Литейные углеродистые стали. Классификация литейных сталей. Химический состав, маркировка и механические свойства углеродистых литейных сталей.

Литейные углеродистые стали. Классификация литейных сталей. Химический состав, маркировка и механические свойства углеродистых литейных сталей. Литейные свойства. Влияние примесей на свойства сталей. Ликвация. Газовые и неметаллические включения в отливках. Рафинирование и модифицирование сталей.

Литейные углеродистые стали. Классификация литейных сталей. Химический состав, маркировка и механические свойства углеродистых литейных сталей.

К литейным сталям относят железоуглеродистые сплавы, содержащие до 2,14% С и другие элементы (Mn, Si, Р, S, Cr, Ni, W, Mo, V и т.д.), попавшие в сталь из шихтовых материалов либо специально введенные в нее в определенных количествах для придания сплаву необходимых эксплуатационных и технологических свойств.

В настоящее время стальные отливки используют во всех отраслях машиностроения; по объему производства они занимают второе место после чугунов. Из сталей отливают обычно детали, к которым предъявляют повышенные требования по прочности, пластичности, надежности и долговечности в процессе эксплуатации.

Полученные тем или иным способом стали классифицируют по следующим принципам: по назначению, качеству, составу, характеру производства (методу выплавки) и т.п.

Ст0 — Ст6. Цифра в зависимости от хим состава. От увеличения номера кол-во углерода возрастает, но прямого соответствия номера и содержания углерода нет. В конце указываются буквы, характеризующие способ раскисления кп, сп, пс.

Стали качественные (углеродистые и легированные). Цифры и буквы указывают на хим состав. Первые цифры в конструкционных сталях – ср содержание С в сотых долях %, в инструментальных – в десятых долях. Буква А – высокое качество.

Литейные свойства. Жидкотекучесть сталей хуже жидкотекучести чугуна. Главной причиной различия является увеличение перепада между температурой стали и температурой формы. Вследствие высокой температуры заливки стали происходит интенсивный теплообмен между Ме и формой, снижена температура перегрева.

Особенность изменения жидкотекучести можно объяснить влиянием теплоты кристаллизации. В стали с низким содержанием углерода при Т_ликв сразу же закристаллизовывается большая часть сплава.

Снижение темпа кристаллизации изменяет характер затвердевания. Где высокий темп – направленный характер обеспечивает условия для лучшей жидкотекучести. В условиях кристаллизации с низким темпом затвердевания имеют разветвлённый характер, который ухудшает жидкотекучесть.

Влияние примесей на свойства сталей. В легированных сталях различные элементы по-разному влияют на жидкотекучесть. C, Ni, Co, Mn, Cu повышают её, Cr, Mo, Ti, W, Al понижают жидкотекучесть, что связано с образованием прочных оксидных плёнок, которые понижают внутреннее трение расплава.

Введение N для измельчения зерна в ферритную высокохромистую сталь Х25Л снижает жидкотекучесть в результате выделения большего кол-ва тугоплавких нитридов хрома.

Si в хромистой и хромо-никелевой стали скачкообразно повышает жидкотекучесть при его содержании свыше 0,6% в следствии образования легкоплавких включений хромистых шпинелей. Существенное влияние на жидкотекучесть оказывает наличие в расплавах твёрдых неМе включений, которые повышают вязкость расплава и снижают жидкотекучесть.

Ликвация. Чем выше концентрация элементов в стали, тем в большей степени развивается ликвация. Наибольшими эффективными мерами по снижению ликвации являются следующие:

1. Предельно возможное выравнивание температуры жидкотекучести стали во время плавки и при разливке в ковш.

2. Предельное снижение концентрации в стали сильно ликвирующих элементов и тем в большей степени, чем крупнее отливка.

3. Глубокое раскисление стали и снижение в ней газовых и неМе включений.

4. Заливка форм сталью с малой скоростью.

5. Заливка с низкой температурой.

6. Модификация с целью измельчения первичной структуры.

7. Конструирование отливки с соблюдением условий направленного затвердевания к прибыли.

8. Применение эффективно работающих прибылей, в которых сталь должна находиться дольше в жидком состоянии, чтоб часть ликватов успела попасть в прибыль.

Газовые и неметаллические включения в отливках. Рафинирование и модифицирование сталей. В любой стали содержатся газы. В первую очередь O₂, N₂, H₂. В отливках газы содержатся в виде газовых включений или раковин, хим соединений твёрдых растворов.

