1.12. Зависимость механических свойств сплавов от толщины стенок отливок

Можно принять как аксиому известную из курса материалове­дения зависимость, согласно которой чем мельче зерно, тем выше

механические свойства. Кроме того, установлено, что размер зер­на зависит от скорости затвердевания или расстояния от поверх­ности: чем больше скорость за­твердевания, тем меньше размер зерна и чем дальше от поверх­ности, тем крупнее зерно. В то же время известно, что чем тонь­ше стенка, тем больше средняя скорость затвердевания или, на­оборот, чем толще стенка, тем меньше средняя скорость затвер­девания.

Поэтому при испытаниях отдельно отлитых заготовок разного диаметра или выточенных из них стандартных образцов значения их прочности будут подчиняться зависимости: чем больше диа­метр литых образцов, тем меньше их прочность.

Степень понижения соответствующих величин механических свойств сплавов в зависимости от толщины стенки отливки или диаметра заготовок зависит от природы сплава и его состава. На­пример, для немодифицированного сплава АЛ2 в литературе при­водятся следующие данные: временное сопротивление (предел прочности при растяжении) образцов диаметром

15; 30; 45; 60 мм равно соответственно, Н/мм² (кгс/мм²): 132(13,5); 127(13,0); 118,6 (12,1); 109,8(11,2).

Более выраженную склонность понижать механические свой­ства при увеличении толщины стенок имеют сплавы типа твердых растворов (АЛ7, АЛ8) по сравнению с эвтектическими сплавами. Для сплава АЛ7 можно привести следующие данные:

Диаметр заготовки, мм............... 15 30 45 60

, Н/мм²..................................... 177,4 105,8 83,3 73,5

Такая же сильная зависимость от толщины стенки характерна для отливок из серого чугуна СЧ15 (ГОСТ 1412—85):

Толщина стенки, мм.......... 4 8 15 30 50 80 150

, Н/мм², не менее........... 270 220 150 110 105 90 80

Поэтому при оценке прочности отливок часто приходится из­готовлять разные заготовки соответственно толщине стенки от­ливок и из них вытачивать образцы для испытаний с тем боль­шим диаметром, чем толще стенка отливки. Например, для от­ливок из серого чугуна рекомендации сводятся к следующему (ГОСТ 1412-85):

Толщина стенки отливок, мм... До 15 15...30 20...50 50... 70

Диаметр заготовки, мм ............. 20 30 40 50

Диаметр образца, мм................. 10 15 20 25

При еще большей толщине стенок следует изготовлять заго­товки для образцов в виде приливов к соответствующим сечениям отливок, что должно быть указано в технических условиях.

ПРИНЦИПЫ РАЗРАБОТКИ ЛИТЕЙНЫХ СПЛАВОВ

Выбор сплава для изготовления отливки является сложной за­дачей, которая решается, как правило, конструктором. При от­сутствии подходящего известного сплава конструктор ставит за­дачу металловедам (которые являются, как правило, разработчи­ками сплавов) о модернизации сплава, по комплексу свойств наи­более близкого к требуемому. При отрицательном результате ста­вится новая задача разработки - синтез нового сплава, отвечаю­щего заданным техническим условиям.

В соответствии с Государственным образовательным стандар­том разработка новых сплавов не входит в государственные требо­вания к минимуму содержания и уровня подготовки инженера по специальности 120300 «Машины и технология литейного произ­водства». Тем не менее, инженер-литейщик должен иметь пред­ставления о принципах разработки новых сплавов. Именно с этой целью в учебник введена данная глава.

Термин синтез сплавов предложил Б.Б.Гуляев [6], под­разумевая при этом разработанную им методику синтеза (разра­ботки) новых сплавов. В соответствии с этой методикой синтез сплавов необходимо проводить по определенной схеме, включа­ющей:

• формирование технических требований, определяющих глав­ное свойство, которое необходимо оптимизировать, и ограниче­ний;

• выбор основы сплава, обычно определяемой в технических требованиях;

• выбор ряда легирующих добавок, которые могут повышать служебные свойства и удовлетворять по экономическим критери­ям, а также определение вредных примесей;

• оценку влияния легирующих элементов на технические свой­ства, выбор легирующего комплекса;

• выбор конкретного сплава, режима его термической обра­ботки и проверку и корректировку состава в лабораторных и про­изводственных условиях.

Выбор ряда легирующих элементов проводится по двойным диаграммам состояния. К настоящему времени создано много двойных диаграмм, которые можно использовать по совокупности, т. е. подбирать двойные диаграммы состояния выбран­ной основы с остальными эле­ментами. Следует отметить, что использование двойных диаг­рамм состояния при разработ­ке новых сплавов носит при­ближенный характер, так как компоненты сплава обычно взаимодействуют между собой, и комплексное введение доба­вок оказывается, как правило, более эффективным, чем вве­дение одной добавки.

Рис. 4.1. Схемы к определению определяются положением трех механических свойств сплава точек на диаграмме состояния, на основе диаграммы состояния А-В:

1 - медленное охлаждение; 2 - за­калка; 3 - закалка и старение

Предложено при разработке новых сплавов и анализе суще­ствующих использовать, по крайней мере, четыре наибо­лее важных критерия, которые

Для примера на рис. 4.1, а рас-

смотрена абстрактная двойная система А—В, здесь С_р — пре­дельная растворимость компо­нента в основе сплава; С_эвт —

'эвт

эвтектическая концентрация и С_{х с} — концентрация компонента в его химическом соединении с основным элементом.

Первым критерием является сама величина С_р, вторым — ко­эффициент распределения К_распр (см. уравнение (3.28)), третьим — коэффициент относительной температуры К_т = Т_осн/Т_эвт (где Т_осн - температура плавления основы сплава; Т_эвт - температура эвтекти­ческого превращения) и, наконец, четвертым - коэффициент тер­мической обработки = (С_хх- С_р)/(С_хс - С_{р к}) (где С_{р к} - пре­дельная растворимость компонента при нормальной температуре).

Под диаграммой состояния приведены схемы зависимостей вре­менного сопротивления (предела прочности при растяжении) а_в (рис. 4.1, б) и относительного удлинения 5 (рис. 4.1, в) сплавов от их состава.

При концентрациях второго компонента от 0 до С_{р к} характе­ристики прочности всегда возрастают (имеет место так называе­мое растворное упрочнение), при этом термическая обработка сплавом не воспринимается (как, например, малоуглеродистые стали). При увеличении концентрации второго компонента от С_р<к до С_р прочность продолжает увеличиваться, при этом появляется возможность использовать термообработку. Склонность сплавов к термической обработке характеризуется коэффициентом К_т.₀: чем он меньше, тем термическая обработка эффективнее.

