Высокопрочные чугуны с графитом округлой формы

Исследованиями установлено, что присутствие в серых чугунах графитных выделений округлой формы улучшает их механические свойства и, в частности, повышает предел прочности при растяже­нии, пластичность и ударную вязкость.

Для получения в серых чугунах графита округлой формы их подвергают модифицированию. Серые чугуны с графитом округлой формы, модифицированные магнием, получили название высоко­прочных чугунов, или чугунов с шарообразным графитом. При мо­дифицировании происходит изменение структуры серого чугуна (рис. 47, а). Сначала при введении магния (рис. 47, б) образуется структура белого чугуна. После модифицирования магнием и фер­росилицием (рис. 47, в) микроструктура чугуна состоит из сталь­ной основы (ферритной, ферритно-перлитной или перлитной) и вы­делений графита округлой формы.

Микроструктура чугуна с графитом округлой формы

Высокопрочные чугуны имеют более высокие механические свой­ства, чем серые. Механические свойства высокопрочных чугу­нов регламентированы ГОСТ 7293-54.

ГОСТ предусматривает пять марок высокопрочных чугунов: ВЧ 45-0, ВЧ 50-1,5, ВЧ 60-2, ВЧ 45-5, ВЧ 40-10 (ВЧ — высокопрочный чугун, первые две цифры обозначают величину предела прочности при растяже­нии, а вторые-величину относительного удлинения). Удар­ная вязкость высокопрочных чугунов а_н = 0,15-0,29 Мдж/м² 1,5-3,0 кГ — м/см²).

Высокопрочные чугуны применяют для изготовления деталей машин, работающих на износ и подвергаемых ударным и повторно- переменным нагрузкам (например, зубчатых колес, коленчатых валов, поршневых колец и др.). Высокие механические, а также ли­тейные свойства высокопрочных чугунов позволяют заменять ими в ряде случаев сталь, цветные металлы и сплавы.

 

Ковкие чугуны

Для получения ковких чугунов отливки из белых чугунов подвер­гают графитизирующему отжигу в отжигательных печах. Ковкие чугуны, так же как и серые, имеют структуру, состоя­щую из стальной основы и выделений графита. Разница только в том, что в ковких чугунах он выделяется в процессе отжига. По­ этому графит в ковких чугунах называют также углеродом (графитом) отжига. Выделения графита в ковких чугунах имеют хлопьевидную, а не пластинчатую форму. Микроструктура ковкого чугуна приведена на рис. 48.

Микроструктура ковкого чугуна

В зависимости от структуры стальной основы ковкие чугуны разделяют на три группы:

1. ферритные; структура феррит и углерод отжига;
2. ферритно-перлитные; структура феррит, перлит и углерод отжига;
3. перлитные; структура перлит и углерод отжига.

Наибольшую прочность и твердость имеют перлитные ковкие чугуны; они применяются для изготовления деталей, работающих на износ.

Самые распространенные — ферритные и феррит­но-перлитные ковкие чугуны, обладающие большей пластичностью. Хорошие литейные свойства ковких чугунов обеспечивают возмож­ность отливки из них деталей сложной формы, например, деталей арматуры (вентилей, тройников и др.), автомобилей, сельскохозяй­ственных и других машин. Механические свойства ковких чугунов регламентированы ГОСТ 1215-59. ГОСТ предусматривает четыре марки ферритных чугунов: КЧ 30-6, КЧ 33-8, КЧ 35-10, КЧ 37-12 и четыре марки ферритно- перлитных чугунов: КЧ 45-6, КЧ 50-4, КЧ 56-4, КЧ 60-3, а также КЧ 63-2 (КЧ — ковкий чугун, первые две цифры обозначают ве­личину предела прочности при растяжении, а вторые — величину относительного удлинения). Твердость по Бринеллю ферритных чугунов не более 1600 Мн/м² (HB 163), а ферритно-перлитных — в пределах 2364-2638 Мн/м² (HB 241-269). Ковкие чугуны подвергают модифицированию для получения большего числа центров графитизации и ускорения процесса отжи­га, который является длительной технологической операцией (осо­бенно при отжиге толстостенных отливок). В качестве модификато­ров применяют Al, Al — B, Al — Bi, Al — B — Bi и др. С этой же целью проводят и низкотемпературную обработку бе­лого чугуна — изотермический нагрев при температурах 200-500° в течение 3,5-4 ч. Сочетание модифицирования алюминием с низ­котемпературной обработкой позволяет сократить время отжига толстостенных отливок на ферритный ковкий чугун с 60-70 ч до 21 ч. Ускоренный отжиг ковкого чугуна по этой технологии дает большой экономический эффект. С. А. Салтыковым, Г. И. Троицким, А. Д. Ассоновым и другими был предложен способ предварительной закалки белого чугуна (нагрев до 950-980° С и охлаждение в масле) перед графитизирующим отжигом. Мелкозернистая структура и внутренние напряже­ния, возникающие при закалке, создают многочисленные центры графитизации, вследствие чего время отжига для получения ков­кого чугуна сокращается до 10-15 ч.

