Серые чугуны
Для изготовления отливок предусматриваются следующие марки чугуна: СЧ10; СЧ15; СЧ20; СЧ25; СЧ30; СЧ35. Возможно изготовление чугуна марок СЧ18, СЧ21, СЧ24. Условное обозначение марки включает буквы СЧ – серый чугун и цифры, которые указывают наименьшее допустимое значение предела прочности при растяжении в МПа, уменьшенное в 10 раз.
Химический состав серых чугунов приведен в таблице 3. Структура металлической основы серых чугунов зависит от количества углерода и кремния. С повышением содержания этих элементов увеличивается степень графитизации и склонность к образованию ферритной структуры металлической основы. Другим фактором, влияющим на структуру, есть скорость охлаждения чугуна, которая зависит от толщины стенки отливок и материала формы.
Модифицирование в значительной степени уменьшает влияние толщины стенок отливок на структуру и свойства чугуна. При модифицировании устраняется цементитная фаза и образуется небольшое количество изолированных графитных включений средней величины. Для модифицирования используют чугуны с пониженным содержанием углерода и кремния (С = 2,8...3,2%, Si = 1...1,5%). В качестве модификаторов используют ферросилиций, силикокальций, алюминий.
Таблица 3 – Механические свойства и химический состав
серых чугунов
| Марка чугуна | sв, МПа | НВ | С, % | Si, % | Mn,% | P, % | S, % |
| СЧ10 | ³ 100 | £ 190 | 3,5 - 3,7 | 2,2 -2,6 | 0,5 -0,8 | £ 0,3 | £0,15 |
| СЧ15 | ³ 150 | £ 210 | 3,5 - 3,7 | 2,0 -2,4 | 0,5 -0,8 | £0,2 | £0,15 |
| СЧ20 | ³ 200 | £ 230 | 3,3 - 3,5 | 1,4 -2,4 | 0,7 -1,0 | £0,2 | £0,15 |
| СЧ25 | ³ 250 | £ 245 | 3,2 - 3,4 | 1,4 -2,4 | 0,7 -1,0 | £0,2 | £0,15 |
| СЧ30 | ³ 300 | £ 260 | 3,0 - 3,2 | 1,3 -1,9 | 0,7 -1,0 | £0,2 | £0,12 |
| СЧ35 | ³ 350 | £ 275 | 2,9 - 3,0 | 1,2 -1,5 | 0,7 -1,1 | £0,2 | £0,12 |
Примечание. Значения временного сопротивления при растяжении и твердости приведены для отливок с толщиной стенки 15 мм.
Серые чугуны используются в станкостроении для изготовления корпусных деталей, зубчатых колес, станин, а в автомобилестроении – для блоков цилиндров, гильз, поршневых колец, распределительных валов, головок цилиндров, дисков сцепления. Из серых чугунов изготавливают сантехнические и бытовые приборы, радиаторы отопления, элементы печной арматуры и т.п.
1.4.3.3 Высокопрочные чугуны
В их маркировке буквы "ВЧ" обозначают высокопрочный чугун, цифры – наименьшее значение предела прочности при растяжении в МПа, уменьшенное в десять раз. Чем больше прочность высокопрочных чугунов, тем ниже их пластичность.
Механические свойства высокопрочных чугунов представлены в таблице 4. Химический состав высокопрочных чугунов приблизительно следующий: 3,1...3,2% С, 2,6...2,9% Si, 0,6...0,8% Mn, 0,12% Р, 0,03% S, 0.02..0.03% Мg или Си.
Таблица 4 –Механические свойства высокопрочных чугунов
| Марка чугуна | sв, МПа | s0,2, МПа | δ, % | Твердость, НВ |
| ВЧ35 | 140 - 170 | |||
| ВЧ40 | 140 - 202 | |||
| ВЧ45 | 140 - 225 | |||
| ВЧ50 | 153 - 345 | |||
| ВЧ60 | 192 - 277 | |||
| ВЧ70 | 228 - 302 | |||
| ВЧ80 | 248 - 351 | |||
| ВЧ100 | 270 - 360 |
У высокопрочных, по сравнению с серыми чугунами, наблюдаются более высокая жидкотекучесть, низкая усадка (до 1%), более высокий модуль упругости. Обрабатываемость резанием высокопрочного чугуна при эквивалентной твердости выше, чем отливок из серого чугуна. Высокопрочные чугуны имеют удовлетворительную свариваемость.
