Milling-master.ru

В помощь хозяину
24 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Литейные свойства чугуна

Чугуны. Марки, свойства и их применение

Чугун – самый распространенный железоуглеродистый нековкий литейный материал, содержащий свыше 2% углерода, до 4,5% кремния, до 1,5% марганца, до 1,8% фосфора и до 0,08% серы. В практике применяют чугуны, содержащие 3÷3,5% углерода.

Чугун обладает высокими литейными свойствами, поэтому широко используется в литейном производстве в качестве конструкционного материала. Он хорошо обрабатывается резанием. Из чугуна, имеющего невысокий коэффициент трения, изготовляют подшипники скольжения. Специально обработанный чугун (высокопрочный) по показателям качества успешно конкурирует со стальным литьем и кованой сталью.

Недостаточная прочность и большая хрупкость чугуна объясняются наличием в нем крупных включений углерода в виде графита.

Введение в жидкий чугун небольшого количества магния и церия изменили форму графита, он стал шаровидным. Чугун приобрел прочность и утратил хрупкость. Такой чугун (его называют высокопрочным) по-своему качеству не уступает конструкционным углеродистым сталям. Стойкость деталей, изготовленных из этого чугуна, увеличилась почти в три раза.

Углерод в чугунах может находиться в виде химического соединения – цементита (такие чугуны называют белыми) или частично или полностью в свободном состоянии в виде графита – (такие чугуны называют серыми).

Чугуны состоят из металлической основы (перлита, феррита) и неметаллических включений графита. Они различаются главным образом формой графитовых включений. Белый чугун имеет ограниченное применение. Некоторые отливки, от которых требуется повышенная твердость поверхностного слоя, изготовляют из отбеленного чугуна. Поверхностный слой его состоит из белого чугуна, а сердцевина – из серого. Величину и твердость отбеленного слоя регулируют путем изменения химического состава чугуна и скорости затвердевания отливки.

Чугун серый

Серый чугун широко применяется в машиностроении. Такое название он получил по серому цвету излома, обусловленному наличием в структуре чугуна свободного углерода в виде графита. По виду металлической основы различают серые чугуны перлитные, перлитно-ферритные и ферритные.

Таблица 1. Чугуны серые литейные, их основные свойства и применение

Графит обладает низкими механическими свойствами. Он нарушает целостность металлической основы. Располагаясь между зернами металлической основы, графит ослабляет связь между ними. Поэтому серый чугун плохо сопротивляется растяжению и имеет очень низкую пластичность и вязкость. Чем крупнее и прямолинейнее графитовые включения, тем хуже механические свойства чугуна. Твердость серого чугуна, а также его сопротивление сжатию близки к показателям стали, имеющей такую же структуру, как у металлической основы чугуна.

Графит оказывает и некоторое положительное влияние на свойства чугуна, в частности, он повышает его износостойкость, действуя аналогично смазке, повышает обрабатываемость резанием, так как делает стружку ломкой, способствует гашению вибраций изделий, уменьшает усадку при изготовлении отливок.

Механические свойства серого чугуна могут быть улучшены равномерным распределением мелкопластинчатого графита в отливке. Это достигается путем специальной обработки – модифицирования, когда в жидкий чугун перед его разливкой вводят добавки, которые образуют дополнительные центры графитизации, в результате чего получается мелкопластинчатый графит. Чугун с таким графитом называют модифицированным. От обычного серого чугуна он отличается более высоким сопротивлением разрыву, однако пластичность и вязкость его при модифицировании не улучшаются.

По ГОСТ 1412-85 буквы СЧ в обозначении марки чугуна означают – серый чугун. Двузначная цифра соответствует пределу прочности при растяжении σв МПа. Стандарт нормирует предел прочности серых чугунов σв = 274÷637 МПа, твердость – 143÷637 НВ и химический состав.

Основные свойства серого чугуна и его применение приведены в таблице 1.

Чугун высокопрочный с шаровидным графитом

Высокопрочный чугун получают путем введения магния (до 0,9%) и церия (до 0,05%) в жидкий серый чугун перед разливкой его в формы. Основная часть этих модификаторов испаряется, окисляется и переходит в шлак, так что в твердом металле обнаруживается не более 0,01% этих элементов. Магний и церий активно удаляют из чугуна серу. Но главная роль их заключается в том, чтобы изменить чешуйчато-пластинчатую форму графита на шаровидную. После модифицирования чугуна магнием или церием в ковш добавляют 75%-ный ферросилиций (сплав железа с кремнием). В отличие от модифицированного серого чугуна высокопрочный чугун имеет более высокое содержание углерода и кремния и пониженное содержание марганца.

