• Гідрологія і Гідрометрія
• Господарське право
• Економіка будівництва
• Економіка природокористування
• Економічна теорія
• Земельне право
• Історія України
• Кримінально виконавче право
• Медична радіологія
• Методи аналізу
• Міжнародне приватне право
• Міжнародний маркетинг
• Основи екології
• Предмет Політологія
• Соціальне страхування
• Технічні засоби організації дорожнього руху
• Товарознавство продовольчих товарів

Вплив хімічного складу і швидкості охолодження на структуру і властивості чавуну.

Чавуни

Чавунами називають залізовуглецеві сплави, що містять від 2,14 до 6,67%С, тобто чавуни відрізняються від сталей більш високим вмістом вуглецю і структурою. Тому вони мають інші, порівняно зі сталями, технологічні характеристики – кращі ливарні властивості і низьку здатність до пластичного деформування.

Вуглець у чавунах може бути в двох станах: у хімічно зв’язаному (цементит або інші карбіди) та у вільному (графітні включення).

Чавуни, в яких майже весь вуглець находиться у хімічно зв’язаному стані, називають білими. Таку назву вони отримали за видом злому, який має матово-білий колір. Фазовий склад білих чавунів при нормальній температурі-цементит і ферит. Білі чавуни мають високу твердість (4500…5500НВ) і крихкість, практично не піддаються обробці різальним інструментом. Білі чавуни за хімічним складом (вмістом вуглецю) і за структурою поділяються на доевтектичні, евтектичні та заевтектичні.

Доевтектичні – це чавуни, що містять від 2,14 до 4,3%С, структура яких складається з перліту, ледебуриту і цементиту вторинного. Евтектичний чавун містить 4,3%С і його структура повністю ледебуритна. Заевтектичні чавуни – це чавуни, що містять понад 4,3 до 6,67%С, структурний склад яких ледебурит і цементит первинний. Мікроструктури білих чавунів наведені на рис.5.4.

Рис.5.4. Мікроструктури білих доевтектичного (а), евтектичного (б) і заевтектичного (в) чавунів

Чавуни, в яких вуглець частково або майже повністю находиться у вільному стані у вигляді графітних включень називаються сірими, тому що графіт надає злому цих чавунів сірий колір. Структура сірих чавунів складається з металевої (сталистої) основи, в якій розташовані графітні включення.

Графітні включення можуть мати пластинчасту, пластівчасту і кулясту форми.

Чавуни з пластинчастою формою графіту називають звичайними сірими, з пластівчастою – ковкими, а з кулястою – високоміцними.

Графіт має низьку міцність (s_в=20 МПа) і тому можна рахувати, у першому наближенні, що місця, які він займає - це “пустоти” у металі. Форма цих “пустот”, тобто графітних включень, значно впливає на міцність і пластичність чавуну. Пластинчаста форма в найбільшій ступені послаблює металеву основу, виступаючи концентратором напруги, особливо при розтягуванні. Куляста форма є найбільш привабливою, тому, що такі включення графіту в меншій ступені знижують міцність і пластичність металевої основи. Тому чавуни з кулястим графітом, які мають значно вищу міцність, ніж чавуни з пластинчастим графітом, отримали назву високоміцних.

Присутність графіту у структурі чавунів надає їм низку переваг у порівнянні зі сталлю:

1) краща оброблюваність різанням;

2) більш високі антифрикційні властивості;

3) здатність швидко гасити вібрацію і коливання;

4) нечутливість до поверхневих дефектів.

Сірі, високоміцні та ковкі чавуни за структурою металевої основи поділяються на феритні, феритно-перлітні та перлітні. Структура феритних чавунів складається з фериту і графіту, феритно-перлітних – з фериту, перліту і графіту, перлітних – з перліту і графіту (рис.5.5).

Структура металевої основи має значний вплив на властивості чавуну. Феритні чавуни мають найменшу міцність, твердість, найбільш високу пластичність і, навпаки, перлітні – найбільшу міцність, твердість, найменшу пластичність.

Рис.5.5. Класифікація чавунів за структурою металевої основи та за формою графітних включень

У промисловості застосовуються також чавуни, в яких є структурні ознаки як сірих, так і білих чавунів. Такі чавуни називаються половинчастими. У цих чавунах частина вуглецю (>0,8%) перебуває у зв’язному стані, а решта – у вигляді графіту. Тому в структурі половинчастих чавунів, поряд зі вторинним цементитом або цементитом ледебуриту, є графіт, тобто їх структура може складатися із П+Ц_ІІ+Г або П+Л+Г.

Чавун – це багатокомпонентний сплав, до складу якого, крім Fe i C, входять Si, Mn, P, S. Для цілеспрямованого впливу на процес отримання білих або сірих чавунів необхідно знати як впливають ці елементи, а також швидкість охолодження на процес графітизації, тобто на процес утворення графіту.

Вуглець і кремній є сильними графітизуючими елементами. Тому для отримання сірого чавуну слід збільшувати кількість кремнію, а білого – зменшувати його вміст.

Марганець, навпаки, утруднює процес графітизації чавуну і сприяє отриманню структури білого чавуну. Це пов’язано з тим, що Mn - карбідоутворюючий елемент. Тому вміст марганцю в сірих чавунах не повинен перевищувати 1,25%.

Сірка є шкідливою домішкою у чавуні. Вона погіршує ливарні властивості та утруднює процес графітизації чавуну, тому вміст сірки в сірих чавунах обмежується 0,15%.

Фосфор практично не впливає на процес графітизації чавуну, але підвищує його рідкотекучість, що пов’язано з утворенням легкоплавкої евтектики. Крім того, фосфідна евтектика має високу твердість, завдяки чому підвищується зносостійкість сірого чавуну, а також його крихкість. Звичайно вміст фосфору в сірому чавуні не перевищує 0,3…0,4%.

Значний вплив на структуру чавуну має швидкість охолодження. При повільному охолодженні процес кристалізації відбувається за стабільною діаграмою, а при швидкому охолодженні – за метастабільною, тобто повільне охолодження сприяє отриманню сірого чавуну, а швидке охолодження – білого.

Сірі, високоміцні та ковкі чавуни. Сірі чавуни з пластинчастим графітом кристалізуються відповідно до стабільної діаграми залізо - графіт. Вміст вуглецю в цих чавунах становить 2,4…3,8%. Маркують їх літерами “СЧ” і числом, що вказує мінімальне значення границі міцності при розтягуванні в кгс/мм². У відповідності з ГОСТ 1412-85 стандартизовані шість основних марок сірого чавуну: СЧ10, СЧ15, СЧ20, СЧ25, СЧ30 і СЧ35. Для потреб споживачів допускаються також чавуни марок СЧ18, СЧ21 і СЧ24.

Сірі чавуни широко використовуються у верстато- та машинобудуванні.

Феритні сірі чавуни (СЧ10, СЧ15) використовують для слабко- і середньонавантажених деталей: кришок, фланців, маховиків, супортів, корпусів редукторів, гальмових барабанів, дисків зчеплення тощо.

Феритно-перлітні сірі чавуни (СЧ20, СЧ25) застосовуються для деталей, що працюють при підвищених і динамічних навантаженнях: блоки циліндрів, картери двигунів, поршні, барабани зчеплення, станини верстатів та ін.

Перлітні чавуни (СЧ30, СЧ35) використовують для виготовлення деталей, що працюють при високих навантаженнях: станини потужних верстатів і механізмів, гільзи блоків циліндрів, розподільчі вали, зубчасті колеса та ін.

Ковкий чавун. Ковкий чавун отримують з білого тривалим графітизуючим відпалюванням, графік якого наведено на рис.5.6. Тобто спочатку отримують виливок із білого доевтектичного чавуну складу: 2,4…2,9%С; 1,0…1,6%Si; 0,3…1,0%Mn; не більше: 0,18%Р; 0,20%S та 0,08%Cr і товщиною стінок не більше 50 мм.

При відпалюванні виливок нагрівають у печі до температури 950…1000⁰С, при якій фазовий склад чавуну А+Ц. Під час тривалої витримки в межах цих температур (до 15 год.) відбувається перша стадія графітизації, під час якої нестійкий цементит розпадається на аустеніт і графіт, який набуває форму пластівців:

Fe₃C®Fe_g(C)+C. (5.3)

Прискорене охолодження до кімнатної температури після першої стадії графітизації призводить до перетворення аустеніту на перліт і отримання ковкого чавуну на перлітній основі.

Для отримання ковкого чавуну на феритній чи ферито-перлітній основі необхідно провести другу стадію графітизації тривалістю до 30 годин, яку можна здійснити двома способами.

час

Рис.5.6. Графік відпалювання білого чавуну на ковкий

За першим способом після першої стадії графітизації проводять відносно швидке охолодження чавуну до температури ~760⁰С, а потім його дуже повільно охолоджують до 720⁰С. При такому повільному охолодженні від 760 до 720⁰С процес евтектоїдного перетворення відбувається за стабільною діаграмою стану “залізо – графіт”:

А_S¢®Ф_P¢+Г. (5.4)

Графіт, який утворюється в результаті евтектоїдного перетворення, нашаровується на графіт, що утворився на першій стадії графітизації.

За другим способом швидке охолодження після першої стадії графітизації проводять до ~720⁰С і при такій температурі роблять тривалу ізотермічну витримку. При такому режимі охолодження евтектоїдне перетворення аустеніту відбувається за метастабільною діаграмою стану “залізо – цементит”:

А_S®Ф_P+Ц_K. (5.5)

Цементит вторинний і цементит перліту при витримці розпадається за реакцією:

Fe₃C®Fe_a(С)+С або Ц®Ф+Г. (5.6)

Якщо другу стадію графітизації проводити повністю, то після охолодження отримуємо ковкий чавун на феритній основі, а якщо не повністю – на ферито-перлітній основі.

Ковкі чавуни маркують літерами “КЧ” і двома числами: перше число вказує мінімальне значення границі міцності при розтягуванні, кгс/мм², а друге – відносне видовження ,%. Стандартом (ГОСТ 1215-79) передбачені такі марки ковких чавунів: феритні – КЧ37-12, КЧ35-10, КЧ33-8,. КЧ30-6; перлітні – КЧ45-7, КЧ50-5, КЧ56-4, КЧ60-3, КЧ65-3, КЧ70-2 і КЧ80-1,5.

Ковкі чавуни широко використовують в автомобілебудуванні та сільськогосподарському машинобудуванні. З них виготовляють картери, муфти, важелі, деталі рульового керування, кільця ланцюгів, крюки, елементи карданних валів тощо.

Високоміцні чавуни. Високоміцні чавуни містять близько 3,0…3,6%С. їх отримують модифікуванням рідкого чавуну перед розливанням магнієм або церієм у кількості близько 0,05%.

Відповідно до ДСТУ 3925-99 високоміцні чавуни з кулястим графітом маркують літерами “ВЧ” і двома числами через дефіс, перше з яких вказує гарантоване значення мінімальної границі міцності в МПа, а друге – мінімальне значення відносно видовження у відсотках. Шкідливими домішками у високоміцних чавунах є фосфор і сірка. Фосфор знижує пластичність чавуну внаслідок утворення крихкого фосфіду, тому його кількість обмежується 0,1%. Сірка знижує механічні властивості чавуну внаслідок утворення з Мg або Се крихких сульфідів, а також послаблює модифікуючу дію цих елементів. Тому кількість сірки не повинна перевищувати 0,02%, а в деяких марках (ВЧ800-2, ВЧ900-2, ВЧ1000-2) – 0,01%.

Чавуни марок ВЧ350-22, ВЧ400-15 мають феритну основу, ВЧ450-10 і ВЧ500-7 – феритно-перлітну, ВЧ600-3, ВЧ700-2 і ВЧ800-2 – перлітну. А чавун марки ВЧ1000-2 для забезпечення гарантованої границі міцності σ_в=1000 МПа піддають ізотермічному гартуванню, в результаті чого отримує бейнітну структуру.

Високоміцні чавуни використовують замість литої сталі у виробах та конструкціях відповідального призначення. З них виготовляють колінчасті вали двигунів, поршневі кільця, втулки, зубчасті колеса, прокатні валки тощо.

Чавун з вермикулярним графітом (vermiculus (лат.) – хробак). Вермикулярний графіт, на відміну від пластинчастого має округлі края і менше співвідношення довжини і товщини (2…10 у вермикулярного і значно більше 10 у пластинчастого). Тому вермикулярний графіт значно менше, ніж пластинчастий, послаблює металеву основу. Його можна розглядати як перехідну форму від пластинчастого до кулястого.

Відповідно до ДСТУ 3926-99 чавуни з вермикулярним графітом маркуються літерами “ЧВГ” і двома числами: перше число – мінімальне значення границі міцності при розтягуванні у МПа, друге – мінімальне значення відносного видовження у відсотках. Наприклад, ЧВГ400-4.

Читайте також:

1. I визначення впливу окремих факторів
2. II. За зміною ступенів окиснення елементів, які входять до складу реагуючих речовин
3. III. Вимоги до учасників, складу груп і керівників туристських подорожей
4. L2.T4/1.Переміщення твердих речовин по території хімічного підприємства.
5. Аварії на хімічно-небезпечних об’єктах та характеристика зон хімічного зараження.
6. Аденогіпофіз, його гормони, механізм впливу
7. Аденогіпофіз, його гормони, механізм впливу, прояви гіпер- та гіпофункцій.
8. Адміністративні методи - це сукупність прийомів, впливів, заснованих на використанні об'єктивних організаційних відносин між людьми та загальноорганізаційних принципів управління.
9. Аеродинамічні властивості колісної машини
10. Активний вплив на проблему
11. Активні інгредієнти, що входять до складу препаратів для симптоматичного лікування лихоманки.
12. Активні інгредієнти, що входять до складу препаратів для симптоматичного лікування сухого кашлю.

Переглядів: 2080