Характеристика сплава Fe-C

- Расширить номенклатуру отливок, изготавливаемых из чугуна повышенной прочности СЧ20 - СЧ25 за счет тонкостенного литья.

Технология не имеет отечественных аналогов.

3.2 Механические свойства

Важным и наиболее просто и быстро определяемым механическим свойством чугуна является его твердость. С твердостью чугуна связаны такие свойства, как прочность, сопротивлением изгибу, обрабатываемость, сопротивление износу и пр.

Твердость чугуна зависит от соотношения содержания в нем основных составляющих. Цементит имеет твердость по Бринелю около 800, перлит - 200, феррит - около 100, а твердость графита намного ниже. Белый чугун вследствие значительного содержания цементита имеет высокую твердость - около 400 - 500 единиц по Бринелю. В результате распада части цементита и увеличения содержания графита твердость серого чугуна оказывается меньше, а при отсутствии цементита основная масса перлита с включениями графита имеет твердость лишь в 180-200 единиц.

Предел прочности при растяжении у серого чугуна обычно тем выше, чем выше его твердость.

Графит, имея форму пластинок и чешуек, создает как бы надрезы в массе чугуна во всевозможных направлениях, нарушая ее монолитность. Вследствие этого чугун разрушается при растяжении гораздо легче стали, твердость же его от включений графита понижается не так резко.

Форма графитных включений имеет большое значение: чем больше их размеры и особенно площадь, тем влияние их заметнее; чем больше они приближаются по форме к шару, тем надрезывающее действие их слабее. Поэтому отливки из чугуа стремятся получать с измельченными включениями графита округленных очертаний.

Обычно чугун, применяемый для изготовления машиностроительных отливок, имеет предел прочности при растяжении 20-30 кг/мм2. При разрыве он практически не обнаруживает заметного удлинения.

Помимо испытания на разрыв, чугун подвергают испытанию на изгиб. Для этого круглый цилиндрический или реже призматический образец кладут на две опоры и посредине между ними прикладывают сосредоточенную нагрузку, которую постепенно увеличивают до тех пор, пока образец не сломается. Обычно прочность на изгибе машиностроительного чугуна в 1,5-2 раза выше предела прочности при растяжении и равняется 35-55 кг/мм2. наибольшая величина прогиба при этом испытании называется стрелой прогиба. Она характеризует до некоторой степени пластические свойства чугуна, подобно удлинению и поперечному сужению стали при разрыве.

Большим недостаткам серого чугуна является очень низкое сопротивление удару (0,10 кг/мм2). Серый чугун считается хрупким материалом.

Несмотря на эти недостатки, чугун широко применяют в машиностроении вследствие чрезвычайной простоты и дешевизны изготовления из него путем отливки деталей, сложных по форме (даже пустотелых).

Кроме того, чугун обладает ценным свойством - износостойкостью. При работе на истирание при наличии смазки чугунные детали мало изнашиваются, в особенности после предварительной термической обработки (быстрое охлаждение после длительной выдержки при температуре 300-450о). антифрикционный чугун может в некоторых случаях успешно заменять дефицитные цветные антифрикционные подшипниковые сплавы.

Большим достоинством серого чугуна является также легкость обработки его режущим инструментом (хорошая обрабатываемость резанием).

Царапины, мелкие трещины и другие дефекты поверхности стали (особенно высококачественной) при меняющихся нагрузках уменьшают прочность деталей в несколько раз, прочность же чугунных деталей зависит от состояния их поверхности значительно меньше. Кроме того, чугун превосходит обычную сталь по своей устойчивости против коррозии, по способности быстро гасить вибрацию, очень хорошо работает на сжатие и имеет меньший удельный вес.

Общие сведения о СЧ-20

Механические свойства СЧ-20

Таблица

Таблица

Таблица. Механические свойства серого чугуна при растяжении и изгибе

Таблица. Механические свойства серого чугуна при сжатии

Таблица. Физические свойства серого чугуна

Таблица. Механические свойства и рекомендуемые составы серого чугуна (ГОСТ 1412-85)

Обозначения:

Механические свойства :

sв - Предел кратковременной прочности , [МПа]

sT - Предел пропорциональности (предел текучести для остаточной деформации), [МПа]

d5 - Относительное удлинение при разрыве , [ % ]

y - Относительное сужение , [ % ]

KCU - Ударная вязкость , [ кДж / м2]

HB - Твердость по Бринеллю , [МПа]

Физические свойства :

T - Температура, при которой получены данные свойства , [Град]