Чугунные валы из высокопрочных чугунов по сравнению со стальными имеют более высокую циклическую вязкость и лучшие антифрикционные свойства. Они малочувствительны к внешним концентраторам напряжений и более дешевые, чем стальные. Из высокопрочного чугуна изготовляют также валки прокатных станов, детали турбин и др.
1.4.3.4 Ковкие чугуны
Ковкий чугун получают отжигом отливок из белого чугуна, в структуре которых не должно быть следов графитизации. Для обеспечения этого условия белые чугуны в своем составе имеют пониженное количество углерода и кремния по сравнению с серыми и высокопрочными чугунами.
Формирование конечной структуры и свойств отливок из ковкого чугуна проиcходит во время отжига (рис.7). Отливки выдерживаются в печи при температуре 950…1000оС в течение 15-20 часов. При этом происходит превращение цементита в графит и структура после выдержки состоит из аустенита и графита. Этот этап называется первой стадией графитизации.
При последующем медленном охлаждении или выдержке при температурах 700...720°С происходит превращение в графит цементита, входящего в состав перлита, образовавшегося в результате эвтектоидного превращения аустенита (вторая стадия графитизации). Структура чугуна после отжига состоит из феррита и графитных включений и, таким образом, получается ковкий ферритный чугун.
Рисунок 7 – График графитизирующего отжига отливок из белого чугуна для получения ковкого чугуна
В случае быстрого охлаждения с температуры отжига полностью устраняется вторая стадия графитизации и получается ковкий перлитный чугун. Отжиг является продолжительной и дорогой операцией технологического процесса производства отливок из ковкого чугуна.
Существует 11 марок ковких чугунов (табл. 5). Первые четыре марки – с ферритной, последующие семь марок – с перлитной металлической основой. В маркировке буквы КЧ обозначают ковкий чугун, первая цифра определяет минимальное значение предела прочности в МПа, уменьшенное в 10 раз, а вторая – минимальное значение относительного удлинения в процентах.
Недостатком ковкого чугуна, по сравнению с высокопрочным чугуном, является ограничение толщины стенок для отливок из ковкого чугуна и необходимость проведения дорогостоящего отжига.
Таблица 5 – Механические свойства и химический состав ковких чугунов
| Марка чугуна | sв, МПа | δ, % | Твердость, НВ | С, % | Si, % | Mn, % | P,% | S,% |
| КЧ30-6 | 100 - 163 | 2,6-2,9 | 1,0-1,6 | 0,4-0,6 | 0,18 | 0,20 | ||
| КЧ33-8 | 100 - 163 | 2,6-2,9 | 1,0-1,6 | 0,4-0,6 | 0,18 | 0,20 | ||
| КЧ35-10 | 100 - 163 | 2,5-2,8 | 1,1-1,3 | 0,3-0,6 | 0,12 | 0,20 | ||
| КЧ37-12 | 110 - 163 | 2,4-2,7 | 1,2-1,4 | 0,2-0,4 | 0,12 | 0,06 | ||
| КЧ45-7 | 150 - 207 | 2,5-2,8 | 1,1-1,3 | 0,3-1,0 | 0,10 | 0,20 | ||
| КЧ50-5 | 170 - 230 | 2,5-2,8 | 1,1-1,3 | 0,3-1,0 | 0,10 | 0,20 | ||
| КЧ55-4 | 192 - 241 | 2,5-2,8 | 1,1-1,3 | 0,3-1,0 | 0,10 | 0,20 | ||
| КЧ60-3 | 200 - 269 | 2,5-2,8 | 1,1-1,3 | 0,3-1,0 | 0,10 | 0,20 | ||
| КЧ65- 3 | 212 – 269 | 2,4-2,7 | 1,2-1,4 | 0,3-1,0 | 0,10 | 0,06 | ||
| КЧ 70-2 | 241 - 285 | 2,4-2,7 | 1,2-1,4 | 0,3-1,0 | 0,10 | 0,06 | ||
| КЧ80-1,5 | 1,5 | 270 - 320 | 2,4-2,7 | 1,2-1,4 | 0,3-1,0 | 0,10 | 0,06 |
1.4.3.5 Чугуны с вермикулярным графитом
Рассматриваемый чугун разработан и внедрен в 70-х годах прошлого столетия. Соединяет в себе высокие литейные, механические и теплофизические свойства и поэтому применяется для изготовления тонкостенных отливок сложной конфигурации, которые выдерживают значительные тепловые и силовые нагрузки.