Рис. 4.2. Диаграмма отсеивания добавок и примесей по критериям диа­грамм состояния для конструкционных сплавов на основе алюминия [6]

При медленном охлаждении (как правило, в литом состоянии) интерметаллидная фаза выделяется в виде крупных включений, и прочность возрастает незначительно (кривые 7). При закалке (кри­вые 2) интерметаллидное химическое соединение переходит в ра­створ и фиксируется в нем. При старении после закалки (кри­вые 3) оно выделяется в мелкодисперсном состоянии и увеличи­вает прочность.

Пластические свойства сплавов зависят не только от концентра­ции легирующего компонента, но и от его распределения в структу­ре, определяемого коэффициентом распределения При выше 0,1 и небольших значениях С_р = 0,1 ...2,0 % элементы повы­шают пластичность. При _р = 0,01 ...0,1 и С_р = 0,1 ...0,5 % плас­тичность начинает плавно снижаться. При _р менее 0,01 и С_р = = 0,01 ...0,1 % компоненты сильно снижают пластичность и вызы­вают охрупчивание.

Для анализа влияния различных элементов Б. Б. Гуляев предло­жил использовать статистические диаграммы отсеивания, в кото­рых каждый элемент для данной основы сплава обозначается точ­кой в координатах К_распр - С_р. Для примера на рис. 4.2 приведена диаграмма отсеивания для сплавов на основе алюминия [6]. При­нимая пороговые значения А^р и С_р, по экспериментальным дан­ным поле диаграммы можно разделить на четыре области:схемы обобщенных зависимостей технологических свойств от по­ложения сплавов на диаграмме состояния, взятые из работ А. А. Боч- вара, Б.В.Гуляева и Г.Ф.Баландина.

Рис. 4.3. Зависимость литейных свойств сплавов от состава и соответству­ющего положения на диаграмме состояния:

1 - жидкотекучесть; 2 - относительная объемная усадка; 3 - относительный объем усадочной раковины; 4 - герметичность отливок; 5 - склонность к обра­зованию горячих трещин; 6 - склонность к дендритной ликвации; 7 - склон­ность к прямой зональной ликвации; 8 - склонность к гравитационной ликва­ции; 9 - склонность к обратной ликвации

Приведенные схемы показывают, что сплавы, расположенные вблизи предельной растворимости С_р, имеют высокие механичес­кие свойства, но низкие литейные свойства: низкую жидкотеку­честь, высокие значения склонности к пористости, дендритной и обратной ликвации. Часто выбор осуществляется в пользу механи­ческих свойств, и поэтому приходится затрачивать большие уси­лия и применять дорогостоящие технологические процессы для изготовления отливок из нетехнологических сплавов.

У сплавов эвтектического (С_эвт) или околоэвтектического со­става, как правило, высокие литейные свойства, благодаря чему из них можно получить дешевые отливки высокого качества. Од­нако прочность и пластичность у таких сплавов невысокие.

Сравнительно хорошими литейными свойствами и высокой пластичностью обладают сплавы с низкой концентрацией доба­вок, но прочность их довольно низкая.

И только сплавы, состав которых находится между предельной растворимостью и эвтектической концентрацией, сочетают удов­летворительные механические и литейные свойства.

Очевидно, что при выборе сплава необходимо исходить из тех­нических требований к отливкам.

Если определен комплекс легирующих элементов, то оптими­зацию состава сплава можно проводить в процессе активных экс­периментов, планы которых и обработку результатов на ЭВМ сле­дует осуществлять с использованием статистических методов. Точно так же решается вопрос о технологии модифицирования: соста­ве, количестве и условии его введения.

Важную роль при разработке сплава и технологии модифици­рования следует отводить экономическому аспекту.

ЖЕЛЕЗОУГЛЕРОДИСТЫЕ СПЛАВЫ

5-1- Чугуны

Сплавы железо-углерод, обладая хорошим комплексом меха­нических, конструкционных и технологических свойств, благода­ря своей невысокой стоимости получили наибольшее применение во всех отраслях промышленности. К этому классу материалов от- носятЬя стали и чугуны, которые, как правило, являясь многоком­понентными сплавами, в основном состоят из двух главнейших элементов: железа и углерода. Поэтому только с известным при­ближением их можно рассматривать как двойные сплавы Fe-С и использовать для изучения два традиционных варианта диаграмма- мы состояния в совмещенном виде, как приведено на рис. 5.1. Сплошными линиями на диаграмме нанесены линии метастабиль- ного состояния (это цементитная диаграмма Fe-Fe₃C), штриховы­ми - линии стабильного состояния (это графитная диаграмма желе­зо-графит (Fe-С)). В метастабильной системе углерод находится в связанном состоянии в виде цементита, но при длительных выдерж­ках в интервале температур 650... 730 °С цементит распадается с об­разованием свободного углерода (графита), поэтому в присутствии цементита диаграмма считается не вполне устойчивой.

Двойственное толкование диаграммы Fe-С объясняется пове­дением железоуглеродистых сплавов, в которых углерод действи­тельно наблюдается то в связанном состоянии в форме цементи­та, то в свободном состоянии в форме графита. Наиболее четко это проявляется в чугунах, которые затвердевают либо «по-бело­му» (углерод связан в виде Fe₃C), либо «по-серому» (углерод в структуре находится в виде графита).

Сталью называют железоуглеродистые сплавы, содержащие менее 2,14% С, т.е. сплавы, в которых не образуется эвтектика (см. диаграмму).