E - Модуль упругости первого рода , [МПа]

a - Коэффициент температурного (линейного) расширения (диапазон 20o - T ) , [1/Град]

l - Коэффициент теплопроводности (теплоемкость материала) , [Вт/(м·град)]

r - Плотность материала , [кг/м3]

C - Удельная теплоемкость материала (диапазон 20o - T ), [Дж/(кг·град)]

R - Удельное электросопротивление, [Ом·м]

Свариваемость :

без ограничений - сварка производится без подогрева и без последующей термообработки;

ограниченно свариваемая - сварка возможна при подогреве до 100-120 град. и последующей термообработке;

трудносвариваемая - для получения качественных сварных соединений требуются дополнительные операции: подогрев до 200-300 град. при сварке, термообработка после сварки - отжиг.

3.3 Область применения

Как конструкционный материал серый чугун используются для широкого спектра изделий практически во всех отраслях машиностроительного комплекса. К числу наиболее крупных потребителей чугунного литья следует отнести автомобилестроение, станкостроение, тяжелое и металлургическое машиностроение, санитарно-техническую промышленность и пр.

В конструкции автомобилей и тракторов масса литых деталей из серого чугуна, например, составляет 15-25% от общей массы. Преимущественное применение серого чугуна обусловлено тем фактом, что в нем сочетаются высокая износостойкость и противозадирные свойства при трении с ограниченной смазкой, демпфирующая способность. Основная номенклатура изделий - это блоки, головки и гильзы цилиндров, крышки коренных подшипников двигателей, тормозные диски и диски сцепления, тормозные барабаны и другие детали, для которых серый чугун яв-ляется оптимально технологичным и экономичным конструкционным материалом.

Блоки цилиндров карбюраторных и дизельных двигателей изготавливают из низколегированных чугунов марки СЧ20, СЧ25, которые обеспечивают в стенках отливок толщиной 15-25 мм В =200-250 Н/мм2, а в более тонких стенках до 270 Н/мм2. Такого же типа чугуны обычно применяют для головок цилиндров дизельных двигателей и гильз цилиндров карбюраторных и дизельных двигателей. Основными требованиями к чугуну для гильз являются: перлитная структура матрицы (не более 5% феррита), графит среднепластинчатый неориентированный, твердость в пределах 200-250 НВ. В конструкции автомобильных дизельных, карбюраторных, а также тракторных двигателей широко применяют гильзы цилиндров из специальных легированных чугунов, чаще всего - фосфористые.

Для блоков и головок цилиндров тяжело нагруженных дизельных двигателей (автомобильных и судовых) применяют специальные легированные чугуны, а для головок цилиндров - высокоуглеродистые (более 3,5% С) легированные термостойкие чугуны. Эти требования выполняются при использовании для отливки гильз низколегированных чугунов, химический состав которых выбирают с учетом технологии формы, метода плавки, сечения отливки.

Чугунные распределительные валы дизельных и карбюраторных двигателей (легированные чугуны марки СЧ 25 и СЧ 30) имеют высокую износостойкость и широко применяются в автомобилестроении. Легирование молибденом, хромом, никелем обеспечивает хорошую закаливаемость и прокаливаемость чугуна, и заданную глубину отбеленного слоя (в отбеленных кулачках). Высокая твердость и износостойкость кулачков достигаются либо за счет поверхностной закалки чугуна, в структуре которого (в носике кулачков) имеются игольчатые карбиды, либо за счет поверхностного отбела чугуна в кулачках при кристаллизации в контакте с холодильником. Отбеленные кулачки предпочтительны в тяжелых условиях работы.

Тормозные диски, барабаны и нажимные диски сцепления, работающие в условиях сухого трения с высокими скоростями скольжения должны обеспечивать в паре с фрикционной пластмассой стабильный коэффициент трения и износостойкость. При многократных циклах торможения, во время которых в контакте фрикционной пары выделяется тепло, а затем быстро отводится, на поверхности чугунной детали образуются термические трещины, снижающие прочность. Для тормозных барабанов и дисков средней нагруженности чаще всего применяют серый чугун марки СЧ20 или СЧ25. В условиях высокой нагруженности деталей, когда на поверхности трения образуются термические трещины, применяют специальные высокоуглеродистые термостойкие чугуны с повышенным уровнем легирования. Для наиболее тяжелых условий работы рекомендуется использовать перлитные чугуны с вермикулярным графитом.

