Справочник по конструкционным материалам (Арзамасов Б.Н., Соловьева Т.В. - Справочник по конструкционным материалам), страница 15

Влияние А! на жаростойкость чугуна проявляется прежде всего путем образования им защитных оксидных пленок 1101. Алюминий повышает температуру возникновения вюстнтной фазы и способствует образованию оксидных пленок со шпинельным типом решетки (ге О А120з). На уменьшение линейного роста и окисления отливок хром влияет уже при концентрации 0,5-1,5 % (мас.) (см. рис. 2.2, а). Ввод хрома в таких количествах тормозит гра- Табльща 2.

14. Жарестейкесть иекетерых легированных чугунев (ГОСТ 7769-83) 110! 2.1.З. Механические и технологические свойства чугунев Чугуны, по существу, являются своеобразным композитным материалом, механические и эксплуатационные свойства которого зависят от характеристик металлической основы (прочности, пластичности, твердости и др.), а также формы, размеров, количества и распределения графитовых включений. При зтом в ряде случаев решающее значение имеет графит, а в ряде — металлическая основа, Например, модуль упругости чутуна главным образом зависит от формы и размеров графитовых включений, а твердость в основном определяется свойствами металлической основы.

Такие же свойства, как временное сопротивление разрыву, ударная вязкость, длительная прочность, зависят как от свойств металлической основы, так и от формы или размеров н количества графитовых вклочений. Свойства структурных составлякицих металлической основы чугуна нрнведены в табл. 2.15. 79 Таблице 2. 15.

Механические свойства основныл структурных составлиииннк чугуна И, $, 10) П р и м е ч в и и е. При легироваиии фаз металлической основы свойства повышаются. Например, феррит, легированный 2% 31, имеет о,=бОО МПа. Получение той или иной структуры чугуна в отливках зависит от многих факторов: химического состава чугуна, вида шихтовых материалов, технологии плавки и внепечной обработки металла, скорости кристаллизации и охлаждения расплава в форме, а следовательно, толщины стенки отливки, теплофизических свойств материала формы и др. Структуру металлической основы чугуна можно изменять также термообработкой отли- вок, общие закономерности влияния которой аналогичны закономерностям, возникающим при термообработке углеродистой стали, а особенности связаны с сопутствующими изменениями металлической основы при графитизации. Среди элементов химического состава углерод н кремний определяют формирование структуры чугуна, а при заданной технологии литья приведенный размер Я„р стенки отливки характеризует скорость ее охлаждения (Я вЂ” отношение площади сечения стенки к ее периметру).

Тогда различная структура чугуна в отливках при литье в песчаную форму получается при 18, 101 где К < 4,5 — для перлитно-цементитной структуры; 4,5 — 6,0 — для перлитно-графитной; 10 — 14 — для перлитно-ферритно-графитной и 1 14 — для ферритно-графитной структуры. Кроме того, большое значение как графнтнзнрующнй элемент имеет алюминий, который иногда частично илн полностью заменяет кремний.

Это повышает свойства чугуна, особенно пластичносп. Наиболее благоприятное сочетание характеристик прочности, вязкости и пластичности достигается в алюминиевых чугунах, содержащих 1,0% ~ Я. По влиянию на структуру, а следовательно, свойства чугуна небольших добавок других элементов их можно разбить на три группы. Первая группа элементов — %, Со, Сы — аналогично Я оказывает графитизирующее влияние, способствует измельчению выделений графита. Одновременно этн элементы стимулируют получение более дисперсных перлитных игольчатых и мартенситных структур даже при сравнительно медленном охлаждении. 80 Вторая группа элементов — Сг, Мо, %, У и лр.

— в противоположность первой препятствует графитизации с интенсивностью, пропорциональной концентрации. При содержании, превышающем предел растворимости их в цементите или феррите, элементы образуют специальные карбиды. К третьей группе относятся Т1, Хг, Се, Са, Мя, В и другие элементы. Они характеризуются высокой химической активностью, почти целиком расходуются на образование тугоплавких карбидов, сульфидов, оксидов, нитридов, которые могут служить зародышами в процессе последующей кристаллизации и повышать дисперсность металпической основы. Более того, Мя, Са, Се и другие редкоземельные металлы входят в состав лигатур для модифицирования чугуна с целью получения графита вермикулярной или шаровидной формы. Влияние графитовых включений на различные эксплуатационные свойства чугуна также разнообразно и неоднозначно.

Прн нагружении графитовые включения, являясь «надрезами», снижают прочность и пластичность чугуна. Это происходит, во-первых, вследствие некоторого уменьшения живого сечения металлической основы за счет полостей, занятых графитом, который имеет небольшую прочность на разрыв, и, во-вторых, что наиболее важно, из-за высокой концентрации напряжений, возникающей в местах графитовых включений, особенно при пластинчатой форме графита, Причем, чем длиннее пластинки графита, тем больше коэффициент концентрации напряжений.

Все это приводит к резкой локапизации пластической деформации в металлической основе, исчерпанию пластичности материала в этих местах, развитию трещин, а в итоге— к квазихрупкому разрушению материала при средних напряжениях и показателях пластичности намного ниже, чем прочность и пластичность металлической основы чугуна. Кроме того, из-за разного коэффициента термического расппирения графите и металлической основы (см. табл.

2.8) при охлаждении отливок в чугуне возникают структурные напряжения 11 рода, которые, постепенно возрастая, достигают предела упругости материала в местах конценчрации напряжений (при пластинчатой форме графита). Поэтому любая дополнительная внешняя нагрузка вызывает небольшие (при малых нагрузках) необратимые пластические деформации в материале, и чугун с пластинчатым графитом в литом состоянии, по существу, не имеет предела упругости Я.

Однако он может приобрести это свойство в результате «треннровки» различными нагрузками, приводящими к упрочиению металлической основы в местах концентрации напряжений, Для этого же можно использовать различные варианты термомеханической или термоциклической обработки 11, 101, что особенно важно для высокоточных деталей прецизионных станков и других подобных машин. Упрочнение металлической основы в местах концентрации напряжений происходит при естественном старении отливок из чугуна с пластинчатым графитом (вылеживании) даже при отсутствии напряжений 1 рода, в результате релаксации высоких напряжений П рода.

Несмотря на то, что прочность чугуна при этом практически не изменяется, возрастает сопротивляемость образованию пластических деформаций при нагружении небольшими нагрузками. Указанный процесс интенсифицируется при вылеживании отливок иа воздухе, когда добавляется термоциклическое воздействие изменений погодных условий. Модуль упругости чугуна ниже, чем его металлической основы, так как в чугуне образуются дополнительные обратимые деформации занятых графитом полостей, особенно заметные при больших нагрузках.

Поэтому значение Е уменьшается с увеличением нагрузки. 81 Все отмеченные явления становятся менее заметными при увеличении дисперсности пластинчатого графита до 100 — 200 мкм, особенно при его компактных формах (вермикулярный или шаровидный графит). Поэтому ковкий и высокопрочный чугуны прн одинаковой структуре металлической основы имеют повышенную прочность, и у них появляется предел упругости. Наличие графитовых включений делает чугун, особенно с пластинчатым графитом, практически не чувствительным к надрезам, что позволяет ему конкурировать с более прочной сталью по сопротивлению усталости и пределу выносливости.

Включения графита обеспечивают высокую износостойкость чугуна в условиях трения скольжения со смазкой. Таблица 2.!б. Механические свойства н рекомендуемые сеставы серых чугунов (ГОСТ 1412-85) Содержанке элементов, % (мвс.) о,, МПв, нс менее Марка чугуна Мл не более 149-200 3,5-3,7 СЧ10 100 0,5-0,8 0,3 О,!5 156-224 3,5-3,7 2,0-2,4 0,5-0,8 СЧ15 0,2 !50 0,15 3,4-3,6 3,3-3,5 1,9-2,3 1,4-2,2 0,5-0,7 0,7-1,0 180 0,2 163-240 0,15 СЧ20 0,2 1,4-2,2 210 0,2 СЧ21 3,2-3,4 0,7-1,0 1,4-2,2 СЧ24 240 0,2 О,!5 170-255 187-270 3,2-3,4 3,0-3,2 0,7-1,0 1,4-2,2 1,0- 1,3 1,0-1,! СЧ25 0,2 0,15 250 0,7-1,0 СЧЗО 300 0,2 201-290 0,2 0,12 2,9-3,0 0,7-1,1 СЧ35 350 Пр и и е ч а н н е.

Чугуны марок СЧЗО н СЧ35 обнчно моднфнцнрукэт ге51, поэтому содержанке 5! для ннх дано после введения модификатора. э! е2 Для отливок с толщиной стенки 15 мм. Длл отливок с толщиной стенки от 8 мм (макснмвльное значение НВ) до 80 мм. 82 Серый чугун с пластннчатым графитом. В табл. 2.16 приведены механические свойства и рекоменщммый химический состав серых чугунов по ГОСТ 1412 — 85, а в табл. 2.17 — свойства, не предусмотренные этим стандартом. Аналогичные стандарты на серый чугун с пластинчатым графитом имеются и в других странах, Однако, если, согласно ГОСТ 1412-85, ст, изменяется от 100 МПа у СЧ10 до 350 МПа у СЧ35, то в соответствии со стандартами Германии, Великобритании, Японии и США ст, изменяется от 200 до 600 МПа.

Из серого чугуна с пластинчатым графитом изготавливают более 50 % от общего объема чугунных отливок. Гайпща? Л7. Механические евейства серык чугунов, ие реглвмеитиреввииые ГОСТ 1412-85 110, 13) СЧ10 — СЧ18 СЧ20 — СЧЗО СЧЗΠ— СЧЗ5 Свой от»о Е, ГПа: при растяжении 125-145 130-155 54-64 850-1000 400-500 500-800 240-360 1000-1 200 500-540 при сжатии » изгибе 2„МПв: 240-320 360-400 150-220 0,2-1,0 250-355 355-400 » срезе б % 0,4-0,65 15-30 0,65-0,9 15-20 е,% 20-40 ° 2 Н 0,245-0,260 0,262-0,270 0,275-0,285 е,, МПв: 50-70 70-90 90-115 120-145 115-140 145-170 при растяжении » сжатии » изгибе «з 2,, МПв КС, кДж/м е е, %, прн вибрации с нагрузкой, равной УЗок2 67-133 100-120 80-100 120-140 30-90 23-30 23-25 П р и ив ч в и и е.