книги из ГПНТБ / Елистратов, П. С. Сварка чугуна сталью

показатели механических свойств плоского и цилиндри­ ческого образцов, надо установить какие-то переводные коэффициенты. Кроме того, механические свойства ме­ талла определяются не только формой, по и размером образца. Здесь действует масштабный фактор, который необходимо учитывать при переходе от одной формы об­ разца к другой. Действие масштабного фактора опреде­ ляется тем, что качество металла ухудшается с увеличе­ нием размера отливки или поковки. Увеличение разме­ ров повышает вероятность большего наличия опасных дефектов и перенапряженных зерен, что приводит к воз­ растанию вероятности разрушения при меньших нагруз­ ках. Эти вопросы достаточно подробно рассмотрены мно­ гими авторами [82—86] и получили теоретическое и экспериментальное подтверждение.

В качестве иллюстрации влияния масштабного фак­ тора приведем данные С. В. Серенсеиа [83], полученные при испытании на растяжение образцов разных метал­ лов в широком диапазоне их размеров (диаметров) (рис. 44). За показатель изменения прочности взято от­ ношение предела прочности испытываемого образца а в

к пределу прочности образца диаметром 10 мм (оВ10) :

; е= <тв/(ТвіоКак видим, масштабный фактор проявляется очень

заметно, особенно для чугунов. Это определяется вероят-

Рнс. 44. Влияние диаметра поковок и отливок на предел прочности при растяжении: 1 — сталь углеродистая; 2 — сталь легированная; 3 — чугун модифицированный; 4, 5 — чугун серый

180

иостыо наличия опасных дефектов н связано с особен­ ностью образования структур в отливках разного разме­ ра. При одинаковом химическом составе чугуна отливка меньшего размера будет более мелкозернистой струк­ туры с преобладанием перлита и графитовых выделений в благоприятной форме (более мелкие и округлые). От-

штабный фактор для отливок серого чугуна имеет осо­ бое значение.

На рис. 45 приведены данные Валласа [85], получен­ ные при испытании на растяжение чугунных образцов разного диаметра со снятой' литейной коркой в зависи­ мости от величины эквивалентного углерода в отливках. Эквивалентный углерод подсчитывался по уравнению

Сэ = С + 1/3 (Si + Р) %.

Как видим, масштабный фактор проявляется тем силь­ нее, чем меньше в чугуне эквивалентного углерода. Это можно объяснить тем, что при повышенном содержании эквивалентного углерода наиболее сильно начинает про­ являться влияние ухудшения структуры отливки. Поэто­ му при замене .цилиндрических образцов плоскими надо учитывать не только их размер, по и химический состав.

181

Образцы свариваемого чугуна

При выборе размера плоских образцов для механи­ ческих испытаний брали за основу стандартный цилинд­ рический образец диаметром 30 мм. В связи с тем что необходимо установить соотношения показателей меха­ нических свойств плоских и цилиндрических образцов, целесообразно проверить эти соотношения для несколь­ ких размеров. Поэтому за основу можно взять показате­ ли механических свойств, получаемых на цилиндриче­ ских образцах следующих диаметров: 20—25—30—35— 40 мм. Такой диапазон размеров образцов позволяет, кроме того, выяснить влияние масштабного фактора для конкретных условий.

Чтобы при испытании плоских образцов получить ре­ зультаты, сравниваемые с соответствующими данными цилиндрических образцов, необходимо, чтобы размер плоских образцов был эквивалентен размеру цилиндри­ ческих с учетом масшатбного фактора. При испытании на растяжение механические свойства образцов, в част­ ности их прочностные характеристики, определяются площадью поперечного сечения, которую можно брать за основу для определения эквивалентности плоских и ци­ линдрических образцов.

Таким образом, плоский и цилиндрический образцы одинаковой площади поперечного сечения будут эквива­ лентны. Это значит, что получаемые на таких образцах показатели механических свойств сравнимы. При этом, однако, для плоского образца необходимо уточнить соот­ ношение ширины и толщины. Поэтому выбор размера образцов надо производить, руководствуясь ГОСТ 1497—61. Так как чугун хрупкий материал, то можно брать образцы короткие с расчетной длиной 10= 5,65ур0

для плоских и l0 = 5d0 для цилиндрических. В соответст­ вии с приложением к указанному ГОСТ цилиндрические образцы взяты типа III, а плоские типа I. Размеры об­

182

ГОСТ 1497—61 не предусматривает цилиндрические образцы диаметром более 25 мм. Поэтому образец диа­ метром 28 мм- приходится брать нестандартным, близ­ ким к размеру 54к, принятому по ГОСТ 2055—43.