К чугунам относятся железоуглеродистые сплавы, содержащие более 2,14 % С и имеющие в своем составе эвтектику. В структуре двойных сплавов Fe-С в зависимости от состава и температуры могут быть следующие фазы:

• жидкий раствор - единая фаза, существующая при температурах выше линии ликвидуса;

• аустенит - высокотемпературная пластичная фаза, явля­ющаяся твердым раствором внедрения углерода в у-железе; пре-

Рис. 5.1. Диаграмма состояния железо—углерод ( — стабильное фазовое равновесие Fe—Графит (С);

метастабильное фазовое равновесие Fe—Цементит

дельная растворимость углерода составляет 2,14% при эвтекти­ческой температуре (1147 или 1153 °С);

• цементит - химическое соединение - карбид железа Fe₃C, содержит 6,67 % С. Цементит является самой твердой (НВ 800), но в то же время и хрупкой фазой сплавов Fe-С, при­дающей, например, чугунам, имеющим в своем составе структурно свободный цементит, высокую твердость, хрупкость и плохую об­рабатываемость;

• феррит - твердый раствор внедрения углерода в б-железе с содержанием 0,025 % С. Под микроскопом на травленом шлифе феррит имеет вид зерен, разделенных ясно видимыми границами. Твердость феррита небольшая (НВ 100... 150), он легко обрабаты­вается резцом;

• перлит - эвтектоидная смесь феррита с цементитом, об­разующаяся во всех точках по линии psk, т.е. во всех сталях и чугунах;

• ледебурит - это эвтектика, которая начинает формиро­ваться по линии ECF, т.е. это фаза, присутствующая только в чугунах. При этом в доэвтектических чугунах структура состоит из ледебурита с избыточным аустенитом, а в заэвтектических - из ледебурита с избыточным цементитом. В результате вторичных пре­вращений аустенит (избыточный и входящий в ледебурит) распа­дается с образованием перлита (в сталях и чугунах) или феррито- графитной эвтектоидной смеси (в чугунах).

Кроме основных элементов стали и чугуна (Fe и С) в сплаве всегда присутствуют примеси-спутники: Si, Mn, S и Р. В обычных углеродистых сталях содержание этих примесей составляет, %: Si 0,3...0,4; Мп 0,5...0,8; S 0,045...0,06 и Р 0,04...0,08.

В обычных серых чугунах содержание данных примесей, как правило, больше, %: Si 1,0...2,5; Мn 0,5... 1,1; S менее 0,12...0,15 и Р менее 0,3.

По влиянию на структуру указанные примеси можно подраз­делить на два класса:

• примеси, различаемые под микроскопом в микроструктуре (к ним относятся сера и кислород, связанные в виде сульфидов и оксидов);

• примеси, неразличимые под микроскопом (Si, Мn, Р).

В основе такого разделения лежат следующие явления. Сера и кислород практически не растворимы в твердом железе и образу­ют химические соединения, различимые под микроскопом. Мар­ганец, кремний и фосфор, наоборот, могут растворяться в твер­дом железе в количестве, большем, чем их содержание в обычных углеродистых сталях и серых чугунах. Следует отметить, что ра­створимость фосфора в железе зависит от содержания углерода. При содержании углерода в твердом железе, равном нулю, раство­римость составляет 1,2 % Р, при 3,5 % С растворимость уменыпает- ся до 0,3 % Р. Поэтому, присутствуя в качестве примеси в незначи­тельном количестве, марганец, кремний, фосфор не могут быть различимы под микроскопом, если только они не соединены с S и О в виде неметаллических включений (см. подразд. 3.10).

Установлено, что форма неметаллических включений зависит в значительной мере от того, насколько соединение легкоплавко, т.е. затвердевает оно до или после затвердевания металла. Если соединение тугоплавко, то оно может образовываться в виде зе­рен еще в жидком металле, а не располагаться по границам зерен твердого металла, как легкоплавкие соединения. В случае туго­плавких соединений включения могут находиться внутри зерен, так как они оказываются центрами кристаллизации. Если же со­единение легкоплавко само по себе или образует еще более лег­коплавкую эвтектику, то оно будет располагаться по границам зерен, ухудшая свойства сплава.

Высказанное положение может быть проиллюстрировано на примере сульфидов MnS и FeS. Сульфид марганца имеет высокую температуру плавления - 1620 °С и обычно присутствует в сплаве в виде обособленных включений. Сульфид железа относительно легкоплавок (t_Kp = 1193 °С) и при избытке серы образует при 985 °С легкоплавкую эвтектику Fe-FeS, которая располагается по гра­ницам зерен, затвердевая позже, чем основная масса металла.

В результате в сталях возникает красноломкость при обработке давлением при температурах 850... 1150 °С, а в затвердевающих от­ливках из углеродистых сталей при температурах порядка 1450... 1500 °С возможно образование горячих трещин. Следует от­метить, что сульфид железа или эвтектика Fe-FeS являются об­щей причиной трещин при обработке давлением и литье. Но об­разование трещин происходит в разных интервалах температур: при обработке давлением - 850... 1150 °С, при литье - в интерва­ле температур кристаллизации (1450... 1500°С).

Понятно, что MnS является гораздо менее вредным, чем FeS или эвтектика Fe-FeS, и поэтому на практике в сталях и чугунах стремятся иметь достаточное количество Мп для связывания всей серы и не допустить образования FeS. При этом, так как марганец имеет большее сродство к сере, чем железо, достаточно, чтобы выполнялось неравенство Mn/S > 1,71. Практически содержание марганца берут с запасом: Mn/S = 3...5 и даже 7.

Испытания показали, что твердый раствор, образуемый фос­фором в железе, значительно отличается от твердых растворов Si и Мп тем, что резко снижает пластические свойства сталей, осо­бенно ударную вязкость. Содержание фосфора в стали 0,1 ...0,2 % приводит к ее хрупкости при комнатной температуре и особенно при отрицательных температурах (на морозе). Хрупкость при отрицательных температурах обычно называют хладноломко­стью.

Хрупкость при содержании фосфора ОД ...0,2% используют в автоматных сталях для облегчения снятия стружки. В серые чугу­ны для повышения жидкотекучести вводят фосфор в количествах, больших 0,3 %. В этом случае в чугунах образуется фосфидная эвтектика Fe(P) + Fe₃C + Fe₃P с температурой плавления на 150...200°С ниже температуры затвердевания основной массы чугуна.

Фосфидная эвтектика (с т э д и т) в чугунах расположена по гра­ницам зерен. При содержании фосфора в чугуне выше 0,6 % вклю­чения фосфидной эвтектики образуют почти непрерывную сетку, чугун становится хрупким и обладает только упругими свойства­ми, что используется при изготовлении индивидуально отливае­мых поршневых колец.

Содержание кремния в серых чугунах значительно больше, чем в углеродистых сталях, поэтому он влияет на положение крити­ческих точек: несколько снижается эвтектическая температура и уменьшается эвтектическая концентрация углерода, а температу­ра эвтектического превращения повышается. В настоящее время считается необходимым использовать тройную диаграмму состоя­ния Fe-С-Si.

Однако следует заметить, что названные смещения критичес­ких точек и химического состава на диаграмме Fe-С в настоящее время успешно учитываются удобными для практического пользо­вания специальными характеристиками: степенью эвтектичности S_3BT и аналогичным по смыслу углеродным эквивалентом С_экв [5].

