Программа для чтения pdfфайлов. Загл с этикетки диска
 Скачать 5.98 Mb.
|
|
109 МПа (кгс/мм 2 ) Относительное удлинение, % - - 6 1,5 22 10 2 Твердость по Бринеллю, НВ 205* 275** 100- 163 270- 320 140- 170 140- 225 248- 351 Примечание: *При толщине стенки отливки 4 мм; **При толщине стенки отливки 15 мм. Легированный чугун К легированным чугунам относятся чугуны, в составе которых присутствуют легирующие компоненты, придающие чугуну специальные свойства: повышенную износостойкость, жаростойкость, жаропрочность и коррозионную стойкость. Основными легирующими элементами в чугунах, в соответствии с ГОСТ 7769-82 [24], являются хром, никель, медь, марганец, кремний, алюминий. Для обеспечения необходимых свойств и структуры легированные чугуны подвергаются термической обработке [5]. Из легированного чугуна изготавливаются изделия и детали, работающие в условиях агрессивных сред и повышенных температур, а также подверженные большому износу. Влияние примесей В составе промышленного чугуна содержатся те же примеси, что и в составе углеродистой стали, то есть марганец, сера, фосфор и кремний, но в большем количестве, чем в стали [2]. Эти примеси оказывают существенное влияние на условия графитизации и соответственно на формируемую структуру и свойства чугуна. 110 Кремний, усиливая процесс графитизации, сильно влияет на структуру чугуна. Содержание кремния в чугунах согласно действующим нормативным документам [21-23] колеблется в широких пределах: от 0,5% до 3,8%. Марганец в отличие от кремния препятствует графитизации, способствуя тем самым отбеливанию чугуна. Массовая доля марганца в соответствии c нормативными документами [21-23] варьируется в диапазоне от 0,2% до 1,1%. Сера также способствует отбеливанию чугуна, одновременно ухудшая литейные свойства (снижая жидкотекучесть), поэтому количество серы в чугуне ограничивается: верхний предел для мелкого литья составляет приблизительно 0,08%, а верхний предел для более крупного литья, когда допускается несколько худшая жидкотекучесть – 0,1 – 0,12% [2]. Фосфор является полезной примесью, так как практически не влияет на процесс графитизации и улучшает литейные свойства. Массовая доля фосфора в составе чугуна изменяется в пределах от 0,1 до 0,3% [21-23]. Маркировка чугунов Маркировка серого чугуна Согласно ГОСТ 1412-85 [21] условно обозначается двумя буквами СЧ, что означает серый чугун, и цифрами, которые соответствуют величине минимального временного сопротивления при растяжении в МПа·10 -1 (кгс/мм 2 ). Примеры: СЧ-10, СЧ-15, СЧ-20, СЧ-35. Маркировка высокопрочного чугуна В соответствии с ГОСТ 7293-85 [23] обозначается двумя буквами ВЧ, что определяет название «высокопрочный чугун», и цифрами, соответствующими минимальному значению временного сопротивления при растяжении в МПа·10 -1 (кгс/мм 2 ). Примеры: ВЧ-35, ВЧ-50, ВЧ-70, ВЧ-100. Маркировка ковкого чугуна 111 Ковкий чугун согласно ГОСТ 1215-79 [22] имеет аналогичную маркировку буквами КЧ, обозначающими его название, однако после букв присутствует уже группа цифр, первые из которых соответствуют минимальной величине временного сопротивления разрыву в МПа·10 -1 (кгс/мм 2 ), а вторые – минимальному значению относительного удлинения при растяжении в %. Примеры: КЧ 33-8, КЧ 37-12, КЧ 55-4, КЧ 80-1,5. Марки, по которым классифицируются серый, высокопрочный и ковкий чугуны отличаются между собой уровнем механических свойств. Маркировка легированного чугуна Легированный чугунв соответствии с ГОСТ 7769-82 [24] имеет маркировку, в которой вначале стоит буква Ч, обозначающая чугун, а затем буквы и цифры, указывающие на легирующие элементы и их количество. Буква «Ш» в конце маркировки обозначает шаровидную форму графита в чугуне. Примеры: ЧХ3Т, ЧХ28Д2, ЧЮ22Ш, ЧНДХМШ Маркировка специального чугуна Отдельную маркировку имеет антифрикционный чугун. Согласно ГОСТ 1585-85 [25] в его обозначении присутствуют буквы АЧ, означающие наименование «антифрикционный чугун», буквы «С», «В», «К», обозначающие серый с пластинчатым графитом, высокопрочный с шаровидным графитом и ковкий с компактным (хлопьевидным) графитом соответственно и цифра, указывающая порядковый номер марки. Примеры: АЧС-2, АЧВ-2, АЧК-2. Примеры расшифровки маркировки чугуна СЧ-20 Серый чугун, величина минимального временного сопротивления при растяжении 20 кгс/мм 2 ВЧ-20 112 Высокопрочный чугун, величина минимального временного сопротивления при растяжении 70 кгс/мм 2 КЧ 37-12 Ковкий чугун, величина минимального временного сопротивления разрыву 37 кгс/мм 2 , минимальное значение относительного удлинения при растяжении 12%. ЧЮ22Ш Чугун, легированный алюминием в количестве 22% и имеющий в своей структуре шаровидную форму графита. АЧВ-2 Антифрикционный высокопрочный чугун с шарофидным графитом второй марки. Цель работы 1. Изучить превращения в чугунах при охлаждении. 2. Изучить микроструктуру и механические свойства чугунов. Задание 1. Построить кривую охлаждения для белых чугунов с содержанием углерода, указанным преподавателем. 2. Исследовать с использованием микроскопа шлифы белых, серых, ковких и высокопрочных чугунов. Зарисовать микроструктуры исследованных чугунов. Порядок оформления отчета В отчете приводятся: 1. Цель работы и задания по ее выполнению. 113 2. Кривая охлаждения для белого чугуна с заданной концентрацией углерода. 