Лекція 4 Чавуни у СГТ 1 Модифікування

Лекція № 4 Чавуни у СГТ 1. Модифікування чавунів. 2. Перспективи розвитку основних груп вуглецевих чавунів. 3. Термічна обробка чавунів. 4. Основні групи спеціальних чавунів.

1. Модифікування чавунів. подрібнення Г зміна форми Г + Si. Ca + Mg 200 МПа 350 МПа міцність зростає 300 МПа 700 МПа міцність зростає

2. Перспективи розвитку основних груп вуглецевих чавунів.

Сірі чавуни 1. Основні напрямки вдосконалення сірих чавунів: • використання модифікування (для подрібнення включень графіту) • використання термічної обробки (для підвищення властивостей металевої основи).

Для отримання рівномірної структури і високих властивостей чавунних виливок ливарники не тільки регулюють хімічний склад та швидкість охолодження, а й використують модифікування. Для цього в рідкий сплав поперед розливанням в невеликій кількості додають спеціальні добавки - модифікатори. Модифікування феросіліцієм, сілікокальцієм дозволяє отримати чавун, металева основа якого, головним чином, складається з перліту, а графіт, хоча й залишається пластинчастим, має оптимальні розміри, що значно знижує негативний вплив цих включень на механічні властивості чавуну. Модифікованими феросіліцієм та сілікокальцієм виплавляють дві марки сірих чавунів – СЧ 30 і СЧ 35 із підвищеною міцністю.

Ковкі чавуни Основні напрямки вдосконалення ковких чавунів: 1) вдосконалення технології графітизуючого відпалу і використання прискореного відпалу: • перед відпалом виливок з білого чавуну роблять попереднє гартування від 850. . . 900 о. С для подрібнення структури - процес скорочується до 10. . . 15 годин; • проводять ступінчасте нагрівання при відпалі з витримуванням при 350. . . 400 о. С; • скорочують тривалість нагрівання й охолодження виливок в захисному або нейтральному середовищі - тривалість становить 24. . . 60 годин. 2) використання термічної обробки для підвищення властивостей – відпал на зернистий перліт, ізотермічне гартування, нормалізація

Високоміцні чавуни Основні напрямки вдосконалення високоміцних чавунів: • використання термічної обробки для підвищення механічних властивостей металевої основи (наприклад, нормалізація, ізотермічне гартування і т. і. ).

3. Термічна обробка чавунів.

Основні види термічної обробки та ХТО чавунів: • • • Відпал Нормалізація Гартування з відпуском Поверхневе гартування з відпуском Азотування Алітування

Види відпалу чавунів 1. Найбільш поширеним видом термічної обробки є відпал чавунних виливок при 430. . . 600 о. С для зменшення ливарних напружень, тому що залишкові напруження завжди виникають у фасонному литві. Основна мета - стабілізація розмірів виливки.

2. Графітизуючий відпал використують не тільки для перетворення білого чавуну на ковкий, а й для усунення вибілення у виливках з сірого чавуну (наприклад, при литті в кокіль вся поверхня виливки з сірого чавуну може бути вибіленою). В таких випадках відпалювання проводять при температурах 850. . . 950 о. С протягом 0, 5. . . 5 годин.

Поверхня злому чавуну з вибіленою поверхнею білий чавун сірий чавун

3. Неповний відпал проводять для отримання структури зернистого перліту основи Т, 0 С АС 1 τ, годин

Нормалізація чавунів Нормалізацію чавуну проводять з метою зміцнення виливок чавунів з феритною або феритоперлітною основою. Виливки нагрівають до 850. . . 950 о. С, витримують протягом 0, 5. . . 3 години і охолоджують на спокійному повітрі. Така термічна обробка при нагріванні приводить до аустенітізації структури, а наступне охолодження призводить до того, що аустеніт розпадається за схемою А → Ф+Ц, і вся металічна основа набуває перлітну або сорбітну структуру. Зміцнення досягають через усунення структурно вільного фериту (підвищення концентрації зв’язаного в цементит вуглецю) та зміну перліту на сорбіт. Твердість при цьому зростає від 150 НВ до 250 НВ.

Зміна структури основи при нормалізації чавуну Т, 0 С АС 1 τ, годин феритний чавун перлітний чавун

Гартування з відпуском Гартування чавуну на мартенсит з нагріванням до 850. . . 930 о. С і охолодження у воді або маслі використують для підвищення міцності та зносостійкості. Після гартування роблять низький відпуск при 200 о. С для зменшення напружень гартування або високий відпуск при 600. . . 700 о. С для одержання структури сорбіту або зернистого перліту, що забезпечує підвищену в’язкість.

Ізотермічне гартування Т, 0 С А+Ц А+Г АС 1 А+Г Бн τ, годин Ізотермічне гартування проводять для ковких і високоміцних чавунів на бейнітну структуру (нижній бейніт) металевої основи з метою підвищення міцності і в’язкості

Види поверхневого зміцнення Для підвищення зносостійкості використують поверхневе гартування з індукційним або газополуменевим нагріванням. Іноді застосовують азотування чавунних виливок для підвищення зносостійкості або корозійної стійкості та алітування для підвищення жаростійкості.

4. Основні групи спеціальних чавунів.

Призначення легування чавунів Чавуни легують для : • Підвищення механічних властивостей (міцності, твердості, зносостійкості) • Надання спеціальних властивостей (корозійної стійкості, окалиностійкості, жароміцності та ін. )

Використання спеціальних чавунів : • • Для антифрикційних деталей Поршневі кільця ДВЗ Жаростійкі та жароміцні деталі Корозійностійкі деталі Їх використовують на заміну легованих сталей і кольорових сплавів.