Степень эвтектичности определяется из выражения

(5.1)

ЛИТЕЙНЫЕ СПЛАВЫ И ПЛАВКА 1

ЛИТЕЙНЫЕ СВОЙСТВА СПЛАВОВ 3

1.1. Технологические свойства сплавов и важность их определения для практики 3

1.2. Номенклатура литейных свойств сплавов 4

1.3. Жидкотекучесть. Технологические пробы 4

1.4. Склонность отливок к образованию усадочных раковин и пористости 15

1.5. Линейная усадка сплавов и отливок 26

1.6. Усадочные напряжения в отливках 31

1.7. Склонность сплавов и отливок к горячим трещинам 42

1.8. Склонность сплавов и отливок к холодным трещинам 49

3.9. Склонность сплавов к насыщению газами и образованию газовой пористости 52

1.10. Неметаллические включения и плены в сплавах 58

1.11. Склонность компонентов сплавов к ликвации 60

1.12. Зависимость механических свойств сплавов от толщины стенок отливок 67

5-1- Чугуны 75

5.2. Серый чугун с пластинчатым графитом 98

5.3. Высокопрочный чугун 103

5.4. Чугун с вермикулярным графитом 107

5.5. Ковкий чугун 108

5.6. Легированные чугуны 112

5.7. Синтетический чугун 114

5.8. Литейные стали 114

А = 1/В. 167

∆Н°т = ∆H°298 + ∫∆cpdT. 172

эн.юо 209

/ = ah, 235

Схема и принцип действия трехфазной дуговой 245

печи 245

11.2. Технология плавки 246

Особенности конструкции и технологии плавки чугуна в дуговых печах постоянного тока 249

Принцип действия индукционных тигельных печей 250

А, =503^, (Ш) 253

Электромагнитное перемешивание металла в тигле 255

Нт=к(12.3) 255

12.4. Основные элементы конструкции печей промышленной частоты 256

Изготовление футеровки печи 257

Технология плавки чугуна в индукционных тигельных печах промышленной частоты 259

12.7. Особенности плавки чугуна в индукционных тигельных печах средней частоты 262

Индукционные канальные печи в чугунолитейном производстве 264

12.9. Сравнительный анализ процессов плавки чугуна в современных чугуноплавильных печах 269

13.1. Технология получения высококачественного серого чугуна с пластинчатым графитом 269

13.2, Технология получения высокопрочного чугуна с шаровидным графитом 276

13.3. Производство чугуна с вермикулярным графитом 282

13.4. Производство ковкого чугуна 282

13.5. Плавка легированных чугунов 285

ПЛАВКА СТАЛИ 287

14.1. Плавка стали в мартеновских печах 287

14.2. Плавка стали в конвертерах 292

14.3. Плавка стали в дуговых печах 294

14.4. Плавка стали в индукционных тигельных печах 299

14.5. Плавка стали в плазменных печах 302

14.6. Электрошлаковый переплав стали 303

14.7. Внепечная дегазация стали 304

15.1. Плавка сплавов на основе алюминия 306

15.2. Плавка сплавов на основе магния 312

15.3. Плавка сплавов на основе цинка 316

15.4. Плавка медных сплавов 317

15.5. Плавка сплавов на основе никеля 321

15.6. Плавка титановых сплавов 322

К разделу 1 324

К разделу II 324

На практике чаще решают обратную задачу. Снимают кривую охлаждения, определяют Т_л, а по ней находят химический состав чугуна, во всяком случае его углеродный эквивалент. Ранее, а в некоторых случаях и сейчас, пользуются простой суммой содер­жания углерода и кремния (например, см. далее рис. 5.7).

Одной из самых ярких отличительных особенностей чугунов, свойственной только им, является зависимость их структуры не только от химического состава чугуна, но и от скорости охлажде­ния (затвердевания и последующего остывания) или в практи­ческом смысле от толщины стенки отливки. Кроме того, структу­ра чугунов зависит также от модифицирования. Применяя моди­фицирование, можно чугун, который после затвердевания дол­жен быть белым, получить серым.

В соответствии с двойной диаграммой Fe-С возможно полу­чение только двух видов чугуна: белого со структурой перлит + ледебурит + цементит (П+Л + Ц) и серого ферритного со структурой феррит + графит (Ф+Г). Практически же при одном и том же химическом составе кроме названных двух видов с их структурой получают еще по крайней мере три вида чугуна: по­ловинчатый со структурой перлит + цементит + графит (П+Ц+Г), перлитный (П + Г) и перлито-ферритный (П+Ф + Г).

При этом кроме модифицирования управляющим фактором является скорость охлаждения или толщина стенки отливки. Рас­смотрим подробнее названные пять типов (видов) чугунов.

Белый чугун состоит в основном из перлита и цементита. Структура заэвтектического белого чугуна - П+Л (рис. 5.2, а), эв­тектического - Л+Ц (рис. 5.2, б), доэвтектического (рис. 5.2, в) - Л (ледебурит). Сам ледебурит является эвтектической смесью перлита и цементита. Поэтому общую структурную форму белого чугуна можно представить в виде П+Ц, подразумевая под цементитом структурно свободный первичный, вторичный и ледебуритный цементит.

Рис. 5.2. Структура белого чугуна: а - заэвтектический (^х50); б - эвтек­тический (х100); в - доэвтектический (х100)

В белом чугуне весь углерод находится в виде химического со­единения с железом, за исключением углерода растворенного в феррите (0,025% С). Белый чугун редко применяют в машино­строении, лишь в тех случаях, когда деталь работает на износ (распределительные валы, щеки камнедробилок, катки для мос­товых, прокатные валки, вагонные колеса и т.п.). При этом де­таль отливают таким образом, чтобы только у рабочей поверхно­сти получился белый чугун, а в центре сечения должен быть се­рый чугун. Такие отливки называют «отбеленными». Связано это с тем, что сквозной отбел можно получить только в отливках с тол­щиной стенки менее 50 мм. Белый чугун применяют также в про­изводстве ковкого чугуна. При этом сначала детали отливают из белого чугуна, а затем подвергают длительному графитизирую- щему отжигу. В настоящее время отливки из ковкого чугуна применяют все реже из-за их дороговизны и заменяют ковкий чугун высокопрочным чугуном с шаровидным графитом.

