в основних фазах залізовуглецевих сплавів — феррите і аустените, а також цементиті або утворюють спеціальні карбіди.

Вплив легуючих елементів на ферит і аустеніт.

Розчинення легуючих елементів в #&45;, G-залозі відбувається шляхом заміщення атомів заліза атомами цих елементів. Атоми легуючих елементів, відрізняючись від атомів заліза розмірами і будовою, створюють в решітці напруги, які викликають зміну її періоду. зміна розмірів #&45;, G-решітки викликає і зміна властивостей фериту і аустеніту. Спотворення решітки призводить до утруднення руху дислокацій. Зазначені фактори викликають зміцнення зване твердорастворним.

Для прикладу на рис.2.2 показано зміна механічних властивостей фериту (твердість, ударна в’язкість) при розчиненні в ньому різних елементів.

високоміцний чавун

Мал. 12. Вплив легуючих елементів на властивості фериту а — твердість; б — ударна в’язкість

Як видно з діаграм, хром, молібден, вольфрам зміцнюють ферит менше, ніж нікель, кремній і марганець. Молібден вольфрам, марганець і кремній знижують в’язкість фериту. Хром зменшує в’язкість значно слабкіше перерахованих елементів, а нікель не знижує в’язкість фериту.

Важливе значення має вплив елементів на порігхладноломкості, що характеризує схильність стали до крихкого руйнування. Наявність хрому в залозі сприяє деякому підвищенню порога хладноломкости, тоді як нікель інтенсивно знижує порігхладноломкості, зменшуючи тим самим схильність заліза до крихким руйнуванням.

Наведені дані відносяться до повільно охолодженим сплавів.

Карбідна фаза в легованих сталях.

У сталях карбіди утворюються тільки металами, розташованими в періодичній системі елементів лівіше заліза. Ці метали мають менше добудовану d-електронну смугу. Чим лівіше розташований у періодичній системі карбидообразующих елемент, тим менше добудована його d-смуга. Разом з тим, численні досліди показують, що, чим лівіше в періодичній системі розташований елемент, тим більше стійкий карбід.

В процесі карбідоутворення вуглець віддає свої валентні електрони на заповнення d-електронної смуги атома металу. Тільки метали з d-електронної смугою, заповненої менше, ніж у заліза, є карбидообразующих; активність їх як карбідообразователей тим сильніше і стійкість утворюються карбідних фаз тим більше, ніж менш добудована d-смуга у металевого атома. Фактично ми зустрічаємося в сталях лише з карбідами шести видів:

Карбіди I групи

де під М мається на увазі сума карбидообразующих елементів.

Карбіди, віднесені до I групи, мають складну кристалічну структуру. Особливість будови карбідів II групи полягає в тому, що вони мають просту кристалічну решітку і кристалізуються зазвичай зі значним дефіцитом по вуглецю. Карбіди II групи важко розчиняються в аустените. Це означає, що при нагріванні (навіть дуже високому) вони можуть не перейти в твердий розчин. Карбіди I групи легко розчиняються в аустените.

Все карбідні фази мають високу температуру плавлення і високою твердістю. Карбіди II групи в цьому відношенні перевершують карбіди I групи.

Порядок розчинення карбідів в аустените визначається їх відносну стійкість, а ступінь переходу в розчин — їх кількістю.

Класифікація легованих сталей.

Леговані стали можуть бути класифіковані за чотирма ознаками: по рівноважної структурі (після відпалу), за структурою після охолодження на повітрі (після нормалізації), за складом і за призначенням.

Класифікація за рівноважної структурі

  1. Доевтектоїдних стали, мають в структурі надлишковий ферит.
  2. Евтектоїдні стали, мають перлитную структуру.
  3. Заевтектоідние стали, мають в структурі надлишкові (вторинні) карбіди.
  4. Ледебуритного стали, мають в структурі первинні карбіди, що виділилися з рідкої фази. В литому вигляді надлишкові карбіди спільно з аустенітом утворюють евтектику — ледебурит, який при куванні або прокатці розбивається на відокремлені карбіди і аустеніт.
  5. Феритні стали.
  6. Аустенітні стали.

