Автоматные стали

Автоматные стали созданы для обработки на станках-автоматах. Для лучшей обрабатываемости в них добавляют повышенное количество фосфора и серы. Так как эти элементы ухудшают свойства сталей, автоматные стали не используют для изготовления ответственных деталей. Чаще всего – это крепежные элементы (шайбы, гайки, шурупы) требующиеся в больших количествах.

Маркируются автоматные стали А15, А20, А25, где буква А в начале марки означает, что сталь автоматная, цифры – содержание углерода в сотых долях процента (соответственно 0,15, 0,2, 0,25%С)

чугуны

Чугун отличается от стали: по составу – более высокое содержание углерода и примесей; по технологическим свойствам – более высокие литейные свойства, малая способность к пластической деформации, почти не используется в сварных конструкциях.

В зависимости от состояния углерода в чугуне различают:

· белый чугун – углерод в связанном состоянии в виде цементита, в изломе имеет белый цвет и металлический блеск, очень твердый и хрупкий;

· графитизированный чугун – весь углерод или большая часть находится в свободном состоянии в виде графита, а в связанном состоянии находится не более 0,8 % углерода. Из-за большого количества графита его излом имеет серый цвет, поэтому его называют серым;

· половинчатый – часть углерода находится в свободном состоянии в форме графита, но не менее 2 % углерода находится в форме цементита. Мало используется в технике.

Строение, свойства, классификация и маркировка серых чугунов

Металлическая основа чугунов похожа на структуру эвтектоидной или доэвтектоидной стали или технического железа. Отличаются от стали только наличием графитовых включений, определяющих специальные свойства чугунов.

В зависимости от формы графита и условий его образования различают следующие группы графитизированных чугунов:

серый – с пластинчатой формой включений графита;

высокопрочный – с шаровидным графитом;

ковкий – с хлопьевидным графитом.

Схемы микроструктур чугуна в зависимости от металлической основы и формы графитовых включений представлены на рис. 11.3

Рис. 11.3. Схемы микроструктур чугуна в зависимости от металлической основы и формы графитовых включений

Наиболее широкое распространение получили чугуны с содержанием углерода 2,4…3,8%. Чем выше содержание углерода, тем больше образуется графита и тем ниже его механические свойства, следовательно, количество углерода не должно превышать 3,8 %. В то же время для обеспечения высоких литейных свойств (хорошей жидкотекучести) углерода должно быть не менее 2,4 %.

Влияние состава чугуна на процесс графитизации.

Для того, чтобы при охлаждении чугуна из жидкой фазы выделился графит, необходимо чтобы расплав содержал достаточное количество элементов, способствующих графитизации: это углерод и кремний.

Марганец затрудняет графитизацию и способствует отбеливанию чугуна.

Сера способствует отбеливанию чугуна и ухудшает литейные свойства, ее содержание ограничено – 0,08…0,12 %.

Фосфор на процесс графитизации не влияет, но улучшает жидкотекучесть. Фосфор является в чугунах полезной примесью, его содержание – 0,3…0,8 %.

Влияние формы включений графита на механические свойства отливок.

Графитовые включения можно рассматривать как соответствующей формы пустоты в структуре чугуна. Около таких дефектов при нагружении концентрируются напряжения, значение которых тем больше, чем острее дефект. Отсюда следует, что графитовые включения пластинчатой формы в максимальной мере разупрочняют металл. Более благоприятна хлопьевидная форма, а оптимальной является шаровидная форма графита. Пластичность зависит от формы таким же образом. Относительное удлинение (δ) для серых чугунов составляет 0,5%, для ковких – до 10%, для высокопрочных – до 15%.

Наличие графита наиболее резко снижает сопротивление при жестких способах нагружения: удар, разрыв. Сопротивление сжатию снижается мало.

Положительные стороны наличия графита.

· графит улучшает обрабатываемость резанием, так как образуется ломкая стружка;

· чугун имеет лучшие антифрикционные свойства, по сравнению со сталью, так как наличие графита обеспечивает дополнительную смазку поверхностей трения;

· из-за микропустот, заполненных графитом, чугун хорошо гасит вибрации и имеет повышенную циклическую вязкость;

· детали из чугуна не чувствительны к внешним концентраторам напряжений (выточки, отверстия, переходы в сечениях);

· чугун значительно дешевле стали;

· производство изделий из чугуна литьем дешевле изготовления изделий из стальных заготовок обработкой резанием, а также литьем и обработкой давлением стали с последующей механической обработкой.

Серый чугун.

Серый чугун – графитизированный чугун с пластинчатой формой графита. Получают медленным охлаждением жидкого чугуна – для образования графита из жидкой фазы.

Механическая прочность чугунов в основном определяется количеством, формой и размерами включений графита. Мелкие, завихренной формы чешуйки графита меньше снижают прочность. Такая форма достигается путем модифицирования. В качестве модификаторов применяют алюминий, силикокальций, ферросилиций. Структура серого чугуна не оказывает влияние на пластичность (она остается чрезвычайно низкой), но оказывает влияние на твердость чугуна. Лучшими прочностными свойствами и износостойкостью обладают перлитные серые чугуны.

Серые чугуны при малом сопротивлении растяжению имеют достаточно высокое сопротивление сжатию. Серые чугуны содержат углерода 3,2…3,5%; кремния 1,9…2,5%; марганца 0,5…0,8%; фосфора 0,1…0,3%; серы < 0,12 %.

Серый чугун широко применяется в машиностроении, так как легко обрабатывается и обладает хорошими механическими свойствами.

