2628

представление о влиянии углерода, кремния и скорости охлаждения на степень графитизации чугунов дают структурные диаграммы чугунов (см. приложение Б).

Свойства серого чугуна зависят от структуры металлической основы (ферритная, ферритно-перлитная, перлитная), формы, величины, количества и характера распределения графитовых включений.

Рис. 2. Микроструктура серого литейного чугуна:

а – ферритного; б – ферритно-перлитного; в – перлитного: 1 – феррит, 2 – графит, 3 – перлит

Стандартные марки серых чугунов обозначаются буквами СЧ. Число в марке указывает на предел прочности при растяжении в размерности кгс/мм2. Например, СЧ20 − серый чугун с пределом прочности при растяжении 20 кгс/мм2 (200 МПа). Основные марки серых чугунов: СЧ 10; СЧ 15; СЧ 20; СЧ 25; СЧ 30; СЧ 35; СЧ 40; СЧ 45.

Для повышения механических свойств серого чугуна применяют модифицирование. Модифицирование включает операцию введения в расплав металла измельченного ферросилиция или силикокальция. Добавки измельчают структурные составляющие чугуна, положительно влияют на равномерность распределения графитовых включений. Чугуны марок СЧ 30, СЧ 35, СЧ 40, СЧ 45 относятся к модифицированным.

Ковкие чугуны (ГОСТ 1215)

К ковким относят чугуны с графитовыми включениями хлопьевидной формы. Такой чугун получают в отливках, изготовленных из доэвтектического белого чугуна и подвергнутых последующему графитизирующему отжигу по заданному режиму. Отжиг приводит к распаду цементита и образованию графита.

Механические свойства ковкого чугуна определяются структурой металлической основы (ферритная, ферритно-перлитная, перлитная) и степенью компактности включений графита. Наиболее высокими свойствами обладает ковкий чугун со структурой зернистого перлита основы. Твердость ковких чугунов колеблется в пределах

1630…2690 НВ.

21

а) б)

Рис. 3. Микроструктура ковкого перлитного (а) и высокопрочного перлитного(б) чугуна

Стандартные марки ковких чугунов включают предел прочности при растяжении и относительное удлинение. Например, КЧ 30-6 означает: ковкий чугун, предел прочности при растяжении 30 кгс/мм2 (300 МПа), относительное удлинение – 6%. Из них изготавливают детали высокой прочности, работающие в тяжелых условиях износа, способные воспринимать ударные и знакопеременные нагрузки. Ковкие чугуны заменяют высокопрочными, так как отливки из них имеют ограниченные размеры сечения (не более 30…40 мм) и получают их в процессе длительной, дорогостоящей термической обработки.

Высокопрочные чугуны (ГОСТ 7293)

Высокопрочные чугуны получают модифицированием жидкого чугуна присадками магния, церия, иттрия и др. элементами. Чаще применяют магний в количестве 0,03…0,07%. Под действием модификатора графит в процессе кристаллизации принимает шаровидную форму (рис. 3, б).

Стандартные марки высокопрочного чугуна включают предел прочности при растяжении. Например, ВЧ 60 – высокопрочный чугун с шаровидным графитом, предел прочности при растяжении 60 кгс/мм2 (600 МПа). Марки высокопрочных чугунов: с ферритной металлической основой ВЧ 38; ВЧ 42; с ферритно-перлитной металлической основой ВЧ 45; ВЧ 50; с перлитной металлической основой ВЧ 60; ВЧ70; ВЧ 80; ВЧ 100; ВЧ 120. Твердость высокопрочных чугунов в пределах 1400…3800 НВ. Применяются как заменитель стали, ковкого и серого чугунов. По сравнению со сталью обладает большей износостойкостью, лучшими коррозионными и антифрикционными свойствами и обрабатываемостью резанием. Детали из высокопрочного чугуна: суппорты, резцедержатели, шпиндели, прокатные валки, коленчатые валы и др.

