Студопедия
Новини освіти і науки:
Контакти
 


Тлумачний словник






Мікроструктура і властивості чавунів

По виду високовуглецевої фази, що виділяється в чавунах, вони підрозділяються на білі й сірі.

Білими називають чавуни, у яких високовуглецева фаза виділяється у вигляді цементиту. Такі чавуни кристалізуються в умовах прискореного охолодження, що виключає можливість утворення (зародження й росту ) графітних включень. Білі чавуни - це матеріал, що має високу твердість і стійкість до зносу, але низькі пластичні характеристики. Через погану обробку різанням білі чавуни, як конструкційний матеріал застосовуються обмежено у вигляді виливків з вибіленою поверхнею для виготовлення інструменту: філ’єр, валків прокатних станів, куль млинів і т.п.

По вмісту вуглецю й структурі, що формується розрізняють :

• доевтектичні білі чавуни – вміст вуглецю менший ніж 4,3% (4,26%)С ;

• евтектичні білі чавуни - вміст вуглецю 4,3% (4,26%)З ;

• заевтектичні білі чавуни - вміст вуглецю більший за 4,3% (4,26%)С.

Сірими чавунами називають такі чавуни, у яких високовуглецева фаза цілком або частково виділяється у вигляді графіту. За формою графітних включень сірі чавуни підрозділяють на наступні групи (табл. 8.1):

• звичайні сірі чавуни – розеточна або пластинчаста форма графітних включень;

• ковкі чавуни - пластівчаста форма графітних включень;

• високоміцні чавуни - куляста форма графітних включень.

На формування структури чавуну з пластинчастим графітом в промислових умовах кристалізації впливають такі фактори, як хімічний склад, швидкість охолодження, а також наявність у рідкому розчині дрібних твердих частинок. Вуглець (2,9...3,7%) та кремній (1,2...0,15%) сприяють виділенню графіту, а марганець (0,5...1,1%) та сірка (0,12...0,15%) – утворенню цементиту. Змінюючи сумарну масову частку вуглецю і кремнію з одного боку та зменшуючи сумарну масову частку марганцю і сірки з другого, можна регулювати співвідношення між вільним та хімічно зв’язаним вуглецем. Що більше в чавуні вуглецю та кремнію і менша швидкість охолодження виливка, то більше виділяється графіту.

За структурою матриці сірі чавуни підрозділяють на наступні групи:

• на феритній основі ( ~ 150НВ);

• на перлітній основі (~ 250 НВ);

• на ферито-перлітній основі ( ~ 200НВ).

Таблиця 8.1 Схематичне зображення мікроструктур сірих чавунів

 

 

Структура матриці впливає на твердість, але мало залежить від форми графітних включень ( табл. 8.2).

 

Таблиця 8.2.Вплив форми графітних включень на механічні властивості.

 

Форма графітних включень Відносне подовження – δ ,%
Розеточна форма графітних включень 0,2 - 5,0
Пластівчаста форма графітних включень 5,0 – 10,0
Куляста форма графітних включень 10,0- 15,0

 

Графіт має мізерну міцність, тому місця зайняті графітом можна розглядати як мікропорожнечі або мікротріщини в металевій основі. Гострі краї графітних включень розеточної форми є концентраторами напруг. Чавун можна розглядати як сталь, що містить включення графіту, які послабляють металічну основу. Тому сірий чавун має низькі характеристики механічних властивостей (σв, δ, ψ) при випробуваннях на розтяг. Включення графіту відіграють роль, концентраторів напружень, в зв'язку з чим робота удару близька до нуля. Разом з тим твердість і міцність при випробуваннях на стиск, що залежать від властивостей металічної основи в чавуні достатньо високі. Однак, сірий чавун з пластинчастою формою графіту має і ряд переваг. Він дозволяє отримувати дешеве литво, так як при низькій вартості має високу рідкотекучість і малу усадку. Включення графіту роблять його ламким, тому чавун легко обробляється різанням.