5.3. Перлито-цементитный чугун (х 250)

Половинчатый перлито-цементитный чугун состоит из перлита, включений структурно свободного цементита и плас­тинчатого графита (рис. 5.3). При модифицировании чугуна маг­ниевыми лигатурами структура может получиться перлито-цемен- титной с шаровидным графитом. Отливки из половинчатого чугу­на плохо обрабатываются, для машиностроительных отливок он практически не применяется. Обычно встречается как брак при производстве отливок из серого чугуна, в некоторых случаях ис­правляемый графитизирующим отжигом. При изготовлении отли­вок из чугуна с шаровидным графитом отжиг является обязатель­ной технологической операцией.

Серый чугун в литом состоянии обязательно имеет в своей структуре свободный графит различной формы, чаще всего плас­тинчатый. По структуре основной металлической матрицы отливки из серого чугуна могут принад­лежать к одному из следующих трех типов.

Перлитный серый чугун состоит из перлита и, например, пластинчатого или шаровидного графита (рис. 5.4). Из всех серых чу­гунов с пластинчатым графитом перлитный чугун обладает наи­большей прочностью, умеренной твердостью и хорошей обрабаты­ваемостью.

Перлито-ферритный чу­гун состоит из перлита, феррита и графита (рис. 5.5). Пластинки гра- р_ис. фита в таком чугуне получаются более крупными, чем в перлитном чу­гуне. Перлито-ферритный чугун обладает меньшими прочностью и твердостью и лучшей обрабатываемостью по сравнению с перлит­ным чугуном. Феррит обычно располагается вокруг графитовых вклю­чений в виде оторочки. Структура П + Ф + Г чаще всего встречается в машиностроительном литье.

Ферритный серый чугун (рис. 5.6) состоит из феррита и графита, включения которого крупнее, чем в перлитном и перли- то-ферритном чугунах. Он имеет меньшую прочность и твердость, быстро изнашивается, очень легко обрабатывается. Часто в феррит- ных чугунах графит получают шаровидной формы (рис. 5.6, б).

а б

Рис. 5.4. Перлитный серый чугун с пластинчатым (а) и сфероидальным (б)графитом: а – х300; б - х400

Рис. 5.5. Перлито-ферритный серый чугун с пластинчатым (а) и сферо­идальным (б) графитом: а - х500; б - х400

Рис. 5.6. Ферритный серый чугун с пластинчатым (а) и сфероидальным (б)

графитом: а - х250; б - х400

б

а

Совместное влияние химического состава и скорости охлажде­ния (толщины стенки) на структуру чугунов. Для получения пра­вильного представления о конечной структуре или типе чугуна необходимо совместное рассмотрение влияния химического со­става и скорости охлаждения (затвердевания и последующего ос­тывания). Наиболее часто о химическом составе чугуна судят по углеродному эквиваленту, определяемому по уравнению (5.4), или просто по сумме содержаний С + Si. Скорость охлаждения характе­ризуется

толщиной стенки отливки.

Совместное влияние хи­мического состава и скорос­ти охлаждения чаще всего от­ражают в так называемых структурных диаграм­мах. Одной из первых на­глядных структурных диаг­рамм является диаграмма Грейнера и Клингенштейна (рис. 5.7), построенная для отливок, получаемых в пес- чано-глинистых формах. Поле диаграммы в координатах (С+Si) - толщина стенок (диаметр) отливки разделено линиями на пять областей, каждая из которых соответствует перечислен­ным выше типам чугунов: область 1- белый чугун (П + Ц); 2 - половинчатый чугун (П + Ц + Г); 3 - перлитный чугун (П + Г); 4 - перлито-ферритный чугун (П + Ф + Г) и 5- ферритный чугун

(Ф + Г).

Область перлитных чугунов ограничена сверху горизонталью, соответствующей 5,3 % (C+Si), ниже этого предела свойства улуч­шаются особенно сильно в связи с уменьшением содержания (C+Si) за счет уменьшения количества графита.

Рис. 5.7. Структурная диаграмма Грейнера и Клингенштейна

Из диаграммы следует, что перлитный чугун обладает наилуч­шим свойством давать однородную структуру (П+Г) при колеба­ниях толщины стенок в широких пределах. Это свойство перлит­ного чугуна, так называемая квазиизотропия, в большей сте­пени присуща чугуну с низким значением C+Si. Чугуны других структур таким ценным свойством не обладают. Остальные поля на диаграмме узкие, и только поле 3 сильно расширяется вниз.

Из этой же диаграммы следует, что для отливок с разной пре­имущественной толщиной стенок химический состав чугуна дол­жен быть разным. В связи с этим раньше в цехах отливки по кон­вейерам распределяли по массе отливок, исходя из зависимости: чем больше масса, тем толще стенка. Поэтому для каждого кон­вейера выплавляли чугун разного химического состава. В настоя­щее время можно выплавлять один чугун и внепечной обработкой изменять химический состав.

Взаимосвязь содержания С, Si и приведенной толщины R_np стенки может быть описана следующими уравнениями [5]: ® для перлито-цементитной структуры

C(Si+lgi?_np) < 4,5; • для перлито-рафитной структуры

С (Si + lgi?_np) = 4,5...6,0;

Рис. 5.8. Структурная диаграмма Н.П.Дубинина для литья в металличе­ские формы:

а - при охлаждении отливок в форме; б - при охлаждении с 950 °С на воздухе; 1-5 - то же, что на рис. 5.7

• для перлито-феррито-графитной структуры

C(Si+l gi?_np) = 10... 14;

• для ферритной структуры

C(Si+lgi?_np) > 14.

В структурной диаграмме и уравнениях не учтено модифициро­вание. При использовании модифицирования все линии диаграм­мы будут поворачиваться по часовой стрелке, уменьшая область половинчатого чугуна. Как уже отмечалось, чугун, который после затвердевания должен быть белым, в случае использования моди­фицирования затвердевает серым.

Чтобы структурную диаграмму, приведенную на рис. 5.7, при­менять для металлических форм, все линии диаграммы необходи­мо мысленно поворачивать против часовой стрелки. Для металли­ческих форм аналогичная структурная диаграмма построена Н.П.Дубининым [5] (рис. 5.8), однако в ней используется не тол­щина стенки отливки, а собственно скорость затвердевания, ко­торая определяется по специальным номограммам автора.

Имеются также много других структурных диаграмм, напри­мер диаграмма Г.Ф.Баландина [1].

