Конструкциялық материалдар және термоөңдеу Конструкционные материалы и термообработка Constructional materials and heat treatment Учебное пособие для специальности: 5В071200– «Машиностроение»

100 
Передельные- которые используются целиком для переплавки в
сталь. Их производство составляет 70% от всего производства чугуна. 
Литейные чугуны идут для литья различных чугунных изделий. Их
производство составляет 20% от всего производства чугуна. 
Специальные чугуны используются для раскисления стали. Их
производство составляет 10% от всего производства стали. 
Доменные шлаки после измельчения и переработки используются
для изготовления кирпичей, в качестве добавок в цемент и как
утеплительный материал. 
Доменные газы после очистки и осушки используются для обогрева
различных помещений. 
Классификация чугунов. 
Чугуном называют сплав железа с углеродом и другими элементами, 
содержащими более 2,14% С. 
В металлургическом производстве чугуны выплавляют в доменных
печах. Получаемые чугуны подразделяют на: передельные, специальные 
(ферросплавы) и литейные. Передельные и специальные чугуны
используют для последующей переработки в сталь. Литейные чугуны
(около 20% всего выплавляемого чугуна) отправляют на
машиностроительные заводы для использования при изготовлении
литых заготовок деталей (литья). 
Нелегированный конструкционный чугун для производства отливок
в машиностроении имеет следующий химический состав,%: 2-4,5С., 1-
3,5 Si., 0,5-1 Мn., содержание примесей: не более 0,3% S., не более
0,15% Р. 
Широкое распространение чугуна в промышленности обусловлено
оптимальным сочетанием различных свойств: технологических 
(литейных, 
обрабатываемости 
резанием), 
эксплуатационных 
(механических и специальных) и технико-экономических показателей. 
Характерной особенностью чугунов является то, что углерод в
сплаве может находиться не только в растворенном и в связанном
состоянии (в виде химического соединения-цементита), но также в
свободном состоянии- в виде графита. 
Классификация чугуна осуществляется по следующим признакам: 
- по состоянию углерода- свободный или связанный., 
- по форме включений графита- пластинчатый, вермикулярный, 
шаровидный, хлопьевидный., 
- по типу структуры металлической основы- ферритный, перлитный., 
имеются также чугуны со смешанной структурой: например феррито-
перлитные., 
- по химическому составу- нелегированные чугуны (общего назначения) 
и легированные чугуны (специального назначения). 

101 
В зависимости от формы выделения углерода в чугуне различают: 
- белый чугун, в котором весь углерод находится в связанном
состоянии в виде цементита, 
- половинчатый чугун, в котором основное количество углерода (более
0,8%) находится в виде цементита., 
-серый чугун, в котором весь углерод или его большая часть
находится в свободном состоянии в виде пластинчатого графита, 
- отбеленный чугун, в котором основная масса металла имеет
структуру серого чугуна, а поверхностный слой- белого, 
- высокопрочный чугун, в котором графит имеет шаровидную форму, 
- ковкий чугун, получающийся из белого путем отжига, при котором
углерод переходит в свободное состояние в виде хлопьевидного
графита. 
Микроструктура чугуна состоит из металлической основы (матрицы)
и графитовых включений. Свойства чугуна определяются свойствами
металлической основы и характера включений графита. 
Чугуны содержат следующие структурные составляющие: 
- графит (Г),- перлит (П),- феррит (Ф),- ледебурит (Л),- фосфидную
эвтектику. 
Формирование микроструктуры чугуна зависит от его химического
состава и скорости охлаждения отливки. Структура металлической
основы определяет твердость чугуна. 
Углерод в составе может присутствовать в виде химического
соединения- цементита, графита или их смеси. По сравнению с
металлической основой графит имеет низкую прочность. Места его
залегания можно считать нарушениями сплошности металла. Чугун как
бы пронизан включениями графита, ослабляющими его металлическую
основу. По мере округления графитных включений (за счет
модифицирования присадками) их отрицательная роль как надрезов
металлической основы снижается и механические свойства чугуна
растут. 
Кремний способствует графитизации чугуна. Изменяя его содержание
и скорость охлаждения отливки, можно получить чугун различной
структуры. 
Марганец препятствует графитизации и нейтрализует вредное
влияние серы, образуя с ней тугоплавкие соединения МnS. 
Фосфор не оказывает существенного влияния на процесс
графитизации. При повышенном содержании фосфора в структуре
чугуна образуются твердые включения фосфидной эвтектики, которая
повышает его литейные свойства. 
Сера является вредной примесью. Она обусловливает ухудшение
литейных свойств чугуна, увеличение усадки, повышение склонности к
трещинообразованию, снижение температуры красноломкости чугуна. 

