Процесс графитизации в чугунах

ЧУГУНЫ

Штамповые стали

Для обработки металлов давлением применяют инструменты – штампы, пуансоны, ролики и т.д., деформирующие металл. Стали, применяемые для изготовления такого рода инструмента называются штамповыми сталями (по виду наиболее распространенного инструмента). Штамповые стали делятся на две группы: деформирующие металл в холодном состоянии и горячем состоянии. Условия работы этих сталей сильно различаются между собой.

Штамповые стали для деформирования в холодном состоянии.

Стали используемые для изготовления штампов, деформирующих металл при нормальных температурах должны обладать высокой твердостью (HRC 56-60), износостойкостью, прочностью сочетающейся с достаточной вязкостью. При термической обработке необходимо обеспечить сквозную прокаливаемость штампов и небольшие объемные изменения. Штампы небольших размеров и простой конфигурации изготавливают из углеродистых сталей У10, У11, У12. Для более сложных конфигураций и более тяжелых условий работы применяют стали ШХ 15, Х, ХВСГ и др. Для крупных штампов применяют стали Х12, Х12Ф1, Х12М и др.

Штамповые стали для деформирования в горячем состоянии (полутеплостойкие и теплостойкие). Стали, применяемые для штампов, деформирующих металл в горячем состоянии должны иметь высокие механические свойства (прочность и вязкость) при повышенных температурах и обладать окалиностойкостью и разгаростойкостью, т.е. способностью выдерживать многократные нагревы и охлаждения без образования разгарных трещин. Кроме того, стали должны иметь высокую износостойкость и теплопроводность для лучшего отвода тепла, передаваемого обрабатываемой заготовкой. Многие штампы имеют большие размеры, поэтому сталь для их изготовления должна обладать высокой прокаливаемостью, что обеспечивает высокие механические свойства по всему сечению штампа.

Штампы, работающие при умеренных нагрузках и нагревающиеся при работе до 550 ⁰С изготавливают из полутеплостойких сталей 5ХНМ, 5ХГМ и др., обладающих повышенной вязкостью. Средненагруженные штампы, работающие с разогревом поверхности до 600 ⁰С изготавливают из сталей 4Х5В2ФС, 4Х5МФ1С и др. Стали повышенной теплостойкости 5Х3В3МФС, 3Х2В8Ф и др. используют для штампов нагревающихся при деформировании до 600-700 ⁰С.

Чугун отличается от стали по химическому составу более высоким содержанием углерода. В промышленных чугунах кроме железа и углерода содержится кремний, марганец, сера и фосфор, причем в количествах, больших, чем в углеродистых сталях. Чугуны обладают лучшими по сравнению со сталью, литейными свойствами (большей жидкотекучестью, меньшей усадкой), они дешевле стали, но уступают по прочности (особенно при растягивающих нагрузках) и пластическими свойствами (не поддаются обработке давлением).

Углерод в чугуне может находиться в связанном состоянии – в виде карбида железа (цементита) и в свободном – в виде графитовых включений различной формы, или одновременно в виде карбида и графита. В зависимости от этого различают чугуны.

1. Белый, в нем весь углерод находится в связанном состоянии в виде карбидов, излом чугуна имеет характерный блестящий белый цвет;

2. Серый, большая часть углерода в нем находится в свободном состоянии в виде графита, имеющего пластинчатую форму;

3. Ковкий, большая часть углерода в этом чугуне находится в свободном состоянии в виде графита, имеющего хлопьевидную форму (углерод отжига);

4. Высокопрочный, в нем большая часть углерода находится в свободном состоянии в виде графита, имеющего шаровидную форму.

Серый, ковкий и высокопрочные чугуны содержат графит, их изломы, поэтому получаются серого цвета и по цвету излома все перечисленные чугуны можно называть серыми. Структура серого, ковкого и высокопрочного чугунов состоит из графитовых включений и металлической основы, которая может быть ферритной, феррито-перлитной и перлитной.

Процесс образования графита в чугуне называется графитизацией. Основными факторами, влияющими на процесс графитизации, являются скорость охлаждения и химический состав чугуна.

Скорость охлаждения. Образование графита из жидкости или аустенита при охлаждении происходит в узком интервале температур, следовательно, для того, чтобы как можно дольше жидкость и аустенит находились в этих интервалах температур, скорость охлаждения должна быть мала. В производственных условиях скорость охлаждения удобно характеризовать по толщине стенки отливки. Чем тоньше отливка, тем быстрее охлаждение и в меньшей степени протекает графитизация.

Химический состав. Углерод и кремний способствует графитизации чугуна, поэтому с увеличением их содержания в чугуне графитизация будет протекать полнее. Содержание кремния в чугуне составляет 1,2-3,5%.

Марганец препятствует графитизации, т.е. затрудняет выделение графита и способствует образованию карбидов и таким образом способствует получению белого чугуна.

Сера способствует отбеливанию чугуна. Ее отбеливающее влияние в 5 раз больше, чем для марганца.

Фосфор на процесс графитизации заметного влияния не оказывает.

Образование графита может происходить не только при кристаллизации из жидкости или аустенита. Возможен и другой способ его образования – в результате распада предварительно образовавшегося цементита, в процессе длительного нагрева его при высоких температурах. При температуре выше PSK цементит распадается на аустенит и графит, а ниже PSK цементит распадается на феррит и графит.

Дата добавления: 2014-01-07