Особенности получения отливок из высокопрочных чугунов с шаровидным и вермикулярным графитом

Высокопрочные чугуны с шаровидным (ЧШГ) и вермикулярным графитом (ЧВГ) высокие прочностные характеристики сочетают с повышенноными пластическими, технологическими (жидкотеукучесть, свариваемость) и эксплуатационными (хладностойкость, ударостойкость, коррозионная стойкость и др.) свойствами.

Структура. Отличительной особенностью высокопрочных чугунов является наличие в структуре графитных включений шаровидной и вермикулярной формы (См. Раздел 2). Они, как и чугуны СЧ, могут иметь металлическую матрицу, состоящую из феррита, или перлита, или феррити и перлита.

Механические свойства ЧШГ оцениваются по показателям временного сопротивления разрыву (s_в) и условного предела прочности (s_0,2), а также дополнительно относительного удлинения (d) и твердости (НВ) (Табл. 3.9.8).

Таблица 3.9.8. Механические свойства ЧШГ (ГОСТ 7293-85)

Марка чугуна	sв, МПа	s0,2, МПа	d, %	НВ
не менее
ВЧ35				140 - 170
ВЧ40				140 - 202
ВЧ45				170 - 225
ВЧ50				153 - 245
ВЧ60				192 - 277
ВЧ70				228 - 302
ВЧ80				248 - 321
ВЧ100				270 - 360

В таблице 3.9.8 приведены показатели свойств, полученные при стандартных условиях изготовления образцов и испытаний: изготовление литых заготовок – брусков сечением 25х40 мм или прутков диаметром 25 мм, последующее вытачивание образцов диаметром 14 мм и испытание на растяжение. Механические свойства чугуна в реальных отливках отличаются от приведенных выше, так как, зависят от толщины (Табл. 3.9.10).

Таблица 3.9.10. Влияние толщины стенок на механические свойства ферритного ЧШГ

Состав чугуна, %	Толщина стенки, мм	sв, МПа	s0,2, МПа
С = 3,44; Si = 3,58; Mn = 0,55; Cr = 0,08; Ni = 0,06; Mg = 0,07. P = 0,08; S = 0,01;			-

Модуль упругости (Е) ЧШГ составляет 160-170 ГПа для чугунов с ферритной матрицей и 170-180 ГПа для чугунов с перлитной матрицей. В чугунах с бейнитной матрицей значение его достигает 100 ГПа.

Демпфирующая способность (d_ц) (циклическая вязкость) ЧШГ значительно ниже, чем ЧПГ, но в 2…3 раза выше, чем у конструкционных сталей. Причем, она, выше у чугуна с ферритной металлической матрицей. Демпфирующая способность ЧШГ повышается при увеличении содержания углерода и кремния (до 3,5 %), но снижается при повышении содержания марганца. Чугун со структурой зернистого перлита по сравнению с пластинчатым имеет на 20…30 % большую демпфирующую способность. Отжиг снижает показатель d_ц.

Ударная вязкость (КС) – один из важнейших критериев оценки пластичности ЧШГ.

При испытаниях на ударный изгиб по ГОСТ 9454-78 определяют ударную вязкость образцов без надреза KC и с надрезом KCU (Табл. 3.9.11). Наиболее высокие значения КС и KCU имеют ферритные марки ЧШГ (ВЧ35, ВЧ40), наиболее низкие – перлитные (ВЧ70, ВЧ80).

Таблица 3.9.11. Ориентировочные значения ударной вязкости стандартных марок чугуна

Марка чугуна	КДж/м^2 при 20 ^оС	Марка чугуна	КДж/м^2 при 20 ^оС
KC	KCU		KC	KCU
ВЧ35	800 -1500	170 -250	ВЧ60	100 - 300	-
ВЧ40	300 - 800	100 - 150	ВЧ70	100 - 250	-
ВЧ50	300 - 500	30 - 100	ВЧ100	-	100 - 150

Ударная вязкость бейнитных ЧШГ зависит от температуры изотермической закалки: максимальна при температуре закалки 320 - 360 ^оС (~600 кДж/м²), снижается почти до нуля при ~450 ^оС и затем несколько возрастает (до ~200 кДж/м²) с повышением температуры закалки до 600 ^оС. В бейнитных ЧШГ образование мартенсита и огрубление структуры значительно снижают ударную вязкость.

Чугун с шаровидной формой графита со структурой так называемого «твердого глаза», состоящего из микрооболочек бейнита или сорбита отпуска (объемная доля 20…60 %) вокруг шаровидного графита (ШГ) при пластическом феррите обладает хорошей ударной вязкостью. При наличии подобной микроструктуры существенно замедляется разрушение межфазной поверхности ШГ - матрица. По сравнению с известной структурой «мягкий глаз» («бычий глаз») структура «твердый глаз» обеспечивает при одинаковой объемной доле второй фазы и равной микротвердости повышение микротвердости в 1,5 - 2,2 раза, причем тем большее повышение, чем выше доля второй фазы. Чугун со структурой «твердый глаз» с бейнитными микрооболочками вокруг глобулей имеет следующие показатели ударной вязкости (кДж/м²): 1650, 180…220, 80 при химическом составе чугуна, мас. %: 3,3 - 3,6 С; 2,3 Si; 0,3 Mn; 0,06 P; 0,012 S; 0,028 - 0,034 Mg.

Дата добавления: 2014-01-07