Отливки из серых чугунов

Лекция 4. Получение отливок из различных видов чугуна

При эксплуатации отливки подвергаются различным напряжениям: растяжению, сжатию, износу, срезу, кручению и др. В зависимости от скорости приложения нагрузок, напряжения могут быть статическими или динамическими, а также постоянно действующими или знакопеременными.

Деформации, образующиеся в результате указанных напряжений, могут быть упругими (обратимыми), пластическими (остаточными) или разрушающими.

Таблица – Механические свойства и химический состав СЧПГ

Марка чугуна	Механические свойства	Средний химический состав,%
	σв, кгс/мм^2	σи, кгс/мм^2	НВ	С	Si	Mn
Заэвтектические
СЧ10			143-229	3,6	2,4	0,6
СЧ15			163-229	3,6	2,2	0,6
Эвтектический
СЧ18			170-229	3,6	2,1	0,6
Доэвтектический
СЧ20			170-241	3,4	1,8	0,8
СЧ25			180-250	3,3	1,8	0,8
СЧ30			181-255	3,1	1,1	0,8
СЧ35			197-219	2,9	1,0	0,9
СЧ40			207-285	2,6	2,7	0,3
Сч45				2,3	2,7	0,3

Механические свойства СЧ зависят от химического состава и с увеличением прочности и твердости снижаются.

Углерод и кремний являются графитизирующими элементами и оказывают решающее воздействие на структуру и свойства нелегированного чугуна. Кремний передвигает эвтектическую и эвтектоидную точки влево и вверх, т.е. в сторону уменьшения содержания углерода в твердых и жидких растворах, а также повышает температуру превращений.

Каждый процент кремния снижает содержание углерода в эвтектике примерно на 0,3%, поэтому можно принять

С_э = 4,26-0,3Si,

где С_э – содержание С в эвтектике; Si – содержание кремния в чугуне.

Степень эвтектичности чугуна определяется следующим образом

.

Её также можно оценить разностью содержания углерода в эвтектике и чугуне

.

Величину (С+0,3Si) называют углеродным эквивалентом.

При С+0,3Si=4,26, =0.

Чугун, для которого = 1 или = 0 называется эвтектическим.

Например, для чугунов марок от СЧ10 до СЧ45 степень эвтектичности снижается от 1,1 до 0,79, что несколько ухудшает литейные свойства.

Высокий уровень механических свойств у СЧ40 и СЧ45 достигается также меньшим содержанием (на порядок) вредных примесей – фосфора и серы по сравнению с другими СЧ.

Стандартом регламентируются только основные механические свойства – σ_в, σ_и, НВ. Именно по этим характеристикам определяется годность отливок.

Мягкий и малопрочный чугун можно получить только при ферритной матрице, а твердый чугун при перлитной матрице с дисперсным графитом.

Рисунок – Микроструктура серого чугуна с феррито-перлитной матрицей

С повышением марки чугуна возрастают прочностные свойства.

Прочностные свойства чугуна на сжатие значительно лучше, чем на ратяжение, это объясняется наличием графитовых включений.

Механические свойства чугуна определяются соотношением структурных составляющих – в основном феррита, перлита, графита и цементита. Включения графита снижают прочность чугуна за счет уменьшения эффективной площади сечения. Кроме того, они играют роль внутренних концентраторов напряжений. Коэффициент концентрации напряжений для пластинчатого графита К_пг = 7,0-7,5, а для шаровидного – К_шг ≤ 3,5.

Возникновение высоких напряжений в локальных объемах около пластинчатого графита обусловливает появление микротрещин.

Наряду с этим наличие графитовых включений в структуре чугуна обеспечивает такие его свойства, как высокую циклическую вязкость и низкую чувствительность к надрезам.

С повышением степени эвтектичности S_э механические свойства снижаются за исключением циклической вязкости. Это обусловлено формированием малопрочной ферритной матрицы и образованием большого количества пластинчатого графита прямолинейной или игольчатой формы.

СЧПГ имеет очень низкую пластичность (δ, ψ менее 1%).

Разрушение чугунных образцов при испытании на растяжении происходит практически без пластических деформаций (δ_ч = 0,5-1,0%, δ_ст = 20-40%). В связи с этим приближенная оценка пластичности определяется по величине стрелы прогиба (f₃₀₀ или f₆₀₀). Образцы диаметром 30 мм и длиной 300 или 600 мм.

С повышением марки чугуна стрела прогиба f₃₀₀ увеличивается от 2-2,5 до 3-3,5 мм.

Ψ – циклическая вязкость%; Е – модуль упругости ГПа; НВ – твердость; σ_в – прочность кгс/мм²; f₃₀₀ – стрела прогиба, мм; δ – относительное удлинение, %.

Рисунок – Влияние степени эвтектичности на механические свойства СЧПГ

Наилучшим комплексом механических свойств обладают доэвтектические чугуны (СЧ20-СЧ35), которые наиболее широко применяются для изготовления сложных и ответственных отливок.

Таблица – Механические свойства структурных составляющих СЧПГ

Структурная составляющая	σв кгс/мм^2	НВ
Феррит (Si = 2%)
Перлит
Цементит
Феррит эвтектический	-

Наиболее прочной структурой составляющей является перлит. Увеличение феррита и появление структурно свободного цементита снижает прочностные свойства.

Для повышения прочности чугуна при кристаллизации необходимо обеспечить:

1 – уменьшение количества феррита, исключение выделения структурно свободного цементита, получение перлита с максимальной дисперсностью.

2 – уменьшение количества графита и размеров его включений.

3 – приближение формы графита к шаровидной, при которой ослабляется его надрезывающее влияние.

Дата добавления: 2014-01-06