102 
Структура и свойства чугуна. 
Микроструктура чугуна состоит из металлической основы (матрицы)
и графитовых включений. Свойства чугуна определяются свойствами
металлической основы и характера включений графита. 
Чугуны содержат следующие структурные составляющие:графит
(Г),перлит (П),феррит (Ф),ледебурит (Л),фосфидную эвтектику. 
По микроструктуре различают: белый чугун,серый перлитный
чугун,серый ферритный чугун,половинчатый чугун,высокопрочный
чугун. 
Формирование микроструктуры чугуна зависит от его химического
состава и скорости охлаждения (толщины) отливки. Структура
металлической основы определяет твердость чугуна. 
Углерод в составе чугуна может присутствовать в виде химического
соединения- цементит, графита или их смеси. По сравнению с
металлической основой графит имеет низкую прочность. Места его
залегания можно считать нарушениями сплошности металла. Чугун как
бы пронизан включениями графита, ослабляющими его металлическую
основу. По мере округления графитных включений (за счет
модифицирования чугуна присадками) их отрицательная роль как
надрезов металлической основы снижается и механические свойства
чугуна растут. 
Например, серый чугун (пластинчатая форма графита) имеет низкие
характеристики механических свойств, так как пластинки включений
графита играют роль концентратов напряжений в отливке. Однако
серый чугун имеет ряд преимуществ: обладает высокой
жидкотекучестью и малой литейной усадкой., включения графита
делают стружку ломкой, позволяя легко обрабатывать чугун резанием., 
благодаря смазывающему действию графита чугун обладает хорошими
антифрикционными свойствами., хорошо гасит вибрации и резонансные
колебания. Из высокопрочных чугунов (шаровидная форма графита) 
изготавливают ответственные детали: зубчатые колеса, коленчатые
валы. 
Кремний способствует графитизации чугуна. Изменяя его содержание
и скорость охлаждения отливки, можно получить чугун различной
структуры. 
Марганец препятствует графитизации и нейтрализует вредное
влияние серы, образуя с ней тугоплавкие соединения МnS. 
Фосфор не оказывает существенного влияния на процесс
графитизации. При повышенном содержании фосфора в структуре
чугуна образуются твердые включения фосфидной эвтектики, которая
повышает его литейные свойства. 

