Назва роботи: Класифікація і властивості чавунів
Предметна область: Виробництво і промислові технології
Опис: Лекція 5 Класифікація і властивості чавунів Чавуну називаються залізовуглецевих сплави містять понад 214 вуглецю і відповідно до діаграми железоцементіт тверднуть з утворенням евтектики. Завдяки хорошим ливарним властивостям достатньої міцності износо.
Розмір файлу: 137.79 KB
Роботу скачали: 37 чол.
Класифікація та властивості чавунів
Чавунами називаються залізовуглецевих сплави, що містять більше 2,14% вуглецю і відповідно до діаграми залізо-цементит тверднуть з утворенням евтектики. Завдяки хорошим ливарним властивостям, достатньої міцності, зносостійкості при відносно низькій вартості чавуни отримали широке поширення в машинобудуванні. Їх застосовують при отриманні виливків складної форми при відсутності високих вимог до розмірів деталей і їх масі.
Виплавляють чавун в доменних печах і отримують переробні (білі), спеціальні (феросплави) і ливарні (сірі) чавуни. Залежно від того, в якій формі знаходиться вуглець в сплавах, розрізняють білі, сірі, високоміцні і ковкі чавуни. Присутність елементів в різних чавунах змінюється в наступних межах: 2,2-4,0% вуглецю; 1,0-3,0% Si; 0,2-1,5% Мn; 0,02-0,2% S; 0,02-0,3% Р.
Якщо весь вуглець, що входить до складу чавуну, знаходиться в зв'язаному вигляді як хімічна сполука Fe 3 С, то такий чавун називається білим. Його злам світлий, з металевим блиском, від чого і походить назва. За структурою білі чавуни поділяються на доевтектичні, евтектичних і заевтектичних. Будь-білий чавун містить евтектики # 150; ледебурит, яка в момент утворення складається з аустеніту і цементиту, а при охолодженні нижче 727 0 С # 150; з перліту і цементиту (рис. 1).
Велика кількість цементиту в структурі надає білим чавунів високу твердість 4500-5500 НВ, зносостійкість, крихкість. Через дуже низьку пластичність і поганий оброблюваності різанням білі чавуни обмежено застосовується в машинобудуванні.
Для отримання білого чавуну необхідно швидке охолодження виливки при мінімальній кількості кремнію і присутність відбілюючих елементів # 150; марганцю або хрому. При таких умовах зародження кристалів графіту стає неможливим і весь вуглець йде на освіту цементиту.
Обмежене застосування мають вибілені чавуни # 150; виливки, у яких серцевина має структуру сірого чавуну, а на поверхні є шар зі структурою білого чавуну. Так можна виготовити валки прокатних станів, гальмівні колодки, кулі млинів для розмелювання гірських порід, леміш плугів та ін. Деталі, на поверхні яких потрібна висока зносостійкість.
Надати оброблюваність білим чавунів можна тільки після того, як цементит розпадається на графіт і ферит. Графіт забезпечує знижену твердість, хорошу оброблюваність різанням, високі антифрикційні властивості внаслідок низького коефіцієнта тертя. Але включення графіту знижують міцність і пластичність сплаву. Сірі, високоміцні і ковкі чавуни розрізняються умовами освіти графітних включень.
Мал. 1. Мікроструктура білого евтектичного (4,3% вуглецю) чавуну
Кремній володіє сильним Графітізуючі дією # 150; сприяє виділенню графіту при кристалізації чавуну і розкладання виділяється цементиту. Марганець ускладнює графітизацію чавуну, але покращує механічні властивості. сірка # 150; це шкідлива домішка. Вона погіршує механічні та ливарні властивості чавуну, знижує жидкотекучесть, збільшує усадку і підвищує схильність до утворення тріщин.
Фосфор в невеликій кількості (до 0,3%) розчиняється в фериті. При більшому вмісті він утворює разом з залізом і вуглецем фосфідную евтектики, яка плавиться при температурі 950 0 С, що збільшує жидкотекучесть чавуну, але при цьому підвищується твердість і крихкість. Так в чавунах для художнього лиття використовується чавун з 1% фосфору.
На структуру і властивості чавуну сильно впливають технологічні фактори, особливо швидкість охолодження, яка залежить від товщини стінки виливки. Чим більше товщина стінки, тим повільніше охолоджується виливок і повніше проходить процес графітизації. Зі збільшенням швидкості охолодження створюються умови для первинної кристалізації: з рідкої фази виділяється цементит, а графіт утворюється внаслідок його розпаду при подальшому охолодженні. Іноді ледебурит не розкладається, а залишається в структурі чавуну.
Механічні властивості сірого чавуну залежать від властивостей металевої основи, але головним чином, від кількості, форми і розмірів графітових включень. Графіт грає роль надрізів в металевій основі чавуну. Тому незалежно від структури основи відносне подовження при розтягуванні сірого чавуну не перевищує 0,5%. Чим менше і роз'єднаність графітні включення, тим менше їх негативний вплив на міцність. Опір розриву, твердість і зносостійкість чавунів ростуть зі збільшенням кількості перліту в структурі. Значно слабкіше вплив графіту при вигині і особливо при стисненні.
Міцність при стисненні і твердість визначаються в основному структурою металевої основи чавунів. Вони близькі до властивостей стали з тією ж структурою і складом, що і металева основа чавуну. Сірий чавун має здатність гасити механічні коливання, не чутливий до надрізів, добре обробляється різанням. З нього виготовляють деталі різного призначення # 150; від декількох грамів (поршневі кільця двигунів) до виливків в десятки тонн (станини верстатів). Вибір марки чавуну для конкретних умов роботи визначається сукупністю технологічних і механічних властивостей. Деталі з сірого чавуну виготовляють литтям з наступною обробкою різанням.
