3.7. Стали и сплавы с особыми свойствами
Примеры марок и их применения:
коррозионностойкие (нержавеющие): 12Х13, 40Х13 (хирургический инструмент), 12Х18Н9 и 12Х17 (химическая, пищевая промышленность);
жаростойкие (окалиностойкие): 40Х9С2 (сохраняет работоспособность до t = 550 ... 900 С, 36Х18Н25С2 – до 1100 С);
жаропрочные (детали, в т. ч. лопатки турбин и паросиловых установок);
электротехнические (магнитные и парамагнитные), сплавы с высоким электросопротивлением (Х20Н80 – нихром), с заданным коэффициентом линейного расширения (для вакуум-плотных спаев, соединений с керамикой и стеклом при определенных температурах), с заданными упругими свойствами и т. д.
Стали хорошо обрабатываются пластическим деформированием, литейные свойства значительно хуже, чем у чугунов.
3.8. Чугуны
На диаграмме фазового равновесия Fe – Fe3C (рис. 2.1) были рассмотрены чугуны, в состав которых углерод входил только в виде твёрдых растворов или химического соединения (цементита). Такие чугуны в месте разрушения имеют блестящий белый излом. Именно поэтому они получили название белый чугун. В условиях производства белый чугун может получиться при ускоренном охлаждении при заливке в металлические формы или при низком содержании кремния. Детали со структурой белого чугуна практически не применяются, т. к. не поддаются обработке резанием, НВ = 400 … 500. Применяются чугуны с отбеленной поверхностью для деталей, работающих на истирание (шары мельниц, прокатные валки и т. п.): верхний слой – белый чугун, сердцевина – серый чугун. Большое количество отливок из белого чугуна используется для передела путём длительного отжига в ковкий чугун. Об этом подробнее будет сказано ниже.
В других видах чугуна большая часть углерода присутствует в виде графита и их излом имеет серый цвет. Различают серый, ковкий и высокопрочный чугуны. Они имеют металлическую основу со структурой стали (ферритной, перлитной или феррито-перлитной), содержащей включения графита.
Серые чугуны получают при медленном охлаждении расплава или при содержании Si 1,5 %. Углерод коагулируется в виде пластинчатого графита (рис. 3.2). Маркировка: СЧ15 (в 150 МПа), СЧ18 и т. д. (всего 11 марок по ГОСТ). Серый чугун хорошо работает на сжатие, нечувствителен к концентраторам напряжений, гасит вибрации, имеет высокие антифрикционные свойства и хорошую жидкотекучесть, хорошо обрабатывается резанием, имеет малую усадку 0,9 … 1,3 %, в = 150 ... 350 МПа, = 2 ... 6 %.
Ковкий чугун получают из белого посредством графитизирующего отжига, во время которого цементит распадается и углерод выделяется в свободном состоянии в виде хлопьевидного графита (рис. 3.1, б, в). Маркировка: КЧ37-12 (в 370 МПа; 12 %), КЧ60-3 (всего 11 марок по ГОСТ, в = 350 ... 500 МПа, = 4... 12 %.). Износостойкий, хорошо сопротивляется ударным нагрузкам и обрабатывается резанием.
Высокопрочный (модифицированный) чугун получают путем присадки в ковш с жидким чугуном магния, церия и других элементов. В результате выделяется углерод в виде шаровидного графита, повышаются механические свойства: износо-, коррозионно-, жаро- и хладостойкость. в = 350 ... 1000 МПа, = 2 ... 6 %. Применяется для изготовления ответственных деталей (коленчатые валы, поршни и др). Маркировка: ВЧ 45-5 (В 450 МПа; 5 %) (всего 10 марок по ГОСТ).
а
б в
Рис. 3.1.
Микроструктуры белого (а) и ковкого (б,
в) чугунов
1
2
1
2
3
3
4
а
б в
Рис. 3.2.
Микроструктуры серого чугуна:
а – ферритного;
б – перлито-ферритного; в – перлитного;
1 – феррит, 2 –
графит, 3
перлит
2
1
3
2
2
3
1
Чугуны имеют хорошие литейные свойства, но непригодны для обработки давлением и плохо свариваются.