Антифрикційні чавуни використують для роботи у вузлах тертя з мастилом, підшипників ковзання, втулок, вкладишів. Для цього застосовують нелеговані або низьколеговані сірі чавуни з пластинчастим графітом АЧС 1. . . АЧС-6, високоміцні чавуни з кулястим графітом АЧВ-1, АЧВ-2 та ковкі чавуни АЧК-1, АЧК-2. При позначенні марок антифрикційних чавунів цифра означає порядковий номер чавуну.

Хімічний склад антифрикційних чавунів Марка чавуну С Si Mn Інші АЧС-1 3, 2 -3, 6 1, 3 -2, 0 0, 6 -1, 2 0, 2 -0, 5 Cr; 0, 8 -1, 6 Cu АЧС-5 3, 5 -4, 3 2, 5 -3, 5 7, 5 -12, 5 АЧВ-1 2, 8 -3, 5 1, 8 -2, 7 0, 6 -1, 2 0, 4 -0, 8 Al; до 0, 7 Cu 0, 03 -0, 08 Mg АЧК-1 2, 3 -3, 0 0, 5 -1, 0 0, 6 -1, 2 1, 0 -1, 5 Cu

Всі антифрикційні чавуни, за винятком АЧС-5, мають перлітну або перлітоферитну основу, до того ж кількість в’язкого фериту не повинна перевищувати 30. . . 50%, щоб запобігти налипання матеріалу підшипника на шійку вала. Основа чавуну АЧС-5 з високим вмістом марганцю складається після гартування на 80% з аустеніту. Такий чавун використують для роботи в особливо навантажених вузлах тертя.

Головна перевага чавуну в порівнянні з бабітами та антифрикційними бронзами - низька вартість, а основний недолік погана приробленість, тому необхідне точне сполучення поверхонь тертя. Гранична окружна швидкість при використанні чавунів типу АЧС - 5 м/с, а типу АЧВ - 10 м/с. Це набагато нижче, ніж при використанні бабітів (до 50 м/с).

З н о с т і й к і, ж а р о с т і й к і та к о р о з і й н о с т і й к і ч а в у н и. Ці чавуни легують хромом, кремнієм, алюмінієм та іншими елементами. Інколи той самий чавун використують для різного призначення: в одних випадках як зносостійкий, а в інших - як жаростійкий і т. і

Марка такого чавуну починається з літери “Ч”, за якою йдуть букви, що позначають легуючі елементи, як в легованих сталях, а потім - кількість цих елементів у відсотках. Літера “Ш” наприкінці означає, що це легований чавун з кулястим графітом ЧЮ 22 Ш

Зносостійкі чавуни До найбільш зносостійких відносять білі чавуни із значною кількістю хрому ЧХ 22 і ЧХ 32. Зростання кількості хрому приводить до того, що легований цементит (Fe, Cr)3 C з твердістю 800. . . 1000 HV замінюється на карбід хрому (Cr, Fe)7 C 3 з твердістю 1250. . . 1550 HV. Високохромисті білі чавуни широко використують в гірничодобувній промисловості, металургії (кулі для кулястих млинів, деталі машин для очищення литва, приготування формувальних сумішей і т. і. ).

Корозійностійкі чавуни Підвищення корозійної стійкості досягають легуванням Si (13 -17%) окремо (ЧС 13, ЧС 15, ЧС 17), або разом з Mo або Cr (ЧС 15 М 3, ЧХ 28 Д 2 та ін. ) при утворенні на поверхні оксидної плівки. Чавуни ЧХ 22 С, ЧС 15 (феросілід) й ЧН 15 Д 7 (нірезист) мають високу стійкість проти корозії у розчинах кислот, луг і солей. Їх широко використують для деталей хімічної апаратури.

Жаростійкі чавуни легують хромом, кремнієм та алюмінієм, які утворюють захисні оксидні плівки. Високохромистий чавун ЧХ 32 використують не тільки як зносостійкий, а і як жаростійкий до температури близько 1150 о. С. З нього виготовляють пічну арматуру, сопла пальників і т. і. Кремністий чавун ЧС 5 Ш (сілан) жаростійкий до температури близько 800 о. С, його використують для топочної арматури котлів та ін. Для цього ж використують і чавун з високою кількістю алюмінію ЧЮ 22 Ш (чугаль), що стійкий до 1100 о. С в середовищах, які містять сірчаний газ та пари води.

Жароміцні чавуни Підвищення жароміцності досягають легуванням великою кількістю нікелю, хрому і марганцю ( ЧН 11 Г 7 Ш, ЧН 19 Х 3 Ш), які мають аустенітну структуру і можуть тривалий час працювати при температурах 700… 9000 С (пічне обладнання).

Хімічний склад легованих чавунів із спеціальними властивостями Марка чавуну С Si Cr Al Інші ЧХ 22 2, 4 -2, 6 0, 2 -1, 0 19, 0 -25, 0 - 0, 15 -0, 35 Ti ЧХ 32 1, 6 -3, 2 1, 5 -2, 5 30, 0 -34, 0 - 0, 1 -0, 3 Ti ЧХ 22 С 0, 6 -1, 0 3, 0 -4, 0 19, 0 -25, 0 - ЧС 5 Ш 2, 7 -3, 3 4, 5 -5, 5 до 0, 2 ЧС 15 0, 3 -0, 8 14, 1 -16, 0 ЧЮ 22 Ш 1, 6 -2, 5 1, 0 -2, 0 ЧН 15 Д 7 2, 2 -3, 0 2, 0 -2, 5 0, 1 -0, 3 - - - 19, 025, 0 - 1, 5 -3, 0 - 14, 0 -16, 0 Ni; 5, 0 -8, 0 Cu