Высокопрочный чугун с шаровидным графитом.
Высокопрочные чугуны (ГОСТ 7293) могут иметь ферритную (ВЧ 35), феррито-перлитную (ВЧ45) и перлитную (ВЧ 80) металлическую основу. Получают эти чугуны из серых, в результате модифицирования магнием или церием (добавляется 0,03…0,07% от массы отливки). По сравнению с серыми чугунами, механические свойства повышаются, это вызвано отсутствием неравномерности в распределении напряжений из-за шаровидной формы графита.
Высокопрочный чугун – чугун, в котором графит имеет шаровидную форму (рис. 1.10).
А б
Рис.2.13. Структура высокопрочного чугуна: а – ферритный, б – перлитный (x100;травление 4 % -ным спиртовым раствором азотной кислоты)
Его получают путем модифицирования в ковше жидкого чугуна, не отличающегося по составу от серого (3,0-3,6 % С; 2,0-3,1 % Si), церием или магнием (0,03-0,07 %) или магниевой лигатурой (20 % Mg + 80 % Ni).
По структуре высокопрочный чугун разделяют на ферритный и перлитный (рис. 2.13).
Шаровидный графит, имеющий минимальную поверхность при данном объеме, значительно меньше ослабляет металлическую основу (по сравнению с пластинчатой). Прочностные свойства этих чугунов наиболее высокие. Высокопрочные чугуны не уступают в прочности углеродистым конструкционным сталям, подвергаемым термической обработке. Пластичность этих чугунов удовлетворительная, но несколько уступает стали.
Для повышения механических свойств высокопрочные чугуны нередко подвергают термической обработке. Высокопрочные чугуны обозначаются (маркируются) буквами ВЧ и числом, показывающим предел прочности sВ. Высокопрочные чугуны широко применяются в автостроении и дизелестроении: коленчатые валы, крышки цилиндров и др.; в прокатных станах – прокатные валки и др.; в химической и нефтяной промышленности – корпуса насосов, вентили и т.п.
Механические свойства и назначение высокопрочных чугунов приведены в таблице 1.4.
Таблица 1.4
Механические свойства высокопрочных чугунов
(ГОСТ 7293-85)
| Марка чугуна | σв, МПа | σ0,2, МПа | δ,% | Твердость, НВ, |
| Не менее | ||||
| ВЧ35 | 140-170 | |||
| ВЧ40 | 140-202 | |||
| ВЧ45 | 140-225 | |||
| ВЧ50 | 153-345 | |||
| ВЧ60 | 192-277 | |||
| ВЧ70 | 228-302 | |||
| ВЧ80 | 248-351 | |||
| ВЧ100 | 270-360 |
Чугуны с перлитной металлической основой имеют высокие показатели прочности при меньшем значении пластичности. Соотношение пластичности и прочности ферритных чугунов - обратное.
Высокопрочные чугуны обладают высоким пределом текучести,
,
что выше предела текучести стальных отливок. Также характерна достаточно высокая ударная вязкость и усталостная прочность,
,
при перлитной основе.
Высокопрочные чугуны содержат: углерода – 3,2…3,8 %, кремния – 1,9…2,6 %, марганца – 0,6…0,8 %, фосфора – до 0,12 %, серы – до 0,3 %.
Эти чугуны обладают высокой жидкотекучестью, линейная усадка – около 1%. Литейные напряжения в отливках несколько выше, чем для серого чугуна. Из-за высокого модуля упругости достаточно высокая обрабатываемость резанием. Обладают удовлетворительной свариваемостью.
Из высокопрочного чугуна изготовляют тонкостенные отливки (поршневые кольца), шаботы ковочных молотов, станины и рамы прессов и прокатных станов, изложницы, резцедержатели, планшайбы.
Отливки коленчатых валов массой до 2..3 т, взамен кованых валов из стали, обладают более высокой циклической вязкостью, малочувствительны к внешним концентраторам напряжения, обладают лучшими антифрикционными свойствами и значительно дешевле.
Обозначаются индексом ВЧ (высокопрочный чугун) и числом, которое показывает значение предела прочности, умноженное на 
ВЧ 100.
Ковкий чугун
Получают отжигом белого доэвтектического чугуна.
Ковкий чугун имеет в структуре графит хлопьевидной формы (рис. 2.14) и в связи с этим характеризуется высокой пластичностью.
