
- •Новгородский агротехнический техникум
- •Материаловедение
- •110809 «Механизация сельского хозяйства»
- •190631 «Техническое обслуживание и ремонт
- •Введение
- •1 Производство черных и цветных металлов
- •Производство чугуна
- •Доменной печи
- •1.1.4 Продукты доменного производства.
- •1.2 Производство стали
- •1.2.4 Производство стали в электропечах.
- •1.3 Производство цветных металлов
- •1.3.3 Производство титана.
- •2 Физико-химические основы материаловедения
- •2.1 Строение и свойства материалов
- •2.1.3 Строение кристаллов и аллотропические превращения в металлах.
- •Процессе для чистого железа
- •2.2 Методы определения различных показателей и свойств материалов
- •2.3 Основы теории сплавов
- •2.4 Термическая обработка металлов и сплавов
- •2.4.2 Превращения в металлах при нагревании и охлаждении.
- •2.4.3 Отжиг.
- •2.4.4 Нормализация.
- •2.4.5 Закалка и отпуск стали.
- •2.5 Химико-термическая обработка металлов и сплавов
- •2.5.2 Поверхностная закалка.
- •2.5.3 Химико-термическая обработка стали.
- •2.5.4 Упрочнение поверхностным деформированием.
- •3 Материалы, применяемые в машиностроении
- •3.1 Углеродистые стали
- •3.1.1 Общие сведения.
- •3.1.2 Влияние содержания углерода и постоянных примесей на свойства углеродистых сталей.
- •3.1.3 Углеродистая конструкционная сталь.
- •3.2 Чугуны
- •И форме графитовых включений
- •3.2.3 Белый чугун.
- •3.2.4 Серый чугун.
- •3.2.5 Ковкий чугун.
- •3.2.6 Высокопрочный чугун.
- •3.2.7 Антифрикционные чугуны.
- •3.3 Легированные стали
- •3.3.2 Конструкционные легированные стали.
- •3.3.3 Инструментальные легированные стали.
- •3.3.4 Стали и сплавы с особыми свойствами.
- •3.4 Цветные металлы и сплавы
- •3.4.1 Медь
- •3.4.2 Сплавы на медной основе
- •3.4.5 Титан и его сплавы
- •3.4.6 Магний и его сплавы
- •3.5 Порошковые материалы
- •3.5.1 Материалы порошковой металлургии
- •3.5.2 Пористые порошковые материалы
- •3.5.3 Прочие пористые изделия
- •3.5.4 Конструкционные порошковые материалы
- •3.5.5 Спеченные цветные металлы
- •Металлокерамических твердых сплавов
- •3.6 Композиционные материалы
- •3.6.1 Общие сведения.
- •3.7 Неметаллические материалы
- •3.7.1 Общие сведения о классификации неметаллических материалов
- •3.7.2 Пластические массы
- •3.8 Прочие материалы
- •3.9 Защитные материалы
- •3.9.3 Методы нанесения защитных покрытий.
- •3.9.5 Классификация и свойства лакокрасочных материалов.
- •3.9.7 Классификация и свойства клеевых материалов.
- •3.10 Коррозия металлов и способы её предотвращения
- •Литература
3.2.3 Белый чугун.
Такое название чугун получил по виду излома, который имеет матово-белый цвет. Весь углерод в этом чугуне находится в связанном состоянии в виде цементита. Белые чугуны в зависимости от содержания углерода могут быть доэвтектическими (перлит + ледебурит), эвтектическими (ледебурит) и заэвтектиче-скими (первичный цементит + ледебурит). Эти чугуны отличаются большой твердостью (450—550НВ) из-за присутствия в них большого количества цементита. Поэтому они очень хрупкие и для изготовления деталей машин не используются.
Отливки из белого чугуна служат для последующего изготовления ковкого чугуна с помощью графитизирующего отжига. В дальнейшем он применяется для изготовления деталей повышенной усталостной прочности: коленчатых и распределительных валов, седел клапанов, зубчатых колес масляного насоса, суппортов дискового тормозного механизма и др.
Отбеленные чугуны-отливки имеют поверхностные слои (12–30мм) со структурой белого чугуна, а сердцевину – со структурой серого чугуна. Высокая твердость поверхности такой отливки повышает ее стойкость к истиранию. Поэтому отбеленный чугун применяют для изготовления валков листовых прокатных станов, колес, тормозных колодок и многих других деталей, работающих в условиях повышенного изнашивания.
3.2.4 Серый чугун.
Такое название чугун получил по виду излома, который имеет серый цвет. В структуре серого чугуна имеется графит. Структура чугуна состоит из металлической основы и графита (в форме пластин), и свойства его зависят от этих двух составляющих.
Графит по сравнению со сталью имеет низкие механические свойства, поэтому в некотором приближении можно считать, что места, которые он занимает, – это пустоты и трещины. С увеличением числа пустот механические свойства чугуна резко ухудшаются. При растягивающих напряжениях легко образуются центры разрушения на концах графитных включений. Значительно лучше ведет себя чугун при сжатии и изгибах.
Серые чугуны являются сплавами сложного состава, содержащими железо, углерод, кремний, марганец и примеси, такие, как сера и фосфор. Последний частично растворяется в феррите (примерно 0,3 %) и, кроме того, входит в тройную эвтектику (Fе–С–Р) с температурой плавления 950°С. Это существенно улучшает литейные свойства чугуна.
Сера – вредная примесь, снижает механические и литейные свойства чугунов и повышает склонность к образованию в них трещин.
Кремний входит в состав серых чугунов (1–3%) как основной химический элемент и увеличивает выделение графита при затвердевании и разложении выделившегося цементита.
Марганец (0,2–1,1%) положительно влияет на механические свойства чугуна, но затрудняет процесс графитизации или способствует его отбеливанию. Таким образом, можно сказать, что степень графитизации напрямую зависит от количества углерода (2,2–3,7%) и кремния (1–3%) в чугуне.
В небольших количествах в серые чугуны могут попасть из руды хром, никель и медь, которые тоже влияют на условие графитизации. Количество графитных включений и структура основы влияют на свойства серого чугуна.
По структуре металлической основы серые чугуны делят на три группы:
1) серый перлитный со структурой перлит + графит (количество связанного углерода составляет примерно 0,8%);
серый ферритно-перлитный со структурой феррит + перлит + графит (количество связанного углерода меньше 0,8%);
серый ферритный со структурой феррит + графит (весь углерод в виде графита).
Механические свойства серого чугуна зависят от свойств металлической основы и ее количества, формы и размеров графитных включений (пустот).
Маркировка. По ГОСТ 1412–85 в обозначение чугуна входит сочетание букв и цифр, например СЧ15. СЧ обозначает серый чугун, цифры показывают значение временного сопротивления при растяжении. Стандарт предусматривает следующие марки чугуна: СЧ10; СЧ15; СЧ18; СЧ20; СЧ21; СЧ24; СЧ25; СЧЗО; СЧ35; СЧ40; СЧ45.
Значения показателей некоторых серых чугунов приведены в таблице 3.1.
Таблица 3.1 – Механические показатели некоторых серых чугунов
-
Марка чугуна
σв, МПа
НВ
Структура металлической основы
СЧ15
150
163-229
Феррит
СЧ25
250
180-250
Феррит + перлит
СЧ40
400
207-285
Перлит
СЧ45
450
229-289
Перлит
Наличие графита способствует измельчению стружки при обработке резанием и оказывает смазывающее действие, что повышает износостойкость чугуна.
Ферритные серые чугуны марок СЧ10 и СЧ15 используют для слабо- и средненагруженных деталей: крышек, фланцев, маховиков, суппортов, тормозных барабанов, ведущих дисков сцепления и т. д.
Ферритно-перлитные серые чугуны марок СЧ20 и СЧ25 применяют для деталей, работающих при повышенных статических и динамических нагрузках: блоков цилиндров двигателя, поршней цилиндров, барабанов сцепления, станин станков и др.
Перлитный чугун применяют для отливки станин мощных станков и механизмов. Часто используют перлитные серые модифицированные чугуны. Такие чугуны получают при добавлении в жидкий чугун перед разливкой специальных добавок – ферросилиция (0,3–0,6% от массы шихты) или силикокальция (0,3–0,5% от массы шихты). К таким чугунам относят чугуны марок СЧ40 и СЧ45, которые обладают более высокими механическими свойствами из-за измельчения формы графитных включений. Эти чугуны применяют для изготовления корпусов насосов, компрессоров и гидроприводов.
Для деталей, работающих при повышенных температурах, применяют легированные серые чугуны, которые дополнительно содержат хром, никель, молибден и алюминий.