123 Высокопрочный чугун с шаровидным графитом.

Высокопрочный чугун получают модифицированием жидкого серого чугуна небольшими добавками магния (0,03-0,07% или церия. Под действием магния графит в процессе кристаллизаций принимает шаровидную форму. Такой графит имеет минимальную поверхность при данном объеме, и значительно меньше ослабляет металлическую основу чугуна, чем пластинчатый. Высокопрочные чугуны имеют более высокие механические свойства, не уступающие литой углеродистой стали, сохраняя при этом хорошие литейные свойства и обрабатываемость резанием, и способность гасить вибраций, высокую износостойкость и т.д. И в соответствий с ГОСТ 7293-85 для изготовления отлива предусматриваются 8 марок чугуна (табл.3)

Таблица 3

Свойства чугунов с шаровидным графитом

Марка чугуна		Временное сопротивление по растяжению, Мпа (КТС ̸ мм²)	Относительное удлинение,S%	Твердость HB	Металлическая основа
ВЧ35		350(35)	22	140-170	ферритная
ВЧ40		400(40)	15	140-202	ферритная
ВЧ45		450(45)	10	140-225	ферритная
ВЧ50		500(50)	7	153-245	перлитная
ВЧ60		600(60)	3	192-277	перлитная
ВЧ70		700(70)	2	228-251	перлитная
ВЧ80		800(80)	2	248-351	перлитная
ВЧ100	1000(100)		2	270-360	перлитная

Рекомендуемый Химический состав чугуна:

3,2-3,6%С ≤ 0,10%S

2-3% Si

0,5-1,0% Mn ≤ 0,10%P

Высокопрочный чугун применяют для:

1-Деталей прокатного и кузнечного производства;

2-Горнорудного и дробильно-размольного производства

3-Коленчатых валов

4-Деталей турбин

5-Деталей зубчатых передач

ВЧ находит применение как новый конструкционный материал, как заменитель углеродистой стали, КЧ и СЧ. Из Вч изготавливаются как мелкие тонкостенные отливки (поршневые кольца) так и отливки массой в 15 тонн (шаботы ковочных молотов, станины, рамы прессов и прокатных станов), Чугунные валы имеют более высокую циклическую вязкость, малочувствительны к внешнем концентраторам напряжений имеют лучшие антифрикционные свойства, значительно дешевле стальных валов. При этом достигается снижение массы деталей на 8% и обеспечение экономий денежных средств.

Применение ВЧ в замене с СЧ дает экономический эффект в тех случаях когда за счет более высокой прочности снижается вес отливки или обеспечивается возможность упрощения монтажных работ (монтаж трубопроводов сваркой) Из ВЧ изготовляют волки прокатных станов, деталей турбин, канализационные и другие трубы, изложницы, суппорты, резцедержатели, план шайбы и другие детали станков. В химической и нефтяной промышленности ВЧ применяют для корпусов насосов, вентилей и т.д.

Схемы микроструктур серого, ковкого и высокопрочного даны на рис.4. Рис.4. Классификация чугуна по структуре механической основы и форме графитных включений (схемы микроструктур)

Задача. Выбор материала.

Коленчатый вал двигателя легкого автомобиля экономично изготовлять из чугунов - материала, мало чувствительного кроме того к надрезу и хорошо гасящего вибраций. Для этого назначают чугун повышенного качества выбрать класс и марку чугуна с пределом прочности ни ниже 400 Мпа и относительным удлинением 2-3% указать структуру чугуна и форму выделения графита и объяснить, какие изменения в этом случае надо внести в условие выплавки

Коленчатый вал испытывают большие нагрузки, и подвергается скручиванию, изгибу и механическому изнашиванию. Крутящий момент, развиваемый, на коленчатом валу, передается на трансмиссию автомобиля, а так же используется для привода в действие различных механизмов двигателя.