Однак графітні включення добре гасять вібрацію, а також відіграють роль мастильного матеріалу на тертьових поверхнях. Тому сірі чавуни використають для виготовлення станин обробних верстатів, корпусів редукторів, насосів, підшипників, стійок, кришок , маховиків, втулок і т.п. деталей.

У міру округлення графітних включень негативна їх дія зменшується. Округлі включення кулястого графіту не утворять різких концентраторів напруг і їх негативна роль як надрізів металічної основи зменшується, а механічні властивості чавуну зростають. Такий чавун має більш високу міцність при розтяганні й вигині й пластичні характеристики. Такі чавуни одержують шляхом модифікування доевтектичних білих чавунів магнієм, церієм або ін. рідкоземельними металами. Модифікатори чавуну SіСа, FеSі, А1, Мg.

Як модифікатор широко використовується магній, який вводять перед розливанням чавуну в кількості до 0,5 %. У результаті отримують високоміцний чавун з кулястою формою включень графіту.

Дія магнію пояснюється збільшенням поверхневого натягу графіту і утворенням мікробульбашок пари, в які дифундує вуглець.

З них виготовляють ковальсько-пресове встаткування, валки прокатних станів вагою до 12 тонн, використовують у турбобудуванні.

Високоміцні чавуни марки ВЧ35 і ВЧ40 мають феритну основу, ВЧ45 і ВЧ50 - перліто-феритну, ВЧ60, ВЧ70 і ВЧ80 - перлітну, що і пояснює різницю в міцності і пластичності чавунів.

Чавун ВЧ100 має найвищу міцність у розглянутій групі. Щоб забезпечити границю міцності, на рівні 100 МПа його піддають ізотермічному гартуванню на бейніт. Гартування проводять при температурі 350 °С у ванні з- розплавом лугів 60 %NaОН і 40 % КОН або хлористих солей.

З них виготовляють ковальсько-пресове встаткування, валки прокатних станів вагою до 12 тонн, використовують у турбобудуванні.

Високоміцні чавуни поряд з кулястим можуть містити деяку кількість вермікулярного графіту. Графітні включення в ньому мають округлі краї І менше співвідношення довжини і товщини. Тому вермікулярний графіт представляє собою перехідну форму від пластинчастого до кулястого графіту і не є таким значним концентратором напружень, як пластинчастий.

 

Таблиця 8.3 Механічні властивості високоміцних чавунів, ГОСТ 7293-85

 

Марка чавуну σв, МПа σ , МПа не менше δ,% Твердість, НВ
ВЧ35 140-170
ВЧ40 140-202
ВЧ45 140-225
ВЧ50 153-345
ВЧ60 .3 192-277
ВЧ70 228-302
ВЧ80 248-351
ВЧ100 270-360

 

Співвідношення кількості кулястого і вермікулярного графіту в чавуні при однаковій кількості кремнію і вуглецю залежить головним чином від обробки розплаву лігатурами, що містять магній і рідкоземельні метали. Чавун з вермікулярним графітом може містити не більше 40 % кулястого графіту, його позначають буквами «ЧВГ», за якими йде число, що вказує на значення границі міцності (табл.8.4 ).

Таблиця 8.4 Границя міцності і відносне видовження чавунів з вермікулярним графітом, ГОСТ 28394-89

 

Марка чавуну ЧВГ 30 ЧВГ 35 ЧВГ 40 ЧВГ 45
σв, МПа
δ,% 3,0 2,0 1,5 0,9

 

Марку чавуну з вермікулярним графітом можна змінити шляхом використання термічної обробки, змінюючи структуру металевої основи. При однаковій структурі металевої основи механічні властивості чавуну з вермікулярним графітом знаходяться між значеннями властивостей сірого чавуну з пластинчастим графітом і високоміцного чавуну з кулястим графітом. Чавуни марок ЧВГ міцніші, а при однаковій міцності більш пластичні, ніж чавуни марок СЧ. Вони перевищують чавуни марок ВЧ з оброблювання різанням та здатності до демпфірування, і їх використовують на заміну марок СЧ для виливання деталей верстатів, ковальсько-пресового обладнання, корпусних деталей.