Маркування сірих чавунів визначається ГОСТ 1412-85 і складається з букв СЧ і числа, що показує значення межі міцності на розрив в кгс / мм 2. наприклад, СЧ30.
Феритні чавуни СЧ10, СЧ15 призначені для слабо-і средненагруженних деталей: кришки, фланці, корпуси редукторів, гальмівні барабани і т.д. Феррито-перлітні сірі чавуни СЧ20, СЧ25 застосовують для деталей, що працюють при підвищених навантаженнях: блоки циліндрів, барабани зчеплення, зубчасті колеса, станини верстатів і т.д. (Рис. 2).
Перлітні сірі модифіковані чавуни СЧ30, СЧ35 мають більш високі механічні властивості через дрібних графітних включень. Подрібнення графіту досягається шляхом модифікування рідкого чавуну ферросилицием або силікокальцієм в кількості 0,5% від маси чавуну. Модифіковані чавуни мають більш високими властивостями і хорошою герметичністю. Їх застосовують для корпусів насосів, компресорів, гідроприводів, гальмівний пневматики і ін.
Для деталей, що працюють при підвищених температурах, застосовують леговані сірі чавуни: жаростійкі # 150; додатково містять хром і алюміній, жароміцні # 150; хром, нікель і молібден. Відливки з сірого чавуну піддають термічній обробці для зняття внутрішніх напружень і стабілізації розмірів. Таке нагрівання становить
Мал. 2. Мікроструктура ферріто-перлітного сірого чавуну
Високоміцними називають чавуни, в яких графіт має кулясту форму. Їх отримують шляхом модифікування # 150; в рідкий чавун додають магній в кількості 0,02-0,08%. Магній вводиться в ківш перед заливкою у форми не в чистому вигляді, а у вигляді лігатури # 150; сплаву магнію з нікелем. Магній є поверхнево-активним елементом: в розплаві атоми магнію утворюють перешкоди на поверхні зростаючого кристала графіту, збільшуючи його поверхневу енергію. Тому стає енергетично вигідним освіту кристала з найменшим відношенням поверхні до об'єму, тобто кулі.
За хімічним складом високоміцні чавуни не відрізняються від сірих, але кулястий графіт є менш сильним концентратором напружень, ніж пластинчастий, тому міцність і пластичність цих чавунів вище, ніж сірих.
Відповідно до ГОСТ 7293-85 марка високоміцного чавуну складається з букв ВЧ і числа, що показує значення межі міцності на розрив в кгс / мм 2. наприклад, ВЧ50.
За структурою металевої основи високоміцні чавуни можуть бути феритної або перлітною. Феритний чавун складається в основному з фериту і кулястого графіту; допускається до 2% перліту. Структура перлитного чавуну складається з сорбітообразного або пластинчастого перліту і кулястого графіту, допускається до 20% фериту (рис. 3).
Мал. 3. Мікроструктура ферріто-перлітного високоміцного чавуну
Високоміцні чавуни здатні замінювати сталь в багатьох виробах і конструкціях. Вони можуть працювати при високих циклічних навантаженнях і в умовах зносу. З них виготовляють обладнання прокатних станів, ковальсько-пресове обладнання, корпуси парових турбін, колінчаті вали в тракторо- і автомобілебудуванні, поршні двигунів і ін.
У деяких випадках для поліпшення механічних властивостей чавунів застосовують термічну обробку: загартування і відпустку - для підвищення міцності і отжиг # 150; для збільшення пластичності.
Мал. 4. Схема режиму відпалу білого чавуну з отриманням ферритного (1) і перлітного (2) ковкого чавуну
Відпал на феритний чавун проводиться по режиму 1 (рис. 4), що забезпечує графітизацію в дві стадії. Перша стадія графітизації при температурі 950 0 С полягає в розпаді цементиту, що знаходиться в Ледебур. Це призводить до утворення структури аустеніту і включень вуглецю відпалу. Друга стадія графітизації протікає при повільному охолодженні в евтектоїдних інтервалі температур від 720-740 0 С. В процесі цієї витримки розпадається цементит перліту. В результаті такого відпалу тривалістю 60-80 годин формується структура, що складається з фериту і вуглецю відпалу (рис. 5).
Перлітний ковкий чавун отримують по режиму 2 (рис. 4). Тривалість графитизации при температурі 1000 0 С збільшується, після чого виливки безперервно охолоджують до кімнатної температури. Графітизації цементиту, що входить до складу перліту, не відбувається, тому чавун набуває структуру перліту з включеннями вуглецю відпалу.
Мал. 5. Мікроструктура ферритного ковкого чавуну
На відміну від пластинчастого графіту в сірому чавуні пухкі включення менше знижують механічні властивості металевої основи, що робить ковкий чавун міцніше сірого, хоча поступається високоміцного чавуну.
Назва «ковкий» умовне, деформувати ковкие чавуни не можна. В позначенні ковкого чавуну перша цифра показує значення межі міцності на розрив в кгс / мм 2. друга # 150; відносне подовження в%, наприклад, КЧ45-7.
Ковкі чавуни широко застосовуються в сільськогосподарському, автомобільному, текстильному машинобудуванні. З них виготовляю деталі високої міцності, що працюють в умовах зносу при ударних і знакозмінних навантаженнях. Хороші ливарні властивості вихідного білого чавуну дозволяють одержувати виливки складної форми і малої товщини. Це кришки картерів, редукторів, маточини, муфти, втулки, ланки і ролики ланцюгів конвеєра.
Недоліком ковких чавунів є їх більш висока вартість через тривалу відпалу.