Маховики в процессе работы вращаются с частотой порядка 2500-8000 об/мин. Соответственно, в них возникают большие растягивающие напряжения, а поверхность маховика периодически трется о сопряженную рабочую поверхность. Трение с большими скоростями приводит к выделению тепла на поверхности трения, образованию усталостных термических трещин, снижающих прочность маховика. Требования повышенной прочности с учетом большой массы маховиков и толщины сечения обусловили применение для их изготовления серых чугунов марки СЧ25, СЧ30, СЧ35 (чем больше сечение отливки, тем выше марка). Выбранная марка чугуна должна обеспечивать получение в теле отливки прочности не ниже 200-250 Н/мм2. Если прочность чугуна СЧ 35 недостаточна для обеспечения условий работы маховиков, то необходимо применять чугуны с вермикулярным или шаровидным графитом.

Крышки коренных подшипников из серого чугуна применяют в основном в карбюраторных двигателях легковых автомобилей. Для обеспечения перлитной структуры и твердости не менее 200 НВ крышки подшипников отливают из серого чугуна марки СЧ25. Для тяжело нагруженных карбюраторных двигателей и для дизельных двигателей применяют крышки подшипников из ковкого чугуна или чугуна с шаровидным графитом.

Выпускные коллекторы подвергаются воздействию горячих агрессивных выхлопных газов и в процессе работы подвержены окислению, термическим деформациям, а иногда - растрескиванию. Во многих случаях серый чугун является экономичным и достаточно долговечным материалом для этих деталей. Учитывая, что коллекторы имеют тонкие стенки (3-7 мм), их отливают из чугунов марки СЧ15, СЧ20, которые для повышения жаростойкости легируют небольшими добавками хрома и никеля. Для термически нагруженных коллекторов применяют ковкий чугун, чугун с шаровидным графитом, а иногда - аустенитный чугун с шаровидным графитом, имеющим высокую термостойкость и стойкость против окисления.

В станкостроении серый чугун применяют для широкой номенклатуры литых деталей с массой от 0,1 кг до 100 тонн с толщиной стенок от 4 до 200 мм, работающих в самых разнообразных условиях. Классификация станкостроительных литых деталей из серого чугуна с учетом этого разнообразия конструкций и условий работы осуществляется в соответствии с ОСТ 2 МТ 21-2-83. При выборе марки чугуна конструктор в зависимости от класса, группы детали и приведенной толщины стенки отливки определяет необходимый минимальный уровень твердости и микроструктуры.

С учетом специфики большинства станкостроительных деталей, работающих преимущественно на жесткость, а не на прочность, предпочтение отдают чугунам, обладающим повышенной твердостью и пониженной пластичностью. Такие чугуны по химическому составу отличаются повышенным (против рекомендаций ГОСТ 1412-85) содержанием кремния и марганца при пониженном содержании углерода. Если невозможно получить необходимый уровень твердости чугуна, в направляющих применяют легирование, формовку с холодильниками и др.

Отливки из серого чугуна весьма широко и успешно используются для определенной номенклатуры деталей сменного металлургического оборудования: сорто- и листопрокатные валки, всевозможные изложницы для разливки слитков, шлаковые чаши и т.п.

Заключение

Я изучил сплав Fe-C(Серый чугун) и его применение.

Человек с самого раннего возраста привыкает к окружающим его металлическим предметам домашнего обихода. Мы к ним настолько привыкли, что не замечаем и не задумываемся, откуда они берутся.

Современную жизнь нельзя представить без такого сплава как чугун. Будущее человечества тесно связано с использованием новых сплавов и металлов на металлической основе. Металл - фундамент современной цивилизации, основа основ технического прогресса. И чем выше поднимается человечество по ступеням развития, тем больше его нужда в металлах.

Серый чугун отличается высокими литейными свойствами (для него свойственна низкая температура кристаллизации, текучесть в жидком состоянии, малая усадка) и поэтому служит основным материалом для литья.

Библиографический список

1.Диаграммы состояния двойных металлических систем: В 3 т. / Под общ. Ред. Н.П. Лякишева. М.: Машиностроение, 199601997. Т.1. 1996. 922 с.; Т. 2. 1997. 1024 с.

2.Конструкционные материалы / Б.Н. Арзамасов, В.А. Брострем, Н.А. Буше и др.; Под общ. ред. Б.Н. Арзамасова. М.: Машиностроение, 1990. 687 с.

3.Гуляев А.П. Металловедение / А.П. Гуляев. - М. : Металлургия, 1986. 544 с.

4.Лахтин Ю. М., Леонтьева В.П. Материаловедение: Учебник. 2-е изд. М.: Машиностроение, 1980. 493 с.

5. http://yaruse.ru/posts/show/id/750

6.http://ru.wikipedia.org/wiki/История_производства_и_использования_железа

Размещено на Allbest.ru