а б
Рис. 2.14. Структура ковкого чугуна: а – ферритный; б – перлитный (x200; травление 4 % - ным спиртовым раствором азотной кислоты)
Детали из ковкого чугуна получают из отливок белого доэвтектического чугуна (2,4-3,4 % С) путем длительного отжига – томления, поэтому графит ковких чугунов носит название углерод отжига. Отливки должны быть сравнительно небольшими (толщина сечения не должна превышать 40-50 мм), чтобы исключить графитизацию сердцевины при медленном охлаждении массивной детали.
По структуре металлической основы ковкие чугуны бывают ферритными и перлитными.
Отливки из белого чугуна, предназначенные для отжига на ковкий чугун, упаковывают в специальные ящики. Первый этап отжига при температуре 950…970 °С обеспечивает распад цементита, входящего в состав ледебурита, и получение перлитного ковкого чугуна. Получение ферритного ковкого чугуна обеспечивается последующим понижением температуры до 720…740 °С и длительной выдержкой в указанных условиях, во время которой происходит распад цементита перлита с образованием феррита и графита (рис.1.15).
Рис. 1.15. Схема отжига белого чугуна на ковкий,
ферритный и перлитный чугуны
Процесс протекает очень медленно (до 100 часов) и зависит от структуры отливки и ряда технологических факторов. Для ускорения отжига часто чугун модифицируют (алюминием, бором и т.п.), что позволяет сократить время отжига на ферритный ковкий чугун до 24-60 часов.
Ковкие чугуны обозначаются символом КЧ, после которого указывается предел прочности sв и относительное удлинение d : КЧ55-4.
Внутренние напряжение в ковком чугуне полностью снимаются во время отжига.
Таблица 1.5
Механические свойства и химический состав ковких чугунов
| Марка чугуна | σв, МПа, | δ,% | Твердость НВ, (кгс/мм2) | С, % | Si, % | Mn, % | P | S | |||||||||||
| Не менее | Не более, % | ||||||||||||||||||
| Ферритные | чугуны | ||||||||||||||||||
| КЧ 33-8 | 100-163 | 2,6-2,9 | 1,0-1,6 | 0,4-0,6 | 0,18 | 0,20 | |||||||||||||
| КЧ 37-12 | 110-163 | 2,4-2,7 | 1,2-1,4 | 0,2-0,4 | 0,12 | 0,06 | |||||||||||||
| Перлитные | чугуны | ||||||||||||||||||
| КЧ 55-4 | 192-241 | 2,5-2,8 | 1,1-1,3 | 0,3-1,0 | 1,10 | 0,20 | |||||||||||||
| КЧ 65-3 | 212-269 | 2,4-2,7 | 1,2-1,4 | 0,3-1,0 | 0,10 | 0,06 | |||||||||||||
Ковкие чугуны содержат: углерода – 2,4…3,0 %, кремния – 0,8…1,4 %, марганца – 0,3…1,0 %, фосфора – до 0,2 %, серы – до 0,1 %.
Отливки выдерживаются в печи при температуре 950…1000 
С в течении 15…20 часов. Происходит разложение цементита: 
.
Структура после выдержки состоит из аустенита и графита (углерод отжига). При медленном охлаждении в интервале 760…720oС, происходит разложение цементита, входящего в состав перлита, и структура после отжига состоит из феррита и углерода отжига (получается ферритный ковкий чугун).
При относительно быстром охлаждении вторая стадия полностью устраняется, и получается перлитный ковкий чугун.
Отжиг является длительной 70…80 часов и дорогостоящей операцией. В последнее время, в результате усовершенствований, длительность сократилась до 40 часов.
По механическим и технологическим свойствам ковкий чугун занимает промежуточное положение между серым чугуном и сталью. Недостатком ковкого чугуна по сравнению с высокопрочным является ограничение толщины стенок для отливки и необходимость отжига.
Отливки из ковкого чугуна применяют для деталей, работающих при ударных и вибрационных нагрузках.
Из ферритных чугунов изготавливают картеры редукторов, ступицы, крюки, скобы, хомутики, муфты, фланцы.
Из перлитных чугунов, характеризующихся высокой прочностью, достаточной пластичностью, изготавливают вилки карданных валов, звенья и ролики цепей конвейера, тормозные колодки.
Обозначаются индексом КЧ (высокопрочный чугун) и двумя числми, первое из которых показывает значение предела прочности, умноженное на , а второе – относительное удлинение - КЧ 30 - 6.
Дата добавления: 2017-01-13; просмотров: 5195;