Какие свойства у высокопрочного чугуна

Какие свойства у высокопрочного чугуна thumbnail

Отличительной особенностью ВЧШГ являются его высокие механические свойства (табл. 1, 2), обусловленные шаровидной формой графита, который не оказывает сильного надрезывающего воздействия на металлическую основу, вследствие чего вокруг сфероидов графита в меньшей степени возникает концентрация напряжений. При этом ВЧШГ, как и другие чугуны, можно получать со всеми известными структурами металлической основы, выбирая состав металла, в том числе его легирование, технологию производства и методы термической обработки (табл. 3).

Кроме того, ВЧШГ имеет хорошие коррозионную стойкость (не ниже, чем СЧ, см. табл. 2 в статье коррозионная стойкость чугуна), жаростойкость, хладостойкость, антифрикционные свойства, обрабатываемость и может подвергаться сварке и автогенной резке.

ВЧШГ имеет хорошие литейные свойства:
высокую жидкотекучесть, незначительную склонность к образованию горячих трещин. Вместе с тем его склонность к образованию усадочных раковин и литейных напряжений выше, чем у СЧ, и находится на уровне этих свойств для стали или ковкого чугуна.

Наиболее существенным для механических свойств ВЧШГ является получение графита правильно шаровидной формы. Шаровидная форма графита зависит от состава металла, условий модифицирования, шихтовых материалов и других условий плавки и от скорости охлаждения отливки. Чем больше скорость охлаждения, тем ближе к шаровидной форме и дисперсией включения графита. Для получения заданных свойств в отливках с большей толщиной стенки уменьшают содержание С и Si в чугуне с повышением их соотношения (табл. 3). Для получения чугуна высоких марок используют легирование небольшим количеством Ni, Сr, Сu, Мо.

Таблица 1. Механические свойства ВЧШГ (ГОСТ 7293-85)

Чугунσв, МПаσ0,2, МПаδ, %HB
не менее
Ферритный чугун
ВЧ 3535022022140-170
ВЧ 4040025015140-202
Перлитно-ферритный чугун
ВЧ 4545031010140-225
ВЧ 505003207153-245
Перлитный чугун
ВЧ 606003703192-277
ВЧ 707004202228-302
ВЧ 808004802248-351
Бейнитный чугун
ВЧ 10010007002270-360
Чугун с вермикулярным графитом (не регламентирован ГОСТом)
Ферритный330-3803-8135-170
Перлитный500-6002190-250

Таблица 2. Механические свойства высокопрочного чугуна, не предусмотренные ГОСТ 7293-85

ЧугунПри растяженииПри сжатииПри кручении
E∗10-3, МПаσ-1, МПаσc, МПаμψ, %τ, МПаτ-1, МПа
Ферритный ЧШГ165-175120-1501000-14000,28-0,2912-20400-460130-160
Перлитный ЧШГ175-185160-2001500-20000,28-0,294-8500-780180-230
Бейнитный ЧШГ180-190240-4001800-22000,28-0,292-4700-900220-300

ЧугунПри срезеφ, %, при вибрации с нагрузкой, равной 1/3σ0,2α, кДж/м2При изгибе
τв, МПаG∗103, МПаσ-1, МПаσи, МПа
Ферритный ЧШГ320-40065-7510-14150-200235-258750-900
Перлитный ЧШГ400-55075-808-1080-200850-1200
Бейнитный ЧШГ550-70080-857-1050-1501200-1400