Графитообразование в чугунах. Углерод может присутствовать в структуре железоуглеродистых сплавов в двух формах - в форме карбида железа-цементита или в форме свободного углерода-гра- фита. Графит - главный признак обычного серого чугуна - рас­пределяется в структуре либо в пластинчатой, либо в вермику- лярной (червеобразной) форме, либо в глобулярной (шаровид­ной), либо в хлопьевидной форме. Величина, форма и распреде­ление включений графита в очень сильной степени влияют на прочность чугуна. Гексогональная элементарная кристаллическая решетка графита определяет его слоистое строение и, как след­ствие, низкую пластичность, малую прочность и твердость. Чем больше в чугуне графита, тем грубее его пластинки, тем ниже механические свойства чугуна. Улучшить эти свойства серого чу­гуна можно повышением прочности металлической основы и из­менением количества, формы и размеров графитных включений. Включения графита - это как бы пустоты соответствующей фор­мы, уменьшающие эффективную площадь поперечного сечения металлической матрицы и являющиеся концентраторами напря­жений. Коэффициент концентрации напряжений около включе­ний графита пластинчатой формы составляет 4,0... 7,5, около вклю­чений шаровидной формы - 2,5...3,5. Вследствие этого в метал­лической основе детали при нагрузке возникают местные пере­напряжения, приводящие к появлению микротрещин и вызыва­ющие хрупкое разрушение.

Именно поэтому в чугуне с шаровидным графитом проявля­ются заметные пластические свойства в отличие от серых чугунов с пластинчатым графитом, у которых остаточное удлинение при растяжении составляет 0,2...0,75 % (для чугунов с перлитной ме­таллической матрицей).

Выделение фазы графита происходит непосредственно из жид­кого расплава при его охлаждении в процессе кристаллизации и при эвтектическом превращении (первичный графит). Кроме того, графит может образоваться в процессе превращений в твердом состоянии сплава вследствие уменьшения растворимости углеро­да в аустените, а также при необратимом распаде цементита (вто­ричный графит). Особенно характерным распад цементита явля­ется для графитизирующего отжига белого чугуна, включая рас­пад цементита, входящего в перлит, с соответствующим падени­ем твердости:

Fe₃C -> 3Fe + С.

Графитизация, как и структурообразование, зависит от одних и тех же факторов, в числе которых химический состав (содержа­ние углерода и кремния), скорость охлаждения и модифицирова­ние. Отдельно следует рассмотреть перегрев чугуна.

Высокий перегрев при плавке (или длительная выдержка при умеренных температурах в жидком состоянии) избавляет сплав от плохой наследственности, заключающейся в соответствии разме­ров включений графита в чушках и отливках.

Графитовые включения обычных доэвтектических чугунов, ка­жущиеся под микроскопом изолированными, в действительности соединены между собой, так как при кристаллизации первичного графита возможно образование скелета в форме дерева, растуще­го из одного центра, и наблюдаемые в плоскости шлифа включе­ния являются сечениями веток этого дерева.

Содержание углерода и кремния определяет развитие графитизации чугуна. В общем случае влияние этих двух элементов на графитизацию можно выразить уравнением [5]:

С + n Si = const.

При высоком содержании углерода и соответственно низком содержании кремния п выше 1 и, следовательно, кремний дей­ствует на графитизацию сильнее углерода. В противном случае, т. е. при сравнительно низком содержании углерода и высоком содер­жании кремния, п ниже 1 и кремний, следовательно, будет вли­ять на графитизацию слабее углерода.

Кремний повышает механические свойства чугуна только при содержании углерода менее 3,0...3,5%. Содержание кремния не должно превышать в среднем 3 % для предотвращения образова­ния силикокарбида и высококремнистого феррита, которые уве­личивают хрупкость чугуна. Наиболее сильное графитизирующее действие кремния проявляется при введении его в жидкий чугун как модификатора, например, в виде ферросилиция.

Влияние марганца и серы следует рассматривать совме­стно из-за их большого химического сродства. При этом следует иметь в виду, что принимается в расчет только избыток этих эле­ментов после связывания их в MnS.

На практике наблюдается только избыток марганца и только в исключительных случаях - избыток серы.

Широко известно, что марганец и сера препятствуют образо­ванию графита в период кристаллизации и особенно в процессе перекристаллизации.

Марганец и в особенности сера оказывают также влияние на величину и форму включений графита. Влияние марганца выража­ется в размельчении графита с возрастанием его концентрации. При этом в жидком чугуне повышается растворимость (уменьшается активность) углерода и уменьшается число зародышей в чугуне.

При определенном соотношении содержаний Mn/S в ковком чугуне образуется шаровидный графит, при этом число зароды­шей значительно возрастает.

Рассмотрим также влияние легирующих элементов на графи­тизацию. Все легирующие элементы по влиянию на этот процесс можно разбить на три группы.

К первой группе, способствующей графитизации, относят­ся Ni, Со, Си, которые понижают растворимость (повышают активность) углерода в жидком и твердом растворах, а также в эвтектике и эвтектоиде и повышают эвтектическую температу­ру, одновременно понижая эвтектоидную. Никель и кобальт от­личаются неограниченной растворимостью в чугуне и поэтому не образуют новых фаз. Медь отличается ограниченной раство­римостью как в жидком (3...8 %), так и в твердом (0,15...3,0 %) состоянии. Влияние этой группы элементов во многом аналогич­но влиянию кремния.

Ко второй группе относятся карбидообразующие элемен­ты- Cr, Mo, W, V. Они повышают растворимость углерода и уменьшают его активность в жидком растворе. При содержании элементов второй группы в количестве, превышающем предел растворимости, в цементите, в чугуне возникают специальные карбиды: Cr₇C₃, Мо₂С, W₂C, V₄C₃ и др.

Следует отметить, что при содержаниях Сг > 0,06 % белый чу­гун не может быть подвергнут графитизирующему отжигу на ков­кий из-за повышения стойкости цементита, содержащего Сг.

К третьей группе элементов можно отнести Ti, Zr, Се, Са, Mg, В и др., т.е. элементы, которые характеризуются столь высокой химической активностью, что почти целиком расходу­ются на образование карбидов, сульфидов, оксидов, нитридов, и только в небольшом количестве они образуют растворы или адсорбированные пленки. Образуемые элементами третьей груп­пы соединения являются обычно тугоплавкими, формируются еще в жидком состоянии и могут служить зародышами в процес­се последующей кристаллизации. При больших концентрациях элементы третьей группы в ряде случаев препятствуют графити- зации.

К интенсивному отбеливанию чугуна приводят добавки маг­ния. Из остальных более редких элементов следует указать прежде всего на теллур, который уже при содержании 0,004...0,01 % подавляет графитизацию. Подобно теллуру действуют селен и висмут.

