Тарасенко_Материалы для поршневых двигателей (831918), страница 7
Текст из файла (страница 7)
35 МПа);феррит — твердый раствор углерода в α-железе, для него σв == 300 . . . 500 МПа. Для перлита и эвтектоидной смеси [Ф + Ц]σв = 800 . . . 1000 МПа. Высокая прочность перлита обусловленаприсутствием твердых частиц карбида Fe3 C (цементита).Чем более дисперсны графитные включения, тем выше прочность чугуна при одной и той же металлической основе. Наиболеевысокую прочность обеспечивает шаровидная форма графитнойсоставляющей, а для хлопьевидной составляющей характерны высокие пластические свойства.37Таблица 2.7Зависимость механических свойств чугунов от формы графитаи структуры металлической частиХ а р а к т е р и с т и к и к о н с т р у к ц и о н н о йп р о ч н о с т и. Наличие включений графита придает чугунамряд существенных преимуществ по сравнению со сталями:• меньшую чувствительность к концентраторам напряжений(в присутствии надрезов его свойства практически не изменяются),благодаря этому отверстия, углы, переходы, а также возможные вотливках раковины и неметаллические включения сравнительномало влияют на реальную конструкционную прочность чугунов;• высокую износостойкость благодаря сочетанию твердой матрицы и частиц графита, которые выполняют роль смазки;• высокие антифрикционные свойства (способность обеспечивать низкий коэффициент трения).Механические свойства чугунов могут быть изменены следующими способами:• специальным легированием (хромом, никелем, молибденом,медью — для серых чугунов);• химико-термической обработкой (азотированием);• упрочняющей термической обработкой (для высокопрочныхчугунов).382.3.1.
Серые чугуныГрафит в серых чугунах присутствует в форме пластинчатыхвключений. Серые чугуны содержат 2,2. . .3,7 % С и 1,0. . .3,0 % Si.М а р к и. Чугун маркируют буквами СЧ и числом, равнымвременному сопротивлению разрыву при растяжении в мегапаскалях, уменьшенному в 10 раз (ГОСТ 1412). Так, чугун марки СЧ25имеет σв = 250 МПа.На рис. 2.9 указаны марки серых чугунов, их фазовый состави твердость. С увеличением перлитной составляющей повышаетсятвердость, а также временное сопротивление разрыву и предел выносливости, что позволяет применять серые чугуны СЧ30 и СЧ35для ответственных деталей.Рис.
2.9. Серые чугуны. Фазовый состав, марки, твердостьС в о й с т в а. Особенность серых чугунов как машиностроительного материала состоит в том, что их целесообразно использовать при работе деталей в условиях преимущественно сжимающихнапряжений. Это обусловлено тем, что пластинчатая форма графита создает в металлической части чугуна остроугольные надрезы —своеобразные концентраторы напряжения, в которых при растягивающей нагрузке легко формируются очаги разрушения.
В связис этим прочность серых чугунов при растяжении в 2—4 раза ниже, чем при сжатии. При более «мягких» способах нагружения39(изгиб, кручение) влияние формы пластин графита на прочностьпроявляется значительно меньше.Специфическое свойство чугунов, в том числе и серых, — меньшая чувствительность к надрезу по сравнению со сталями, которую можно проследить при сравнении пределов выносливостиσ−1 , полученных на гладких образцах и на образцах с надрезом.Чем меньше различие в значениях этих характеристик для двух типов образцов, тем менее чувствителен материал к концентраторамнапряжений. Для сравнения в табл. 2.8 показано, как выдерживаютциклические нагрузки серые чугуны с различной матрицей (ферритной, ферритно-перлитной и перлитной).
Для этого приведенызначения предела выносливости гладких образцов и образцов снадрезом.В ферритных чугунах, имеющих пониженную прочность(σв = 140 МПа), значения предела выносливости для гладкихобразцов и образцов с надрезом практически одинаковы. С увеличением в составе чугунов перлитной составляющей и с общимповышением временного сопротивления разрыву при растяженииразличие двух характеристик достигает 20. .
.30 МПа.Таблица 2.8Механические свойства серых чугунов с различным фазовымсоставомМаркачугунаСЧ15СЧ18СЧ21СЧ25СЧ30Фазовыйσв ,состав матрицы МПаФ+ГФ+П+ГП+Г(образецσглσнадр−1 (образец−1гладкий), МПа с надрезом), МПа1406565175848021010595255140120300163130Различие в значениях предела выносливости серых чугунов,кроме того, зависит от схемы циклического нагружения. При несимметричном цикле («0 — сжатие») предел выносливости выше,чем при симметричном цикле («сжатие — растяжение»), вследствиеменьшего сопротивления растягивающим нагрузкам в последнемслучае.40Термообработка серых чугунов — это отжиг для снятия напряжений после литья.П р и м е н е н и е.
Марки отечественных серых чугунов, их зарубежные аналоги и детали, для изготовления которых они применяются, указаны в табл. 2.9. Собственно для изготовления поршнейприменяют наиболее прочный перлитный чугун СЧ35. Так как извсех серых чугунов перлитные чугуны обладают наибольшей герметичностью, они предназначены также для изготовления корпусов компрессоров, насосов, арматуры, тормозной пневматики.
Изменее прочных сплавов изготовляют головки и блоки цилиндров,а также различные литые детали в авто-, тракторо- и сельскохозяйственном машиностроении.Таблица 2.9Марки серых чугунов, их зарубежные аналоги и применениеАналогиМаркаСША Германия Япония АнглияПрименениеСЧ1525ВGG-15FС-150150Картеры (до 20 кг), дискисцепления, тормозные барабаныСЧ2030ВGG-20FС-200200Картеры (до 90 кг), блоки, головки и гильзы цилиндров,тормозные диски дизелей250Головки и блоки цилиндровкарбюраторных ДВС, маховики, крышки коренных подшипников, тормозные барабаны–Распределительные валы дизельных и карбюраторныхдвигателей, тормозные барабаны–Поршни, поршневые кольца,гильзы цилиндров и другиеответственные детали тепловозных дизелейСЧ25СЧ30СЧ3535В40В45ВGG-25GG-30GG-35FС-250FС-300FС-350412.3.2.
Высокопрочные чугуныВысокопрочные чугуны имеют более высокое содержание углерода, чем серые, — 3,0. . .3,6 % углерода и примерно столько жекремния — 1,1. . .2,9 %.Шаровидная форма графита в чугунах достигается путем модифицирования: при выплавке в расплав вводят соли магния, которые изменяют поверхностное натяжение графитовых частиц, врезультате чего они приобретают форму с минимальной площадью поверхности при данном объеме — форму шара.
Благодаряшаровидному графиту высокопрочный чугун в 3—5 раз прочнеесерого чугуна и более пластичен. Шаровидные частицы значительно меньше ослабляют прочность чугунов при жестких способахнагружения, чем пластинчатые. По комплексу характеристик конструкционной прочности высокопрочные чугуны успешно заменяют литые стали, при этом они более экономичны в производстве.Разновидностью высокопрочных чугунов являются вермикулярные чугуны, в которых графит имеет червеобразную форму. Дляполучения этих чугунов при выплавке в расплав вводят не толькомагний, но и редкоземельные металлы (РЗМ).
В вермикулярныхчугунах около 70 % частиц графита имеют короткую, утолщеннуюформу, а остальные 30 % — глобулярную.М а р к и. Высокопрочные чугуны с шаровидным графитом маркируются ВЧШГ (для краткости — ВЧ, ГОСТ 7293), а свермикулярным графитом — ВЧВГ (или ЧВГ, ГОСТ 28394) и числом, равным временному сопротивлению разрыву при растяжении, уменьшенному в 10 раз.Высокопрочные чугуны являются уникальным материалом,превосходящим по конструкционной прочности другие чугуны идаже деформированные стали. Это обусловлено как благоприятной формой графита, так и возможностью регулировать составметаллической части дополнительными легированием и термообработкой.Т е р м о о б р а б о т к а.
Без термообработки чугуны ВЧ 45и ВЧ 50 имеют ферритную и перлитную структуры соответственно. Применение сфероидизирующего отжига способствует получению в перлитном чугуне вместо пластинчатых округлых частиц42цементита, что повышает характеристики надежности. В результате нормализации металлическую часть можно получить в видебейнита (ВЧ 60 и ВЧ 70), а в результате закалки — в виде мартенсита или аустенита (ВЧ 80 и ВЧ 100). Поэтому механические свойства высокопрочных чугунов благодаря изменению металлическойсоставляющей можно варьировать в широких пределах.
Так, перлитный чугун в литом состоянии имеет σв = 600 . . .700 МПа, апосле изотермической закалки — σп = 1100 . . . 1200 МПа.С в о й с т в а. Влияние фазового состава металлической части на свойства высокопрочных чугунов представлено на рис. 2.10.Рис. 2.10. Высокопрочные чугуны. Фазовый состав, свойства, марки (Б —бейнит). Пунктиром показана нижняя граница твердости43С переходом от ферритного чугуна к перлитному увеличиваетсяпредел прочности, сопротивление износу, но снижаются пластические свойства — относительное удлинение. Наличие цементитав составе перлита ухудшает теплопроводность и, естественно, повышает плотность чугуна.Уникальность механических свойств высокопрочных чугуновкак литого материала состоит в следующем:• высокие значения пределов прочности на растяжение, сжатиеи изгиб;• четко выраженный предел текучести;• заметное удлинение в литом состоянии; высокое удлинениепосле отжига;• достаточно высокая ударная вязкость после термической обработки.Эти свойства позволяют применять высокопрочные чугуныне только для малоответственные литых деталей (марки ВЧ 35 иВЧ 40), но и для особо ответственных деталей, работающих вусловиях повышенных статических и динамических нагрузок.В табл.
2.10 указаны марки высокопрочных чугунов (ГОСТ 7293),их зарубежные аналоги и применение. Для изготовления поршнейприменяют чугуны ВЧ 45 и ВЧ 50. Наиболее прочные чугуныпредназначены для деталей, работающих в условиях высокихциклических нагрузок — распределительных и коленчатых валов.Таблица 2.10Марки высокопрочных чугунов, зарубежные аналоги, применениеМаркаАналогиСШАГермания Япония Англия ФранцияПрименениеВЧ 4060-40-18 GGG 40FCD400400/18Ступицы колес,FGSкорпуса диффе400-15ренциаловВЧ 4565-45-12FCD450450/10FGS Поршни, корпу450-10 са редукторов44–Окончание табл. 2.10АналогиМаркаСШАПрименениеГермания Япония Англия ФранцияВЧ 5070-50-05 GGG 50FCD500500/7FGS500-7ВЧ 6080-55-06 GGG 60FCD600600/3FGS600-3ВЧ 70 100-70-03 GGG 70FCD800800/2FGS800-21000 А––ВЧ 100––Головки цилиндров, тормозныеколодки, блоккартеры, корпуса коробок передач, картеры маховиковКоробки передач, распределительные и коленчатые валымалофорсированных двигателейКоленчатые валы высоконагруженных двигателейПри эксплуатации детали из высокопрочных чугунов отличаются высокой износостойкостью, выносливостью, хорошими антифрикционными свойствами, стабильностью размеров.2.3.3.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
