Серые чугуны с пластинчатым графитом (СЧ)

Г. И. СИЛЬМАН

 

Ч У Г У Н Ы

 

 

Рекомендации по выбору вида и марки чугуна для литых деталей машин и оборудования

 

Брянск – 2012

 

Государственное образовательное учреждение высшего

профессионального образования

«Брянская государственная инженерно-технологическая академия»

 

 

Г. И. СИЛЬМАН

Ч У Г У Н Ы

Рекомендации по выбору вида и марки чугуна

для литых деталей машин и оборудования

Утверждено редакционно-издательским советом академии в качестве учебного пособия

 

Брянск - 2012

 

 

УДК 621:669.13

СИЛЬМАН Г. И. ЧУГУНЫ. Рекомендации по вы­бору вида и марки чугуна для литых деталей машин и оборудования: Учебное пособие. – 2-е изд., перераб. и доп. – Брянск: Изд-во Брянской государственной инже­нерно-технологической академии, 2012. – 60 с.

 

Учебное пособие предназначено для студентов машиностроительных и механических специальностей ву­зов и может быть использовано работниками различных отраслей промышленности, занимающимися конструированием и эксплуатацией машин и оборудования.

Илл.8. Табл.30. Библиогр. список: 8 назв.

 

Рецензенты:

доктор технических наук, профессор Памфилов Е. А. (Брянская государственная инженерно-технологическая академия),

доктор технических наук, профессор Кульбовский И. К. (Брянский государственный технический университет)

 

 

Брянская государственная инженерно-технологическая академия, 2012

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

Введение ..............................................….......................4

1. 0бщие положения.............................................….......5

2. Серые чугуны с пластинчатым графитом (СЧ)…....7

 3. Высокопрочные чугуны с шаровидным

графитом (ВЧШГ)..............................…….................18

4. Ковкие чугуны (КЧ).....................................…........32

5. Антифрикционные чугуны (АЧ)..................…......39

6. Износостойкие белые чугуны (ИБЧ).............…....44

7. Половинчатые чугуны (ПЧ)..........................…......55

Литература....................................……………............59

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Предлагаемое пособие содержит сведения об основных видах и марках чугунов в соответствии с отечественными стандартами и с учетом результатов новейших разработок отечественных и зарубежных исследователей и мировой практики использования чугунов в качестве конструкционных материалов. Сформулированы принципы выбора вида и марки чугуна в зависимости от требований к свойствам чугуна в литой детали с учетом ее сечения, массы, габаритов. Для основных видов чугунов (в частности, серых и высокопрочных) выбор базируется на использовании структурных и структурно-прочностных диаграмм, откорректированных на основе большого массива экспериментальных данных, приведенных в справочной и научной литературе, и результатов собственных исследований составителя. Используемые диаграммы, таблицы и графики позволяют проводить оценку структуры и свойств чугуна в отливках с учетом их сечения, массы и способов получения. Рассмотрены конкретные примеры рационального использования чугунов для некоторых типовых деталей машин и оборудования.

Рекомендации предназначены для студентов-механиков в ка­честве пособия при выполнении ими курсовых и дипломных работ и проектов и могут быть использованы работниками различных отраслей промышленности, занимающимися конструированием и эксплуатацией машин и оборудования.

 

Общие положения

Чугун является основным материалом литых деталей машин. В машиностроении на долю чугунных отливок приходится около 75% всей массы литья. Качество чугуна обеспечивается выбором шихты, оптимизацией химического состава, условий плавки и разливки и комплексом мер для получения требуемой структуры.

Структура является основным фактором» определяющим свойства чугуна. По структуре чугуны подразделяют на графитизированные (серые, высокопрочные, ковкие), белые и половинчатые. Механические и эксплуатационные свойства чугуна зависят от характеристик металлической основы (прочность, пластичность, твердость и др.), а также от формы, размеров, числа и расположения графитных включений и эвтектических карбидов.

Выбор вида и марки чугуна производится в зависимости от требований к свойствам чугуна в литой детали с учетом ее сечения, массы, габаритов. Диапазон механических и служебных свойств современных типов и марок чугунок весьма широк. Серый чугун с пластинчатым графитом имеет хорошие литейные и антифрикционные свойства, износостойкость, высокую демпфирующую способность, низкую чувствительность к концентраторам напряжений. Высокопрочные и ковкие чугуны имеют высокую прочность, пластичность, а по соотношению предела текучести и временного сопротивления разрыву при растяжении, по низкой чувствительности к надрезам, демпфирующей способности и износостойкости превосходят сталь. Специальные белые легированные чугуны имеют высокую износостойкость при трении и при работе в абразиве, и их применение обеспечивает высокую работоспособность нагруженных деталей металлургического, горнодобывающего и размольно-дробильного оборудования. В половинчатых чугунах сочетаются преимущества графитизированных и белых чугунов (высокая износостойкость, антифрикционные свойства, повышенная прочность, демпфирующая способность и др.). Специальные легированные чугуны (никелевые, хромистые, алюминиевые, кремнистые) предназначены для деталей, работа­ющих при высоких температурах, в агрессивных средах.

Для деталей сложной конфигурации чугун по уровню технологических свойств является зачастую единственным материалом, из которого можно методами литья экономично получать заготовки с требуемыми свойствами. Необходимо учитывать и то, что металлоемкость литых чугунных изделий меньше, чем изготовленных из проката и деформированных стальных заготовок, поэтому применение чугунов обеспечивает снижение металлоемкости конструкций и расхода металла при изготовлении деталей.

Важной особенностью чугуна является то, что его механические и эксплуатационные свойства существенно зависят от скорости охлаждения отливок. Поэтому выбор марки чугуна и его химического состава необходимо проводить, учитывая толщину стенки отливки и ее массу и габариты.

В данном пособии рассмотрены марки, составы, особенности структуры и свойств и области применения чугунов общего назначения (серых, высокопрочных, ковких), а также широко используемых в разных отраслях машиностроения антифрикционных и износостойких чугунов (и близких к ним по применению половинчатых чугунов). За пределами рассмотрения остались некоторые виды чугунов функционального назначения (жаростойких, жаропрочных, коррозионностойких, немагнитных). Те, кто интересуется этими видами чугунов, могут найти необходимую информацию в справочнике “Чугун” [1]. В этом же справочнике приведены и более полные сведения по основным видам чугунов, рассматриваемых в данном пособии. Вместе с тем в пособие включены некоторые оригинальные сведения, основанные на результатах научно-исследовательских работ составителя, выполненных в последнее время и еще не опубликованных в научной и справочной литературе (сведения о новых видах и марках серых, высокопрочных и антифрикционных чугунов, уточненные структурно-прочностные диаграммы и их применение для выбора вида и марки чугуна для конкретных литых деталей, некоторые сведения о влиянии легирования на структуру и свойства чугунов).

Серые чугуны с пластинчатым графитом (СЧ)

Основной особенностью микроструктуры серого чугуна, определяющей его физико-механические и эксплуатационные свойства, является наличие пластинчатого графита. Пластинчатый графит нарушает сплошность металлической основы и поэтому серый чугун имеет сравнительно невысокие прочностные свойства и очень низкую пластичность. Однако благодаря пластинчатому графиту в сером чугуне обеспечивается уникальное сочетание высоких антифрикционных свойств, износостойкости, малой чувствительности к концентраторам напряжений и высокой демпфирующей способности.

Серый чугун – высокотехнологичный материал. Его расплав обладает хорошей жидкотекучестью, малой склонностью к образованию усадочных дефектов. Из него можно изготавливать отливки самой сложной конфигурации с толщиной стенок от 2 до 500мм.

В основу стандартизации серого чугуна заложен принцип регламентирования минимально допустимого значения временного сопротивления разрыву (предела прочности при растяжении) s _B, определяемого в образцах, вырезанных из стандартной пробной литой заготовки диаметром 30 мм. Марки и механические свойства серого чугуна в соответствии с ГОСТ 1412-85 приведены в табл. 1.

Таблица 1