Таблица 3. Рекомендуемые химический состав и термическая обработка ВЧШГ

ЧугунМас. доля элементов, %Рекомендуемая термическая обработка
CSiMnPSCrCuNi
Толщина стенки, мм
до 5050-100>100до 5050-100>100не более
ВЧ 353,3-3,83,0-3,52,7-3,21,9-2,91,3-1,70,8-1,50,2-0,60,10,020,05Отжиг
ВЧ 403,3-3,83,0-3,52,7-3,21,9-2,91,2-1,70,5-1,50,2-0,60,10,020,1»
ВЧ 453,3-3,83,0-3,52,7-3,21,9-2,91,3-1,70,5-1,50,3-0,70,10,020,1Без обработки
ВЧ 503,2-3,73,0-3,32,7-3,21,9-2,92,2-2,60,8-1,50,3-0,70,10,020,15> >
ВЧ 603,2-3,63,0-3,32,4-2,62,4-2,80,3-0,70,10,20,150,30,4Нормализация
ВЧ 703,2-3,63,0-3,32,6-2,92,6-2,90,4-0,70,10,0150,150,40,6»
ВЧ 803,2-3,62,6-2,90,4-0,70,10,010,150,60,6Двойная нормализация
ВЧ 1003,2-3,63,0-3,80,4-0,70,10,010,150,60,8Закалка и отпуск

Некоторые примеси оказывают вредное влияние на процесс модифицирования, а следовательно, и на свойства ВЧШГ. Поэтому их содержание должно быть ограничено (0,009% РЬ; 0,13% Sn; 0,026% Sb; 0,04% Ti; 0,08% As; 0,3% Al).

Получение ШГ в чугуне возможно при обработке расплава сфероидизирующими металлами (Mg, Са, Се и др.) и их смесями с другими металлами или неметаллами. Чаще всего применяют магниевые лигатуры на основе Ni, Сu, Si или Са. Чтобы подавить демо-дифицнрующие влияния примесей, всегда имеющихся в чугуне, в лигатуры к магнию дополнительно вводят один или несколько РЗМ.

Способы получения чугуна с вермикулярным графитом принципиально не отличаются от способов получения ВЧШГ, за исключением меньшего количества глобуляризирующих элементов, вводимых в расплав при модифицировании.

Механические свойства чугуна с вермикулярным графитом ближе к свойствам чугуна с шаровидным графитом, а литейные свойства — к чугуну с пластинчатым графитом. ВЧВГ обладает меньшей чувствительностью к изменению толщины стенки отливки, чем чугун с пластинчатым и шаровидным графитом, и вследствие этого может более успешно использоваться в качестве конструкционного материала для крупногабаритных массивных деталей.

Изменение механических свойств ВЧШГ и ВЧВГ при повышенных температурах приведено в (табл. 4). Прочность до 400—450 °С изменяется незначительно, причем она сначала несколько снижается при 150—200 °С, как у многих железоуглеродистых сплавов, а затем снова возрастает при 350—400 °С.

Таблица 4. Изменение механических свойств чугуна при повышенных температурах

ЧугунМеханические свойстваТемпература испытаний, °C
20200350400450500550600
ВЧШГ:
ферритный
σв, МПа432351 *1223130
δ, %15,814,6 *115,221,9
перлитныйσв, МПа585567 *1362,5
δ, %1,27,2 *111,1
E∗10-4, МПа17,7417,0516,2715,9715,2914,50
ЧВГ *2σв, МПа416416402382335286216
δ, %3,53,02,02,84,28,012,0
ферритныйσв, МПа387382372363314269206
δ, %54,03,04,56,010,014,0
E∗10-4, МПа15,1914,6213,7613,4213,0311,44
перлитныйσв, МПа480493470420392309237
δ, %2,62,01,81,21,53,27,0
E∗10-4, МПа16,4615,8715,0914,8914,1113,42
КЧ 35-10σв, МПа333315341312261223169107,6
δ, %12,07,79,49,612,215,723,434,6
E∗10-4, МПа16,614,412,611,711,110,2
СЧ30σв, МПа319,7307315323304,4276,6246212
δ, %0,130,310,640,831,00,181,281,6
E∗10-4, МПа13,913,412,612,211,811,6
*1 Температура испытания 425
*2 ЧВГ в литом состоянии, ферритный после отжига, перлитный после нормализации

Модуль упругости у всех типов чугуна монотонно снижается с повышением температуры.