Більшість легуючих елементів зрушують точки S і Е (на діаграмі Fе — С) в сторону меншого вмісту вуглецю, тому межа між доевтектоїдної і заевтектоідних сталями, заевтектоідних і ледебуритного — в легованих сталях лежить при меншій змісті вуглецю, ніж в вуглецевих.

Класифікація за структурою після охолодження на повітрі

Виходячи зі структури, що отримується після охолодження на спокійному повітрі зразків невеликої товщини, можна виробити три основні класи сталей: 1. перлітний; 2. мартенситний; 3. аустенітний.

Стали перлітного класу характеризуються відносно малим вмістом легуючих елементів, мартенситного -більш значним і, нарешті, аустенітного — високим вмістом легуючих елементів. Отримання цих класів стали обумовлено тим, що в міру збільшення вмісту легуючих елементів стійкість аустеніту в перлітною області зростає, а температурна область мартенситного перетворення знижується.

Класифікація за складом.

Залежно від складу леговані стали класифікуються як нікелеві, хромові, хромонікелеві і т.п. Класифікаційний ознака — наявність в стали тих чи інших легуючих елементів.

Залежно від кількості легуючих елементів:

  1. низьколеговані — сумарна кількість легуючих елементів не перевищує 3%.
  2. середньолеговані — сумарна кількість легуючих елементів від 3% до 10%.
  3. високолеговані — сумарна кількість легуючих елементів більше 10%, але менше 50%.

188.123.231.15 © studopedia.ru Чи не є автором матеріалів, які розміщені. Але надає можливість безкоштовного використання. Є порушення авторського права? Напишіть нам.

3. Високо-випробувальний чавун

Це вид чавуну по суті також є сірим, але графіт в ньому має не пластинчатую, а майже правильну кулясту форму. Кулястий графіт — менш сильний концентратор напруги, ніж пластинчастий, і тому менше знижує механічні властивості металевої основи. Чавуни з кулястим графітом мають більш високу міцність і деякою пластичністю. Їх отримують модифікування розплаву магнієм. Магній зводять в рідкий чавун перед розливанням в кількості 0,03-0,07%.

Регулюючи склад і умови охолодження, можна отримувати феритної, перлитную або змішану структуру матриць (рис. 4).

Феритні чавуни пластичніші в порівнянні з перлітною, але поступаються їм по міцності, твердості і зносостійкості.

За своїми механічними властивостями (міцності, ударної в’язкості) високоміцні чавуни наближаються до сталей, зберігаючи при цьому хороші ливарні властивості, здатність легко оброблятися різанням, гасити вібрації, високу зносостійкість. З цих чавунів відливають шестерні, циліндри, колінчаті вали, поршні і інші відповідальні деталі, що працюють при високих циклічних навантаженнях і в умовах зношування.

Маркують високоміцний чавун літерами ВЧ і далі йдуть величини межі міцності на розрив (в кгс / мм2) ВЧ 40, ВЧ 45, ВЧ 80 (ГОСТ 7293-85).

високоміцний чавун

Мал. 4 Схема мікроструктури високоміцного чавуну:

а — феритний; б — перлітною-феритний; в — перлітний.

1 — Ферит, 2 — кулястий графіт, 3 — перліт.

4. Ковкий чавун

Ковким називають чавун, в якому виділення графіту мають пластівчасту форму (рис.5).

Такі виділення послаблюють металеву основу менше, ніж пластинчасті, але більше, ніж кулясті. Тому по своїй міцності ковкий чавун займає проміжне положення між сірим і високоміцним. Пластичність ковкого чавуну вище, ніж у сірого, але менше, ніж у високоміцного.

Для отримання ковкого чавуну спочатку отримують виливки білого чавуну, застосовуючи розглянуті вище прийоми, що усувають графітизацію (швидке охолодження, невисокий вміст вуглецю і кремнію). Отримані виливки (структура — перліт + вторинний цементит + ледебурит, див. Рис. 2) піддають спеціальному Графітізуючі випалу. Для цього їх повільно (20-25 год) нагрівають до 930-1000 о С (вище евтектоїдной, але нижче евтектичною температури) і витримують при цій температурі 10-13 ч. У результаті нагрівання отримують аустенит і цементит; останній, проте, є нестійким і при тривалій витримці розпадається на аустеніт і пластівчастий графіт. Далі виливки повільно охолоджують, при цьому відбувається розпад вторинного цементиту, що утворюється графіт приєднується до вже наявного. При температурі трохи нижче евтектоїдной (720-740 о С) проводять другу тривалу витримку, в процесі якої утворився евтектоїдний цементит (цементит, що входить до складу перліту) розпадається, даючи феррит і додаткову кількість графіту. В результаті структура чавуну виходить повністю рівноважної, тобто що складається з фериту і графіту.

Якщо після витримки при 950-1000 о С чавуни охолодити прискорено (наприклад, на повітрі), то графітизація евтектоїдного цементиту не встигне пройти, і металева основа чавуну буде перлитной. Використовуючи проміжний режим охолодження, можна отримати ферритно-перлитную основу.

Ковкі чавуни мають гарний поєднанням міцності і пластичності. При цьому ферритні чавуни мають більш високу пластичність, а перлітні — більш високу міцність, твердість і зносостійкість. Виливки з ковких чавунів застосовують для деталей, що працюють при ударних і вібраційних навантаженнях (картери, редуктори, муфти тощо).

Ковкий чавун маркують буквами КЧ і далі йдуть величини межі міцності на розрив (в кгс / мм 2) і відносного подовження (в%), наприклад, КЧ 35-10, КЧ 60-3.

високоміцний чавун

Мал. 5 Схема мікроструктури ковкого чавуну:

а — перлітною-феритний; б — феритний. 1 — перліт; 2 — пластівчастий графіт; 3 — феррит

Отримання — високоміцний чавун

Отримання високоміцного чавуну полягає в тому, що розплавлений сірий чавун піддається модифікації і феросиліцію, і магнієм. В результаті такого подвійного модифікування графіт в структурі високоміцного чавуну виділяється у вигляді кульових грудочок (фіг. Суттєво те, що така форма графіту виходить в високоміцному чавуні безпосередньо в процесі лиття, тоді як для отримання її в структурі ковкого чавуну потрібно тривалий відпал. Тому високоміцний чавун значно дешевше ковкого. [1]

Для отримання високоміцного чавуну з основою з тонкопластінчатого або навіть сорбітообразного перліту найчастіше легируют чавун хромом і нікелем, які, як відомо, сприяють утворенню високодисперсних евтектоід. [2]

Для отримання високоміцного чавуну з переважно ферритовой структурою; необхідно зниження вмісту марганцю до 0 4% і фосфору до 0 1% у вихідному чавуні. [3]

Для отримання високоміцного чавуну в спеціальній камері в перегрітий до 1400 — 1500 С рідкий сірий чавун в ковші вводять 0 5 — 1 0% Mg і 0 5 — 1 0% феросиліцію. [4]

Існує кілька способів отримання високоміцних чавунів. [5]

Останнім часом розроблений метод отримання нового, високоміцного чавуну з округлим графітом. Перед розливанням рідкий чавун піддається модифікації магнієм. В результаті такого модифікування чавун по структурі графіту і за механічними властивостями перевершує не тільки сірий, але і ковкий чавун. [6]

В останні роки церій застосовують для отримання високоміцного чавуну. При виробництві ковкого чавуну церій поряд зі сфероідізаціей графіту підвищує ударну в’язкість. [7]

Магнієві і церієву лігатури різноманітного складу [19] застосовують для модифікування при отриманні високоміцного чавуну з кулястим графітом. [9]

Заміна ковкого чавуну цим новим матеріалом дає можливість різко скоротити цикл відпалу, і в зв’язку з доступністю отримання високоміцного чавуну практично в будь-якому ливарному цеху розширюється сфера застосування виливків зі властивостями, властивими ковкого чавуну. [10]

До числа найбільш прогресивних технологічних ливарних процесів, розроблених і впроваджених в Радянському Союзі в роки перших індустріальних п’ятирічок, відноситься отримання високоміцного чавуну шляхом модифікування його 75% — ним ферросилицием і силікокальцієм. Ці роботи були успішно проведені на заводі Станколит Г. І. Кльоцкін. [11]