103 
Сера является вредной примесью. Она обусловливает ухудшение
литейных свойств чугуна, увеличение усадки, повышение склонности к
трещинообразованию, снижение температуры красноломкости чугуна.
Серый чугун и высокопрочный чугуны. 
Серый чугун- это сплав системы Fе-С-Si, содержащий в качестве
примесей марганец, фосфор, серу. Углерод в серых чугунах
преимущественно находится в виде графита пластинчатой формы. 
Согласно ГОСТ серый чугун маркируют буквами «С»- серый и «Ч»-
чугун. Число после буквенного обозначения показывает среднее
значение предела прочности чугуна при растяжении. Например, СЧ 20-
чугун серый, предел прочности при растяжении 200 Мпа. 
По свойствам серые чугуны можно условно распределить на
следующие группы: 
-ферритные и ферритно-перлитные чугуны (марки СЧ10, СЧ15), 
применяют для изготовления малоответственных ненагруженных
деталей машин., 
-перлитные чугуны (марки СЧ20, СЧ25, СЧ30), используют для
изготовления износостойких деталей, эксплуатируемых при больших
нагрузках: поршней, цилиндров, блоков двигателей., 
-модифицированные чугуны (марки СЧ35, СЧ40, СЧ45), получают
добавлением перед разливкой в жидкий серый чугун присадок
феррисилиция, такие чугуны имеют перлитную металлическую матрицу
с небольшим количеством изолированных пластинок графита. 
Отличительной особенностью высокопрочного чугуна являются его
высокие механические свойства, обусловленные наличием в структуре
шаровидного графита. Чугун с шаровидным графитом обладает не
только высокой прочностью, но и пластичностью. 
Получение шаровидного графита в чугуне достигается
модифицированием расплава присадками, содержащими Мg, Са, Се и
другие редкоземельные металлы. 
Химический состав и свойства высокопрочных чугунов
регламентируются ГОСТ и маркируются буквами «В»- высокопрочный, 
«Ч»- чугун и числом, обозначающим среднее значение предела
прочности чугуна при растяжении. Например, ВЧ 100- высокопрочный
чугун, предел прочности при растяжении 1000 Мпа. 
Высокопрочный чугун с шаровидным графитом является наиболее
перспективным литейным сплавом, с помощью которого можно
успешно решать проблему снижения массы конструкций при
сохранении их высокой надежности и долговечности. 
Высокопрочный чугун используют для изготовления ответственных
деталей в машиностроении (коленчатые валы, зубчатые колеса, 
цилиндры и др.). 

104 
Ковкий чугун и легированные чугуны. 
Ковкий чугун получают путем отжига белого чугуна определенного
химического состава, отличающегося пониженным содержанием
графитизирующих элементов. 
Механические свойства и рекомендуемый химический состав ковкого
чугуна регламентирует ГОСТ. Ковкие чугуны маркируют буквами «К»- 
ковкий, «Ч»- чугун и цифрами. Первая группа цифр показывает предел
прочности чугуна при растяжении, вторая- относительное его
удлинение при разрыве. Например, КЧ 33-8 означает: ковкий чугун с
пределом прочности при растяжении 330 Мпа и относительным
удлинением при разрыве 8%. 
Для ускорения процесса отжига КЧ используют различные приемы: 
повышают температуру выдержки, модифицируют и микролегируют
чугун присадками алюминия, бора, титана и висмута. 
Ковкий чугун используют для изготовления мелких и средних
тонкостенных отливок ответственного назначения, работающих в
условиях динамических знакопеременных нагрузок (детали приводных
механизмов, коробок передач, тормозных колодок, шестерен, ступиц и
т.д.). Однако ковкий чугун- малоперспективный материал из-за
сложной технологии получения и длительности производственного
цикла изготовления деталей из него. 
В зависимости от назначения различают износостойкие, 
антифрикционные, жаростойкие и коррозионностойкие чугуны. 
Износостойкие чугуны, легированные никелем и хромом применяют
для изготовления деталей, работающих в абразивных средах. Чугуны с
добавлением титана, меди, ванадия обладают повышенной
износостойкостью в условиях трения без смазочного материала. Их
используют для изготовления тормозных барабанов автомобилей, 
дисков сцепления, гильз цилиндров. 
Жаростойкие чугуны применяют для изготовления деталей
контактных аппаратов химического оборудования, турбокомпрессов, 
эксплуатируемых при температуре 600ºС и 700ºС. 
Коррозионностойкие чугуны обладают повышенной коррозионной
стойкостью в газовой, воздушной и щелочной средах. Их применяют
для изготовления деталей узлов трения, работающих при повышенных
температурах (поршневых колец, блоков и головок цилиндров
двигателей внутреннего сгорания.). 
Антифрикционные чугуны используются в качестве подшипниковых
сплавов, так как представляют группу специальных сплавов, структура
которых удовлетворяет правилу Шарпи, способных работать в
условиях трения как подшипники скольжения. 

105 

жүктеу/скачать 1,99 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: