Высокопрочные чугуны с шаровидным графитом (ВЧШГ)
Существенное повышение механических свойств чугуна достигается при переходе от пластинчатой формы графита к шаровидной или вермикулярной (промежуточной). Для чугуна с шаровидным графитом (ЧШГ) характерны не только высокая прочность (отсюда и название – высокопрочный чугун), но и значительные пластичность и вязкость, в связи с чем во многих зарубежных стандартах его называют пластичным чугуном. ВЧШГ имеют широкий диапазон механических и эксплуатационных свойств. Ферритные чугуны характеризуются наивысшей среди чугунов пластичностью и вязкостью, обеспечивают литым деталям высокие хладо- и ударостойкость, хорошую свариваемость и обрабатываемость резанием. Перлитные ЧШГ хорошо сопротивляются статическим и циклическим нагрузкам, обладают высокими износо- и задиростойкостъю. В бейнитных ЧШГ сочетаются максимально высокая прочность с достаточной пластичностью, что обеспечивает высокие значения износостойкости, усталостной прочности и контактной выносливости литых изделий. Все марки ЧШГ имеют высокий модуль упругости и значительно большую, чем у стали, демпфирующую способность. Предел текучести у бейнитных чугунов в 2,5-3 раза выше, чем у обычных конструкционных сталей. По способности выдерживать высокие механические нагрузки при наименьших деформациях и массе деталей ЧШГ значительно превосходит сталь, ковкий и серый чугун. Масса литых деталей из ЧШГ может быть на 5-10% ниже по сравнению с литой сталью и ковким чугуном и на 10-20% меньше по сравнению со стальными поковками и штамповками. ВЧШГ успешно заменяет углеродистую сталь и другие виды чугунов в деталях, работающих в условиях тепловых ударов, термоусталости (при температурах цикла до 600°С), низких температур (до -100°С), умеренно агрессивных сред, высоких давлений, знакопеременных динамических нагрузок. ВЧШГ обладают хорошими литейными свойствами, что позволяет изготавливать из них высококачественные отливки с толщиной стенок от 2,5 до 1000 мм и массой от нескольких десятков граммов (например, поршневые кольца) до 200 т (станины, цилиндры, контейнеры и др.). Высокая герметичность в сочетания с ударо- и коррозионностойкостью позволяют эффективно использовать ВЧШГ в виде наиболее экономичного материала для напорных труб и фитингов. Почти половина мирового производства ЧШГ используется на эти цели. Свойства ВЧШГ регламентированы ГОСТ 7293-85, в котором предусмотрены 8 марок чугуна (табл.5). Таблица 5 Марки и свойства ВЧШГ (но ГОСТ 7293-85)
Относительное удлинение, твердость НВ, а также ударную вязкость КС определяют при наличии требований в нормативно-технической документации на отливки, причем значения этих свойств могут отличаться от приведенных в табл.5. Механические свойства ВЧШГ должны быть обеспечены в литом состоянии или после термической обработки. Механические испытания проводят на образцах, вырезанных из отдельно отлитых или прилитых к отливкам проб. Механические свойства ЧШГ зависят от толщины стенки отливки, хотя и в меньшей степени, чем у серого чугуна. Прочность и твердость чугуна в пробах обычно выше, чем в реальных отливках. В табл.6 приведено соотношение значений механических свойств (sВ и НВ) в отливках и в литых трефовидных пробах, причем за единицу приняты свойства в литой пробе. Влияние скорости охлаждения и толщины стенки отливки связано с тем, что в толстых сечениях повышается количество феррита, увеличивается опасность флотации графита и ухудшения его формы и распределения, усиливается микроликвация элементов. Таблица 6 Соотношение свойств ВЧШГ в отливках и стандартных пробах
Основными химическими элементами, определяющими структуру и свойства ВЧШГ, являются углерод и кремний. Лимитируется содержание в чугунах вредных примесей (серы и фосфора) и технических примесей (марганца, хрома, меди, никеля). Рекомендуемые химические составы чугуна в зависимости от толщины стенки отливки приведены в табл.7. Содержание фосфора в ЧШГ не должно превышать 0,05%; при более высоком содержании фосфора резко снижается ударная вязкость при отрицательных температурах. Содержание магния в ЧШГ обычно составляет от 0,02 до 0,07%. При этом должно соблюдаться соотношение Mgocт / Socт не менее 3,0. Если это соотношение не соблюдается, то в структуре чугуна появляются переходные формы графита, а при значении отношения меньше 1,0 - только пластинчатый графит. Таблица 7 Рекомендуемые химические составы ВЧШГ (но ГОСТ 7293-85)
Из табл.7 видно, что содержание углерода во всех марках ВЧШГ примерно одинаково и составляет 3,2-3,8%. Основное различие между марками чугуна состоит в содержании кремния и в особенностях технологического процесса изготовления отливок и деталей. На рис.5 приведена структурно-прочностная номограмма для отливок из ВЧШГ, получаемого путем комплексного модифицирования лигатурами Fe-Si-Mg-Ca-РЗМ. Верхняя часть номограммы – прочностная – характеризует зависимости предела прочности sВ чугунов от содержания в них кремния для нескольких существенно отличающихся толщин стенок отливок (от 10 до 100 мм). В нижней части – структурной – показано влияние кремния на содержание в структуре металлической основы чугуна различных составляющих (перлита П, феррита Ф, структурно свободного цементита Ц) для отливок с теми же толщинами стенок. Видно, что прочностные свойства и структура чугуна определяются, прежде всего, содержанием кремния и толщиной стенки отливки. Максимумы прочности не совпадают с максимальными количествами перлита в структуре, смещаясь от последних в сторону содержания небольших количеств структурно свободного цементита (5-8 %). На номограмме показан пример ее использования. Предположим, что в отливке с толщиной стенки а = 50 мм чугун должен соответствовать марке ВЧ 50. Из номограммы можно определить, какой марке должен соответствовать этот чугун в литой стандартной пробе (т.е. его соответствие марке по ГОСТ 7293-85), каковы особенности структуры чугуна в стандартной пробе и отливке и каким должно быть содержание кремния в чугуне. Из точки на вертикальной шкале с sВ = 500 МПа проводим горизонтальную линию до пересечения с кривой 3 (а = 50 мм). От точки пересечения А проводим вертикальную линию вверх до пересечения с кривой 2 (точка В) и вниз до горизонтальной шкалы, на которой определяем необходимое содержание кремния в чугуне (2,55%). По ординате точки В находим необходимый предел прочности чугуна в стандартной пробе. Видно, что эта величина близка к sВ = 600 МПа, т.е. чугун должен соответствовать марке ВЧ 60 по ГОСТ 7293-85. В структурной части номограммы вертикальная линия пересекает линии 3 по содержанию перлита (точка D) и феррита (точка Е), ординаты которых дают значения ~ 60%П и ~ 40%Ф. Ординаты точек пересечения вертикальной линии с линиями 2 (точек D′, E′ и F′) показывают содержания в структуре чугуна стандартной пробы соответственно ~ 79% перлита, ~ 19% феррита и около 2% цементита. Значительное повышение прочности чугуна может быть обеспечено путем дополнительного легирования чугуна элементами, способствующими перлитизации и графитизации структуры, например, медью или никелем. Из этих элементов чаще всего используют медь. На рис.6 показано влияние 0,5 и 1,5% меди на смещение линий 2 структурно-прочностной номограммы, т.е. на изменение предела прочности и структуры чугуна в литых стандартных пробах. Видно, что уже при 0,5% меди на структурной диаграмме появляется область с чисто перлитной структурой, а максимум предела прочности sВ достигает 800 МПа. При увеличении содержания меди до ~ 1,5% на структурной диаграмме появляется широкая перлитно-бейнитная область, которой соответствуют очень высокие значения прочности (sВ = 900-1000 МПа и более). Это значит, что с помощью комплексного модифицирования и легирования чугуна медью в количестве 1,5-2% можно в литом состоянии (т.е. без термической обработки) получать чугун марок ВЧ 80 и ВЧ 100 с троосто-бейнитной структурой матрицы. Гарантированно можно обеспечить получение чугунов марок ВЧ 100 и ВЧ 120 с помощью термической обработки на бейнитную или бейнитно-мар-тенситную структуру. Бейнитные чугуны таких марок не включены в действующие национальные стандарты, но в небольших объемах производятся по техническим условиям промышленных корпораций. В качестве примера в табл.8 приведены марки и механические свойства бейнитных ЧШГ по техническим условиям международной корпорации Mechanite Worldwide. В структуре бейнитных чугунов находится и некоторое количество остаточного аустенита: в чугуне К-900/7 30-40%, в чугуне К-1000/5 20-30%, в чугуне К-1200/3 10-20%. Высокопрочный чугун получают путем сфероидизирующего модифицирования. Обычно сфероидизирующее модифицирование совмещают (комплексное модифицирование) или сопровождают (предсфероидизирующее или послесфероидизирующее, т. е. повторное, модифицирование) графитизирующим модифицированием. Некоторые сфероидизирующие и комплексные модификаторы и методы обработки ими чугуна приведены в табл.9. Некоторые примеси оказывают вредное влияние на процесс модифицирования и свойства чугуна, десфероидизируя графит. Поэтому их содержание в чугуне ограничивается (до 0,009%Рb; 0,13%Sn; 0,026%Sb; 0,04%Ti; 0,08%As; 0,3%A1). С целью нейтрализации десфероидизирующего действия этих элементов, а также меди, ванадия и некоторых других элементов» в состав комплексных модификаторов вводят РЗМ.
Таблица 8 Характеристики бейнитных ЧШГ корпорации Mechanite Worldwide
Таблица 9
Популярное: Как распознать напряжение: Говоря о мышечном напряжении, мы в первую очередь имеем в виду мускулы, прикрепленные к костям ... Модели организации как закрытой, открытой, частично открытой системы: Закрытая система имеет жесткие фиксированные границы, ее действия относительно независимы... Почему двоичная система счисления так распространена?: Каждая цифра должна быть как-то представлена на физическом носителе... Почему человек чувствует себя несчастным?: Для начала определим, что такое несчастье. Несчастьем мы будем считать психологическое состояние... ©2015-2024 megaobuchalka.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. (288)
|
Почему 1285321 студент выбрали МегаОбучалку... Система поиска информации Мобильная версия сайта Удобная навигация Нет шокирующей рекламы |