- •Курс лекций по «специальным чугунам»
- •Глава 1. Классификация специальных чугунов. Особенности процессов их легирования и термической обработки
- •Классификация специальных чугунов
- •1.2. Особенности легирования
- •1.2.1. Особенности жидкого состояния
- •1.2.2. Первичные фазы и распределение легирующих элементов в чугунах
- •III группа
- •1.3. Особенности термической обработки
- •1.3.1. Изотермическая закалка
- •1.3.2. Нормализация
- •1.3.3. Улучшение
- •Глава 2. Отливки из коррозионностойких чугунов
- •2.1. Процессы коррозии в чугуне
- •2.2. Отливки из хромистых чугунов
- •2.2.1. Влияние химического состава на коррозионную стойкость
- •2.2.2. Марки хромистых коррозионностойких чугунов, их основные свойства, области применения
- •2.3 Отливки из высококремнистых чугунов
- •2.3.1 Влияние химического состава на структуру и свойства
- •2.3.2 Марки кремнистых коррозионностойких чугунов, их основные свойства, области применения
- •Глава 3. Отливки из жаростойких чугунов
- •3.1. Общая характеристика
- •3.2. Отливки из алюминиевых чугунов
- •3.2.1. Формирование структуры
- •3.2.2. Марки жаростойких алюминиевых чугунов, их основные свойства, области применения
- •3.3. Отливки из хромистых жаростойких чугунов
- •3.3.1. Влияние хрома на жаростойкость чугунов
- •3.3.2. Марки жаростойких хромистых чугунов, их основные свойства, области применения
- •3.4. Отливки из кремнистых чугунов
- •3.4.1. Влияние кремния на структуру и свойства чугунов
- •3.4.2. Марки кремнистых жаростойких чугунов, их основные свойства, области применения
- •3.5. Отливки из комплексно-легированных жаростойких чугунов
- •Глава 4. Отливки из жаропрочных чугунов
- •4.1. Общая характеристика
- •4.2. Марки жаропрочных чугунов, их основные свойства, области применения
- •Глава 5. Отливки из износостойких чугунов
- •5.1. Процессы абразивного изнашивания
- •5.2. Влияние химического состава на свойства чугунов
- •5.3. Влияние структуры на износостойкость
- •5.3.1. Влияние карбидной фазы
- •5.3.2. Влияние металлической основы
- •5.4. Влияние термической обработки
- •5.5. Марки износостойких чугунов, их основные свойства, области применения
- •5.6. Комплексно-легированные белые износостойкие чугуны
- •Глава 6. Отливки из антифрикционных чугунов
- •6.1. Общая характеристика
- •6.2. Марки антифрикционных чугунов, их основные свойства, области применения
- •Глава 7. Чугуны для отливки валков
- •7.1. Классификация валков
- •7.2. Виды валков, их химический состав, свойства и применение
- •Химический состав рабочего слоя валков
- •7.3. Влияние легирующих элементов на свойства рабочего слоя двухслойных валков
- •Глава 8. Технологические особенности изготовления отливок из специальных чугунов
- •8.1. Особенности плавки и заливки форм
- •8.2. Литейные свойства специальных чугунов
- •8.3. Особенности технологии формы в зависимости от свойств специальных чугунов
- •8.4. Механическая обработка отливок
3.4. Отливки из кремнистых чугунов
3.4.1. Влияние кремния на структуру и свойства чугунов
При содержании 5,6 % Si чугун практически имеет однофазную ферритную матрицу и поэтому отличается высокой ростоустойчивостью. Окалиностойкость кремнистого чугуна связана с образованием в поверхностном слое наряду с оксидами железа и оксидов кремния SiO2. Эта пленка имеет плотную структуру при незначительной толщине.
По своему воздействию на окалиностойкость и ростоустойчивость чугуна кремний непостоянен. Присутствие в белых чугунах даже незначительного количества кремния резко понижает их ростоустойчивость и окалиностойкость. Не в меньшей степени вредное действие повышенных концентраций кремния отмечается и в обычных серых чугунах. Однако при достаточно высоком содержании кремния (> 5,0 %) стойкость чугуна против окисления и роста резко повышается.
Первым благоприятным результатом действия высоких концентраций кремния на окалиностойкость и ростоустойчивость чугуна является получение стабильной структуры графит + феррит легированный кремнием. Благодаря этому при дальнейшем нагреве исключаются процессы графитизации и связанные с ними рост и окисление.
По мере увеличения содержания кремния повышаются критические точки чугуна. Так, при 6 % Si точка Ас1, лежит около 950 °С, а при 7% Si повышается до 1000 °С. Протекание аллотропических превращений и связанное с этим возникновение внутренних напряжений приводят при высокой температуре, т. е. в области повышенной пластичности, и поэтому не могут вызвать разрушения чугуна.
Наконец, кремний, входя в твердый раствор, повышает температуру образования вюститной фазы, т. е. увеличивается стойкость металлической основы против окисления.
При наличии шаровидной формы графита фактическую стойкость кремнистого чугуна определяет окалиностойкость его металлической основы. Увеличение содержания кремния как в обычных, так и в высокопрочных чугунах с шаровидным графитом приводит к повышению их ростоустойчивости.
Улучшение ростоустойчивости чугунов с повышением концентрации кремния следует отнести главным образом за счет увеличения стойкости металлической основы против окисления.
Ростоустойчивость нелегированного высокопрочного чугуна с шаровидным графитом мало отличается от ростоустойчивости высококремнистого чугуна с пластинчатым графитом при содержании более 10 % Si. При таких концентрациях кремния в обычных чугунах высокая стойкость металлической основы против окисления в какой-то степени парализуется грубыми включениями графита и наличием раковин.
По этой же причине шаровидная форма графита (вместо пластинчатой) обеспечивает относительно высокую ростоустойчивость даже для высокопрочного чугуна исходного состава.
Присадка в чугун с шаровидным графитом относительно небольших количеств кремния (4,0 - 5,0 %) заметно уменьшает рост и окисление чугуна в силу ограничения процесса графитизации и повышения стойкости против окисления основной металлической массы. В самом деле, ростоустойчивость высокопрочного чугуна с 4 – 5 % кремния почти в пять раз, а окалиностойкость в 8 раз выше, чем у такого же чугуна, но с пластинчатым графитом. Следует заметить также, что наиболее резкое повышение окалиностойкости и ростоустойчивости чугунов с шаровидным графитом происходит при изменения содержания кремния в пределах от 5,5 до 6,5 %. При дальнейшем увеличении концентрации кремния в чугуне отмечается лишь общая тенденция к повышению указанных характеристик.
Лучшие результаты испытания на окалиностойкость и ростоустойчивость были получены в чугунах, содержащих > 12 % кремния, т. е. в высокопрочных ферросилидах с шаровидным графитом.
Легирование кремнистого чугуна никелем (до 2 %) или хромом (0,5 – 4 %) повышает его жаростойкость.
Легирование молибденом в количестве 1 - 3 % увеличивает прочность при повышенных температурах, а также сопротивление ползучести кремнистого чугуна с шаровидным графитом.