Металлическая основа высокопрочного чугуна состоит из феррита и перлита или только из перлита. В этом чугуне сочетаются ценные свойства стали и чугуна. Он обладает сравнительно высокой прочностью при достаточной пластичности и вязкости. Высокопрочный чугун с успехом заменяет стальное литье и даже стальные поковки, что дает большой экономический эффект. Изделия из высокопрочного чугуна благодаря его повышенной износостойкости могут работать в условиях трения. Высокопрочный чугун лучше, чем серый, сохраняет свою прочность при нагреве, поэтому может применяться для работы при температурах до 400°С (серый чугун выдерживает температуру до 250°С).

Читать еще:  Клинкерная плитка технология производства

ГОСТ 7293-85 нормирует предел прочности σв, предел текучести σт, относительное удлинение δ и твердость НВ высокопрочных чугунов. Требования к отливкам из этих чугунов устанавливаются нормативно-технической документацией. Принцип маркировки высокопрочных чугунов (ВЧ) отличается от маркировки серых чугунов. В обозначение их марки входят два числа – первое указывает предел прочности на разрыв, второе – относительное удлинение. Например, марка чугуна ВЧ 42-12 означает, что данный чугун имеет предел прочности σв = 412 Н/мм 2 (42 кгс/мм 2 ) и относительное удлинение δ =12%.

Стандарт предусматривает 10 марок высокопрочных чугунов: ВЧ 38-17, ВЧ 42-12, ВЧ 45-5, ВЧ 50-7, ВЧ 50-2, ВЧ 602, ВЧ 70-2, ВЧ 80-2, ВЧ 100-2, ВЧ 120-2. Стандарт или справочник дает дополнительные сведения об этом чугуне: предел текучести σт = 274 Н/мм 2 (28 кгс/мм 2 ), твердость-140÷200 НВ.

Из высокопрочных чугунов изготовляют многие детали (в том числе фасонные), которые ранее получали из стали, базовые и корпусные детали повышенной прочности (корпуса и станины станков, крупные планшайбы, гильзы, каретки, цилиндры, кронштейны, зубчатые колеса, накладные направляющие станков и детали с поверхностной закалкой). Они заменяют стали Сталь 20Л, 25Л, ЗОЛ и 35Л.

Чугун ковкий

В структуре ковкого чугуна графит имеет хлопьевидную форму. Такой графит называют углеродом отжига. По сравнению с серым чугуном ковкий чугун обладает более высокой прочностью, пластичностью и вязкостью. Свое название он получил потому, что имеет повышенную пластичность. Ковке в прямом понимании этого слова чугун не подвергается.

Процесс получения отливок из ковкого чугуна включает две стадии: изготовление фасонных отливок из белого чугуна и отжиг полученных отливок с целью графитизации цементита. При отжиге происходит разложение цементита белого чугуна с образованием графита хлопьевидной формы. В результате этого хрупкие и твердые отливки становятся пластичными и более мягкими. В зависимости от условий и режима отжига структура чугуна может иметь ферритную (Ф), перлитную (П) и ферритно-перлитную металлическую основу. Наибольшее распространение получил пластичный ферритный ковкий чугун. Отжиг ковкого чугуна-весьма продолжительный процесс, занимающий 70-80 ч. Однако его можно ускорить путем закалки отливок из белого чугуна перед графитизацией, а также модифицированием чугуна алюминием, бором, висмутом или титаном. Существуют и другие способы ускорения процесса отжига. Использование указанных способов позволяет сократить продолжительность отжига до 35-40 ч.

Таблица 2. Чугуны ковкие, их основные свойства и применение

Литейные свойства

Технический перевод термина «литейные свойства»: англ. casting properties, нем. Giesseigenschaften, фр. properietes de fonderie [1]. Другой вариант перевода термина «литейные свойства» на английский язык founding properties (или foundry properties). Применяют также castability — литейные качества, способность принимать форму, формообразование, от cast — слепок.

Вообще, что касается терминологии, «литейные свойства» и «castability» — несколько разные понятия, так как второе имеет более широкое значение, относящееся к процессу формообразования в целом, а термин «литейные свойства» относится непосредственно к характеристике материала (металла, сплава).

Литейные свойства, когда мы рассматриваем металлы и сплавы — эта такая совокупная характеристика, которая определяет способность расплава образовывать отливку с заданными технологическими свойствами, с минимальными экономическими и временными затратами, а также с минимально возможным количеством литейных дефектов в конечном изделии. Понятие castability дополнительно включает в себя и геометрическиме параметры формы и изделия.

К одному из самых главных литейных свойств сплавов относится жидкотекучесть (англ. fluidity, иногда именно её называют castability).

Для получения качественной отливки необходимо спроектировать оптимальную форму, изготовить её, подобрать материалы с требуемыми литейными свойствами и разработать технологию всего процесса, включая обязательный этап модифицирования расплавленного металла.