Останнім часом високоміцний чавун починають з успіхом використовувати для таких відповідальних деталей, як колінчаті вали двигунів внутрішнього згоряння, задні мости автомобілів, зубчасті колеса, шатуни і ін. Одержанню високоміцного чавуну сприяє застосування в вагранках кисневого дуття. [12]

Модифікований чавун з пластинчастим графітом отримують обробкою рідкого, порівняно маловуглецевої чавуну Графітізуючі присадками. Отримання високоміцного чавуну з глобулярним графітом пов’язано з обробкою рідкого чавуну, навпаки, з підвищеним вмістом вуглецю і кремнію. [13]

Відомо, що елементи, що збільшують отбеліваемость, можна розташувати в порядку зростання ефективності їх впливу в такий спосіб: Mn, Mo, Sn, Cr, V, S, Ті. Модифікатори, що використовуються для отримання високоміцного чавуну з кулястим графітом, — магній і церій збільшують схильність до відбілювання. [14]

Частинки модифікаторів, будучи додатковими центрами кристал лизации, сприяють роздрібнення графітових включень і наближенню їх форми до форми графіту ковкого чавуну. Кращим модифікатором є магній, який використовується при отриманні високоміцних чавунів. [15]

Сторінки: 9ensp; 9ensp; 1 9ensp; 9ensp; 2

Поділитися посиланням:

Властивості високоміцного чавуну

Високоміцний чавун з кулястим графітом або ВЧШГ — це конструкційний матеріал, що володіє високими властивостями міцності і хорошими експлуатаційними характеристиками. Як відомо, в чавунах форма зерна графіту справляє визначальний вплив на характеристики міцності матеріалу. У високоміцному чавуні ВЧШГ графітні включення мають кулясту форму (кулястий графіт також називають сфероидальним або глобулярним графітом.). Внаслідок чого ВЧШГ за механічними властивостями значно перевершує сірий чавун і успішно конкурує з сталью.Графіт сфероидальной форми має менше відношення його поверхні до об’єму, що визначає найбільшу суцільність металевої основи, а отже, і міцність чавуну. Структура металевої основи чавунів з кулястим (сфероидальним) графітом така ж, як і в звичайному сірому чавуні, тобто, в залежності від хімічного складу чавуну, швидкості охолодження (товщини стінки виливки) можуть бути отримані чавуни з наступною структурою: ферит + кулястий графіт (феритний високоміцний чавун ), Ферит + перліт + кулястий графіт (ферріто-перлітний високоміцний чавун ), Перліт + кулястий графіт (перлітний високоміцний чавун ) .Високопрочний чавун з кулястим графітом вигідно відрізняється від стали хорошими ливарними властивостями (високою жидкотекучестью, малою схильністю до утворення гарячих тріщин, меншою усадкою і т.д.), відносної простотою процесу виплавки і меншою стоімостью.Наіболее часто застосовується для виготовлення виробів відповідального призначення в машинобудуванні, а також для виробництва високоміцних труб (водопостачання, водовідведення, газо-, нафто- проводи). Вироби і труби з високоміцного чавуну відрізняються високою міцністю, довговічністю, високими експлуатаційними свойствамі.Високопрочний чавун (ЧШГ — чавун з кулястим графітом) отримують модифікування рідкими присадками (0,1. 0,5 ° о магнію від маси оброблюваної порції чавуну, 0,2 . 0,3 ° о церію, ітрію і деяких інших елементів). При цьому перед введенням модифікаторів необхідно знизити вміст сірки до 0,02. 0,03%.

Рекомендований хімічний склад високоміцного чавуну (2,7. 3,7% С; 0,5. 3,8% Si) вибирається в залежності від товщини стінок виливка (чим тонше стінка, тим більше вуглецю і кремнію) .Щоб уникнути утворення в високоміцних чавунах ледебуріта, їх піддають Графітізуючі відпалу. Тривалість такого відпалу завдяки підвищеному вмісту Графітізуючі елементів (вуглецю, кремнію) значно коротше, ніж при відпалі білого чавуну.