Водород в стали, попавший в процессе плавки и из формы в процессе кристаллизации, является одной из причин образования пористости. Водород растворяется в железе и его сплавах в атомарном состоянии с образованием растворов внедрения. С повышением температуры растворимость водорода увеличивается. Эл-ты, повышающие растворимость водорода: Ti, Zr, V. Уменьшают растворимость: C, Si, Al, B.

Азот в жидкую сталь поступает с шихтовыми материалами. Дополнительно азот переходит в Ме из печной атмосферы в область горения дуги.

Растворимость азота в альфа-железе увеличивается с увеличением температуры, в гамма-железе снижается. Азот в стали образует нитриды.

Эндогенные газовые включения характеризуются тем, что источник газов более или менее равномерно распространён по всему объёму жидкого металла.

Образование экзогенных газовых дефектов происходит от начала заливки Ме в форму до момента до момента формирования достаточной прочности корки Ме на поверхности отливки.

Типы неМе включений:

-глобулярные дезориентированные

-эвтектические, ориентированные по границам зёрен

-угловатые дезориентированные

Увеличение загрязнения отливок неМе включениями приводит к снижению пластичности и ударной вязкости.

По хим составу включения делят на простые и сложные.

Простые: оксиды, сульфиды, нитриды, карбиды, фосфиды.

Сложные: оксисульфиды, оксинитриды, карбонитриды, оксисульфонитриды, силикаты, алюмосиликаты.

По механизму воздействия на структуру модификаторы можно разделить на три вида:

1. Измельчение структуры достигается за счёт образования в жидкой стали дополнительных центров кристаллизации путём введения в расплав тугоплавких зародышей или путём их образования в расплаве TiN, TiCN.

2. Измельчение структуры за счёт ограничения роста кристаллов при введении в сталь поверхностно активных элементов. Для стали эл-ты: B, Mg, Ca, Ba, Y, La. Их вводят в виде феррасплавов и лигатур. После заливки Ме в результате переохлаждения образуются зародыши, вокруг которых начинают расти кристаллы.

3. Модифицирование неМе включениями. Введение в жидкую сталь таких модификаторов позволяет воздействовать на природу оксидов, сульфидов, нитридов и более сложных включений. Для этого применяются: Ca, Ba, La, Ti.

Легированные конструкционные стали. Химический состав, маркировка. Характеристика механических и литейных свойств марганцовистых, кремниймарганцовистых, хромистых, хромоникелевых, ванадиевых, медистых литейных сталей. Графитизированная сталь. Применение легированных сталей. Взаимодействие железа в железоуглеродистых сплавах с легирующими элементами. Классификация легированных сталей. Влияние элементов на структуру, механические и технологические свойства сталей. Особенности кристаллизации и влияние термической обработки на структуру и свойства сталей.

 

Высоколегированные литейные стали со специальными свойствами. Классификация по составу и назначению, маркировка. Характеристика механических, литейных и специальных свойств хромистых коррозионностойких и жаростойких сталей, хромоникелевых мартенситных и аустенитных коррозионностойких и жаропрочных сталей, высокомарганцовистой износостойкой стали.

 

Характеристика механических, литейных и специальных свойств хромистых коррозионностойких и жаростойких сталей, хромоникелевых мартенситных и аустенитных коррозионностойких и жаропрочных сталей, высокомарганцовистой износостойкой стали.

Коррозионная стойкость – способность материала сопротивляться разрушению в результате химического или электрохимического взаимодействия с окружающей средой. Высокая коррозионная стойкость достигается легированием сталей легко пассивирующими металлами (Al, Cr, Ni, Ti, Mo, вольфрам), которые создают защитную плёнку на поверхности отливки. Одним из наиболее распространённых видов коррозии является межкристаллитная коррозия, которая проявляется в разрушении стали по границам зёрен, что приводит к резкому снижению прочности и пластичности, что может вызывать преждевременное разрушение отливки.

Кислотостойкость – способность стали работать в среде кислот, является разновидностью коррозионной стойкости. Максимумом кислотостойкости обладают стали с содержанием Cr >17%, Ni >8%. Для улучшения механических свойств их дополнительно легируют Ti, Mo, ниобием и т.д. В качестве кислотостойкой широко применяют аустенитную сталь 10Х18Н9Л.