Ковкий чавун займає проміжне положення по механічним властивостям між високоміцними й звичайними сірими чавунами. Ковкі чавуни одержують шляхом відпалу білих чавунів доевтектичного складу.

Назва «ковкі чавуни» є умовною. Вироби з них отримують литвом і пластичній деформації вони не піддаються. Ковкий чавун отримують із білого шляхом графітизуючого відпалу. Компактний пластівчастий графіт, який ще називають вуглецем відпалу, менше знижує властивості металевої основи, ніж пластинчастий, тому ковкий чавун у порівнянні з сірим має більшу міцність і пластичність становить 2-12 %), в той час як у білого чавуну δ не перевищує 0,2 %, а у сірого чавуну з пластинчастим графітом - 1 %.

В табл. 8.5 наведено марки, механічні властивості і хімічний склад деяких ковких чавунів.

 

Таблиця 8.5. Механічні властивості і хімічний склад ковких чавунів, ГОСТ 1215-79

 

Марка σв, МПа δ,% Твердість, НВ C,% Sі,% Мn,% Р,% S,%
чавуну не менше                 не більше

Феритні чавуни

КЧЗЗ-8 100-163 2,6-2,9 1,0-1,6 0,4-0,6 0,18 0,20
КЧ37-12 110-163 2,4-2,7 1,2-1,4 0,2-0,4 0,12 0,06

Перлітні чавуни

КЧ55-4 192-241 2,5-2,8 1,1-1,3 0,3-1,0 1,10 0,20
КЧ65-3 212-269 2,4-2,7 1,2-1,4 0,3-1,0 0,10 0,06

Склад ковкого чавуну є достатньо стабільним: 2,2-3,0% С; 0,2-1,5% Sі; 0,2-0,6% Мn; 0,2% Р; 0,1 % 5. Враховуючи низький вміст вуглецю, ковкий чавун виплавляють не у вагранці, а в електропечі. Після заповнення виливки швидко охолоджують і отримують структуру білого чавуну. Потім виливки піддають тривалому відпалу (до 2 діб) - томленню, захищаючи їх від окислення пічними газами, засипанням піском та іншими способами. Виливки з ковких чавунів застосовують для деталей, що працюють при ударних і вібраційних навантаженнях (картери, редуктори, фланці, муфти), ковальсько-пресове обладнання, валки прокатних станів вагою до 12 тонн.

При певних умовах роботи застосовують чавуни зі спеціальними властивостями, які поділяються на антифрикційні, зносостійкі, жаростійкі та корозійностійкі.

Антифрикційні чавуни використовуються для роботи у вузлах тертя з мастилом, підшипників ковзання, втулок, вкладишів. Для цього застосовують нелеговані або низьколеговані сірі чавуни з пластинчастим графітом АЧС-1- АЧС-6, високоміцні чавуни з кулястим графітом АЧВ-1, АЧВ-2 та ковкі чавуни АЧК-1, АЧК-2(табл. 8.6. ).

 

Таблиця 8.6. Хімічний склад антифрикційних чавунів, ГОСТ 1585-85

 

Марка чавуну С,% Sі,% Мn,% Інші елементи, %
АЧС-1 3,2-3,6 1,3-2,0 0,6-1,2 0,2-0,5 Сг 0,8-1,6 Сu
АЧС-5 3,5-4,3 2,5-3,5 7,5-12,5 0,4-0,8 А1
АЧВ-1 2,8-3,5 1,8-2,7 0,6-1,2 до 0,7 Сu 0,03-0,08 Мg
АЧК-1 2,3-3,0 0,5-1,0 0,6^-1,2 1,0-1,5 Сu

Включення графіту зменшують коефіцієнт тертя в парі зі сполученою сталевою деталлю. Додавання міді в чавуни поліпшує їх корозійні та антифрикційні властивості.