Разработка геометрии формы, качество формовочных материалов и металлошихты, соблюдение технологических режимов, безусловно, очень важны. Но здесь остановимся непосредственно на литейных свойствах сплавов.

Читать еще:  Оборудование чугунолитейного завода

Литейные свойства сплавов

Как уже говорилось выше, литейные свойства сплавов — это совокупность свойств, характеризующих способность расплавленного металла образовывать качественные отливки. Понятие литейных свойств сплавов расширяется введением в него, кроме «традиционных» литейных свойств сплавов (усадки, ликвации, жидкотекучести), таких свойств, как модифицируемость, склонность к переохлаждению, способность поглощать газы при нагревании жидкого металла и выделять их при охлаждении, показатель трещиноустойчивости и др. Литейные свойства металлов и сплавов проявляют себя в момент заливки и заполнения формы, а также при кристаллизации отливки.

Жидкотекучесть является литейным свойством металла, характеризующим его способность проникать во все элементы полости формы, в том числе — сложнодоступные и тонкостенные. На жидкотекучесть влияет целый комплекс факторов, начиная от температурного интервала кристаллизации того или иного литейного сплава, поверхностного натяжения и вязкости металлического расплава, температурных режимов процесса, и заканчивая свойствами самой формы (температура, теплопроводность и др.).

В процессе охлаждения расплава металлы уменьшают свой объём, в результате чего проявляется такое литейное свойство металлов и сплавов, как усадка.

Литейные свойства чугуна

Чугун отличается от стали, кроме прочего, именно своими более хорошими литейными свойствами, поэтому чугун является самым распространённым материалом для изготовления отливок.

Линейная и объёмная усадка у чугунов обычно меньше, чем у сталей, а жидкотекучесть — выше. Линейная усадка серого чугуна составляет 0,8-1,3%.

К отличным литейным свойствам серого чугуна добавляется немаловажный экономический фактор: дешевизна самого материала. Правда, несмотря на это в последнее время имеет место тенденция замены дешёвого серого чугуна на более дорогие и качественные чугуны с шаровидным и вермикулярным графитом (переход от количества к качеству). Например, хорошие литейные свойства чугуна с вермикулярным графитом дают возможность получать из него высококачественные сложные фасонные тонкостенные и массивные отливки массой от килограмма до нескольких тонн.

Придать требуемые литейные свойства расплаву чугуна или стали можно при помощи специальной обработки — модифицирования. Правильно подобранный модификатор способен положительно влиять на литейные свойства чугуна. При этом некоторые элементы ухудшают литейные свойства чугунов, оказывая при этом положительное влияние на другие характеристики, поэтому необходим правильный рациональный подбор модификатора и режимов модифицирования для решения конкретных задач. Жидкотекучесть, линейная и объёмная усадка чугунов регулируются модифицированием.

Литейные свойства сталей

Большинство сталей для получения изделий из них подвергаются обработке давлением (ОМД), но существует довольно широкий ассортимент сталей, предназначенных специально для изготовления отливок. В обозначении марок сталей для отливок последня буква — Л (означает «литейная»). Марки литейных сталей и их свойства регламентированы стандартом ГОСТ 977-88 «Отливки стальные. Общие технические условия». Характеристики литейных свойств конкретных сталей можно найти в «Марочнике сталей и сплавов».

Чугун литейный

Чугун литейный — это сплав железа, в состав которого входит кремний и углерод, а также всегда присутствующие примеси Mn, P, S. Весь углерод, который содержит материал, находится в виде графита формы пластины. Такой чугун при изломе имеет серый цвет, на цветовой фактор влияет содержащийся в сплаве графит. Поэтому литейный чугун называют серым, поэтому /серый чугун/ и литейный – это практически один и тот же сплав. Такой металл является основным сплавом в машиностроении. Название серого чугуна литейным приобрело благодаря его отличным литейным способностям, он обладает хорошей текучестью и соответственно хорошо заполняет формы для заливки.

Состав литейного чугуна


Химический состав литейного чугуна сказывается на качестве отливок. Очень большое влияние оказывает углерод, который содержится в чугуне в виде графита, карбида, углерода закала. Когда много графита он разрыхляет чугун, придает мягкость. Когда графита более 2,5%понижается прочность и вязкость металла. Соответственно сплав будет непригоден к отливке.

Кремний производит вытеснение углерода из соединения с железом, в результате такой реакции выделяется графит. Высокое содержание кремния препятствует насыщению углерода. Литейный чугун состав которого включает марганец ,получает часть своих свойств благодаря этому включению. Так марганец повышает степень твердости, но придает хрупкость отливке, поэтому считается ненужной примесью. Но, данный элемент защищает железо и другие примеси от окисления.

