Высокопрочный чугун с шаровидным графитом доц Сироткин С

Высокопрочный чугун с шаровидным графитом доц. Сироткин С. А. высокопрочный чугун

Высокопрочный чугун с шаровидным графитом 1. 2. 3. 4. Основные характеристики, марки и свойства высокопрочного чугуна. Процесс обработки чугуна в жидком состоянии для получения ЧШГ. Составы, применяемых сфероидизи -рующих модификаторов. Современные способы сфероидизи высокопрочный чугун -рующего модифицирования 2

Применение отливок из ЧШГ n Высокопрочные чугуны с шаровидным графитом используют для замены литой стали в изделиях ответственного назначения (валки горячей прокатки, станины и рамы прокатных станов, молотов и прессов). По сравнению со сталью они обладают несравненно более высокими литейными свойствами и на 8– 10 % меньшей плотностью (последнее позволяет снизить массу машин). Даже поковки ответственного назначения из легированных сталей можно заменять на отливки из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом. Классический пример этого — тяжелонагруженные коленчатые валы дизельных, в том числе автомобильных двигателей, к которым предъявляют высокие требования по статической и усталостной прочности. высокопрочный чугун 3

Маркировка ЧШГ n n При введении в чугун перед разливкой » 0, 5 % магния или церия графит кристаллизуется в шаровидной или близкой к нему форме. Этот процесс называется модифицированием. Шаровидный графит в меньшей степени, чем пластинчатый, ослабляет сечение металлической матрицы и, главное, не является таким сильным концентратором напряжений. Это обстоятельство в сочетании с возможностью формировать необходимую структуру металлической матрицы позволяет придавать чугунам высокую прочность, пластичность и повышенную ударную вязкость. Чугуны с шаровидным графитом, используемые в промышленности с 40 -х годов, называют высокопрочными и, в соответствии с ГОСТ 7293– 85, маркируются буквами ВЧ, за которыми следует число, указывающее значение временного сопротивления при растяжении в МПа · 10– 1 (например ВЧ 50). высокопрочный чугун 4

Сдаточные характеристики n Сдаточными (гарантируемыми) характеристиками высокопрочных чугунов являются σв и σ0, 2 , а при наличии требований в нормативно-технической документации допускается устанавливать значения относительного удлинения δ , твердости НВ и ударной вязкости KCV в соответствии с нормами, указанными в ГОСТ 7293– 85. высокопрочный чугун 5

Рекомендуемый химический состав (масс. %) высокопрочных чугунов (ГОСТ 7293– 85) Мар ка С* Si* Mn P не более чугу на ВЧ 35 3, 3– 3, 8 1, 9– 2, 9 0, 2– 0, 6 ВЧ 40 3, 3– 3, 8 1, 9– 2, 9 0, 2– 0, 6 ВЧ 45 3, 3– 3, 8 1, 9– 2, 9 0, 3– 0, 7 ВЧ 50 3, 2– 3, 7 1, 9– 2, 9 0, 3– 0, 7 ВЧ 60 3, 2– 3, 6 2, 4– 2, 6 0, 4– 0, 7 ВЧ 70 3, 2– 3, 6 2, 6– 2, 9 ВЧ 80 3, 2– 3, 6 2, 6– 2, 9 S Cr Другие 0, 1 0, 0 2 0, 0 5 – 0, 1 0, 0 2 0, 1 5 0, 3 Cu; 0, 4 Ni 0, 4– 0, 7 0, 1 0, 0 15 0, 1 5 0, 4 Cu; 0, 6 Ni 0, 4– 0, 7 0, 0 0, 1 0, 6 Cu; 0, 1 высокопрочный чугун 1 5 0, 6 Ni 6

Марки и характеристики механических свойств высокопрочных чугунов (ГОСТ 7293– 85) Таблица n s в, МПа (кгс/мм 2) s 0, 2, МПа (кгс/мм 2) d, % НВ не менее Марки чугуна ВЧ 35 350 (35) 220 (22) 22 140– 170 ВЧ 40 400 (40) 250 (25) 15 140– 202 ВЧ 45 450 (45) 310 (31) 10 140– 225 ВЧ 50 500 (50) 320 (32) 7 153– 245 ВЧ 60 600 (60) 370 (37) 3 192– 277 ВЧ 70 700 (70) 420 (42) 2 228– 302 ВЧ 80 800 (80) 480 (48) 2 248– 351 ВЧ 1000 (100) 700 (70) 2 270– 360 высокопрочный чугун 7