Кроме названных трех групп имеются также элементы про­межуточного типа. Наиболее характерным из них является алюминий, отличающийся признаками всех трех групп. При не­больших концентрациях А1 ведет себя как элемент третьей груп­пы, интенсивно реагируя с О, S, N, Р в чугуне. При более высо­кой концентрации А1 образует растворы с ферритом или соедине­ния с углеродом, подобно элементам первой и второй групп.

В эвтектоидной области элементы первой группы препятству­ют образованию феррита, особенно медь, которая в большей сте­пени, чем никель, способствует перлитизации структуры чугуна. В этом отношении медь уступает только олову и сурьме, влияние которых еще сильнее. Так, например, для получения полностью перлитной структуры в чугуне с шаровидным графитом и устра­нения образования ферритной оторочки вокруг графита доста­точно 0,8 % Си или 0,06 % Sn. Особенностью действия Си, Ni и Sn является отсутствие опасности образования отбела чугуна. Подоб­но этим элементам действует мышьяк, несколько способствуя графитизации в процессе кристаллизации и препятствуя ей при эвтектоидном превращении.

Основные структурные составляющие чугуна. Основные образую­щиеся в сплавах Fe-С (в сталях и чугун ах) структурные составля­ющие описаны ранее: графит, феррит, перлит, цементит, ледебу­рит, фосфидная эвтектика. Разнообразные формы графита в чугу­не - пластинчатый (ПГ), вермикулярный (ВГ), хлопьевидный (ХГ), шаровидный (ШГ) - определяют и основные типы чугунов: серый (СЧ) с пластинчатым графитом, с вермикулярным графитом (ЧВГ), ковкий с хлопьевидным графитом (КЧ) и высокопрочный с шаро­видным графитом (ВЧШГ). При этом металлическая матрица чугу­нов может быть различной, представляя в основной массе феррит (Фе), перлит (П), бейнит (Б), мартенсит (М), аустенит (А).

По ГОСТ 3443-87 структуру чугунов классифицируют как по форме графита, так и по матрице.

При оценке графита определяют форму, распределение, коли­чество и размеры включений.

Форма графита в значительной степени определяет механи­ческие свойства чугунов. Оценивается форма по единой шкале три­надцатью баллами от Г_Ф1 до Г_ф13 (рис. 5.9). При этом если графит в структуре чугуна присутствует в разных формах, следует визу­ально оценить процентную долю каждой и указать ее при обозна­чении структуры. Графит типа Г_ф1 и Г_ф2 характерен для серого чугуна, близкого к доэвтектическому и эвтектическому составам, а Г_ф3 и Г_ф4 - для заэвтектического чугуна, Г_ф5 и Г_ф6 - для ЧВГ, Г_ф7, Г_ф8, Г_ф9 - формы, типичные для ковкого чугуна, встреча­ются в чугунах, модифицированных редкоземельными металлами (РЗМ); графиты типа Г_Ф10...Г_Ф13 образуются в основном в высо­копрочном чугуне ВЧШГ.

Размеры включений графита оцениваются по длине l или диаметру d (в микрометрах) от Г_разм15 до Г_разм1000 баллами. Для оценки пластинчатого графита используются все восемь баллов, а для шаровидного и компактного - только первые шесть. Для оцен­ки определяются средние значения длины или диаметра трех наи­больших включений графита, видимых в поле зрения шлифа и измеренных не менее чем в трех местах шлифа.

Распределение включений графита оценивается только для пластинчатого графита по девятибалльной системе. Распределе­ния типов Г_Р1 и Г_р2 являются характерными для средних и круп­ных отливок с толщиной стенки 30... 100 мм. При толщине стенки более 100 мм образуется веточное распределение графита (Г_р5). Сетчатое распределение (Г_р6) и розеточное (Г_р7) формируется в отливках из немодифицированного синтетического чугуна. Распре­деление Г_р4 присуще колониям междендритного графита, а Г_р8 и Г_р9 - характеристика просто междендритного графита, образую­щегося при больших скоростях затвердевания.

Количество включений графита определяют визуально на микрошлифах путем сравнения с пятью эталонными структурами h^ F / 4\i vL		; Чч		п ► ^Ъ/Т! •wM.V
sv Щ	Я?» «КГ / ' / V	Мл? - ™ гЭ	Siftji «ek™-*-	i т"",Ш >- * г*10

/ i v

^v ^~ :

ъ

о со

Рис. 5.9. Классификация графита (ГОСТ 3443—87): а — по форме (Г_ф1 — пластинчатая прямолинейная; Г_ф2 — пластинчатая завихренная; Г_ф3 — пластинчатая игольчатая; Г_ф4 — гнездо- образная; Г_ф5 — вермикулярная извилистая; Г_ф6 — вермикулярная утолщенная; Г_ф7 — - нитевидная; Г_ф8 — хлопьевидная; Г_ф9 — компактная плотная; Г_ф10 — шаровидная разорванная; Г_ф11 — шаровидная звездообразная; Г_ф12 — шаровидная неправильная; Г_ф13 — шаровидная правильная); б — по распределению (Г_р1 — равномерное; Г_р2 — неравномерное; Г_р3 — колонии пластинчатого графита; Г_р4 — колонии междендритного графита; Г_р5 — веточное; Г_р6 — сетчатое; Г_р7 — розеточное; Г_р8 — междендритное точечное)

или инструментальными методами и обозначают Г2, Г4, Г6, Г10, Г12, где цифры - это площадь, занимаемая графитом на шли­фах, соответственно до 3%, 3...5%, 5...8%, 8... 12%, более 12%.

Тип матрицы оценивается по шести показателям (типам): феррит (Фе), перлит пластинчатый (П_т1), перлит зернистый (П_т2), троостит (Т), бейнит (Б), мартенсит (М). Количество пер­лита пластинчатого П_т и феррита (Фе) оценивается в зависи­мости от средней площади (%), занимаемой тем и другим на шли­фе; в характеристике указывается площадь перлита: П, П96, П92, П85, П77, П45, П20, П6, ПО, остальное по умолчанию феррит (Фе).

Перлит оценивается также по пятибалльной шкале по дис­персности П_д путем определения расстояния между соседни­ми пластинами цементита.

Структура ледебурита в отбеленных чугунах оценива­ется пятью баллами по общей площади включений цементита - в процентах от Ц2 до Ц40 и пятью баллами по площади отдельных наиболее крупных включений цементита - в квадратных микро­метрах от Ц_п2000 до Ц_п25 ООО.

Фосфидная эвтектика оценивается по четырем основным параметрам: строению (Ф1...Ф5), характеру распре­деления (Фр1...Ф_рЗ), диаметру ячеек сетки (Ф_разм250...Ф_разм1250) и средней площади трех наибольших включений (мкм²) Ф_п2000... Ф_п25 ООО.

Наряду с формой и размерами графита и составляющих матри­цы большое значение имеет размер эвтектического зерна. Грани­цы зерен в чугуне определяются расположением включений фос- фидной эвтектики по границам эвтектического зерна обычным травлением. При низком содержании фосфора, когда выявить фосфидную эвтектику практически не удается, эвтектическое зерно выявляют при травлении на ликвацию кремния. В перлитном чугу­не эвтектическое зерно выявляется сеткой цементита Ц или леде­бурита JI. Для оценки размеров эвтектического зерна предусмот­рено восемь баллов.

Итак, наряду со словесным описанием структуры приводят ряд принятых обозначений, например: чугун Г_ф1; Г_р2; Г_разм90; П_т1; П20; П_д1,0; ФЗ, Ф_р1, Ф_разм400, Ф_п13 000.

Особенности конструкционных свойств чугунов с графитом. Как уже отмечалось, чугуны являются хрупкими материалами, поэто­му для изготовления деталей, работающих при ударных нагруз­ках, они неприменимы. Исключение составляют обладающие хо­рошей пластичностью ковкие чугуны и чугуны с шаровидным графитом. В то же время чугуны с графитом относятся к самым применяемым и распространенным в мире литейным сплавам. Наряду с хорошими литейными показателями это можно объяс­нить тем, что чугуны с графитом обладают высокими эксплуата­ционными свойствами. В первую очередь следует отметить высо­кую демпфирующую способность чугунов - способность гасить вибрацию. Одной из характеристик демпфирующейся спо­собности является величина

ш = 25-100%,

где д = 1/п - логарифмический декремент затухания; п - число колебаний, когда амплитуда колебаний изменяется в е раз (е - основание натурального логарифма).

Величина 5 для кварца равна 0,0001, для камертона из высоко­качественной стали - 0,01, для серого чугуна - 0,1. Соответственно ш_кварц = 0₅02 %, ш_сталь = 0,2 %, ш_сч = 20 %.

Из приведенных данных следует, насколько быстро затухают колебания в чугунах, в которых металл разделен графитовыми включениями, которые сами по себе обладают большой демпфи­рующей способностью. Естественно, что высокопрочный чугун обладает также существенно большей демпфирующей способнос­тью, чем сталь.

Именно благодаря высокой демпфирующей способности се­рый чугун широко используется при изготовлении станин и дру­гих корпусных деталей. Особенно важным это свойство является для станин высокоточных станков как гарантия обеспечения вы­сокой чистоты поверхности обрабатываемых деталей. Использова­ние серого чугуна для других корпусных деталей способствует уве­личению долговечности машин.

Следует также отметить малую чувствительность к надрезам такого чугуна, так как его графитные включения сами оказывают надрезывающее влияние на металлическую матрицу. Для подтвер­ждения приведем следующие данные [5] по временному сопро­тивлению а_в и пределам выносливости а__{ для чугунных образцов без надреза и с надрезом, Н/мм² (кгс/мм²):

д_в 137(14) 171,5(17,5) 205,8(21) 250(25,5) 294(30)

д_-1, (без надреза) 63,7(6,5) 82(8,4) 103(10,5) 137(14) 159,7(16,3)

д_-1, (с надрезом) 63,7(6,5) 78,4(8,0) 93(9,5) 117,6(12) 127,4(13)

Видно, что кроме высокой демпфирующей способности и ма­лой чувствительности к надрезам чугуны с графитом обладают высоким пределом усталостной прочности (выносливости). Ус­талостная прочность - напряжение, при котором разру­шение материала не происходит при 10⁶... 10⁷ циклах нагружения чаще всего изгибными симметричными напряжениями. Все чугу­ны с графитом по пределу выносливости приближаются к ста­лям, а высокопрочный чугун даже превосходит стали. В том числе именно поэтому коленчатые валы в настоящее время изготовляют из высокопрочного чугуна.

Кроме того, графит сам является смазкой и адсорбирует ее, что предотвращает задиры на коленчатых валах при запусках, осо­бенно после длительных стоянок автомобилей.

Смазывающее действие графита позволяет применять чугун с графитом в узлах трения, особенно там, где нельзя применять смазку (в кислородных машинах, машинах для приготовления те­ста и др.).

Наконец, простыми технологическими средствами можно из­менить поверхностную твердость чугуна с графитом. Например, распределительный вал автомобиля можно отлить из чугуна, по­лучив с помощью холодильника местный отбел, или залить его в облицованный кокиль, в котором у кулачков отсутствует обли­цовка и металл соприкасается с кокилем.

5.2. Серый чугун с пластинчатым графитом

На долю отливок из серого чугуна с пластинчатым графитом приходится от 80 до 90 % всего чугунного литья, что свидетель­ствует о широком использовании отливок из серого чугуна.

ГОСТ 1412—85 устанавливает девять основных марок серого чу­гуна. Основным критерием, по которому чугун делится на марки, является временное сопротивление чугуна (предел прочности при растяжении) а_в (табл. 5.1).

В других сплавах, как известно, таким критерием является хи­мический состав. Например, в маркировке углеродистых сталей указывается содержание углерода в сотых долях процента (необ­ходимо цифру в марке разделить на 100). В чугунах же химиче­ский состав не является обязательным. Объяснение факультатив­ности химического состава, приведенное выше, сводится к тому, что из чугуна одного и того же химического состава можно по­лучить путем изменения скорости охлаждения разные типы чу­гунов (см. рис. 5.7). Для получения одной и той же отливки в песчаную и металлическую форму химический состав чугуна так­же должен быть разным.

К другим характеристикам, которые регламентирует ГОСТ, кроме а_в, относятся предел прочности при изгибе и твердость.

Для ориентировочного расчета механических свойств для об­разцов 030 мм по степени эвтектичности *У_эет можно пользоваться эмпирическими уравнениями [5], кг/мм²:

временное сопротивление а_в = 102 - 82,5s_3bt; твердость по Бринеллю НВ = 140 + 3,5а_в;

'319 '

' 1 7Я_ 9

10³.

модуль упругости Е

V 1, / о ^эвт У

Таблица 5.1