пористости в сочетании с хорошими механическими свойствами, сопротивлением коррозии и др.

Сплавы Al-Si (силумины). Отличаются высокими литейными свойствами, а отливки - большой плотностью. Сплавы Al-Si (АЛ2, АЛ4, АЛ9) сравнительно легко обрабатываются резанием. Заварку дефектов можно производить газовой и аргонодуговой сваркой.

Сплав АЛ9 - sв=200МПа, s0.2=140МПа, d=5%.

Сплавы Al-Cu. Эти сплавы (АЛ7, АЛ19) после термической обработки имеют высокие механические свойства при нормальной и повышенных температурах и хорошо обрабатываются резанием. Литейные свойства низкие.

Сплав АЛ7 используют для отливки небольших деталей простой формы, сплав склонен к хрупкому разрушению.

Сплав АЛ7 - sв=240МПа,s0.2=160МПа, d=7%.

Сплавы Al-Mg. Имеют низкие литейные свойства. Характерной особенностью этих сплавов является хорошая коррозийная стойкость, повышенные механические свойства и обрабатываемость резанием.

Сплавы АЛ8, АЛ27, АЛ13 и АЛ22 предназначены для отливок, работающих во влажной атмосфере, например, в судостроении и авиации.

Сплав АЛ8 - sв=350МПа, s0.2=170МПа, d=10%.

Жаропрочные сплавы. Наибольшее применение получил сплав АЛ1, из которого изготавливают поршни, головки цилиндров и другие детали, работающие при температуре 275-300°С.

Сплав АЛ1 - sв=260МПа, s0.2=200МПа, d=0.6%.

 

Медь и сплавы на ее основе

Медь

Медь - металл красного, в изломе розового цвета. Температура плавления 1083°С. Кристаллическая решетка ГЦК. Плотность меди 8.94г/см³. Медь обладает высокими электропроводимостью и электропроводимостью. В зависимости от чистоты медь изготавливают следующих марок: М00, М0, М1, М2, М3. Присутствующие в меди примеси оказывают большое влияние на ее свойства. Медь хорошо сопротивляется коррозии, легко обрабатывается давлением, но плохо резанием и имеет невысокие литейные свойства из-за большой усадки.

Сплавы на основе меди

Различают две основные группы медных сплавов: 1) латуни - сплавы меди с цинком; 2) бронзы - сплавы меди с другими элементами. Медные сплавы обладают высокими механическими и техническими свойствами, хорошо сопротивляются коррозии и износу.

Латуни. Латунями называют двойные или многокомпонентные сплавы на основе меди, в которых основным легирующим элементом является цинк.

Когда требуется высокая пластичность, повышенная теплоотводность применяют латуни с высоким содержанием меди (Л06 и Л90). Латуни Л62, Л60,Л59 с большим содержанием цинка обладают более высокой прочностью, лучше обрабатываются резанием, дешевле, но хуже сопротивляются коррозии. Латунь ЛЦ40С - s_в=215МПа,d=12%, 70НВ.

Оловянные бронзы. Обладают хорошими литейными свойствами и применяются для литья деталей сложной формы. Недостатком отливок из оловянных бронз является большая микропористость. Их часто применяют для изготовления антифрикционных деталей. Бронза БрО3Ц12С5 - s_в=200МПа,d=5%.

Антифрикционные (подшипниковые) сплавы на оловянной, свинцовой, цинковой и алюминиевой основе.

Эти сплавы применяют для заливки вкладышей подшипников скольжения. Они должны иметь достаточную твердость, но не очень высокую, сравнительно легко деформироваться под влиянием местных напряжений, иметь малый коэффициент трения между валом и подшипником. Кроме того, температура плавления этих сплавов не должна быть высокой, и сплавы должны обладать хорошей теплопроводностью и устойчивостью к коррозии.

Оловянные и свинцовые баббиты. Оловянные баббиты используют в подшипниках турбин крупных судовых дизелей, турбонасосов, турбокомпрессоров, электрических и других тяжелонагруженных машин. Свинцовые баббиты применяют для менее нагруженных подшипников. Баббиты имеют небольшую прочность s_в=60¸120МПа.

Цинковые и антифрикционные сплавы. Чаще применяют сплавы ЦАМ 10-5 и ЦАМ 9.5-1.5, содержащие кроме алюминия и меди 0.03-0.06%Mg. В литом виде сплавы применяют для монометаллических вкладышей, втулок и т.д.; сплав ЦАМ 10-5 применяется и для отливки биметаллических изделий со стальным корпусом.

Алюминиевые антифрикционные (подшипниковые) сплавы. Чем больше в сплавы олова, тем выше его антифрикционные свойства.

 

Сплавы АО3-1 и АО9-2 применяют для литья монометаллических вкладышей м втулок толщиной более 10мм. Сплавы АО20-1 и АН-2.5 предназначаются для получения биметаллической ленты со сталью методом прокатки с последующей штамповкой вкладышей. Подшипники из сплава АН-2.5 можно изготовлять и литьем.