Форма коленчатого вала зависит от числа и расположение цилиндров порядка работы и тактичности двигателя. На большинстве автомобильных двигателей применяют полно опорные коленчатые, т.е. каждая шатунная шейка расположена между 2 коренными

Общий вид коленчатого вала дан на рис.5.

Коленчатый вал имеет следующие части коренные 7 и шатунные 3 шейки, щеки 8, противовесы 4, передний конец 1, и задний конец (хвостовик) с маслоотражателем 5, масло сгонной резьбой и фланцем 6 для крепления маховика. Шатунные шейки служат для соединения коленчатого вала шатунами. Коренные шейки вала входят в подшипники, установленные в блоке цилиндров. Шеки соединяют коренные и шатунные шейки вала, образуя колено или кривошипы. Противовесы расположены на коленчатом валу, разгружают коренные подшипники от сил инерции и создаваемых ими моментов.

Для повышения износостойкости и долговечности шатунных и коренных шеек их закаливают токами высокой частоты (ТВЧ, после чего шлифуют и полируют

Рис.5 устройство коленчатого вала.

Коленчатый вал изготовляют горячей штамповкой из легированных сталей (40ХН, 40ХФА,

40 ХНМА, 50 Г и. д) или отливают из высокопрочного чугуна. Например, коленчатый вал машины «Запорожец» отливают в оболочковые формы из чугуна ВЧ 50-2. Отливки подвергают низкотемпературному отжигу при 640-660°С в течений 3-4 ч. С последующим охлаждением на воздухе

Для решения нашей задачи предложенный чугун ВЧ 60 его средний химический состав:

С=3,2-3,4% S ≤ 0,003%

Si=2,0-2,5% Cr=0 ,15-0 ,25%

Mn=1 ,15-1,3% Mg=0 ,02-0,04%

Вал отливают в оболочковые формы. Валы подвергают термической обработке по режиму: нагрев до 950°С в течений 8 часов, охлаждение 600°С, подогрев до 725°С, выдержка при 725°С-8 часов и охлаждение на воздухе. В результате термообработке происходит периодизация перлита и поэтому достигается значительное повышение механических свойств:

ᵟв=50-70МПа S=5-8%

ᵟи=90-110МПа

НB207-241

Магний является чрезвычайно активным элементом. Введенный в жидкий чугун, он будет вступать в химическое взаимодействие со всеми элементами, кроме железа, образуя оксиды, нитриды, сульфиты и другие соединения. Этим он способствует очищению чугуна от газов, неметаллических включений и резко повышается плотность. В результате этих сложных физико-химических реакций происходят резкие изменения природных свойств. Изменяется форма графита (шаровидный) и повышается прочность и пластичность. Структура высокопрочного чугуна дана на рис.2 и рис.4(схема микроструктуры на перлитной основе).

Таким образом, выбран высокопрочный магниевый чугун ВЧ60 на перлитной основе (П+Г)

Список литературы

1.Михайловский Е.В., Серебряков К.Б., Тур Е.Я., Устройство автомобиля М: Машиностроение 1985.-352с.

2.Лахтин Ю.М., Леонтьева В.П., Материаловедение. М: Машиностроение,1992-528с

3.Гуляев А.П., Металловедение., М: Металлургия 1986-542с

4.Термическая обработка в машиностроение. Справочник под ред. Ю. М Лахтина, А Г Рахштадта. М: Машиностроение. 1980-78с

5.Арзамасов Б.Н., Материаловедение. Б.Н. Арзамасов, В.И. Макарова и др.; МГТУ им Н Э Баумана 2002- 646с

Содержание

Введение

Краткие сведения о чугунах

Разновидности чугунов

Чугуны со свободным графитом, форма графита

Маркировка, механические свойства и применение серых чугунов

Маркировка, механические свойства и применение ковких чугунов

Высокопрочные чугуны с шаровидным графитом

Задача. Выбор материала для коленчатого вала

Список литературы