ОБЩЕЕ ЗНАКОМСТВО С МЕТАЛЛИЧЕСКИМИ СПЛАВАМИ
(ЧУГУНЫ, ЦВЕТНЫЕ СПЛАВЫ)
Цель работы: ознакомиться с классификацией, маркировкой и назначением чугунов и основных цветных сплавов.
Общие сведения
Чугунами называют сплавы железа с углеродом, содержащие более 2,14% С. На практике содержание углерода в чугунах изменяется в пределах 2,4 - 4,0%. Чугуны широко используются в машиностроении как сплавы для литья, т.к. имеют высокие литейные свойства, которые оцениваются жидкотекучестью, усадкой, а также склонностью к образованию пористости, ликвации, горячих и холодных трещин. Так же, как и в сталях, в чугунах присутствуют Mn, Si, S и Р, однако их влияние на свойства чугунов отличается от их влияния на свойства сталей: Mn препятствует процессу графитизации и повышает способность чугуна к отбелу; Si способствует процессу графитизации, имеет такое же значение, как замедление скорости охлаждения; S – нежелательная примесь, т.к. снижает жидкотекучесть сплава, сильно тормозит процесс графитизации, ухудшает механические свойства чугуна и способствует его отбеливанию; Р повышает жидкотекучесть сплава, не оказывает влияния на процесс графитизации.
Классификация чугунов по состоянию углерода
Углерод в чугунах может находиться либо в связанном состоянии в виде цементита Fe3C, либо в свободном состоянии в виде графита.
Белый чугун представляет собой сплав, в котором весь углерод находится в связанном состоянии в виде цементита Fe3C и других карбидов, степень графитизации равна нулю. Такой чугун в изломе имеет матово-белый цвет. Белый чугун получают в результате быстрого охлаждения жидкого расплава, вследствие низких механических свойств и хрупкости он имеет ограниченное применение для деталей простой конфигурации, работающих в условиях повышенного абразивного износа. В результате отжига из белого чугуна можно получить ковкий чугун.
|
|
К чугунам, в которых практически весь углерод находится в свободном состоянии, относятся серый, высокопрочный и ковкий чугуны. Эти сплавы различаются между собой условиями образования графитных включений и их формой, что отражается на механических свойствах отливок.
Классификация чугунов по форме графитных включений
Серые чугуны получают при медленном охлаждении жидкого расплава. В серых чугунах большая часть углерода находится в свободном состоянии в виде пластинчатого графита. Пластинки графита разрезают металлическую основу чугуна. Поэтому серый чугун хрупок и не может подвергаться пластической деформации. Как и все чугуны, этот чугун предназначается для фасонных отливок. Чем больше свободного графита и чем крупнее эти пластинки, тем ниже механические свойства чугуна. В серых чугунах обычно содержится 2,6‑3,8% С; 1,2‑3,5% Si; 0,3‑1,0% Мn, а также до 0,12% S и до 0,2% Р. Механические свойства серого чугуна можно улучшить, если перед заливкой в форму ввести в него небольшое количество (до 0,2%) силикокальция или ферросилиция (модификаторов), которые оказывают влияние на величину, форму, характер распределения и количество графита.
В зависимости от механических свойств ГОСТ 1412-85 предусматривает следующие марки серого чугуна: СЧ00, СЧ10, СЧ15... СЧ35. СЧ означает серый чугун, число показывает предел прочности на растяжение σв, МПа. Так, для СЧ20 предел прочности на растяжение составляет от 200 до 250 МПа. Серые чугуны в зависимости от механических характеристик применяются для изготовления строительных колонн, фундаментных плит, станин мощных станков и механизмов, литых деталей сельскохозяйственных машин, станков, автомобилей, тракторов, т.е. крупных отливок, не испытывающих ударных нагрузок.
|
|
В высокопрочных чугунах графит имеет шаровидную форму. Благодаря такой форме графита эти чугуны имеют более высокую прочность и пластичность. Шаровидная форма графита достигается присадкой в жидкий чугун небольших количеств магния (0,03‑0,07%) с последующим медленным охлаждением. Обычный состав чугуна: < 3,3% С; 2,2‑2,5% Si; 0,5‑0,8%Мn; < 0,14% S и 0,2% Р. ГОСТ 7293-85 устанавливает следующие марки чугуна: ВЧ35, ВЧ40, ВЧ45, ВЧ50... ВЧ100. ВЧ означает высокопрочный чугун, число - предел прочности при растяжении σв, МПа. Так, для чугуна марки ВЧ35 предел прочности при растяжении равен σв = 350 МПа. Этот чугун обладает пластичностью, где относительное удлинение равно δ = 22% при твердости НВ 140...170. Оливки из высокопрочных чугунов широко используются в промышленности: в автостроении и дизелестроении – изготовление коленчатых валов, крышек цилиндров и др. деталей; в тяжелом машиностроении – для многих деталей прокатных станов в кузнечно-прессовом оборудовании; в химической и нефтяной промышленности – для насосов и вентилей, работающих в коррозионных средах и др.
В ковких чугунах весь углерод или большая его часть находится в свободном состоянии в форме хлопьевидного графита. Такая форма графита получается в результате длительного отжига отливок из белого чугуна.
|
|
Обычный химический состав белого чугуна, отжигаемого на ковкий, выбирают в пределах: 2,5‑3,0% С; 0,7‑1,5% Si; 3,3‑1,0% Мn; < 0,12% S и < 0,18% Р.
ГОСТ 1215-79 устанавливает следующие марки ковкого чугуна: КЧ30-6, КЧ33-8, КЧ35-10, КЧ37-12... КЧ80-15. КЧ означает ковкий чугун, первое число - предел прочности на растяжение, второе - относительное удлинение δ, %. Так, для чугуна марки КЧ30-6 предел прочности на растяжение σв = 300 МПа, относительное удлинение δ = 6%.
По сравнению с серым, ковкий чугун обладает более высокой прочностью, пластичностью. Однако название этого чугуна является условным, ковке, т.е. пластической деформации, он не подвергается. Отливки из ковкого чугуна применяют для изготовления деталей, работающих при ударных, статических и вибрационных нагрузках – картеров редукторов, задних мостов, ступиц, скоб, крюков, гаек, хомутиков, вилок карданных валов, звеньев и роликов цепных конвейеров, втулок, тормозных колодок и т.д.