Антифрикционные чугуны (ГОСТ 1589)

Антифрикционные чугуны обладают удовлетворительной стойкостью против износа и низким коэффициентом трения. Применяют для изготовления подшипников, втулок и подобных деталей в качестве заменителей бронзы при сравнительно легких условиях работы. Графитовые гнезда на поверхности детали удерживают смазку и обеспечивают снижение трения. Подшипники из антифрикционных чугунов успешно

22

работают в паре с валом, в узлах трения с температурой до 300 ºС, при повышенных окружных скоростях. Стандартные марки антифрикционных чугунов обозначаются тремя буквами и условным номером: АЧС–5, АЧК–2, АЧВ–1. Пример маркировки: АЧС–5: АЧ – антифрикционный, С – серый чугун с пластинчатым графитом (К – ковкий, В – высокопрочный). Порядковый номер присваивается по химическому составу и назначению. Чугуны отличаются по виду металлической основы: перлитная, перлитноферритная, ферритно-перлитная, аустенитная. Для получения заданной металлической основы чугуны легируют хромом, медью, никелем, титаном и другими элементами в различных сочетаниях и соотношениях.

Из чугунов специального назначения изготавливают детали жаростойкие (жаростойкость 700…800 ºС), марки – ЧС5, ЧХ28, ЧХ32, жаропрочные – ЧН19Х3Ш, ЧН11Г7Ш, коррозионностойкие – ЧС13, ЧС15, ЧХ22, ЧХ28, ЧС15М4, ЧН15Д7.

Порядок выполнения работы

1.Начертить правую часть (участок белых чугунов) диаграммы состояния железо – цементит и пунктирными линиями обозначить стабильное равновесие системы Fe – C. Описать процессы превращений, происходящие при охлаждении различных чугунов.

2.Установить микрошлиф на предметный столик микроскопа. Настроить резкость вначале с помощью макро-, а затем микровинта. Рассмотреть различные поверхности микрошлифа, выбрать и зарисовать поверхность с наиболее четко выраженной микроструктурой.

3.В исследуемых микрошлифах белого, серого, ковкого, высокопрочного чугунов определить основные структурные составляющие и указать его марку.

4.Привести структурную диаграмму чугунов (приложение Б) и указать область, которой соответствует исследованный чугун, условия его получения и назначение.

5.Пользуясь справочными данными установит зависимость свойств (прочность, твердость, пластичность) чугунов от формы графитовых включений и соотношения феррита и перлита.

Таблица 1. Результаты исследования микроструктуры и свойств чугунов

Содержание отчета

В отчете указать цель работы, изобразить микроструктуры чугунов по результатам микроскопических исследований и дать их описание (вид металлической основы, форма графитовых включений и т. д.). Начертить структурную диаграмму чугунов. Сделать выводы о зависимости свойств (НВ) от фазового состава и структуры, формы, величины и количества графитовых включений.

23

Контрольные вопросы

1.Какой чугун называют передельным и почему?

2.В чем принципиальное отличие между белым и серым чугунами?

3.В каком чугуне весь углерод находится в химически связанном состоянии?

4.Перечислите основные формы графитовых включений. В каких чугунах они встречаются?

5.Перечислите разновидности металлических основ чугунов.

6.Какие технические характеристики включают марки чугунов?

7.Что такое фосфидная эвтектика чугунов? Опишите ее влияние на свойства чугунов.

8.Графит какой формы менее всего ослабляет металлическую основу чугуна?

9.Перечислите способы получения серого и высокопрочного чугунов.

10.Какой чугун превращают в ковкий и каким образом?

11.Какие преимущества имеют чугуны перед сталями?

12.Назовитемарку чугуновдляизготовленияколенчатоговала, зубчатогоколесаидр.

24

Приложение А

Схема диаграмм состояния железо – легирующий элемент

Приложение Б

Структурные диаграммы чугунов

Структурные диаграммы чугунов в зависимости от содержания C и Si (а) и толщины стенки отливок (б): I – белый чугун; II – половинчатый чугун; III, IIIа, IIIб – серый перлитный, ферритно-перлитный и ферритный чугун

25

Приложение В

(справочное)

26