Отливки из серого чугуна имеют малое сопротивление растягивающим и ударным нагрузкам, поэтому следует использовать этот материал для деталей, которые подвергаются сжимающим или изгибающим нагрузкам. В станкостроении это – базовые, корпусные детали, кронштейны, зубчатые колеса, направляющие; в автостроении - блоки цилиндров, поршневые кольца, распределительные валы, диски сцепления. Отливки из серого чугуна также используются в электромашиностроении, для изготовления товаров народного потребления.

Обозначаются СЧ 15: СЧ - серый чугун, число 15 - значение предела прочности при растяжении – 150 МПа.

Высокопрочный чугун с шаровидным графитом.

Получают эти чугуны из серых, в результате модифицирования жидкого серого чугуна магнием или церием (добавляется 0,03…0,07% от массы отливки).

По сравнению с серыми чугунами, механические свойства повышаются, это вызвано отсутствием неравномерности в распределении напряжений из-за шаровидной формы графита.

Высокопрочные чугуны обладают высоким пределом текучести, σ_т = 300…420 МПа, что выше предела текучести стальных отливок. Также характерна достаточно высокая ударная вязкость и усталостная прочность.

Высокопрочные чугуны содержат: углерода 3,2…3,8%, кремния 1,9…2,6%, марганца 0,6…0,8%, фосфора – до 0,12%, серы – до 0,3 %.

Эти чугуны обладают высокой жидкотекучестью, малой линейная усадка – около 1%. Достаточно высокая обрабатываемость резанием. Обладают удовлетворительной свариваемостью.

Из высокопрочного чугуна изготовляют тонкостенные отливки (поршневые кольца), шаботы ковочных молотов, станины и рамы прессов и прокатных станов, изложницы, резцедержатели, планшайбы.

Отливки коленчатых валов массой до 2..3 т, взамен кованых валов из стали, обладают более высокой циклической вязкостью, малочувствительны к внешним концентраторам напряжения, обладают лучшими антифрикционными свойствами и значительно дешевле.

Обозначаются индексом ВЧ (высокопрочный чугун) и числом, которое показывает значение предела прочности: ВЧ 100 – высокопрочный чугун, предел прочности при растяжении 1000 МПа.

Ковкий чугун

Ковкий чугун имеет хлопьевидную форму включений графита. Отливки из ковкого чугуна получают отжигом отливок из белого доэвтектического чугуна.

Чугуны имеют пониженное содержание углерода и кремния.

Ковкие чугуны содержат: углерода – 2,4…3,0 %, кремния – 0,8…1,4 %, марганца – 0,3…1,0 %, фосфора – до 0,2 %, серы – до 0,1 %.

Формирование окончательной структуры и свойств отливок происходит в процессе отжига, схема которого представлена на рис. 11.4.

Рис. 11.4. Отжиг ковкого чугуна.

Отливки выдерживаются в печи при температуре 950…1000С в течении 15…20 часов. Происходит разложение цементита: .

Структура после выдержки состоит из аустенита и графита (углерод отжига). При медленном охлаждении в интервале 760…720^oС, происходит разложение цементита, входящего в состав перлита, и структура после отжига состоит из феррита и углерода отжига (получается ферритный ковкий чугун).

При относительно быстром охлаждении (режим б, рис. 11.4) вторая стадия полностью устраняется, и получается перлитный ковкий чугун.

Структура чугуна, отожженного по режиму в, состоит из перлита, феррита и графита отжига (получается феррито-перлитный ковкий чугун)

Отжиг является длительной 70…80 часов и дорогостоящей операцией. В последнее время, в результате усовершенствований, длительность сократилась до 40 часов.

По механическим и технологическим свойствам ковкий чугун занимает промежуточное положение между серым чугуном и сталью. Недостатком ковкого чугуна по сравнению с высокопрочным является ограничение толщины стенок для отливки и необходимость отжига.

Отливки из ковкого чугуна применяют для деталей, работающих при ударных и вибрационных нагрузках.

Из ферритных чугунов изготавливают картеры редукторов, ступицы, крюки, скобы, хомутики, муфты, фланцы.

Из перлитных чугунов, характеризующихся высокой прочностью, достаточной пластичностью, изготавливают вилки карданных валов, звенья и ролики цепей конвейера, тормозные колодки.

Обозначаются индексом КЧ (высокопрочный чугун) и двумя числами, первое из которых показывает значение предела прочности, умноженное, а второе – относительное удлинение: КЧ 30 – 6 - ковкий чугун, предел прочности σ_в = 300 МПа, относительное удлинение δ = 6%.

Отбеленные и другие чугуны

Отбеленные – отливки, поверхность которых состоит из белого чугуна, а внутри серый или высокопрочный чугун. В составе чугуна 2,8…3,6 % углерода, и пониженное содержание кремния 0,5…0,8 %.

Имеют высокую поверхностную твердость (950…1000 НВ) и очень высокую износостойкость. Используются для изготовления прокатных валов, вагонных колес с отбеленным ободом, шаров для шаровых мельниц.

Для изготовления деталей, работающих в условиях абразивного износа, используются белые чугуны, легированные хромом, хромом и марганцем, хромом и никелем. Отливки из такого чугуна отличаются высокой твердостью и износостойкостью.

Для деталей, работающих в условиях износа при высоких температурах, используют высокохромистые и хромоникелевые чугуны. Жаростойкость достигается легированием чугунов кремнием (5…6%) и алюминием (1…2%). Коррозионная стойкость увеличивается легированием хромом, никелем, кремнием.

Для чугунов можно применять термическую обработку.

Дата добавления: 2014-01-06