Властивості високоміцного чавуну

Властивості високоміцних чавунів дуже різноманітні, однак відмінною рисою таких чавунів є поєднання хороших ливарних властивостей і високих характеристик міцності. До властивостей високоміцного чавуну відносяться також: хороша обробка різанням, висока пластичність, низька чутливість до концентраторів напруги, стійкість до циклічних нагрузкам.Літейние властивості високоміцного чавуну, зокрема ВЧШГ: висока текучість, мала схильність до утворення гарячих тріщин, мала усадка.Требованія до механічних властивостями високоміцного чавуну регламентовані стандартом ГОСТ 7293-85 (СТ РЕВ 4558-84) .Структура високоміцного чавуну складається з металевої основи (ферит, перліт) і включень гр фіта кулястої форми. Кулястий графіт, що має мінімальну поверхню при даному обсязі, значно менше послаблює металеву основу, ніж пластинчастий графіт, і не є активним концентратором напряженій.Феррітние чавуни мають сто, 2 = 220. 310 МПа, 5 = 22. 10 "/ О, 140. 225 НВ, перлітні-АТ, 2 = 370. 700 МПа, 5 = 7. 2% і 153. 360 НВ. Марки високоміцних чавунів згідно ГОСТ 7293-85 складаються з літер «ВЧ» і цифр, відповідних мінімальній межі міцності при розтягуванні Ста, МПа / 10: ВЧ35, ВЧ40, ВЧ45 — ферритні чавуни; ВЧ50, ВЧ60, ВЧ70, ВЧ80, ВЧ 100-перлітні чугуни.Високопрочние чавуни мають гарні ливарні і споживчими властивостями (різанням, здатність гасити вібрації, висока зносостійкість і ін.) Властивостями. Вони використовуються для масивних виливків замість сталевих литих і кованих деталей — циліндри, шестерні, колінчаті і розподільні вали і ін.

Для підвищення механічних властивостей (пластичності і в’язкості) і зняття внутрішніх напружень виливки піддають термічній обробці (відпалу, нормалізації, загартуванню та відпуску). Рекомендується піддавати чавунні вироби об’ємної закалке.Образованіе мелкоігольчатого мартенситу в загартованому поверхневому шарі виробів підвищує їх зносостійкість в три і більше разів. Для підвищення зносостійкості застосовується також азотування (або азотування з наступним «обдування дробом»), при якому в поверхневих шарах виробів створюються сприятливі стискають напруги.

Підвищені механічні властивості чавуну (табл. 1) з кулястим графітом дозволяють використовувати його для виготовлення виробів відповідального призначення: робочих деталей насосів високого тиску, деталей турбін, що працюють в умовах ударних і знакозмінних навантажень, клапанів, шатунів, прокатних валків і ін. Температура плавлення високоміцного чавуну-1150- 1200 ° С.

Високоміцні чавуни (ГОСТ 7293-85) (табл.1)

Межа міцності при розтягуванні, кгс / мм2

високоміцний чавун

високоміцний чавун

Високоміцний чавун відрізняється тим, що його високі механічні властивості обумовлені кулястим графітом, який в меншій мірі, ніж пластинчастий графіт в СЧ, послаблює робочий перетин матриці і, що ще важливіше, не робить на неї сильного надрезивающего дії, внаслідок чого навколо сфероидов графіту в меншій ступеня створюються концентрації напружень. Крім того, деякі марки цього чавуну мають також високу зносостійкість і хороші корозійну стійкість, теплостійкість, жаростійкість, холодостійкість, антифрикційні властивості і оброблюваність і можуть піддаватися зварюванні і автогенної різанні.

Вельми важливо також, що високоміцний чавун має добрі ливарні властивості: високу, малу величину, незначну схильність до утворення гарячих тріщин. Разом з тим його схильність до утворення усадочних раковин і ливарних напруг вище, ніж у сірого чавуну, і знаходиться на рівні стали або ковкого чавуну.