Из приведенных данных видно, что эквивалентность плоских и цилиндрических образцов соблюдается, так как площади поперечного сечения их практически равны. При испытании на изгиб размер плоских образцов, экви­ валентных цилиндрическим, должен выбираться по ра­ венству не только площадей, ко и моментов сопротивле­ ния на изгиб. Таким образом, эквивалентные образцы должны иметь равенство:

по площади

где do— диаметр рабочей части цилиндрического образца; а0 и Ь0— толщина и ширина рабочей части плоского образца.

Руководствуясь этими соотношениями и взяв за осно­ ву указанные выше диаметры цилиндрических образцов, можно с некоторым допущением рассчитать эквивалент­ ные размеры плоских образцов.

считать эквивалентными. Поэтому данные механических испытаний таких эквивалентных образцов сравнимы между собой.

Как указывалось выше, механические свойства чугу­ на определяются не только формой и размером образца,

183

Т а б л и ц а 18

Фактический состав чугуна

Фактическое содерж ание элементов, %

но и химическим составом чугуна. Чтобы выявить это влияние, образцы указанных размеров и формы изготов­ лялись из отливок четырех марок чугуна: СЧ12-28, СЧ18-36, СЧ24-44 и СЧ28-48. Фактический химический состав чугунных отливок довольно близок к обычному, что видно из данных табл. 18.

По химическому составу принятые чугуны можно ха­ рактеризовать эквивалентным углеродом Сэ, а также степенью эвтектичности Sg, которые рассчитываются по уравнениям:

с3= с + -5і±^ %,

(132)

5э “ 4,25 — 0,3 Si % ‘

Расчет дает следующие значения этих величин:

Из чугунов указанных марок производилась отливка пластин для изготовления плоских образцов и болванок

184

для изготовления цилиндрических. Были приняты сле­ дующие размеры отливок.

Примятый размер образцов до минимума сводит ме­ ханическую обработку до заданных размеров готовых образцов и не очень усложняет технологию отливки. Отливки длиной 350 и 400 мм предназначены для приго­ товления образцов для испытания на изгиб при расстоя­ нии между опорами 300 мм, а отливки длиной 650 мм — для испытания па изгиб при расстоянии между опорами

600 мм.

Из указанных отливок строганием, фрезерованием и точением готовили образцы требуемого размера, и, сле­ довательно, все образцы не имели литейной корки. Это

визвестной мере способствовало большей однозначности

впроведении испытаний, так как литейная корка не

всегда оказывает равномерное влияние на механические свойства образцов. Чистота обработанных поверхностей (шероховатость) соответствовала требованиям ГОСТ

1497—61.

Свойства образцов свариваемого чугуна

Приготовленные плоские и цилиндрические образцы испытывались на изгиб и растяжение. Испытание на из­ гиб производилось в соответствии с ГОСТ 2055—43 при расстоянии между опорами 300 и 600 мм\ определяли предел прочности на изгиб и стрелу прогиба. Испытание па растяжение производилось в соответствии с ГОСТ 1497—61; определяли предел прочности и удлинение. Каждое испытание однотипных образцов производилось не менее как на пяти образцах. Из полученных данных определяли среднее значение величии механических свойств образцов, приведенных в табл. 19—22. Анализ полученных данных позволяет отметить следующие основные особенности их.

Влияние размера образца на его механические свой­ ства (масштабный фактор) проявляется почти одинаково

185

для цилиндрических и плоских образцов. Более резко это влияние проявляется для мягких чугунов (СЧ12-28), что совпадает с приведенными выше данными (см.

рис. 44).

Показатели механических свойств плоских образцов во всех исследованных случаях ниже соответствующих показателей цилиндрических образцов той же марки чу­ гуна и эквивалентного размера. В среднем можно при­ нять, что механические свойства плоских образцов со-

186

ф

Изгиб (расстояние между опорами 300 мм)

ставляют 50—60% от механических свойств соответст­ вующих цилиндрических образцов. Это соотношение справедливо при отсутствии литейной корки на испыты­ ваемых образцах. Наличие литейной корки обычно повы­ шает механические свойства чугуна в среднем на 10%. Сравнение полученных механических свойств плоских обработанных образцов с цилиндрическими, которые имеют литейную корку, показывает, что они составляют 40—50% от цилиндрических,

187

ния производили на растяжение и изгиб образцов, раз­

испытывали на изгиб,, шесть образцов другой пластины—

189