Высокопрочный чугун с вермикулярным графитом.

Это чугун, который обладает такими же литейными свойствами, демпфирующей способностью и теплопроводностью, как и серый чугун, а прочностные характеристики его сопоставимы с отдельными марками высокопрочного чугуна с шаровидным графитом (σ_В=300-450МПа). Используется он для изготовления ответственных литых деталей машин, работающих в условиях циклических нагрузок.

Получение вермикулярной формы графита в чугунах осуществляется различными методами, основанными, главным образом, на использовании модификаторов, например, обработкой расплава малыми добавками магния (0,01-0,04%) в сочетании с присадками Ti (0,2-0,5%) и церия (0,001-0,01%) с помощью специально разработанной комплексной лигатуры Fe-Si-Mg-Ca.

Вермикулярная (червеобразная) форма графита в соответствии с ГОСТ 3443-87 обозначается эталонами ВГф1, ВГф2, ВГф3. Графит ВГф1 образуется в тонкостенной отливке и на быстроохлаждаемых участках. Для него характерно прерывистое строение включений графита с сохранением определенной направленности и распределения.

Форма графита ВГф2 образуется преимущественно в чугуне с ферритной металлической основой. Для нее характерны равномерное расположение включений, имеющих извилистый и сходный характер.

Форма графита ВГф3 характерна для низколегированных чугунов с перлитной матрицей. Это самые большие по толщине включения, отличающиеся разнообразием как размеров, так и очертаний. В ГОСТ 28394-89 для изготовления отливок предусмотрены 4 марки: ЧВГ30, ЧВГ35, ЧВГ40, ЧВГ45, в которых цифра – это σ_В [МПа ×10^-1].

Чугуны с вермикулярным графитом имеют скорость изнашивания при установившимся режиме несколько более высокую чем ВЧ, но меньшую чем СЧ.

Термостойкость при термоциклировании 20-450⁰С (характерного для условия работы дизельных двигателей), т.е. время возникновения и распространения трещин около графитовых включений у этих чугунов аналогична термостойкости ВЧ, но выше, чем у СЧ.

Используется чугун с вермикулярным графитом (ЧВГ30, ЧВГ35, ЧВГ40) для изготовления деталей двигателей внутреннего сгорания, работающих при переменных и повышенных температурах и механических нагрузках (головки цилиндров); для автомобилей повышенной грузоподъемности (тормозные рычаги для тракторов, крышки коробок передач, тормозные диски для скоростных поездов, изложницы, поддонов и др.).

Тема 6. ТИТАН И ЕГО СПЛАВЫ

Титан, как металл, по распространенности в земной коре занимает четвертое место, уступая алюминию, железу и магнию. Преимущественно Ti используется в авиации, ракетостроении и других отраслях техники, где удельная прочность имеет важное значение.

Ti – серебристо-белый металл с малой плотностью 4,5 г/см³ и высокой температурой плавления 1672⁰С. Он имеет две полиморфные модификации – низкотемпературную – α с ГПУ решеткой и высокотемпературную – β с ОЦК решеткой. Температура перехода α «β 882⁰С. Металлургические заводы изготавливают титановую губку, которую затем переплавляют на машиностроительных предприятиях, получая технический титан, изготавливаемый трех марок: ВТ1-00 (99,53%Ti); ВТ1-0 (99,48%Ti) и ВТ1 (99,44%Ti).

Вредными примесями для Ti являются азот, углерод, кислород, водород, образующие с ним твердый раствор внедрения и хрупкие оксиды, карбиды, нитриты и гидриды, которые понижают пластичность, ухудшают свариваемость, увеличивают твердость и прочность, понижают сопротивление коррозии.

Для сравнения чистый титан имеет σ_В =250МПа, δ=70%, а технический титан σ_В =330-550МПа и δ=20-30%.

Кроме этого на поверхности титана легко образуется стойкая оксидная пленка, обеспечивающая высокую коррозионную стойкость в пресной и морской воде, а также в некоторых кислотах. Титан устойчив также против кавитации и коррозии под напряжением.

Технический титан обладает рядом хороших технологических свойств: хорошо обрабатывается давлением и сваривается, но при этом плохо обрабатывается резанием.

Сплавы на основе титана.

Для получения сплавов титан легируют Al, Mo, V, Mn, Cr, Sn, Fe, Nb, Si. Легирование титана осуществляют для улучшения механических свойств (повышения σ_В и снижения δ).

Легирующие элементы сильно влияют на температуру полиморфного превращения. Al, O, C повышают ее и расширяют α – область; их называют α - стабилизаторами; Mo, V, Mn, Cr, Fe понижают температуру полиморфного превращения и расширяют β область, их называют β – стабилизаторами; Sn, Zn не изменяют температуру полиморфизма.

Все промышленные сплавы титана содержат от 3 до 8 % алюминия, являющегося α – стабилизатором.

Легированием элементами, являющимися β – стабилизаторами, можно получать различные по структуре сплавы: α – сплавы (например ВТ5, ВТ5-1, ВТ4), легированные главным образом Al; α+β сплавы (ВТ6, ВТ8, ВТ14), в которых кроме Аl добавляют 2-4% β – стабилизаторов (Cr, Mo, Fe, V и др.); β сплавы (ВТ15, ВТ22), в которых количество β – стабилизаторов составляет до 10%. Наибольшее применение получили α- и α+β- сплавы.

Титановые сплавы в зависимости от их состава и назначения можно подвергать закалке, старению, отжигу, химико – термической обработке, хотя основным способом упрочнения является легирование.

Технический титан и α – сплавы титана подвергают рекристаллизационному отжигу при 750-780⁰С. Для α+β сплавов титана применяют изотермический отжиг при 850-950⁰С (в зависимости от химического состава) с последующим охлаждением на воздухе до 500-650⁰С; α+β сплавы могут быть упрочнены (хоть и незначительно) закалкой с последующим старением.

При закалке этих сплавов протекает мартенситное превращение с образованием игольчатой (пластинчатой) мартенситной структуры α – фазы, которая имеет искаженную структуру.

При высокой концентрации легирующих элементов после закалки возникает мартенситная α – фаза с ромбической решеткой и ω – фаза с гексагональной структурой. Причем, если α – фаза увеличивает пластичность, то ω – фаза охрупчивает сплав.

При последующем старении происходит распад фаз, что приводит к небольшому упрочнению титановых сплавов.

В ряде случаев сплавы титана подвергают азотированию в течение 30-60 часов при 850-950⁰С в атмосфере азота. Толщина диффузионного слоя при этом колеблется от 0,05 до 0.15мм (HV750-900). Другие виды ХТО практически не применяют.

Из титановых сплавов изготавливают обшивки самолетов, диски и лопатки компрессоров, крепежные детали, корпуса двигателей второй и третей ступеней космических кораблей, сопла, химическое оборудование, контактирующее с влажным Cl, азотной кислотой, гребные винты и обшивки морских судов, подводных лодок, торпед и т.д.