Більшість антифрикційних чавунів мають перлітну або перліто-феритну основу, до того ж кількість в'язкого фериту не повинна перевищувати 30-50 %, щоб запобігти налипанню матеріалу підшипника на шийку вала. Чавун АЧС-5 складається після гартування із 80% аустеніту, його використовують для роботи в особливо навантажених вузлах тертя.

Підвищення зносостійкості, жаростійкості та корозійної стійкості чавунів досягають легуванням хромом, кремнієм, алюмінієм та іншими елементами. Маркуються чавуни буквою «Ч», за якою йдуть букви, що позначають легуючі елементи, а потім цифри, які відображають кількість цих елементів у відсотках. Буква «Ш» наприкінці означає наявність кулястого графіту (табл. 8.7 ).

До найбільш зносостійких відносяться білі чавуни із значною кількістю хрому ЧХ22 і ЧХЗЗ, в яких замість цементиту утворюються карбіди МЄ7С3 з високою твердістю. Такі чавуни широко використовуються в гірничодобувній промисловості і металургії.

Жаростійкі чавуни легують хромом, кремнієм і алюмінієм, які утворюють оксидні плівки. Чавуни ЧХ32 використовують до температури 1150 °С при виготовленні пічної арматури.

Кремнистий чавун ЧС5Ш (силан) використовують до температури 800 °С, а чавун з високою кількістю алюмінію ЧЮ22Ш (чугаль) до температури 1100 °С при виготовленні топкової арматури, котлів. Причому чугаль стійкий у середовищах, які містять сірчаний газ та пари води.

Чавуни ЧХ22С, ЧС15 (феросилід) і ЧН15Д7 (нірезист) використовують для виготовлення деталей хімічної апаратури, що працюють у розчинах кислот, лугів і солей.

 

Таблиця 8.8 Хімічний склад легованих чавунів із спеціальними властивостями, ГОСТ 7769-82

 

Марка чавуну C,% Sі. % Сг, % А1,% Ін. елементи, %
ЧХ22 2,4-3,6 0,2-1,0 19,0-25,0 - 0,15-0,35 Ті
ЧХ32 1,6-3,2 1,5-2,5 30,0-34,0 - 0,1-0,3 Ті
ЧХ22С 0,6-1,0 3,0-4,0 19,0-25,0 - -
ЧС5Ш 2,7-3,3 4,5-5,5 До 0,2 0,1-0,3 -
ЧС15 0,3-0,8 14,1-16,0 - - -
ЧЮ22Ш 1,6-2,5 1,0-2,0 - 19,0-25,0 -
ЧН15Д7 : 2,2-3,0 2,0-2,5 1,5-3,0 - 14,0-16,0 Ni 5,0-0,8 Сu

 

 


Читайте також:

  1. OПТИЧНІ ВЛАСТИВОСТІ КОЛОЇДНИХ СИСТЕМ
  2. А) Товар і його властивості.
  3. Аеродинамічні властивості колісної машини
  4. Алкани (насичені вуглеводні). Хімічні властивості алканів
  5. Алкани, їх хімічні властивості.
  6. Алкени. Хімічні властивості
  7. Алкіни. Хімічні властивості
  8. Аміни. Фізичні та хімічні властивості аліфатичних амінів.
  9. Аналізатори людини та їхні властивості.
  10. Аналізатори людини та їхні властивості.
  11. АНТИДЕТОНАЦІЙНІ ВЛАСТИВОСТІ
  12. Арифметичні дії над дійсними невід’ємними числами. Їхні властивості




<== попередня сторінка | наступна сторінка ==>
 | 

Не знайшли потрібну інформацію? Скористайтесь пошуком google:

 

© studopedia.com.ua При використанні або копіюванні матеріалів пряме посилання на сайт обов'язкове.


Генерація сторінки за: 0.002 сек.