Пробы для изготовления образцов для мехиспытаний высокопрочный чугун 8

Обработка чугуна в жидком состоянии n n 1. Десульфурация (при необходим. ) 2. Предсфероидизирующее (первичн. ) модифицирование 3. Сфероидизирующее модифицирование 4. Послесфероидизирующее (вторичн) модифицирование высокопрочный чугун 9

Десульфурация высокопрочный чугун 10

Предсфероидизирующее (графитизирующее инокулиров. ) n n n 1. Малые добавки (0. 10 -0. 15%) графита, карбида кремния, ферросилиция или силикокальция. 2. Смесевой модификатор Refloy 10 (Mg+Ca+Ba+F+РЗМ)>10%; Si=45 -55%; Fe – ост. ) в кол-ве 0. 1 -0. 2% от массы расплава. 3. Фракционированный «чипсмодификатор» ALCAR (25 -30% Ca, 3 -5% РЗМ, 1 -3% Mg, 5 -10% Fe, Al – ост. ) в кол-ве 0. 03% от массы расплава. высокопрочный чугун 11

Способы сфероидизирующего модифицирования. высокопрочный чугун 12

«Сэндвич- процесс» высокопрочный чугун 13

Другие способы модифицир. высокопрочный чугун 14

Зависимость остаточного содержания Mg от толщ. стенки %Mg=0. 008∑(% C+% Si) + 0. 045 δ, где δ – толщина стенки отливки Оптимальное количество остаточного магния, необходимое для формирования сферического графита, составляет 0, 03 -0, 05%, при этом точное количество зависит от скорости охлаждения (при больших высоких скоростях охлаждения требуется меньшее количество). Если содержание остаточного магния слишком низкое, то графит приобретает недостаточно шаровидную форму, и в результате механические свойства ухудшаются. С другой стороны, слишком большое количество остаточного магния способствует образованию карбида, который также является вредным. высокопрочный чугун 15

Составы сфероидизирующих модификаторов высокопрочный чугун 16

Послесфероидизирующее (вторичное) модифицирование n 1. Обработка расплава графитизи-рующими модификаторами, чаще всего ферросилицием ФС 75 с добавками Са, Ва, Ал и др. после сфероидизирующей обрабо-тки. Содержание Ал в модификаторе не должно превышать1. 0 -1. 5%, так как алюминий способствует образованию ситовидной пористости в отливке при использовании сырой формы. Вторичное инокулирование увеличивает количество зародышей графита, улучшает форму включений, подавляет образование карбидов, способствует ферритизации металлической основы, снижает склонность к образованию усадочных дефектов. высокопрочный чугун 17

Реализация процесса вторичного модифицирования n n n - за счет ввода модификатора на дно ковша под струю металла; - одновременно со сфероидизирующим модификатором; Расход модификатора зависит от его состава и способа ввода, способа сфероидизации включений графита, химического состава чугуна, толщины стенки отливки и др. При использовании для сфероидизации магния или тяжелых лигатур на его основе расход ФС 75 при ковшевом модифицировании составляет 0. 6 -1. 0 %, при внутриформенном – 0. 1 -0. 2 %. При использовании комплексных сфероидизирующих модификаторов расход ФС 75 снижается. высокопрочный чугун 18

Виды термообработки ЧШГ n n n отжиг при 500– 600 °С для снижения литейных напряжений; графитизирующий отжиг для устранения отбела и формирования ферритной или феррито–перлитной структуры металлической основы; нормализация для исправления структуры и получения перлитной металлической основы с повышенными механическими свойствами. Нормализация осуществляется путем нагрева отливок до 850– 950 °С с последующим охлаждением на воздухе; закалка и низкий отпуск. Температура закалки 850– 900 °С; время выдержки зависит от размеров отливки и исходной структуры металлической основы и составляет 0, 5– 3 ч; охлаждение в масле, обеспечивающее получение мартенситной структуры. Низкий отпуск проводят для снятия внутренних напряжений при температуре 250– 380 °С; изотермическая закалка по сравнению с обычной исключает возможность образования закалочных трещин и коробления, снижает внутренние термические напряжения и обеспечивает высокопрочный чугун 19 более высокий комплекс прочностных свойств

n Рис. высокопрочный чугун 20

Структуры высокопрочного ЧШГ высокопрочный чугун 21

Примеры отливок из ЧШГ высокопрочный чугун 22

Продолжение высокопрочный чугун 23

Фото отливок из ЧШГ n Рис. высокопрочный чугун 24

ОАО ЛМЗ «Свободный Сокол» n выпускает трубы из ВЧШГ по технологии и на оборудовании ведущих европейских фирм: Понт-а. Муссон и Будерус. высокопрочный чугун 25

Трубы из ВЧШГ высокопрочный чугун 26