В чугунах с вермикулярным графитом структура формируется под действием комплексного модификатора, содержащего магний и редкоземельные металлы. Графит приобретает шаровидную (до 40%) и вермикулярную – в виде мелких тонких прожилок – форму.
Чугуны с вермикулярным графитом маркируются следующим образом: сначала идут буквы ЧВГ (чугун, вермикулярный графит), затем первое число, которое указывает минимальное значение временного сопротивления прочности при растяжении в мегапаскалях, далее второе число, определяющее минимальное значение относительного удлинения в процентах. Например, марка ЧВГ 400-4 означает, что чугун с вермикулярным графитом имеет sв ≥ 400 МПа и δ ≥ 4%.
По механическим свойствам чугуны с вермикулярным графитом занимают промежуточное положение между серыми и высокопрочными чугунами (табл.6). Они прочнее серых чугунов, особенно при циклических нагрузках, отличаются хорошей теплопроводностью, что обеспечивает их стойкость к теплосменам.
Таблица 6 – Механические свойства чугунов с вермикулярным графитом
| Марка чугуна | ЧВГ 300-3 | ЧВГ 350-2 | ЧВГ 400-1,5 | ЧВГ 450-1 |
| sв, МПа | ||||
| δ, % | 3,0 | 2,0 | 1,5 | 0,9 |
1.4.3.6 Антифрикционные и легированные чугуны
Серые, ковкие и высокопрочные чугуны используются как антифрикционные материалы. Находят применение следующие марки чугунов: АЧС-1, АЧС-2, АЧС-4 (перлитная основа, поддаются закалке и нормализации); АСЧ-3 (феррито-перлитная основа, используется без обработки); АСЧ-5 (основа аустенитная, поддается закалке и нормализации); АСЧ-6 (перлитная пористая основа, без обработки); АЧВ-1 (перлитная основа, поддается закалке и нормализация); АЧВ-2 (феррито-перлитная основа, без обработки), АЧК-1 (перлитная основа, поддается закалке и нормализации); АЧК-2 (феррито-перлитная основа, без обработки).
При легировании хромом, кремнием и алюминием чугуны имеют большую жаростойкость. Из легированных чугунов распространены хромистые чугуны ЧХ1, ЧХ2, ЧХ16, 4X28, 4Х32, кремнистые чугуны ЧС5, ЧС13 и алюминиевые чугуны ЧЮХШ, ЧЮ6С5, ЧЮ22Ш, ЧЮ30 (табл. 7).
Таблица 7 – Химический состав легированных чугунов
| Марка чугуна | C, % | Si, % | Cr, % | Другие элементы | Примечание |
| ЧХ22 | 2,4 – 3,6 | 0,2 – 1,0 | 19,0-25,0 | 0,15 - 0,35%Ti | |
| ЧХ32 | 1,6 - 3,2 | 1,5 - 2,5 | 30,0 - 34,0 | 0,1 - 0,3% Ti | Эксп. до 1150оС |
| ЧХ22С | 0,6 - 1,0 | 3,0 - 4,0 | 19,0 - 25,0 | ||
| ЧС5Ш (силан) | 2,7 - 3,3 | 4,5 - 5,5 | Эксп. до 800оС, стоек в атмосферах, содержащих сернистый газ и пары воды | ||
| ЧС15 (ферросилид) | 0,3 – 0,8 | 14,1–16,0 | Для изготовления деталей химической аппаратуры | ||
| ЧЮ22Ш (чугаль) | 1,6 – 2,5 | 1,0 – 2,0 | 19,0–25,0% Al | Эксп. до 1100оС | |
| ЧН15Д7 (нирезист) | 2,2 - 3,0 | 2,0 - 3,0 | 1,5 - 3,0 | 14,0 - 16,0 %Ni, 5,0 - 5,8 %Cu | Для изготовления деталей химической аппаратуры |
Маркируются чугуны буквой Ч, за которой идут буквы, указывающие название легирующих элементов, а затем цифры, определяющие количество этих элементов в процентах. Буква Ш в конце обозначает наличие шаровидного графита.
Дата добавления: 2015-04-07; просмотров: 2136;