Лекція 15 16 Чавуни як конструкційний матеріал

Лекція № 15, 16 Чавуни як конструкційний матеріал в СГМ 1. Класифікація чавунів за мікроструктурою. 2. Вплив хімічного складу та швидкості охолодження на структуру чавуну. 3. Структура і властивості сірих чавунів. 4. Високоміцний модифікований чавун перспективний конструкційний матеріал. 5. Чавун з вермикулярним графітом. 6. Особливості отримання і властивостей ковких чавунів.

Відмінності сталі і чавуну характеристика сталь чавун Технологічні властивості Деформівний сплав Ливарний сплав Високо вуглецеві фази Одна – цементит Дві – цементит і графіт Вплив умов отримання (швидкість охолодження, витримування під час охолодження) Не впливають – Впливають – за перерізом структура за перерізом можна отримати різні однакова структури Методи отримання Кристалізація розплаву і термічна обробка маркировка За хімічним складом За міцністю

1. Класифікація чавунів за мікроструктурою. чавуни за станом вуглецю білі (за кольором злому) Ц (Fe 3 C) – вуглець у зв’язаному стані доевтектичні П+ЦІІ +Л сірі (за кольором злому) Г (С) + основа – вуглець частково у вільному стані за формою включень Г евтектичні Л заевтектичні ЦІ +Л з пластинчастим Г (сірі) з пластівчастим Г (ковкі) з кулястим Г (високоміцні) з вермикулярним Г за структурою основи перлітні феритоперлітні феритні

білі (за кольором злому) Ц (Fe 3 C) – вуглець у зв’язаному стані доевтектичні П+ЦІІ +Л ЦІІ заевтектичні ЦІ +Л Л евтектичні Л Л Л П ЦІ

сірі (за кольором злому) за формою включень Г Г (С) + основа – вуглець частково у вільному стані з пластинчастим Г (сірі) з вермикулярним Г з пластівчастим Г (ковкі) з кулястим Г (високоміцні)

сірі (за кольором злому) за структурою основи Г (С) + основа – вуглець частково у вільному стані перлітні Г феритоперлітні П феритні Г Г П Ф Ф

Мікроструктура половинчастого чавуну Л П Г Поверхня злому чавуну з вибіленою поверхнею білий чавун сірий чавун

Вплив форми включень графіту і структури основи на властивості чавуну. Форма включень графіту Пластинчаста Вермикулярна Пластівчаста Куляста Відносне видовження , % 0, 2. . . 0, 5 0, 9. . . 3 5. . . 10 10. . . 15 Чавун за структурою металевої основи Феритний Феритоперлітний Перлітний Твердість, НВ 150 200 250

Вплив хімічного складу та швидкості охолодження на структуру чавуну. Елементи, які входять до складу чавунів можуть: • сприяти утворенню графіту (графітизуючі): Si, Al, Cu, Ni та ін. • гальмувати процес утворення графіту і сприяють фіксації вуглецю у вигляді сполук (антиграфітизуючі): Mn, Cr, W, Ti, Mo, S, H 2 та ін. На структуру чавуну значно впливає швидкість охолодження, тому при однаковому хімічному складі в деталях різного перерізу утворюється неоднакова структура: • прискорене охолодження сприяє утворенню цементиту, тобто вибіленню чавуну; • сповільнення охолодження сприяє утворенню графіту у чавунах

Властивості і використання сірих чавунів. Виробляють: виплавленням у вагранках з доменного ливарного чавуну із доданням Fe. Si (для марок СЧ 30 і СЧ 35 додатково модифікують Si. Ca для подрібнення включень графіту) Переваги: високі ливарні властивості, дешевизна, добре гасить вібрацію Недоліки: висока крихкість Використання: • Феритні СЧ 10 та СЧ 15 - кришки, фланці, маховики, корпус редукторів, гальмові барабани • Феритоперлітні СЧ 20 і СЧ 25 - блоки циліндрів, картери двигунів, станини верстатів, барабани зчеплення • Перлітні СЧ 30 і СЧ 35 (модифіковані) - гильзи блоків циліндрів, розподільні вали, зубчасті колеса та ін. Маркировка: СЧ + σв(границя міцності, кг/мм 2) СЧ 20 - границя міцності 200 МПа

Високоміцний модифікований чавун перспективний конструкційний матеріал. Виробляють: виплавленням у електричних печах із доменного ливарного чавуну із доданням Fe. Si та магнію Переваги: поєднує високу міцність із достатньою в’язкістю; ливарні властивості добрі Недоліки: складності технології виплавки та високі вимоги до вихідного ливарного чавуну за вмістом сірки і фосфору Використання: колінчасті вали, шестерні, зірочки та ін. (на заміну сталі марок 40 і 45), валки гарячого прокатування, станини і рами прокатних станів, молотів і пресів Маркировка: ВЧ + σв(границя міцності, кг/мм 2) ВЧ 80 - границя міцності 800 МПа

Чавун з вермикулярним графітом. Виробляють: виплавленням із доменного ливарного чавуну із доданням Fe. Si та комплексного модифікатора, який містить рідкоземельні метали та невелику кількість магнію Переваги: • міцніші, а при однаковій міцності більш пластичні, ніж чавуни марок СЧ. • перевищують чавуни марок ВЧ з оброблюваності різанням та здатності до демпфірування Недоліки: складності технології виплавки, підвищені вимоги до вмісту сірки Використання: на заміну марок СЧ (блоки циліндрів, поршні, гільзи, кришки циліндрів ДВЗ, виливниці, кокілі, базових деталей верстатів ) або ВЧ для виливання базових деталей ковальсько-пресового обладнання, корпусних деталей та ін. Маркировка: Ч ВГ+ σв(границя міцності, кг/мм 2) ЧВГ 40 - границя міцності 400 МПа

Особливості отримання і властивостей ковких чавунів. Т, 0 С 950. . . 1000 Виробляють: термічною обробкою виливків із білого чавуну (переріз не більше 35. . . 50 мм) І стадія А 1 740. . . 720 ІІ стадія 1 2 П+Г П+Ф+Г 3 Ф+Г Переваги: немає потреби у електричних печах; однорідність властивостей за перерізом виливка τ, год. Недоліки: обмежений переріз виробів, невисокі ливарні властивості Використання: картери, муфти, підойми, деталі рульового керування, кільця ланцюгів Маркировка: КЧ + σв(границя міцності, кг/мм 2) + δ (відносне видовження, %) КЧ 80 -2 - границя міцності 800 МПа, відносне видовження 2 %

Мікроструктура ковкого чавуну Вихідна мікроструктура: П + Л + ЦІІ ( доевтектичний білий чавун) Кінцеві мікроструктури (ковкий чавун) Перлітний КЧ Перліто-феритний КЧ Перлітний КЧ