Лекція № 22 : Діаграма стану залізо – графіт. Чавуни

План

1. Стабільна діаграма стану залізо – вуглець.

2. Сірі чавуни.

3. Ковкі чавуни.

4. Високоміцні чавуни.

Їм притаманна пластинчаста форма графіту, який можна розглядати як тріщину чи надріз, що створює концентрацію напружень у металевій матриці та різко знижує характеристики міцності чавуну. Сірий чавун — найдешевший конструкційний матеріал. У виробництво надходить у вигляді виливків, має високі ливарні властивості, добре оброблюється різанням, чинить опір зно­шуванню, здатен розсіювати коливання при вібраційних і змінних навантаженнях (у 2...4 рази вище за сталь).

Сірі чавуни одержують при введенні до розплаву чавуну речовин (графітизаторів), що сприяють розпаду цементиту і виділенню вугле­цю у вигляді графіту. Графітизатором сірого чавуну є кремній. При введенні приблизно 5 % кремнію цементит сірого чавуну майже повністю розпадається, утворюючи структуру з пластичної феритної основи і вкраплень пластинчастого графіт. При змен­шенні кількості кремнію цементит перліту розпадається частково, утворюючи ферито-перлітну структуру основи чавуну. Подальше зменшення вмісту кремнію призводить до формування структури сірого чавуну на перлітній основі. Найміцнішими є сірі чавуни на перлітній основі, а найбільш пластичними — на феритній.

Промисловість випускає такі марки сірих чавунів: СЧ10, СЧ15, СЧ20, СЧ25, СЧЗО, СЧ35, СЧ40, СЧ45. При маркуванні сірих чавунів літери СЧ означають — чавун сірий, а цифри — мінімальне значення порогу міцності при розтягуванні ( _в, кгс/мм²).

Залежно від рівня фізико-механічних характеристик сірі чавуни умовно можна поділити на чавуни малої та підвищеної міцності і чавуни зі спеціальними властивостями.

Сірі чавуни малої міцності мають феритну або ферито-перлітну структуру з пластинчастим графітом і відповідають маркам від СЧ10 до СЧ3О. Наприклад, при розтягуванні міцність чавуну СЧ25 _в= 250 МПа, твердість 180...250 НВ.

Сірий чавун підвищеної міцності відповідає маркам від СЧ35 до СЧ45, має перлітну металеву основу і більш тонку розгалужену пелюсткову форму графіту. Міцність таких чавунів _в = 350...450 МПа, твердість 200...289 НВ.

Міцність цих чавунів забезпечують легуванням і модифікуванням. Легування здійснюють присадкою невеликої кількості нікелю і хрому, молібдену з титаном або міддю. При цьому одержують дрібно­зернисту структуру і більш тонку форму графіту. Модифікування здійснюють добавками (0,1...0,3 % від маси чавуну) феросиліцію, сілікоалюмінію, сілікокальцію та іншими. їх додають безпосередньо у ківш під час його заповнення розплавом. Структура такого чавуну не містить ледебуритного цементиту, чавун твердне з відбілюванням (білий або половинчастий), хімічний склад чавуну лишається прак­тично незмінним. Модифікований рідкий чавун необхідно одразу розливати у ливарні форми, оскільки ефект модифікування зникає вже через 10... 15 хв.

У машинобудуванні з сірих чавунів СЧ10, СЧ15 виготовляють деталі для низьких і середніх статичних навантажень (станини верстатів, кришки люків, подушки опор тощо); з чавунів СЧ20, СЧ25 — для підвищених навантажень динамічної дії (картери двигунів, блоки циліндрів, поршні, станини); СЧ30, СЧ35, СЧ40 — для високих навантажень і зношування (розподільні вали, зубчасті колеса, гільзи блоків циліндрів, гальмівні колодки).

Ковкі чавуни

Ковкі чавуни. Це умовна назва більш пластичного, порівняно з сірим, чавуну. Його ніколи не кують. Одержують його шляхом трива­лого високотемпературного відпалювання виливків білого чавуну з перлітно-цементитною структурою. Під час такого графітизуючого відпалювання цементит білого чавуну розпадається, утво­рюючи графіт пластівчастої форми. Залежно від структури металевої основи розрізняють ковкі феритний і перлітний чавуни.

Феритні ковкі чавуни одержують з білих, які мають у своєму складі 2,4...2,8 % С; 0,8... 1,4 % Si; 0,3...0,4 % Мn; 0,08... 0,1 % S; 0,2 % Р.

Перлітні ковкі чавуни виготовляють з білих, які містять 2,8...3,4 % С; 0,5...0.8 % Si; 0,4...0,5 % Мn; 0,12 % S; 0,2 % Р.

Залежно від показників міцності при розтягуванні () і віднос­ного видовження () ковкі чавуни розрізняють за марками: КЧ3О-6, КЧ33-8, КЧ35-10, КЧ37-12 - це феритні чавуни; КЧ45-6, КЧ50-4, КЧ56-4, КЧ60-3, КЧ63-2 - перлітні.

З ковких чавунів виготовляють високоміцні деталі для змінних і ударних навантажень, підвищеного спрацювання, наприклад, шес­терні, шатуни, картер заднього мосту, гальмівні колодки, ступиці, гачкові ланцюги, пальці різальних апаратів тощо. Антикорозійні властивості ковких чавунів досить високі при експлуатації в сере­довищі вологого повітря, води, топочних газів. Вони широко засто­совуються у сільськогосподарському, автомобільному, текстильному ашинобудуванні.

Високоміцні чавуни

Високоміцні чавуни — це різновид сірого чавуну з феритною або перлітною структурою, модифікованого магнієм або комплексними модифікаторами (магній з добавками силіцію та інші). В результаті модифікування одержують графіт кулястої форми і невеликих роз­мірів. Такі чавуни мають підвищену міцність і порів­няно з сірими чавунами здатні чинити опір крихкому руйнуванню. Вони мають феритну або перлітну структуру металевої основи.

Залежно від порогу міцності () і відносного видовження () високоміцні чавуни поділяють на такі марки: ВЧ38-17, ВЧ42-12, ВЧ45-5, ВЧ50-2, ВЧ60-2, ВЧ70-3, ВЧ80-3, ВЧ100-4, ВЧ120-4.

Діапазони зміни властивостей цих марок такі: = 380...1200 МПа, = 2...7%, твердість 140...369 НВ.

Високі механічні властивості цих чавунів дозволяють використо­вувати їх для виготовлення деталей машин, що працюють за умов значних навантажень, замість поковок і виливків із сталей. З висо­коміцного чавуну виготовляють деталі ковальсько-пресового облад­нання, прокатних станів, парових турбін, тракторів, автомобілів (колінчасті вали, поршні тощо).

Запитання для самоконтролю

1. Якою фазою є графіт?

2. Які є форми графіту?

3. Як кристалізуються чавуни за діаграмою залізо – вуглець?

4. Що таке сірі чавуни?

5. Як позначаються сірі чавуни?

6. Де використовуються сірі чавуни?

7. Що таке ковкі чавуни?

8. Як позначаються ковкі чавуни?

9. Як одержують ковкі чавуни?

10. Де використовуються ковкі чавуни?

11. Що таке високоміцні чавуни?

12. Як позначаються високоміцні чавуни?

13. Як одержують високоміцні чавуни?

14. Де використовуються високоміцні чавуни?

Дата добавления: 2015-06-25