Название: Материаловедение - Методические указания (Н.В. Плотникова)

Жанр: Экономика

Просмотров: 2075


2.7. чугуны

 

Железоуглеродистые сплавы, содержащие от 2,14 \% до 6,67 \% углерода называются чугунами.

По содержанию углерода чугуны могут быть доэвтектическими (от 2,14 \% до 4,3 \% С), эвтектическими (4,3 \% С) и заэвтектическими (более 4,3 \% С).

Применяющиеся на практике чугуны обычно содержат от 1,8 \% до 5,0 \% С. По применению чугуны разделяются на три группы: передельные, литейные, специальные.

Передельные чугуны предназначены для передела в сталь.

Литейные чугуны используются для получения разнообразных отливок.

Специальные чугуны применяются в качестве добавок при выплавке легированных сталей. Эти чугуны наряду с высоким содержанием углерода имеют высокое содержание одного из элементов – кремния, марганца, титана, ниобия и др. Данные чугуны представляют собой ферросплавы (ферросилиций, ферромарганец и т. д.).

К специальным относят чугуны, обладающие каким-либо ярко выраженным свойством (чугуны немагнитные, жаростойкие с высоким сопротивлением температурным воздействиям и др.).

По микроструктуре принято выделять следующие группы чугунов: белый, серый, ковкий и высокопрочный.

Белый чугун. Весь углерод в нем находится в связанном состоянии в виде цементита (рис. 4,д). Вследствие этого белые чугуны имеют высокую твердость, применение их в технике ограничено. Структурным признаком белого чугуна является наличие эвтектики – ледебурита.

Серые чугуны являются наиболее распространенными и дешевыми литейными сплавами. Графит в серых чугунах имеет пластинчатую форму (рис. 4,а,б). Пластины графита расчленяют металлическую основу чугуна и, почти не имея запаса пластичности, действуют как внутренние трещины. Вследствие этого серые чугуны обладают низкой прочностью и малой пластичностью (0,3¸0,5 \%). Однако, серые чугуны имеют хорошие литейные свойства, а наличие графита придает им меньшую чувствительность к концентраторам напряжений (надрезам, неметаллическим включениям, мелким раковинам и др.). Кроме того, серые чугуны обладают способностью рассеивать вибрационные колебания при переменных нагрузках. Все это вместе со смазывающим действием графита и легкостью стружкоотделения при резании позволяет считать серые чугуны хорошим конструкционным материалом, которым в некоторых случаях можно заменить дорогостоящую сталь. Выделению графита способствует графитизирующий элемент – кремний (до 3,5 \%).  

Серые чугуны маркируются (ГОСТ 1412-85) буквами СЧ, после которых следуют цифра, характеризующая его прочностные свойства. Например, марка СЧ 10 означает: СЧ – серый чугун; 10 – временное сопротивление при растяжении, МПа.10-1.

В табл.1 указана структура металлической основы чугунов и область их применения.

Таблица 1

Марка серого чугуна

Структура металлической основы

Применение

СЧ 10

Ферритная

Малоответственные детали, строительные колонны, фундаментные плиты

СЧ 15

СЧ 18

СЧ 20

СЧ 21

Феррито-перлитная

Литые малонагруженные детали станков, автомобилей, тракторов и др.

СЧ 24

СЧ 25

СЧ 30

СЧ 35

Перлитная

Станины мощных станков и механизмов; детали, работающие на износ (компрессорное литье, блоки двигателей, цилиндры двигателей, детали металлургического оборудования, тормозные барабаны, шестерни и др.)

          

Ковкие чугуны получили свое название благодаря достаточно высокой пластичности в сравнении с серыми чугунами. Структурным признаком ковких чугунов являются графитные выделения в виде хлопьев (рис. 4,в). Подобную форму графит приобретает при распаде цементита в результате длительной высоко-температурной выдержки (отжига) белого чугуна.

 

 

д

 

г

 

в

 

б

 

а

 

г

 

в

 

б

 

а

 
Подпись: 19

 

а

 

б

 

в

 

д

 
 

Рис. 4. Схематическое изображение микроструктур чугунов:

а – серый чугун (с пластичным графитом); б – серый чугун (с завихренным графитом);

в – ковкий чугун (с хлопьевидным графитом); г – высокопрочный чугун (с шаровидным графитом),

 д – белый чугун

 

Ковкие чугуны маркируются буквами КЧ, после которых следует цифра, характеризующая величину минимального временного сопротивления при растяжении. Например, марка КЧ 30 означает: КЧ – ковкий чугун; 30 – минимальное временное сопротивление при растяжении, МПа.10-1.

В табл. 2 указаны некоторые марки ковких чугунов, структура их металлической основы и область применения.

 

Таблица 2

 

Марка чугуна

Структура металлической основы

Применение

КЧ 30

КЧ 35

КЧ 37

КЧ 38

Ферритная

(160 – 170 НВ)

Малоответственные слабонагруженные детали (гайки, фланцы, муфты и др.)

Детали, работающие при повышенных статических и динамических нагрузках (картеры редукторов, ступицы маховиков, шестерен и др.)

КЧ 50

КЧ 50

КЧ 60

КЧ 63

Перлитная

(240 – 270 НВ)

Детали, работающие при высоких статических и динамических нагрузках в условиях трения (вилки карданных валов, звенья цепей конвейеров, втулки, муфты, тормозные колодки и др.)

               

Высокопрочные чугуны получают с применением модифицирования путем присадки в жидкий чугун небольших добавок некоторых щелочных и щелочноземельных металлов (0,03 ¸ 0,07 \% от веса расплава). Для этой цели обычно используют магний в сочетании с кремнием либо церий.

Присутствие магния приводит к тому, что выделение графита при кристаллизации задерживается, а после ввода кремния графит выпадает в виде округлых включений шаровидной формы (рис. 4,г). Благодаря таким включениям чугуны имеют высокие механические свойства, приближающиеся к свойствам литейных углеродистых сталей: хорошая обрабатываемость резанием, способность гасить вибрации, износостойкость и др.

Высокопрочные чугуны маркируются буквами ВЧ, после которых следуют цифры, характеризующие то же, что и в случае ковких чугунов. Например, марка ВЧ 60: ВЧ – высокопрочный чугун; 60 – минимальное значение временного сопротивления при растяжении, МПа.10-1.

В табл. 3 указаны некоторые марки высокопрочных чугунов по ГОСТ 7293 – 85, структура их металлической основы и область применения.

Таблица 3

 

Марка чугуна

Структура металлической основы

Применение

ВЧ 35

ВЧ 40

Ферритная

Малонагруженные детали в автомобилестроении, дизелестроении и др.

ВЧ 45

Феррито-перлитная

Фланцы, цилиндры, шестерни, траверсы прессов и др.

ВЧ 50

ВЧ 60

ВЧ 70

ВЧ 80

ВЧ 100

Перлитная

Детали тяжелых машин (прокатных станов, кузнечно-прессового оборудования и др.)