По герметичности высокопрочный чугун значительно превосходит серый вследствие отсутствия графитовой пористости и пригоден для деталей, работающих под давлением до 40 МПа.

Хорошая износостойкость обусловливает частое использование его для деталей, работающих в условиях абразивного изнашивания и трения при высоких давлениях и затрудненной смазке. Наиболее благоприятной в этом случае металлической основой нелегированного ВЧШГ является перлитная, характеризующаяся меньшим коэффициентом трения f. У перлитного чугуна (НВ 270) f=0,63 при давлении р=1,4 МПа, f=0,52 при р=2,5 МПа, а при перлитно-ферритной основе (НВ 207) f соответственно 0,7 и 0,62.

Сила резания ВЧШГ на 50—60% выше, чем у серого чугуна той же твердости, но при эквивалентных значениях σв обрабатываемость ВЧШГ лучше, чем СЧ. Параметры шероховатости обработанной поверхности у ВЧШГ ниже, вследствие обособленности выделений графита в нем.

Навигация

Болты

Винты, шпильки, штифты, прокладки

Пружины

Заклепки

Шпонки

Гайки

Резьба

Валы

Муфты

Подшипники

Виды соединений

Передачи

Материал

Дополнительные материалы

  • Дополнительные материалы
  • Шайбы стопорные, таблица.
  • Кольца пружинные, упорные, плоские, наружные, таблица.
  • Кольца пружинные, упорные, ГОСТ 13943—68, таблица.
  • Сопоставление норм оценки шероховатости поверхностей.
  • Значение допускаемого коэффициента запаса.
  • Допускаемые силы затяжки.
  • Значения коэффициента динамической нагрузки .
  • Значении коэффициента a и w, таблица
  • Значения коэффициентов kv, и , таблица
  • Значения P0 кВт, дли клиновых ремней (частичное извлечение из ГОСТ 1284.3-80), таблица
  • Значение коэффициента kj(частичное извлечение из ГОСТ 1284.3 — 80), таблица
  • Значения коэффициентов смещения инструмента, таблица
  • Ориентировочные рекомендации по выбору степени точности передачи, таблица
  • Значения коэффициента динамической нагрузки KHv.
  • Значения коэффициента динамической нагрузки KFv, таблица
  • Пределы выносливости зубьев при изгибе σF lim b, таблица
  • Предел контактной усталости поверхностей зубьев σH lim b, таблица
  • Ширина венца b конического зубчатого колеса, таблица
  • Степени точности силовых червячных передач, таблица
  • Длина нарезанной части червяка, таблица
  • Делительные углы подъема γ резьбы червяка и наклона зубьев колеса, таблица
  • Зависимость угла трения φ′ от скорости скольжения (червяк стальной, колесо бронзовое), таблица
  • Коэффициент деформации червяка θ в в зависимости от z1 и q, таблица
  • Механические свойства некоторых бронз и чугунов, таблица
  • Допускаемое контактное напряжение σН МПа, для бронзы БрАЖ9-4 и чугунов, таблица
  • Параметры червячных глобоидных передач, таблица
  • Рекомендуемые значения рабочей высоты зуба и высоты головки, таблица
  • Допускаемое давление [q] в шарнирах роликовых цепей, таблица
  • Допускаемые напряжения на изгиб для валов и вращающихся осей [σи], таблица
  • Эфективные коэффициенты концентрации напряжений при изгибе и кручении Кσ и Кτ, таблица
  • Коэффициент влияния поверхностного упрочнения Kv, таблица
  • Формулы для определения углов наклона и прогибов двухопорных осей и валов, таблица
  • Поля допусков для установки шариковых и роликовых подшипников качения, таблица
  • Значения коэффициентов X, Y, e некоторых подшипников качения, таблица
  • Значения коэффициентов трения ƒ и допускаемого давления [р] для муфт, таблица

Госты метизов

Сварка

Мы в соцсетях

Какие свойства у высокопрочного чугунаКакие свойства у высокопрочного чугунаКакие свойства у высокопрочного чугунаКакие свойства у высокопрочного чугуна

Применяемость подшипников: https://katiks.ru/

Источник

Сплав железа и углерода называют чугуном. Мы же посвятим статью ковкому чугуну. Последний, содержится в структуре сплава или в форме графита, или цементита. Кроме, названых компонентов в чугун входят примеси на основе следующих химических веществ — кремния, марганца и пр. .