Химический состав литейного чугуна включает также фосфор, который играет особую роль в придании сплаву определенных качества и свойств. Он придает чугуну особую твердость, уменьшая при этом упругость и ненужную вязкость. Чтобы чугун был с достаточно хорошей прочностью, необходимо не более 0,3% фосфора. Фосфор увеличивает хорошую плавкость чугуну, что позволяет точнее подчеркнуть формы при заливке и застывании придать более гладкую поверхность. Сера препятствует насыщению углерода, а также замедляет выделение графита.

Читать еще:  Технология литья по выжигаемым моделям

Литейный чугун состав, которого включает и серу, может несколько терять свою плавкость. При высоком содержании данной примеси он становится густым и соответственно плохо заполняет форму. Поэтому материал с большим содержанием серы не применяют для тонкого литья. От того каким будет начальный состав чугуна зависит химический состав готовой отливки.

Свойства литейного чугуна

Главные свойства литейного чугуна — хорошие литейные показатели, мягкая текучесть и малая объемная усадка. Детали из данного металла малочувствительны внешнему напряжению при периодических нагрузках, степень поглощения колебаний, когда есть вибрация достаточно высокая, выше, чем у стали в 2-4 раза. Также благодаря графиту свойства литейного чугуна имеют хорошие антифрикционные свойства, что повышает работоспособность детали. Однако графитные включения в составе сплава придают ему хрупкость. Эти включения словно многочисленные надрезы в литом металле.

Никель, как легирующий элемент, оказывает хорошее влияние на свойства литейного чугуна, он увеличивает коррозийные функции и улучшает обработку сплава. Медь графитизирует углерод, значительно повышает текучесть, прочность и достаточную твердость металла. Температура плавления зависит от химического состава материала и может колебаться в пределах 1130 — 1350 градусов Цельсия.

Основные маркировки по ГОСТ литейного чугуна:

  • Л1, Л2, Л3, Л4, Л5,
  • Л6, ЛР1, ЛР2, ЛР3, ЛР4,
  • ЛР5,ЛР6, ЛР7.

Оставьте свой комментарий Отменить ответ

Высоколегированная сталь имеет в себе от 10 до 50% легирующих…

Литейные свойства чугунов и их влияние на качество отливок;

Литейные свойства. Чугун отличается сравнительно высо­кими литейными свойствами, что обусловлено его химическим со­ставом, низкой температурой начала кристаллизации, а также графитизацией.

Жидкотекучесть большинства сплавов зависит от положения на диаграмме состояния, и она тем выше, чем меньше интервал затвердения. Чугун характеризуется аномальным характером жидкотекучести, ко­торая при увеличении содержания углерода и кремния повышается, но достигает максимума не при эвтектическом (СЕ = 4,3), а при зазвтектическом составе (СЕ = 4,7 — 4,9). Это связано со способностью заэвтектических чугу­нов сохранять текучесть в определенном интервале температур ниже ликвидуса, поскольку кристаллизация первичного графита сопровождается значительным тепловым эффектом. Заметный рост жидкотекучести наблюдается также при повышении содержания фосфора в сплаве.

Усадка. Характер усадки серого чугуна в значительной степени определяется процессом графитизации. Уменьшение объема чугуна при охлаждении в жидком состоянии прак­тически постоянно. В период затвердевания усадка свя­зана с изменением агрегатного состояния и особенно с графи-тизацией.

Объем белого чугуна уменьшается всегда. В сером чугуне вследствие выделения графита из жидкой фазы в заэвтектических чугунах и при эвтектической кристаллизации происходит расши­рение, компенсирующее усадку тем полнее, чем больше образуется графита. На рис. 77 показан случай, когда в процессе затвердева­ния серого чугуна заэвтектического состава происходит отрица­тельная усадка, т. е. объемное расширение. Величина объемной усадки при затвердевании белого чугуна составляет 4 — 5 %, се­рого — 1,5 — 3 %.

Рис. 3.8.1. Объемная усадка ε белого (1) и серого (2) чугунов при охлаждении:

εж — усадка в жидком состоянии; εз — усадка при затвердевании.

При охлаждении чугуна в твердом состоянии изменение объема (линейная усадка) определяется двумя процессами: выделением графита в связи с уменьшением его растворимости в аустените и термическим сжатием матрицы сплава. Именно с графити-зацией связано предусадочное расширение. Послеперлитная линейная усадка серого и белого чугунов одинакова и со­ставляет 0,9—1,1 %, тогда как доперлитная усадка серого чугуна (0—0.3 %) значительно меньше, чем белого чугуна (0,7—1 %).

Особенности протекания усадочных процессов в сером чугуне и относительно малая усадка при кристаллизации и в твердом со­стоянии существенно облегчают задачу получения качественных отливок. В отливках из серого чугуна реже, чем в стальных или в отливках из белого чугуна, образуются усадочные раковины, трещины и т. д. Это позволяет изготовлять отливки из серого чугуна часто без применения прибылей.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector