Справочник по конструкционным материалам (Арзамасов Б.Н., Соловьева Т.В. - Справочник по конструкционным материалам), страница 12

Отижптельивя стоимость 1 т отливок из ВЧЗ5 — ВЧ45, изготовленных по различным технологическим процессам Примечание. При уменьшении серии отливок до пределов, целесообразных для сопоставления всех приведенных в таблице способов„цена на отливки возрастает на 10-! 2 % при литье в песчаную форму, на 15 % при литье по выплавляемым моделям, на 20% цри лнп е в металлическую форму (кокиль) и на 25 % при литье в оболочковую форму. Для отливок массой более 250 кг. Для отливок массой более 1О кг.

За единицу в табл. 2.4 принята оптовая цена 1 т отливок массой 0,25 кг 1 группы сложности ю чугуна марок СЧ10, СЧ15, юготовленных в песчаных формах, а в табл. 2.5. — оптовая цена 1 т тех же отливок из высокопрочного чугуна марок ВЧ35— ВЧ45. Цена отливок, получаемых в кокиль, более низкая по сравнению с отливками, изготовленными в песчаных формах (см. табл. 2.5). Однако это зависит от серийности выпуска отливок. С уменьшением серийности цена кокильных отливок будет быстро возрастать и соотношение цен юменится в пользу отливок, изготовляемых в песчаных формах.

При единичном и мелкосерийном производстве литье в кокиль становится нецелесообразным, даже с учетом возможной выгоды, получаемой при механической об- работке вследствие повышения точности отливок. 2.1.2. Физические и химические свойства чугунев Физические свойства чугуна (плотность, теплофизические и электромагнитные свой- ства) зависят от состава и структуры, а следовательно, от типа и марки чугуна. Плотнесп Пренебрегал сравнительно малым влиянием ряда элементов в обычном чугуне вследствие их малого содержания и эффективности (Сг, Х1, Си и др.), можно рассчитать плотносп чугуна [81; 7 =100: 100-15Ссс -Сг 2> 75-14,5 [Р-О,1)- П 15Ссв Сг ~,'73 ! 4,5(Р— 0,1) 7,87 — 0,0531-0,065А1 7,67 2,2 4 7,32 где 15 С„; 2,7 Б; 14,5 (Р-0,1) — количество карбидов железа, сульфндов марганца и фосфндной эвтекгикн соответственно; С„, Б, Р— массовые доли связанного углерода, серы и фосфора соответственно, %; С, — массовая доля графита, %; П вЂ” пористость, %.

Расчеты по приведенной формуле дают хорошее совпадение с экспериментальными данными. Наибольшей плотностью характеризуются белые чугуны, не содержащие свободных графитовых включений, н некоторые легированные чугуны — хромовые, никелевые, хромоникелевые (табл.2.6). В серых чугунах плотность обычно тем больше, чем выше прочность чугуна. Таблиеи 2.6.

Плотность чугунов (10, 131 з 7, тlм Тнп и марка чугуна 7,4-7,75 Перлит+ карбиды Феррит, феррит+ перлит Феррит+ нерлит, перлит Перлит 6,$-7,0 7,1-7,2 7,3-7,4 7,1-7,2 Чугун с шаровидным графитом (ГОСТ 7293-85): ВЧ35 — ВЧ45 ВЧ60 — ВЧ80 ВЧ100 7,1-7,2 7,2-7,3 7,25-7,35 >> Пр Бейиит Ковкий (ГОСТ 1215-79): КЧЗО-6 — КЧ37-12 КЧ45-б — КЧ63-2 7,2-7,4 7,3-7,5 Аустеиит При и еч аи и е. При дальнейшем увеличении содержания А! до 30 % получается чугун под ',названием пирофераль, плотность которого 5,3 т/и' [8).

! Высокопрочный чугун при прочих равных условиях (одинаковом содержании кремия, перлита н графита) характеризуется большей плотностью, чем чугун с пластинчаым графитом. Однако во многих случаях эта плотность может оказаться на практике Серый с пластиичатым графитом (ГОСТ 1412-85): СЧ15 — СЧ18 СЧ20 — СЧ25 СЧЗΠ— СЧ35 Чугун с всрмикуляриым графитом ЧВГ35-ЧВГ40 (ГОСТ 28 394-$9) Легированный: никелевый с 34-36% 1ч! ЧН15Д7Х2(и срез ист) хромистый типа ЧХ28, ЧХ32 хромово-никелевый кремнистый типа ЧС13, ЧС15, ЧС17 марганцевый с 12 % Ми алюминиевый с 5-$ % А1 ЧЗО22Ш ( у ) 7,5-7,7 7,4-7,6 7,3-7,6 7,6-7,8 7,1-6,8 7,1-7,3 6,4-6,7 5,6-6,0 ниже, чем у серых чугунов вследствие более высокого содержания углерода и кремния или большей ферритизации матрицы.

Большей плотностью также характеризуются аустенитные чугуны вследствие более плотного строения, особенно при легировании никелем и медью, плотности которых больше, чем железа. При легировании марганцем плотность аустенита несколько понижается. Еще меныпе плотность ферритных, кремнистых и алюминиевых чугунов. Во всех случаях на плотность отливок оказывает влияние пористость (газовая, усадочная), которая составляет обычно от 0,5 до 1,2 % в зависимости от состава чугуна, характера кристаллизации и ряда технологических факторов (эффективности питания, толщины стенки и т. ц.), которые, в свою очередь, определяются технологичностью конструкции отливки.

Наибольшее значение имеют условия питания — гидростатический напор, под которым происходит затвердевание отливки. Поэтому плотность в верхних частях крупных отливок может быль на 5 % меньше, чем в нижних, а в центре — на 10% ниже, чем на периферии.

Плотность графитизированного чугуна уменьшается также с увеличением толщины стенки отливки вследствие увеличения степени графитизации и укрупнения графита 18]: !О 12,5 25 37 7,23 7,14 7,08 7,02 Толщина стенки, мм з Плотность, т/м Таблица 2.7. Теплефизичеепие евейетва еереге чугуиа в зависимости ет температуры 181 Коэффициент линейного расширения а или удельную теплоемкость с реальных неоднородных структур, в том числе чугуна, можно определить по правилу смешения: а1 х1+азхз+...+а„х„ х= а~+аз+...+а„ где х -а или с чугуна; х~, хз, ..., х„— а или с его структурныхсоставляющих(табл.2.8); а|, а2, ..., а„— массовые доли этих составляющих.

68 С увеличением жесткости формы уменьшаетсл предусадочное расширение, а следовательно, усадочная пористость. Потому отливки, полученные в металлических формах, при прочих равных условиях более плотные, чем отливки, изготовленные в песчаных формах. Теплофнзические свойства. Коэффициент линейного расширения о, удельная тепло- емкость с и тецлопроводносгь А — зависят от состава и структуры чугуна, а также от температуры. Поэтому значения их приводят в соответствующем интервале температур. С повышением температуры значения а и с обычно увеличиваются, а Х уменьшается (табл.2.7). Таблица 2.8. Тенлефнзвческне свойства структурных сеставляющнх чугуна в ннтерввле 20-100 'С (а, с) н нрн 100 С (Х) Теплопроводность Х сплавов и смесей в отличие от коэффициента а н удельной теплоемкости с нельзя определить по правилу смешения.

Влияние отдельных элементов на теплопроводность расчетным путем можно установить лишь приближенно 131. На коэффициент а и удельную теплоемкость с влияет главным образом состав чугуна, а на теплопроводность А — степень графитации, дисперсность структуры, неметаллические Включения и т. и. Коэффициент линейного расширения а определяет не только изменения размеров в мвисимости от температуры, но и напряжения, образующиеся в отливках. Его уменьшение является полезным с этих позиций и облегчает условия получения качественных отливок.

Но в случае совместной работы чугунных деталей с деталями из цветных сплавов или другими материалами, имеющими больший коэффициент линейного расширения, приходится стремиться к увеличению значения а для чугуна. Теплоемкость и теплопроводность имеют большое значение для таких отливок, как отопительные трубы, конфорки, изложницы, детали холодильных установок и двигателей внутреннего сгорания и т. д., так как определяют равномерность распределения температуры в отливках и шггенсивность отвода теплоты. В табл.

2.9 приведены теплофизические свойства различных групп чугунов. Наибольшее влияние на коэффициент а оказывает углерод, в особенности в связанном состоянии. Одному проценту углерода соответствует примерно в 5 раз большее количество цементита, чем графита. Поэтому графитизирующие элементы (Я, А1, Т1, %, Сн и др.) повышают, а антиграфитизирующие (Сг, Ч, %, Мо, Мп и др.) уменьшают коэффициент линейного расширения.

Наибольшим значением а, как видно в табл. 2.9, отличаются аустенитные никелевые, а также ферритные никелевые чугуны типа чугаль и пирофераль. Поэтому при достаточно высоком содержании %, Си, Мп значение а резко увеличивается. Однако при ),11 > 20 еУ зна о мин~ ~а З5 З7 е~~ ),11 Форма графита существенно влияет на коэффициент линейного расширения лишь прн низких температурах, у высокопрочного чутуна с шаровидным графитом коэффициент а несколько выше, чем у чугуна с пластинчатым графитом. Удельная теплоемкость чугуна, как и железа, увеличивается с ростом температуры (см. табл.

2.7) и характеризуется скачкообразным повышением при фазовом превращении Ге,-+Ге„; затем удельная теплоемкость чугуна резко цадает, но с дальнейшим повышением температуры вновь увеличивается 110]. Таблица 2.9. Теилефизнчеаине свайства чугунов в интервале 29-109 'С !8, 19-131 а!0, С к,дж/(кг С) А,нтт(м С) тнп н марка чугуна 9-Ю 523-573 (628-670) 29,3-50,2 Серый с пласгннчатым графитом (ГОСТ 1412-85): СЧЮ вЂ” СЧ18 СЧ20 — СЧЗО СЧ35 8,0-9,0 9,5-10,5 11-12 460-470 (586-628) 480-525 (586-62$) 502-545 (628-670) 60,0 — 57,5 54,0-46,0 42,0-37,6 Чугун с вермикулярным графитом (ГОСТ 28394-89); ЧВГЗΠ— ЧВГ35 ЧВГ40 — ЧВГ45 12-14 12-14 4$0-550 480-550 47,0-51,0 37,0-41,0 Чугун с шаровидным графитом (ГОСТ 7293-85): ВЧ35 — ВЧ45 ВЧ60 — ВЧЗО ВЧ100 11,5-!2,5 10,0-11,0 9,0-10„0 460-502 (586-628) 502-523 (62$-670) 523-565 (628-670) 37,6-460 33,5-41,9 29,3-37,6 Ковкнй (ГОСТ 12! 5-79): КЧЗО-б — КЧ37-12 КЧ45-б — КЧ65-3 10,5-11,0 10,3-10,$ 460-511 (586-628) 527-544 (628-670) 54,4-62,$ 50,2-54,4 1,5-2,5 17-19 (460-502) 30-42 ЧХ22 ЧХ28 9-10 14-17' 4,7 21,0 11,7-12,8 (473) (579) 10,2-10,7 !7,5 33,1-33,9 15,1-28,0' 22-23 14,7-15,5 В скобках приведены значения с в ннгервале 20-1000 С.

В интервале 20-200 С. ' Тоже20-900 С. Тоже20-550 С. Графитизация понижает теплоемкость чугуна, поэтому у белого чугуна она несколько выше, чем у серого и высоконрочного (см. табл. 2.9). Теплопроводность чугуна в большей мере, чем другие физические свойства, зависит от структуры, ее дисперсности и мельчайших загрязнений, т. е.