Найбільш важливим для механічних властивостей високоміцного чавуну є отримання графіту правильної кулястої форми, хоча в деяких випадках допустимо графіт змішаної форми. Правильна куляста форма графіту залежить від ряду факторів (склад металу, умови модифікування, шихтові матеріали та інші умови плавки), але в першу чергу вона пов’язана з вмістом залишкового Mg, Се або інших сфероідізаторов.

Значні труднощі представляє отримання найвищої марки чавуну — ВЧ 120-4. Можна вказати на доцільність ведення плавки (і при цьому переважно в електропечах) із застосуванням шихт з високим вмістом стали або виплавки чисто синтетичного чавуну з додатковим легуванням молібденом й кількості 0,2 — 0,4% і введенням при модифікуванні комплексних модифікаторів.

Високоміцний чавун за складом є одним з основних факторів, що визначають механічні властивості ВЧШГ.

Вуглець в високоміцному чавуні, на противагу СЧ, не треба підтримувати; на низькому рівні для отримання високих механічних властивостей. Навпаки, він зазвичай витримується для високих марок в межах 3,2 -3,6%, що полегшує процес отримання металу в вагранках.

Кремній значно впливає як на структуру, так і на механічні властивості ВЧШГ, і практично регулювання кількості фериту в ВЧШГ в сирому стані здійснюють підбором змісту кремнію в металі. Марганець надає на структуру ВЧШГ вплив, протилежне впливу кремнію, зменшуючи кількість фериту і збільшуючи кількість перліту. Тому для отримання високої пластичності вміст марганцю не повинно перевищувати 0,4%.

Фосфор робить досить істотний вплив на структуру і властивості ВЧШГ, утворюючи ФЕ і знижуючи подовження і ударну в’язкість тому його масова частка не повинна перевищувати 0,1% і навіть, якщо можливо, має бути нижче, особливо в товстостінних виливок, де широко розвивається його ізоляція. Вміст сірки у вихідному рідкому чавуні до модифікування має перебувати на низькому рівні (не вище 0,02% або навіть нижче), так як вона ускладнює процес модифікування і отримання ШГ і знижує механічні властивості ВЧШГ внаслідок утворення сфероідізаторамі сульфідів.

Мідь в кількості більше 2,0% перешкоджає утворенню ШГ, а при наявності Ti > 0,04% навіть при 1% Сі утворюється ПГ. Крім того, Сі вже в кількості 1,0% — 1,5% призводить до утворення перліту, підвищуючи міцність чавуну і знижуючи його пластичність. Алюміній, подібно міді, робить шкідливий вплив на ВЧШГ, сприяючи утворенню ПГ вже при вмісті 0,2% і особливо при 0,25 — 0,6% і повільному охолодженні виливків.

Нікель сприяє збільшенню кількості перліту в високоміцному, як і в сірому чавуні. Нікель і молібден в ВЧШГ при спільному легуванні сприяють утворенню бейнітною і мартенситной структур в сирому стані. Нікель і марганець в ВЧШГ при спільному легуванні (до 2 і 3,5% відповідно) дозволяють отримувати конструкційний чавун з підвищеними значеннями зносостійкості і кавитационной стійкості.

Магній і церій, що застосовуються як сфероідізатори, зазвичай залишаються в ВЧШГ в кількості не менше 0,03 і 0,02% відповідно, в іншому випадку графіт кристалізується в кулястої формі тільки частково, внаслідок чого механічні властивості високоміцного чавуну знижуються.

Фізичні властивості ВЧШГ представлені в табл. 1.2.

високоміцний чавун

Таблиця 1.22. Фізичні властивості ВЧШГ.

Зносостійкість є позитивною особливістю ВЧШГ тому цей високоміцний чавун часто застосовується для виготовлення деталей, що працюють в умовах абразивного зносу і тертя при високих питомих тисках і утрудненою мастилі. Найбільш сприятливою в цьому випадку матрицею нелегованого ВЧШГ є перлитная, що характеризується меншим зносом і меншим коефіцієнтом тертя.