Чугун

В состав чугунных сплавов могут добавлять легирующие компоненты, которые оказывают существенное влияние на их технические параметры.

Чугун используют при производстве изделий методом литья, например, корпусов станочного оборудования, которые работают при небольших статических и динамических, в том числе и разнонаправленных нагрузках.

Литье чугуна

В отличие от стали, чугун обладает хорошими литейными параметрами и низкой ценой. Ко всему прочему это сырье хорошо обрабатывается на металлорежущем оборудовании, чем большинство стальных сплавов. Но, с другой стороны, чугунные сплавы, вне зависимости от типа свариваются с определенными сложностями. Ко всему прочему, чугуны обладают невысокими параметрами прочности, твердости, хрупкости.

Виды чугунов

Марка чугунного сплава определяется количеством углерода и других веществ в его составе.

Виды чугуна

Такой подход позволяет выделить следующие виды этого материала:

  • белые;
  • серые (ГОСТ 1412);
  • ковкие (ГОСТ 1215);
  • высокопрочные (ГОСт 7293 ).

Белый чугун

В составе этого сплава углерод собран в форме цементита. Эта марка материала обладает стойкостью к износу, хорошими параметрами твердости. Вместе с этим, он довольно плохо подвергается обработке на металлорежущем оборудовании.

Структура белого чугуна

Белый чугун делится на следующие группы:

  • доэвтектический с концентрацией углерода от 2,14% до 4,3%;
  • эвтектический — 4,3%;
  • заэвтектический от 4,3% до 6,67%.

В других марках чугуна углерод имеет форму графита.

Серый чугун

Углерод в составе этой марки чугуна имеет форму пластин. В составе серого чугуна участвуют и такие компоненты, как:

  • кремний до 0,8%;
  • марганец до 0,3% и пр.

Микроструктура серого чугуна

Для производства отливок из этого материала применяют формы, выполненные из литьевой земли или стали. Такие формы называют кокилем. Ключевая сфера использования серого чугуна – машиностроение. Из него выполняют конструкции, работающие тогда, когда отсутствуют ударные воздействия, к примеру, колесные клиноременных передач, подшипниковые чашки и др. Чугунный сплав этого типа маркируют следующим образом СЧ 32 – 52. Первая цифра показывает предел прочности на растяжение, вторая предел на изгибе.

Ковкий чугун

В составе этого материала углерод обладает хлопьевидной формой. В химсостав этого материала входит до 1,4% кремния, 1% марганца и пр. Ковкий чугун производят из белого.

Ковкий чугун

Для этого выполняют его термическую обработку, то есть прогревают и выдерживают в этом состоянии в течение заданного технологией времени. Эту операция называется томлением. Ковкий чугун маркируют так КЧ 45 – 6. Первое число обозначает прочность на растяжение, вторая удлинение в процентах.

Высокопрочный чугун

В составе этого чугуна, углерод обладает шаровидной формой. Для производства чугуна этого вила используют модифицирование, то есть в расплав вводят магний. Он обеспечивает формирование углерода в виде включений шаровидной формы. Это решение позволило приблизить чугун этого сорта, по ряду свойств к углеродистым сталям. Литейные же параметры у него больше чем у других марок чугунных сплавов, за исключением серого.

Высокопрочный чугун

Чугуны этого класса используют в производстве таких деталей, как – поршни, коленвалы, компоненты систем торможения.

Высокопрочный чугун маркируют так — ВЧ – 45-5. Первое число обозначает прочность на растяжение, вторая удлинение в процентах.

Особенности производства ковкого чугуна

Изготовление чугуна КЧ обладает рядом тонкостей, которые обусловлены литьевыми характеристиками и другими свойствами.

Производство ковкого чугуна

Чугун марки БЧ, являющийся основной производства ковкого, обладает не очень хорошими литьевыми параметрами. В, частности, он обладает пониженной жидкотекучестью, большим размером усадки во время остывания, и он склонен к формированию различных литейных дефектов. Эти является причиной того, что при производстве необходимо перегревать металл и принимать меры по борьбе с дефектами литья. Изготовление ковкого чугуна может выполняться с обязательным учетом усадки и изменения размеров заготовок во время томления. Максимальную усадку, имеют тонкие заготовки, минимальную, толстые. Операция томления выполняется при 1350 – 1450 градусов Цельсия.

Отжиг (томление) это базовый этап при производстве чугуна КЧ. Его производят в отдельных цехах, называемых томительными. Заготовки размещают в горшках, выполненных из стали или чугунных сплавов разных марок, для томления. В горшок может быть уложено до 300 отливок исходя из того, что до 1 500 кг должно приходиться на один кубометр.

Ковкий чугун получает наибольшую прочность в горшках, произведенных из белого чугуна с добавками хрома и минимальным количеством фосфора. Расход горшков измеряют по весу, он может составлять от 4 до 15 % веса заготовок. Именно поэтому увеличение их стойкости играет большую роль в формировании стоимости готового ковкого чугуна.

Во избежание коробления готовых отливок укладка заготовок в горшки должна выполняться с особой тщательностью. Их укладывают максимально плотно, для повышения эффекта заготовки пересыпают песком или рудой. Эти материалы предохраняют заготовки от деформации и лишнего окисления.

Производство чугуна

Для производства ковкого чугуна применяют электрические печи. Это вызвано тем, что в процессе томления должна быть возможность регулировки температуры, резкий подъем на время нагрева и быстрое понижения на стадии его графитизации. Кроме того, не будет лишним, и возможность регулировки воздушной смеси в печи.

Большая часть печей, которая используется для получения ковкого чугуна – муфельные. То есть продукты сгорания топлива не вступают в контакт с горшками, в которых уложены заготовки.

Отливки, полученные из ковкого чугуна несколько раз проходят через операцию очистки, а после отжига удалению питателей и правке. Первая чистка проводится для удаления остатков формовочных смесей. Для чистки применяют пескоструйное оборудование или специальные галтовочные барабаны. Удаление остатков питателей происходят на наждаках.

Дефекты ковкого чугуна

Самыми часто встречающимися дефектами ковкого чугуна можно назвать следующие:

  • усадочные раковины;
  • недолив;
  • трещины и пр.

Часть дефектов не может быть исправлена дальнейшей термической обработкой. Следует отметить, то, что изготовление ковкого чугуна требует строго соблюдения всех требований ГОСТ, технологических правил и регламентов. Только в этом случае можно говорить о получении качественного ковкого чугуна, которым допустимо заменять другие, дорогие материала – стали, цветные металлы.

Разновидности ковкого чугуна

Марка чугунного сплава КЧ напрямую связана с условиями, в которых проводят отжиг. После этой операции получают три класса чугуна КЧ:

  • ферритный;
  • перлитной;
  • ферритно-перлитным.

Первый содержит в своем химсоставе феррит и углерод хлопьевидного строения. Второй включает перлит и графит хлопьевидного строения. Третий имеет в своем составе феррит, перлит и углерод хлопьевидного строения.

Рановидности ковкого чугуна

Ковкий перлитный чугун возникает в итоге быстрого охлаждения заготовки, когда она находится в зоне распада. В этом случае в строении чугуна кроме феррита будет находиться перлит. Он будет сохраняться и при дальнейшем остывании заготовки до температуры ниже чем 727 градусов.

То есть, можно сказать, что строение чугуна жестко связано с температурными режимами отжига и наличием легирующих компонентов.

Основные характеристики металла

Ключевые параметры чугуна КЧ определены количеством углерода, который имеет форму графита и наличием кремния. Перлитный ковкий чугунный сплав содержит в себе еще два составных элемента – хром и марганец.

Характеристики ковкого чугуна

Различие в строении ковкого чугуна отражается и на конечных свойствах изделий, получаемых из него. К, примеру, заготовки, выполненные из ферритного чугуна, имеют меньшую твердость, чем те, которые производят из перлитного материала, но вместе с тем первые имеют повышенную пластичность. Графит в виде хлопьев обеспечивает высокие параметры прочности готовым деталям при относительно хорошей пластичности. Изделия из чугуна КЧ могут деформироваться в условиях комнатной температуры и влажности. Именно это свойство и определило название этого материала – ковкий. На самом деле, это условное название и не означает того, что готовые детали получают из него при помощи ковочного оборудования. Для производства изделий применяют литье. Главное свойство этого материала заключено в том, в том, что в нем отсутствуют напряжения.

Микроструктура ковкого чугуна

Механические свойства ковкого чугуна расположены между серым чугуном и сталью. То есть, чугун этого типа обладает высокой текучестью, стойкостью к износу, коррозии, агрессивным веществам. Кроме того, этот материал отличается высокими прочностными свойствами. Так, деталь с толщиной стенки 7 – 8 мм выдерживает давление рабочей среды до 40 атм. Это позволяет использовать его для изготовления трубопроводной арматуры для газа и воды.

Нельзя забывать и том, что при малых температурах, чугун становиться очень хрупким и очень боится ударных воздействий.

Свойства ковких чугунов

Базовое свойство чугунного сплава КЧ состоит в том, в нее входят включения углерода в разной форме, которая определяет его прочность и пластичность. Чугун КЧ с малым количеством углерода (обезуглероженный), по сути, это единственный материал из конструкционных чугунных сплавов, который хорошо сваривается и его применяют для получения сваренных металлоконструкций. Для производства сварки применяют или защиту газа, или стыковую технологию. Чугун это марки поддается запрессовке, чеканке и достаточно просто заполняет пустоты и зазоры. Детали, полученные из ковкого ферритного чугунного сплава, подвергаются холодной обработке, а из перлитного правке в разогретом виде.

Чугун, используемый в производстве, изготавливают из белого чугунного сплава путем его отжига. Строение, получаемое после выполнения этой операции, может иметь ферритную или перлитную форму.

Одним из преимуществ ковкого чугунного сплава является то, что он обладает однородными свойствами по сечению, кроме того, он хорошо обрабатывается на станках токарно-фрезерной группы.

Основные физико-технические параметры ковкого чугунного сплава нормированы в ГОСТ 1215-79. Маркировка этого материала основана допустимых значений на растяжение и удлинение. Твердость материала определена от структуры, а прочностные параметры и пластичность определяет и наличие графита.

Надо понимать, что на свойства материала оказывает не только форма, но и количество графита, содержащегося в сплаве. Максимальных прочностных характеристик ковкий чугун достигает при наличии мелкодисперсного перлита и небольшом количестве графита. Предельная пластичность и вязкость чугуна этого класса достигается при наличии феррита и таком же количестве графита.

Сфера применения

Ковкий чугун нашел свое применение в машиностроении для производства станочного оборудования, отдельных деталей автомобилей, конструкций и механизмов, эксплуатируемых на железнодорожном транспорте и пр.

Чаще всего применяют ферритные отливки, которые стоят несколько дешевле, чем все остальные. Перлитные отливки используют для изготовления деталей, которые применяют для изделий и узлов, работающих под повышенными нагрузками.

Ковкий чугун используют для получения отливок с тонкой стенкой, ее размер может составлять от 3 до 40 мм.

Источник