5 Выбор состава сплава

Так как основой сплава является железо, то следовательно количество железо будет на много превышать количества всех остальных элементов. Принимаем содержание Fe 91,5-94 %.

Так как главными легирующими элементами будут никель и кремний. С повышением содержания кремния возрастает предел прочности при растяжении, при дальнейшем увеличении содержания - уменьшаются предел прочности при растяжении и относительное удлинение. Никель влияет на тепло- и электропроводность, а также на коррозионную стойкость и жаростойкость сплава. С увеличением содержания никеля эти свойства повышаются.

Углерод. Увеличенное содержание углерода улучшает литейные свойства (жидкотекучесть) чугуна.

Хром. С увеличением содержания хрома в определенных пределах повышается жаростойкость, коррозионная стойкость и износостойкость сплава.

Медь. При содержании в сплаве 1 % меди прочность при растяжении повышается до 40%, а текучесть - до 50 % и соответственно при 2% меди - до 65% и до 70%. Содержание меди более 2% препятствует образованию в структуре сплава шаровидного графита.

Марганец. С повышением содержания марганца уменьшается доля феррита и увеличивается количество перлита; при этом повышается предел прочности при растяжении и уменьшается относительное удлинение. Для повышения износостойкости содержание марганца увеличивают до 0,7- 1,3%.

Таблица 1 – Химический состав сплава чугуна

C	Si	Mn	P	S	Cr	Ni	Cu	Fe
3,0-3,6	2,6-2,9	0,4-0,7	до 0,1	до 0,015	до 0,15	до 0,6	до 0,4	91,5-94

Этот химический состав сплава имеет марка чугуна ВЧ70, из которого будет производиться деталь. Далее в таблицах приведена характеристика марки сплава

Таблица 2- Свойства сплава марки чугуна ВЧ70

Свойства	Значение
Предел кратковременной прочности , [МПа]	420-700
δ5 - относительное удлинение при разрыве , [ % ]	3
Твердость HB	228-302
Коэффициент износостойкости, ед.	5
Коэффициент корозионностойкости, мм/год	0,9
r - Плотность материала , [г/см3]	7,2
Температура плавления °C :	1150-1200

6 Термическая обработка, типы и режимы

Термическая обработка высокопрочного чугуна является более эффективной, чем чугуна с пластинчатым графитом, так как графит шаровидной формы меньше ослабляет металлическую основу, чем пластинчатый. Отливки из высокопрочного чугуна подвергаются различным видам термической обработки.

Графитизирующий отжиг. Целью такого отжига является повышение пластичности и вязкости чугуна, в структуре которого содержится свободный цементит. Время выдержки при отжиге зависит от содержания в чугуне марганца и фосфора: чем больше их количество, тем длительнее должна быть выдержка. В результате такого отжига цементит распадается на феррит и графит, а структура металлической основы чугуна из перлитно-цементитной превращается в перлитно-ферритную или чисто ферритную. В результате такой термической обработки высокопрочного чугуна относительное удлинение его повышается от 3 до 10%, а ударная вязкость - от 3 до 7 кгм/см (ненадрезанные образцы), но прочность при этом несколько снижается. Микроструктура высокопрочного чугуна до отжига и после него.

Нормализация. Нормализация позволяет получить в чугуне металлическую основу - мелкопластинчатый перлит или сорбит наряду с графитом округленной формы. Нормализация отливок осуществляется по следующему режиму: нагрев до температур 925 - 950°; выдержка при этих температурах 2-5 час, в зависимости от исходной структуры чугуна, сложности и массивности отливок; охлаждение на воздухе. Чтобы несколько уменьшить внутренние напряжения, сложные отливки рекомендуется сначала охладить с печью (до температур 800 - 820°) и уже затем на воздухе. При нагреве крупных и сложных отливок необходимо применять специальные подставки, а для более мелких разностенных отливок - постели из песка во избежание коробления отливок. После нормализации отливки следует подвергнуть отпуску при температурах 500-650°. В результате нормализации предел прочности чугуна при растяжении увеличивается на 20 - 40% а твердость возрастает почти в 1,5 раза.

Закалка. Еще более высокие показатели прочности высокопрочного чугуна можно достигнуть путем его закалки и последующего отпуска. Так, на автомобильных заводах литые валы из высокопрочного чугуна подвергаются термической обработке по следующему режиму: нагрев до температуры 940°; выдержка при этой температуре 5 час; охлаждение до температуры 845° (для уменьшения внутренних напряжений); закалка в масле; отпуск при температуре 700° в течение 2 час. и окончательное охлаждение на воздухе. После такой обработки получаются следующие механические свойства чугуна: предел упругости - 55 2 2 кг/мм , предел прочности на растяжение - около 70 кг/мм и относительное удлинение - 6.

Наиболее прогрессивным способом термической обработки высокопрочного чугуна является изотермическая закалка. Она производится следующим образом. Отливки нагревают до температур 850 - 880°, затем погружают в селитровую ванну температурой 300 - 350° и выдерживают там 30 - 60 мин. Изотермическая закалка значительно улучшает свойства чугуна: предел прочности при растяжении увеличивается на 70 - 100%, ударная вязкость - на 80 - 200%, износостойкость - на. 40 - 80%.

Отжиг для снятия литейных напряжений. Для снятия литейных напряжений в отливках из высокопрочного чугуна их подвергают отжигу. Отливки нагревают до температур 500 - 550° со скоростью 50 - 60° в час. Длительность выдержки при температуре нагрева устанавливается в зависимости от толщины стенок отливки (из расчета примерно 6-8 мин. на каждые 10 мм толщины стенки). Затем отливки медленно (со скоростью 30° в час) охлаждаются до температуры 200°. Окончательное охлаждение отливок производится на воздухе. При таком режиме обработки структура чугуна не изменяется, а снимаются лишь литейные напряжения. В процессе графитизирующего отжига отливок у них снимаются и литейные напряжения.