Жаропрочность – способность сталей выдерживать механические нагрузки при высоких t в течении определённого времени. Стали работающие при повышенных t делят на группы: 1) теплоустойчивые (работа при t<550^о в течении длительного времени), это углеродистые и низколегированные стали, с ферритной структурой; 2) жаропрочные (при высоких t в течении заданного времени), это хромоникелевые стали дополнительно легированные Si, Mg, Ti, Mo, Al, Bo (12Х18Н12МЛТ3); 3) жаропрочные (>550^о и обладающие стойкостью против химического разрушения поверхности в газовой среде).

Из них изготавливают отливки энергоустановок с длительным сроком работы при 650^о, детали авиационных двигателей, рабочие и сопловые лопатки газовых турбин, шнеки.

Жаростойкость – сопротивляемость стали газовой коррозии при высоких t. Это стали: хромистые, хромоникелевые, хромомарганцовистые, ферритные, аустенитные, мартенситные и аустенитно-ферритных классов с добавками легирующих элементов: Si, Mg, Ti, Al (40Х9С2Л, 15Х25ТЛ, 40Х24Н12СЛ). Жаростойкость увеличивается если легирующие элементы взаимодействуют со средой образуя на поверхности отливки плотную оксидную плёнку. В качестве жаростойких сталей применяют многие из жаропрочных: 10Х18Н11БЛ, 15Х18 и др.

Износостойкость – способность стали сопротивляться износу. В зависимости от условий внешних воздействий износ бывает: абразивным, ударно-абразивным, гидро-абразивным, кавитационным. Повышение стойкости отливки при абразивном износе добиваются за счёт повышения твёрдости стали. Цель легирования износостойких сталей для уменьшения абразивного износа является получение максимальной твёрдости при необходимом уровне механических свойств. Чем больше углерода и карбидообразующих элементов в стали, тем при одинаковой твёрдости износостойкость выше. Хромистые коррозионностойкие: Стали с содержанием 13–18% Cr являются коррозионностойкими. Коррозионная стойкость в сплавах Fe и Cr скачкообразно изменяется по мере увеличения содержания Cr. Пороговые значения 11,7–20,3% (нержавейка – Х18Н9Т). Структура стали определяется соотношением концентрации Cr и C. Сталь 20Х13Л относят к мартенситному классу, её подвергают закалке. Используют для литья деталей, работающих с ударными нагрузками. Добавка Ti в этих сталях связывает C и повышает стойкость против межкристаллитной коррозии. Для повышения износостойкости в хромистых сталях увеличивают содержание С 0,5–1,5%.

Хромистые жаростойкие: Стали с содержанием 25–30% Cr являются высоко жаростойкими. Низкоуглеродистая жаростойкая сталь с 13% Cr относится к мартенситному классу, а с 18% к ферритному.

Хромоникелевые мартенситные коррозионностойкие стали: Они содержат 13–18% Cr и 1–4% Ni. Это количество Ni недостаточно для формирования стабильного аустенита, но обеспечивает получение высокопрочного мартенсита после закалки и отпуска (09Х16Н4БЛ, 10Х14НДЛ). Большое значение приобретает модифицирование стали 0,1% церия, чтобы измельчить первичную структуру. Коррозионная стойкость в морской воде достигается легированием стали Cu. Сталь 10Х14НДЛ используют в судостроении (гребные венты). Эти стали склонны к плёнообразованию, что требует при литье детали повышенные t перегрева. В хромистых сталях и в сталях с небольшими добавками Ni наблюдается склонность к образованию горячих и холодных трещин, для устранения этого используют N 0,1–0,15%.

Хромоникелевые аустенитные коррозионностойкие стали: Они содержат 8–10% Ni, 8% Cr и 0,1% C. Пластические свойства низкие, из-за выделения карбида Cr₄C. Для устранения этого эффекта в сталь добавляют Ti или ниобий, которые являются более сильными карбидообразующими элементами и повышают стойкость стали против межкристаллической коррозии. При увеличении количества Ni 12–19% повышаются жаро и коррозионная стойкость, используется закалка и нормализация. Стали используются в химической промышленности для литья арматуры и турбин. Эти стали очень чувствительны к изменению t условий литья и склонны к образованию грубозернистой дендритной структуры и т.о. она не исправляется. Для улучшения структуры используют модифицирование.

Хромоникелевые аустенитные жаропрочные стали: Жаропрочность достигается за счёт добавок вольфрама и молибдена. В стали 08Х17Н34В5Т3Ю2Л жаропрочность обеспечивается дисперсионным твердением. Эти стали используют для сопловых и рабочих лопаток газотурбинных двигателей и других деталей, работающих при t <800^о.

Высокомарганцовистые мартенситные износостойкие стали: (110Г13Л – сталь Гадфильда). После закалки от 1100^о она имеет аустенитную структуру с твёрдостью 200 НВ и высокой вязкостью, что обеспечивает хорошее сопротивление ударным нагрузкам. При эксплуатации детали из этих сталей аустенит наклёпывается и твердость достигает 600 НВ, износостойкость возрастает. Для отливок характерны литейные дефекты: трещины и рыхлоты. При чисто абразивном износе, когда преобладает механизм среза поверхности, сталь гадфильда не имеет существенных преимуществ перед другими сталями с аналогичной твёрдостью. Недостатки стали 110Г13Л: высокое содержание P, который вносится при легировании стали FeMg, также она практически не обрабатывается резанием.

 

4. Классификация чугунов. Структурообразование. Графитообразование в чугунах. Классификация чугунов по состоянию углерода, форме графита и другим характеристикам структуры. Влияние структуры на комплекс механических и эксплуатационных свойств. Влияние элементов на положение критических точек в системе железо-углерод. Фазовый состав чугуна. Формирование первичной структуры в чугунах. Понятие о степени эвтектичности и углеродном эквиваленте. Формирование вторичной структуры в чугунах. Выделение вторичных фаз при охлаждении. Эвтектоидное превращение в белых и серых чугунах. Влияние кремния на структурообразование. Анализ влияния скорости охлаждения на структурообразование по термокинетическим диаграммам распада аустенита. Структурные диаграммы чугуна. Графитообразование в чугунах. Форма и расположение графитовых выделений. Влияние графитных включений на физико-механические, технологические и эксплуатационные свойства. Классификация элементов по их влиянию на процесс графитизации. Механизм и кинетика процесса графитизации.

Чугун – железоуглеродистый сплав, содержащий более 2,14% углерода.

Чугуны делятся по форме графита в них. Белый чугун – графит в связном состоянии в виде карбида. Серый чугун – пластинчатый графит. Высокопрочный чугун – шаровидный графит. Ковкий чугун – хлопьевидный графит.

Структурообразование.

На процесс структурообразования оказывает влияние Si. Оно может быть рассмотрено по изотермическим разрезам тройной диаграммы состояния Fe–C–Si.

Анализ разрезов позволяет более точно разделить область хим состава чугуна на до и заэвтектический. До и заэвтектические чугуны отличаются последовательностью выделения фаз и как следствие структурой и свойствами.

Графитообразование в чугунах.

Графитизация чугуна: образование графита в чугуне из жидкости или аустенита при его медленном охлаждении или при последующем специализированном отжиге (графитазирующий отжиг), сопровождается частичным или полным разложением цементита. Если графит образовался при кристаллизации частично в виде чешуек, то дальнейшее образование графита из аустенита будет происходить отложением углерода на ранее выделенных частицах. Считается, что этим определяется различие во внешней форме графита в чугунах.

Склонность к графитизации является фундаментальной характеристикой чугуна, определяющей подавляющее большинство технологических и эксплуатационных свойств этого материала, зависящий от того, как проходит или прошла графитизация чугуна, какова структура чугуна. Графитная фаза и графитизация является основным, наиболее существенным и одновременно наиболее просто контролируемым, а иногда и управляемым фактором (из многих, формирующих большинство свойств чугуна).

Графитизация чугуна при кристаллизации способствует повышению его жидкотекучести, формозаполняемости, также способствует и уменьшению дефектов в отливке усадочного происхождения: раковин, макро- и микропористости, позволяет уменьшить объём прибылей, способствует уменьшению напряжений и уменьшению трещинообразований.

При производстве белых и ковких чугунов графитизация при кристаллизации является нежелательным процессом, снижающим в конечном итого эксплуатационные свойства чугунов: белых - износостойкость, ковких - прочность и вязкость.

Таким образом, графитизация улучшает все технологические свойства графитизируемых чугунов.

 

Серый чугун е пластинчатым графитом. Ковкий чугун е хлопьевидным графитом. Химический состав, структура и механические свойства серого чугуна с пластинчатой формой графита. Применение отливок из серого чугуна. Особенности получения ковкого чугуна. Графитизирующий отжиг, режимы отжига, ускорение процесса отжига. Литейные свойства ковкого чугуна. Применение отливок из ковкого чугуна.

