2.1.2. Чугуны

Чугун является основным материалом литых деталей машин. На долю чугунных отливок приходится около 75 % всей массы литья в машиностроении. Это прежде всего объясняется его экономичностью.

Качество отливок из чугуна обеспечивается выбором шихты, оптимизацией плавки и комплексом мер для получения требуемой структуры [5]. Самым действенным способом повышения свойств чугунных отливок является модифицирование, изменяющее форму и размеры частиц графита, а также структуру основы. Выбор шихты определяется содержанием в ней вредных примесей, в особенности серы.

Пониженная прочность и практически полное отсутствие пластичности – главный недостаток серого чугуна. Наименьшую прочность имеют серые чугуны с ферритной основой, в чугунах с перлитной основой прочность почти в 2 раза выше. Несмотря на хорошие технологические свойства, малую чувствительность к концентраторам напряжений и демпфирующую способность, применение серого чугуна ограничено областью мало- и средненагруженных деталей из-за недостатка прочности.

Чугун с шаровидным графитом является высокопрочным, он превосходит серый чугун по прочности и пластичности, а также износостойкости.

Высокопрочный чугун используется для тяжело-нагруженных отливок (деталей прокатных станов, дробилок, валков прокатного производства и др.). Чаще применяют чугуны с ферритной основой (ВЧ 42, ВЧ 45, ВЧ 50), более прочные перлитные чугуны (ВЧ 60, ВЧ 70) нашли применение для коленчатых валов и шатунов двигателей и других деталей, работающих при значительных переменных нагрузках.

Чугун с вермикулярным графитом (графит представляет собой короткие утолщенные пластины с закругленными краями) является новым типом чугуна. По литейным свойствам он близок серому чугуну, что упрощает изготовление отливок, а по прочности и пластичности приближается к высокопрочному ферритному чугуну. Такой чугун используется для деталей дизелей (блоки цилиндров, деталей поршневой группы), изложниц, кокилей, валков прокатного производства. Такой чугун имеет широкие перспективы применения, т.к. характеризуется высокими качественными показателями и является универсальным материалом для отливок.

Резервом повышения прочности чугунных отливок является термическая обработка.

2.2. Материалы высокой прочности, упругости и пластичности

2.2.1. Высокопрочные сплавы

Высокопрочные сплавы (33ХС, 30ХГСА, 30ХГСН2А и др.) особенно чувствительны к чистоте металла по неметаллическим включениям и газообразным примесям. Достижение высокопрочного состояния без упрочняющей термической обработки в настоящее время невозможно [6].

Особенностью сталей данной группы является высокая чувствительность к концентраторам напряжений, повышающая склонность к замедленному разрушению, коррозионному растрескиванию под напряжением, водородной хрупкости. Все эти виды хрупкости усиливаются с ростом прочности сталей. Поэтому, с одной стороны, требуется защита от коррозии при помощи гальванических покрытий, а с другой, необходимо соблюдать осторожность при нанесении покрытий, т.к. в процессе их нанесения в сталь попадает водород. Очистка после термообработки должна быть пескоструйная, обработка в травильных ваннах недопустима.

Пескоструйная обработка также часто используется для выведения рисок от предварительной механической обработки, устранения заусенцев в отверстиях и т.д. Она способствует созданию в поверхностных слоях сжимающих напряжений, повышающих предел выносливости. Шлифование, имеющее целью снижение шероховатости, вызывая прижоги, может отрицательно повлиять на предел выносливости, поэтому после шлифования также рекомендуется упрочнение поверхностным пластическим деформированием.

Такие стали не допускают создания больших натягов путем запрессовки болтов, осей втулок. Сварные соединения должны подвергаться рентгеновскому контролю, а в наиболее ответственных местах и ультразвуковому контролю на отсутствие сварочных трещин.