До числа важливих властивостей нелегованого або слаболегірованних ВЧШГ відносяться, крім високих механічних, антифрикційні властивості, які проявляються при роботі деталей в умовах тертя в підшипниках. Матеріал, який працює в таких умовах, крім високої зносостійкості, повинен володіти рядом інших властивостей, до числа яких відносяться: низький коефіцієнт тертя, висока теплопровідність, що перешкоджає підвищенню температури на поверхні тертя, добре обробляється, хороша прірабативаемость, здатність утримувати мастило в вигляді безперервної плівки, відсутність заїдання і т. п.

За герметичності ВЧШГ значно перевершує СЧ внаслідок відсутності графитной пористості і тому є сприятливим матеріалом для виливків, що працюють під великим тиском (400 кгс / см 2 і більше). Це дозволяє використовувати його для виробництва деталей дизелів, насосів, гідравлічних і газових установок.

Корозійна стійкість високоміцного чавуну вельми висока: не нижче, ніж у СЧ, і значно вище, ніж у вуглецевої сталі. При корозії високоміцного чавуну дуже швидко утворюється поверхневий окислений шар, який міцно зчеплений з матрицею і перешкоджає подальшому розвитку корозії, на відміну від сталі, на поверхні якої утворюється легко відшаровуються шар, що не перешкоджає подальшому поширенню корозії. Особливо велика корозійна стійкість ВЧШГ в атмосферних умовах, що найбільш помітно при впливі морської атмосфери, коли високоміцний чавун перевершує навіть МЕДІСТІМ сталь. Кавітаційна стійкість ВЧШГ значно вище, ніж у СЧ, причому при перлитной структурі вона більше, ніж при ферритной.

Жаростійкість високоміцного чавуну вище, ніж у СЧ, внаслідок меншого окислення металу по межах роз’єднаних включень графіту і зменшення росту, що особливо помітно при високих температурах. При температурах до 400 — 500 ° С явище зростання в високоміцному чавуні практично не спостерігається, а механічні властивості чавуну при цих температурах знижуються незначно.

Ливарні властивості ВЧШГ значно відрізняються від відповідних властивостей інших чавунів.

Високоміцний чавун по усадки значно відрізняється від усадки СЧ, що є основною причиною великої схильності його до утворення усадочних дефектів, хоча по усадки в рідкому стані ВЧШГ не відрізняється від СЧ. Загальна усадка ВЧШГ практично менше, ніж у СЧ, але різниця ця порівняно невелика і виготовлення моделей і стрижневих ящиків часто проводиться із застосуванням тих же усадочних масштабів, що і для СЧ.

Завдяки високим показникам і хорошому поєднанню міцності, експлуатаційних, фізичних і технологічних властивостей ВЧШГ знаходить дуже широке застосування у всіх галузях промисловості. Як показує зарубіжний і вітчизняний досвід, їм у багатьох випадках замінюють сталеве лиття, сталеві поковки, ковкий і сірий чавуни.

Перевагою ВЧШГ перед сталлю є менша щільність, а значить, і менша маса, яка ще більше знижується в зв’язку з тим, що з цього чавуну можна відливати більш тонкостінні деталі завдяки його більш високій жидкотекучести.

Важливою перевагою в цьому відношенні є також більш низька температура плавлення (приблизно на 300 ° С), що полегшує і здешевлює процес плавки. Крім того, значно спрощується і здешевлюється виготовлення ливарних форм, так як не потрібні дорогі формувальні матеріали, спеціальна кераміка для літників і т. П.
Великою перевагою ВЧШГ є також його більш сприятливі ливарні властивості, в тому числі менша ливарна усадка і відповідно менша схильність до утворення гарячих тріщин, а також бблипая циклічна в’язкість і більш високі значення службових властивостей (зносостійкість і антифрикційні властивості, жаростійкість, оброблюваність і ін.) , як це було зазначено вище.

Високі значення механічних властивостей ВЧШГ дають також можливість замінювати їм сірий чавун, причому можливі зменшення товщини стінок і зниження маси виливків.

По всіх вказаних причин ВЧШГ застосовується в даний час для великої номенклатури деталей відповідального призначення масою від кількох кілограмів до кількох тонн для роботи при високих статичних, ударних і циклічних навантаженнях в умовах зносу, а також і при впливі агресивних середовищ і високих температур.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *