- •Г. И. Сильман ч у г у н ы
- •Ч у г у н ы
- •Брянск - 1999
- •Содержание
- •Введение
- •Механические свойства серых чугунов по гост 1412-85
- •Рекомендуемые химические составы чугунов различных марок
- •Условия применения марок чугуна в зависимости от толщины стенки отливки
- •Применение серых чугунов для типовых деталей машин и оборудования
- •Соотношение свойств вчшг в отливках и стандартных пробах
- •Модификаторы для получения высокопрочного чугуна
- •Виды, режимы и назначение термической обработки вчшг
- •Рекомендации по применению вчшг
- •Рекомендуемые химические составы кч
- •Влияние кремния на длительность графитизации чугуна
- •Применение отливок из кч
- •Коэффициенты трения некоторых сплавов
- •Твердость и характеристики структуры ач по гост 1585-85
- •Применение антифрикционных чугунов
- •Особенности структуры, свойства и применение чугунов ачс-м и ачв-м
- •6. Износостойкие белые чугуны (ибч)
- •Свойства некоторых фаз и структурных составляющих ибч
- •Химические составы некоторых чугунов
- •Некоторые свойства износостойких чугунов до данным [1,6,7]
- •Применение деталей из белых хромистых чугунов [1]
- •Продолжение таблицы 25
- •Марки и свойства некоторых ванадиевых чугунов
- •Марки и свойства комплексно-легированных белых чугунов
- •Химические составы ванадиево-кремниевых пч
- •Механические свойства ванадиево-кремниевых пч
- •Литература
- •Григорий Ильич сильман ч у г у н ы
Соотношение свойств вчшг в отливках и стандартных пробах
Толщина стенки отливки, мм |
К = свойство в отливке / свойство в пробе, для | ||
В |
|
НВ | |
20 |
1,00 |
1,64 |
0,970 |
30 |
0,95 |
1,40 |
0,965 |
40 |
0,91 |
1,20 |
0,960 |
50 |
0,88 |
1,04 |
0,955 |
60 |
0,86 |
0,92 |
0,950 |
70 |
0,85 |
0,80 |
0,945 |
so |
0,83 |
0,72 |
0,940 |
Основными химическими элементами, определяющими структуру и свойства ВЧШГ, являются углерод и кремний. Лимитируется содержание в чугунах вредных примесей (серы и фосфора) и технических примесей (марганца, хрома, меди, никеля). Рекомендуемые химические составы чугуна в зависимости от толщины стенки отливки приведены в табл.7.
Содержание фосфора в ЧШГ не должно превышать 0,05%; при более высоком содержании фосфора резко снижается ударная вязкость при отрицательных температурах.
Содержание магния в ЧШГ обычно составляет от 0,02 до 0,07%. При этом должно соблюдаться соотношение Mgocт / Socт не менее 3,0. Если это соотношение не соблюдается, то в структуре чугуна появляются переходные формы графита, а при значении отношения меньше 1,0 - только пластинчатый графит.
Таблица 7
Рекомендуемые химические составы ВЧШГ (но ГОСТ 7293-85)
Марка чугуна |
С о д е р ж а н и е э л е м е н т о в , % | |||||||
C / Si при толщине стенки отливки, мм |
Mn |
S |
Cr |
Cu |
Ni | |||
до 50 |
50-100 |
>100 |
не более | |||||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
б |
7 |
8 |
9 |
ВЧ 35 |
3,3-3,8 1,9-2,9 |
3,0-3,5 1,3-1,7 |
2,7-3,2 0,8-1,5 |
0,2-0,6 |
0,02 |
0,05 |
- |
- |
ВЧ 40 |
3,3-3,8 1,9-2,9 |
3,0-3,5 1,3-1,7 |
2,7-3,2 0,5-1,5 |
0,2-0,6 |
0,02 |
0,10 |
- |
- |
ВЧ 45 |
3,3-3,8 1,9-2,9 |
3,0-3,5 1,3-1,7 |
2,7-3,2 0,5-1,5 |
0,3-0,7 |
0,02 |
0,10 |
- |
- |
ВЧ 50 |
3,2-3,7 1,9-2,9 |
3,0-3,3 2,2-2,6 |
2,7-3,2 0,8-1,5 |
0,3-0,7 |
0,02 |
0,15 |
- |
- |
ВЧ 60 |
3,2-3,6 2,6-2,9 |
3,0-3,3 2,6-2,9 |
-
|
0,4-0,7 |
0,02 |
0,15 |
0,3 |
0,4 |
ВЧ 70 |
3,2-3,6 2,6-2,9 |
3,0-3,3 2,6-2,9 |
- |
0,4-0.7 |
0,02 |
0,15 |
0,4 |
0,5 |
ВЧ 80 |
3,2-3,6 2,6-2,9 |
- |
- |
0,4-0,7 |
0,01 |
0,15 |
0,6 |
0,6 |
ВЧ 100 |
3,2-3,6 3,0-3,8 |
- |
- |
0,4-0,7 |
0,01 |
0,15 |
0,6 |
0,8 |
Из табл.7 видно, что содержание углерода во всех марках ВЧШГ примерно одинаково и составляет 3,2-3,8%. Основное различие между марками чугуна состоит в содержании кремния и в особенностях технологического процесса изготовления отливок и деталей.
На рис.5 приведена структурно-прочностная номограмма для отливок из ВЧШГ, получаемого путем комплексного модифицирования лигатурами Fe-Si-Mg-Ca-РЗМ. Верхняя часть номограммы – прочностная – характеризует зависимости предела прочности В чугунов от содержания в них кремния для нескольких существенно отличающихся толщин стенок отливок (от 10 до 100 мм). В нижней части – структурной – показано влияние кремния на содержание в структуре металлической основы чугуна различных составляющих (перлита П, феррита Ф, структурно свободного цементита Ц) для отливок с теми же толщинами стенок.
Видно, что прочностные свойства и структура чугуна определяются, прежде всего, содержанием кремния и толщиной стенки отливки. Максимумы прочности не совпадают с максимальными количествами перлита в структуре, смещаясь от последних в сторону содержания небольших количеств структурно свободного цементита (5-8 %).
На номограмме показан пример ее использования. Предположим, что в отливке с толщиной стенки а = 50 мм чугун должен соответствовать марке ВЧ 50. Из номограммы можно определить, какой марке должен соответствовать этот чугун в литой стандартной пробе (т.е. его соответствие марке по ГОСТ 7293-85), каковы особенности структуры чугуна в стандартной пробе и отливке и каким должно быть содержание кремния в чугуне.
Из точки на вертикальной шкале с В = 500 МПа проводим горизонтальную линию до пересечения с кривой 3 (а = 50 мм). От точки пересечения А проводим вертикальную линию вверх до пересечения с кривой 2 (точка В) и вниз до горизонтальной шкалы, на которой определяем необходимое содержание кремния в чугуне (2,55%). По ординате точки В находим необходимый предел прочности чугуна в стандартной пробе. Видно, что эта величина близка к В = 600 МПа, т.е. чугун должен соответствовать марке ВЧ 60 по ГОСТ 7293-85. В структурной части номограммы вертикальная линия пересекает линии 3 по содержанию перлита (точка D) и феррита (точка Е), ординаты которых дают значения ~ 60%П и ~ 40%Ф. Ординаты точек пересечения вертикальной линии с линиями 2 (точек D′, E′ и F′) показывают содержания в структуре чугуна стандартной пробы соответственно ~ 79% перлита, ~ 19% феррита и около 2% цементита.
Значительное повышение прочности чугуна может быть обеспечено путем дополнительного легирования чугуна элементами, способствующими перлитизации и графитизации структуры, например, медью или никелем. Из этих элементов чаще всего используют медь. На рис.6 показано влияние 0,5 и 1,5% меди на смещение линий 2 структурно-прочностной номограммы, т.е. на изменение предела прочности и структуры чугуна в литых стандартных пробах. Видно, что уже при 0,5% меди на структурной диаграмме появляется область с чисто перлитной структурой, а максимум предела прочностиВдостигает 800 МПа. При увеличении содержания меди до ~ 1,5% на структурной диаграмме появляется широкая перлитно-бейнитная область, которой соответствуют очень высокие значения прочности (В = 900-1000 МПа и более). Это значит, что с помощью комплексного модифицирования и легирования чугуна медью в количестве 1,5-2% можно в литом состоянии (т.е. без термической обработки) получать чугун марок ВЧ 80 и ВЧ 100 с троосто-бейнитной структурой матрицы.
Гарантированно можно обеспечить получение чугунов марок ВЧ 100 и ВЧ 120 с помощью термической обработки на бейнитную или бейнитно-мар-тенситную структуру. Бейнитные чугуны таких марок не включены в действующие национальные стандарты, но в небольших объемах производятся по техническим условиям промышленных корпораций. В качестве примера в табл.8 приведены марки и механические свойства бейнитных ЧШГ по техническим условиям международной корпорации Mechanite Worldwide.
В структуре бейнитных чугунов находится и некоторое количество остаточного аустенита: в чугуне К-900/7 30-40%, в чугуне К-1000/5 20-30%, в чугуне К-1200/3 10-20%.
Высокопрочный чугун получают путем сфероидизирующего модифицирования. Обычно сфероидизирующее модифицирование совмещают (комплексное модифицирование) или сопровождают (предсфероидизирующее или послесфероидизирующее, т. е. повторное, модифицирование) графитизирующим модифицированием. Некоторые сфероидизирующие и комплексные модификаторы и методы обработки ими чугуна приведены в табл.9.
Некоторые примеси оказывают вредное влияние на процесс модифицирования и свойства чугуна, десфероидизируя графит. Поэтому их содержание в чугуне ограничивается (до 0,009%Рb; 0,13%Sn; 0,026%Sb; 0,04%Ti; 0,08%As; 0,3%A1). С целью нейтрализации десфероидизирующего действия этих элементов, а также меди, ванадия и некоторых других элементов» в состав комплексных модификаторов вводят РЗМ.
Таблица 8
Характеристики бейнитных ЧШГ корпорации Mechanite Worldwide
Марки чугуна. |
В , МПа |
0,2 , MПа |
, % |
-1 , МПа. |
Твердость НВ |
К-900/7 |
900...1100 |
730...900 |
7...18 |
440 |
280...310 |
К-1000/5 |
1000...1200 |
800...1000 |
5...12 |
466 |
Э00...350 |
К-1200/3 |
1200...1500 |
1000...1300 |
3...5 |
510 |
380...430 |
Таблица 9