Высокопрочный чугун с шаровидной и вермикулярпой формой графита. Легированные чугуны. Химический состав, структура и механические свойства высокопрочного чугуна с шаровидной формой графита. Литейные свойства и область применения высокопрочных чугунов. Чугун с вермикулярным графитом, особенности химического состава, свойства и область применения. Синтетический чугун. Легированные чугуны. Классификация. Физико-механические, эксплуатационные и литейные свойства хромистых, кремнистых, алюминиевых, никелевых и ванадиевых чугунов. Применение легированных чугунов.

СИНТЕТИЧЕСКИЙ ЧУГУН

Производство синтетического чугуна заключается в выплавке его из стальных отходов без использования литейных или передельных доменных чугунов с соответствующим науглероживанием (источ­ники углерода — электродный бой, кокс, графитизированный по­рошок, каменный уголь и т.п.).

Синтетический чугун отличается низким содержанием серы, фосфора, Н₂, 0₂, N₂ и других примесей и неметаллических включений. Синтетическим может быть чугун любой структурной группы: серый, высокопрочный, с вермикулярным графитом, ковкий и бе­лый. Размер включений графита в синте­тическом сером чугуне меньше, перлит более дисперсный, что обус­ловливает его более высокие механические свойства. При производстве синтетического ковкого чугуна из-за низко­го содержания фосфора наблюдается соответствующее увеличе­ние пластичности. Вместе с тем заметно некоторое увеличение длительности отжига.

При производстве синтетического высокопрочного чугуна на­блюдается более стабильное воздействие модификатора.

От обычных синтетические чугуны отличаются и по литейным свойствам: меньшая жидкотекучесть, большая склонность к отбелу и образованию междендритного графита, повышенная склонность к холодным трещинам. Однако герметичность отливок син­тетического чугуна выше, чем отливок обычного чугуна.

Сплавы на основе меди. Общая характеристика свойств меди и её взаимодействие с другими элементами. Основные легирующие элементы в медных сплавах. Классификация сплавов и маркировка. Литейные бронзы их химический состав, структура, механические, эксплуатационные и литейные свойства сплавов. Литейные латуни, химический состав, структура и свойства. Область применения.

Медь хорошо проводит электричество и тепло, уступая в этом отношении только серебру, ее используют для изготовления электрических проводов, деталей электрооборудования, холодильных установок и т.д.; отличается хорошей коррозионной стойкостью, поэтому – широко применяется в химическом машиностроении и теплотехнике. Температура плавления меди 1083°С. Медь – очень вязкий металл, трудно поддается обработке резанием, так как стружка налипает на режущий инструмент.

В зависимости от чистоты на медь установлены следующие марки: М00, М0, М1, М2, М3, М4. Чем больше цифра в марке меди, тем больше в ней примесей. Наиболее чистую электролитическую медь М00, М0, М1, содержащую 99,99%, 99,95% и 99,90% меди соответственно, применяют для изготовления проводников тока и сплавов высокой чистоты.

Медь в значительной части используется для получения сплавов на медной основе: латуни, бронзы, медно-никелевых и других. Эти сплавы обычно прочнее меди, имеют новые полезные свойства, почему их широко применяют в технике.

 

Цинковые литейные сплавы. Классификация сплавов и маркировка, область применения. Химический состав, структура, механические, эксплуатационные и литейные свойства сплавов. Модифицирование и легирование цинковых сплавов.

 

Zn используется для покрытий металлический листов, сплавы на его основе применяются для изготовления литых протекторов, предназначенных для защиты морских судов и металлических сооружений от коррозий.

С повышением t-ры уменьшается кинетическая вязкость и электропроводность Zn, но возрастает его удельное электрическое сопротивление.

Механические свойства Zn зависят от способа его обработки; в литом состоянии σ_в=30-80 Мпа, удлинение 0,3-1%, НВ 200-500. При номинальной t-ре Zn в литом состоянии имеет ограниченную пластичность, плохо прокатывается.

Прочностные свойства сильно зависят от t-ры: с её понижением происходит охрупчивание Zn; с повышением t-ры возрастает пластичность. Zn имеет хорошую жидкотекучесть, что обеспечивает хорошую заполняемость форм. При введении в расплав малых добавок Li, Mg, Ca, Vi, Fe можно улучшить технологические свойства цинка.

В качестве ТО: закалка, отжиг, старение. В результате отжига получается более равновесная структура и химически однородный Ме. Для выравнивания химического состава применяют гомогенезирующий отжиг (320-340°С), который сводит к min внутри-дендритную ликвацию.

Наиболее сильное влияние на твердость Zn в сторону повышения оказывают: Mg, Cu, Fe. На величину ударной вязкости влияют: Fe, Mg, Sb, Cu. На жидкотекучесть хорошо влияют Si, Cu, олово. Прочность при высоких t-рах оказывают положительное влияние: Cu, Ni, Si, Fe.

Повышение t-ры перегрева Zn приводит к улучшению заполняемости форм, из-за увеличения жидкотекучести, снижается поверхстное натяжение. Но с повышением t-ры резко возрастает усадка, склонность к образованию усадочных раковин. Снижают усадку: олово, Cd (при высоком его содержании), Mg.

В зависимости от количественного содержания в цинке Pb, Cd, Fe, As, существуют более 10 марок чушкового Zn: ЦВ00 – суммарное содержание примесей 0,00…%; ЦВ3 - суммарное содержание примесей = 2,5%, и т.д. Основными ЛЭ в цинке являются Al (до 15%), Cu (до 5%), Mn (до 0,05%).

Литейные сплавы на основе Zn, в зависимости от состава и назначения делятся:

1)системы Zn-Al (ЦА4, ЦА5);

2) системы Zn-Cu (ЦМ1);

3) Zn-Al-Cu (ЦАМ2-5);

4) Zn-Al+Ме (Mg, Mn, Ti, Si) (ЦП2, ЦП3).

Для литья особо ответственных деталей применяют ЦАМ4-11, детали автомобилестроения ЦАМ 4-3. Все сплавы имеют хорошую склонность к ЛПД, служат заменителями латуни.

Литейные свойства сплавов на основе магния. Общая характеристика свойств магния и его взаимодействие с другими элементами. Обоснование выбора основных легирующих элементов. Химический состав, маркировка сплавов. Структура сплавов. Характеристика механических, эксплуатационных и литейных свойств сплавов. Область применения сплавов.

 

Mg до 0,1% содержится во всех сплавах на основе цинка. Mg повышает прочность и твердость цинка, вследствие образования с ним химических соединений. Присадка Mg способствует снижению межкристаллитной коррозии цинковых сплавов и уменьшает вредное влияние свинца и олова. До 0,1% Mg не оказывает влияние на жидкотекучесть, а при более высоком содержании оказывает негативное влияние. С повышением содержания Mg ухудшается пластичность, повышается горячеломкость и возникают трещины в отливках. Введение Ti в систему Zn-Mg измельчает структуру.

Mg относится к легким и сравнительно легкоплавким металлам (650°С). Особенностью магния и его сплавов в расплавленном состоянии явля­ется высокая химическая активность: образующаяся пористая окисная пленка не защищает расплав от ин­тенсивного окисления. В связи с этим плавка магниевых сплавов вызывает определенные трудности.

Кислород и азот практически не растворяется в Mg, а образуют с ним соединения MgO и Mg₃N₂, обла­дающие более высокой плотностью, чем расплав, что позволяет им оседать на дно ванны расплава.

Для снижения окисляемости магния и его спла­вов в расплав вводят в небольших количествах берил­лий и кальций. В чистый магний вводят беррилия 0,006%. Введение больших количеств бериллия неже­лательно, так как приводит к укрупнению зерна.

Для изготовления фасонных отливок в промышленности ис­пользуют три группы Mg сплавов:

1)сплавы на основе системы Mg—Al—Zn (МЛЗ,МЛ4, МЛ5, МЛС);

2)сплавы на основе системы Mg—Zn—Zr (МЛ8,МЛ 12, МЛ 15);

3)сплавы, легированные РЗМ (МЛ9, МЛ10, МЛ11, МЦ19).

Сплавы I группы предназначены для производства высоконагруженных отливок, работающих в тяжелых атмосферных услови­ях.

Общим недостатком сплавов I группы, является широкий интервал кристаллизации и в связи с этим склонность к образованию усадочной микрорыхлоты.

Сплавы II группы также относят к числу высокопрочных. Они отличаются от других групп магниевых сплавов повышенными механическими свойствами и хорошей обрабатываемостью реза­нием. Сплавы II группы используют для изготовления отливок, ра­ботающих при 200...250°С и высоких нагрузках.

Сплавы III группы обладают высокой жаропрочностью и хо­рошей коррозионной стойкостью. Эти сплавы имеют хорошие литейные свойства, высокую герметичность, малую склонность к образованию микрорыхлот и усадочных трещин. Применя­ют для деталей, подвергающихся одновременному воздействию статических и усталостных нагрузок.

Литейные сплавы на основе титана. Химический состав, структура, механические и литейные свойства сплавов. Область применения. Никелевые литейные сплавы. Общая характеристика свойств никеля и его взаимодействие с другими элементами. Основные легирующие элементы в никелевых сплавах их влияние на механические, специальные и литейные свойства. Классификация сплавов по химическому составу и назначению, маркировка сплавов. Коррозионностойкие, жаропрочные никелевые сплавы. Принципы легирования, химический состав, структура, механические и литейные свойства.

 

Хромистые чугуны.

Хромистые чугуны содержат 0,4-34% хрома в зависимости от марки чугуна и имеют высокую твердость, хорошо сопротивляются износу, но плохо обрабатываются резанием.

Хромистые чугуны стойки в окислительных средах: в азотной кислоте любой концентрации, в концентрированной серной кислоте и других средах. Жаростойкость таких чугунов 1000-1100°С. Из хромистых чугунов изготовляют детали и аппаратуру для азотной промышленности, производства насосного оборудования. Высокая жаростойкость таких чугунов позволяет изготовлять из них детали печного оборудования (колосники, гребни и лопасти в печах для обжига). Хромистые чугуны относятся к легированным чугунам специального назначения (для работы в агрессивных средах, в том числе при высоких температурах). Их подвергают специальному легированию хромом, кремнием, никелем.

Все марки: ЧХ1, ЧХ2, ЧХ3, ЧХ3Т, ЧХ9Н5, ЧХ16, ЧХ16М2, ЧХ22, ЧХ22С, ЧХ28, ЧХ28П, ЧХ28Д2, ЧХ32. (Цифра – содержание Cr в %, буквы в обозначении – легирование ЛЭ).

Дополнительное легирование кремнием (чугун марки ЧХ22С), хотя и охрупчивает чугун, но повышает коррозионную стойкость в концентрированных азотной и фосфорной кислотах. Повышенная концентрация Si в хромистых чугунах увеличивает их твердость.

Содержание марганца в хромистых чугунах ограничивается 0,5—0,8 % при минимальном содержании серы. Для улучшения антикоррозионных свойств и борьбы с крупнозернистым строением рекомендуют содержание марганца повышать до 3%. При этом увеличивается коррозионная стойкость в не­которых средах (HN0₃, H₂SO₄, Н₃РО₄). Увеличение концентрации марганца до 10—12 % в сплавах с вы­соким содержанием хрома на коррозионную стойкость заметно не влияет.

Добавка молибдена до 3,5 % особенно повышает корро­зионную стойкость чугунов в агрессивных средах.

Титан размельчает структуру чугуна и оказывает положи­тельное влияние на антикоррозионные свойства. Весьма дей­ственна добавка 0,5% Ti к чугуну с 27% Сr и 10% С. В этом случае устраняется транскристаллизация и происходит измель­чение структуры, механические свойства повышаются.

Рекомендуется введение в высокохромистый чугун 0,1—0,3 % азота для повышения механических свойств, однако пластич­ность и вязкость чугуна остаются низкими из-за присутствия карбидной фазы в сплаве.

Медь, будучи добавлена в высокохромистый чугун в коли­чествах от 0,5 до 2,0 %, повышает химическую стойкость, но не устраняет транскристаллизацию.

Литейные углеродистые стали. Классификация литейных сталей. Химический состав, маркировка и механические свойства углеродистых литейных сталей. Литейные свойства. Влияние примесей на свойства сталей. Ликвация. Газовые и неметаллические включения в отливках. Рафинирование и модифицирование сталей.

Литейные углеродистые стали. Классификация литейных сталей. Химический состав, маркировка и механические свойства углеродистых литейных сталей.

К литейным сталям относят железоуглеродистые сплавы, содержащие до 2,14% С и другие элементы (Mn, Si, Р, S, Cr, Ni, W, Mo, V и т.д.), попавшие в сталь из шихтовых материалов либо специально введенные в нее в определенных количествах для придания сплаву необходимых эксплуатационных и технологических свойств.

В настоящее время стальные отливки используют во всех отраслях машиностроения; по объему производства они занимают второе место после чугунов. Из сталей отливают обычно детали, к которым предъявляют повышенные требования по прочности, пластичности, надежности и долговечности в процессе эксплуатации.

Полученные тем или иным способом стали классифицируют по следующим принципам: по назначению, качеству, составу, характеру производства (методу выплавки) и т.п.

Ст0 — Ст6. Цифра в зависимости от хим состава. От увеличения номера кол-во углерода возрастает, но прямого соответствия номера и содержания углерода нет. В конце указываются буквы, характеризующие способ раскисления кп, сп, пс.

Стали качественные (углеродистые и легированные). Цифры и буквы указывают на хим состав. Первые цифры в конструкционных сталях – ср содержание С в сотых долях %, в инструментальных – в десятых долях. Буква А – высокое качество.

Литейные свойства. Жидкотекучесть сталей хуже жидкотекучести чугуна. Главной причиной различия является увеличение перепада между температурой стали и температурой формы. Вследствие высокой температуры заливки стали происходит интенсивный теплообмен между Ме и формой, снижена температура перегрева.

Особенность изменения жидкотекучести можно объяснить влиянием теплоты кристаллизации. В стали с низким содержанием углерода при Т_ликв сразу же закристаллизовывается большая часть сплава.

Снижение темпа кристаллизации изменяет характер затвердевания. Где высокий темп – направленный характер обеспечивает условия для лучшей жидкотекучести. В условиях кристаллизации с низким темпом затвердевания имеют разветвлённый характер, который ухудшает жидкотекучесть.

Влияние примесей на свойства сталей. В легированных сталях различные элементы по-разному влияют на жидкотекучесть. C, Ni, Co, Mn, Cu повышают её, Cr, Mo, Ti, W, Al понижают жидкотекучесть, что связано с образованием прочных оксидных плёнок, которые понижают внутреннее трение расплава.

Введение N для измельчения зерна в ферритную высокохромистую сталь Х25Л снижает жидкотекучесть в результате выделения большего кол-ва тугоплавких нитридов хрома.

Si в хромистой и хромо-никелевой стали скачкообразно повышает жидкотекучесть при его содержании свыше 0,6% в следствии образования легкоплавких включений хромистых шпинелей. Существенное влияние на жидкотекучесть оказывает наличие в расплавах твёрдых неМе включений, которые повышают вязкость расплава и снижают жидкотекучесть.

Ликвация. Чем выше концентрация элементов в стали, тем в большей степени развивается ликвация. Наибольшими эффективными мерами по снижению ликвации являются следующие:

1. Предельно возможное выравнивание температуры жидкотекучести стали во время плавки и при разливке в ковш.

2. Предельное снижение концентрации в стали сильно ликвирующих элементов и тем в большей степени, чем крупнее отливка.

3. Глубокое раскисление стали и снижение в ней газовых и неМе включений.

4. Заливка форм сталью с малой скоростью.

5. Заливка с низкой температурой.

6. Модификация с целью измельчения первичной структуры.

7. Конструирование отливки с соблюдением условий направленного затвердевания к прибыли.

8. Применение эффективно работающих прибылей, в которых сталь должна находиться дольше в жидком состоянии, чтоб часть ликватов успела попасть в прибыль.

Газовые и неметаллические включения в отливках. Рафинирование и модифицирование сталей. В любой стали содержатся газы. В первую очередь O₂, N₂, H₂. В отливках газы содержатся в виде газовых включений или раковин, хим соединений твёрдых растворов.

Водород в стали, попавший в процессе плавки и из формы в процессе кристаллизации, является одной из причин образования пористости. Водород растворяется в железе и его сплавах в атомарном состоянии с образованием растворов внедрения. С повышением температуры растворимость водорода увеличивается. Эл-ты, повышающие растворимость водорода: Ti, Zr, V. Уменьшают растворимость: C, Si, Al, B.

Азот в жидкую сталь поступает с шихтовыми материалами. Дополнительно азот переходит в Ме из печной атмосферы в область горения дуги.

Растворимость азота в альфа-железе увеличивается с увеличением температуры, в гамма-железе снижается. Азот в стали образует нитриды.

Эндогенные газовые включения характеризуются тем, что источник газов более или менее равномерно распространён по всему объёму жидкого металла.

Образование экзогенных газовых дефектов происходит от начала заливки Ме в форму до момента до момента формирования достаточной прочности корки Ме на поверхности отливки.

Типы неМе включений:

-глобулярные дезориентированные

-эвтектические, ориентированные по границам зёрен

-угловатые дезориентированные

Увеличение загрязнения отливок неМе включениями приводит к снижению пластичности и ударной вязкости.

По хим составу включения делят на простые и сложные.

Простые: оксиды, сульфиды, нитриды, карбиды, фосфиды.

Сложные: оксисульфиды, оксинитриды, карбонитриды, оксисульфонитриды, силикаты, алюмосиликаты.