3. Рисунки микроструктур доэвтектического, эвтектического и эаэвтектического белых чугунов, серого, ковкого и высокопрочного чугунов с различной структурой металлической основы. Анализ изученных микроструктур. Контрольные вопросы 1. Определение «белый, серый, ковкий и высокопрочный» чугун. 2. Процесс первичной кристаллизации белых чугунов. 3. Ледебурит и его состав. 4. Структура доэвтектических, эвтектических и заэвтектических чугунов в момент окончания первичной кристаллизации. 5. Вторичная кристаллизация в чугунах. Механизм процесса. 6. Область использования белых чугунов в металлургии. 7. Литейные и механические свойства серого чугуна. 8. Принципиальная схема технологии получения деталей из ковкого чугуна. 9. Структура металлической основы ковкого чугуна. 10. Метод получения высокопрочного (модифицированного) чугуна. 11. Структура металлической основы модифицированного высокопрочного чугуна. 12. Механические свойства высокопрочного чугуна. 13. Обозначение чугунов по ГОСТ. 14. Микроструктура чугунов. 15. Порядок проведения работы. 114 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №6 «ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА УГЛЕРОДИСТЫХ СТАЛЕЙ: ОТЖИГ, НОРМАЛИЗАЦИЯ, ЗАКАЛКА» Термическая обработка – это технологический процесс представляющий собой совокупность операций нагрева до определенной температуры, выдержки при этой температуре и последующего охлаждения в различных средах, проводимых с целью изменения структуры стали для получения лучших технологических и необходимых эксплуатационных свойств материала заготовок. Термическая обработка может проводиться либо как промежуточная операция для улучшения обрабатываемости резанием или давлением, либо как окончательная операция для придания металлу или сплаву необходимого сочетания физических, механических и химических свойств. Основными факторами воздействия при термической обработке являются температура (t) и время (τ), поэтому любой процесс термообработки можно описать графиком, построенным в координатах t – τ (рисунок 6.1). Рисунок 6.1 – График термической обработки в координатах «температура- время» 115 Прямая линия, изображенная под определенным углом на графике, обозначает постоянную скорость нагрева или охлаждения. Горизонтальная линия описывает операцию выдержки при определенной температуре, проводимую определенное количество времени. Температура t 0 соответствует комнатной температуре. Основными параметрами, характеризующими термическую обработку, являются [2]: температура нагрева – максимальная температура, до которой был нагрет сплав (t max )$ время выдержки сплава при температуре нагрева (τ в ); скорость нагрева (v нагр ); скорость охлаждения (v охл ). Термическая обработка включает в себя несколько видов [2,5]: непосредственно термическая обработка (ТО) – термическое воздействие на металл или сплав; термомеханическая обработка (ТМО) – сочетание пластической деформации и последующего термического воздействия на металл или сплав; химико-термическая (ХТО) – сочетание химического и термического воздействия на металл или сплав. К собственно термической обработке относятся отжиг I и II рода, закалка с полиморфным или без полиморфного превращения, отпуск и старение (отпуск при комнатной температуре или небольшом нагреве). Термомеханическая обработка проводится для стареющих сплавов и сталей, закаливаемых на мартенсит. ТМО для стареющих сплавов включает в себя низкотемпературную (НТМО), высокотемпературную (ВТМО), предварительную (ПТМО) и высоконизкотемпературную (ВНТМО) термомеханическую обработку. ТМО сталей, закаливаемых на мартенсит, подразделяется на низкотемпературную (НТМО), высокотемпературную 116 (ВТМО), высокотемпературную изотермическую (ВТМИзО), предварительную (ПТМО) и термомеханическую обработку с деформацией во время перлитного превращения (ТМИзО). Химико-термическая обработка делится на операции диффузионного насыщения неметаллами (цементация, азотирование, оксидирование, борирование, цианирование и нитроцементация), диффузионного насыщения металлами (алитирование, хромирование, силицирование и др.), а также диффузионного удаления элементов (обезводороживание, обезуглероживание). Термомеханическая и химико-термическая обработка являются разновидностями основной термической обработки, но с применением дополнительных видов воздействий. Основными видами ТО являются: отжиг, нормализация (одна из разновидностей отжига), закалка и отпуск. Отжиг Отжигом называется операция нагрева металла или сплава ниже или выше температур фазовых превращений, выдержка при этой температуре и последующее очень медленное охлаждение (чаще всего вместе с печью). Отжиг, проводимый с целью уменьшения химической и физической неоднородности металла или сплава, созданной предшествующими обработками, и не связанный с прохождением фазовых превращений, называется отжигом I рода. Отжиг, проводимый с целью получения устойчивого равновесного состояния структуры, которое достигается за счет протекающих во время этой операции фазовых превращений, называется отжигом II рода. Отжиг I рода делится на гомогенизированный (диффузионный), рекристаллизационный и отжиг для снятия остаточных напряжений [1,5]. Гомогенизационный (диффузионный) отжиг применяют для устранения химической неоднородности (дендритной и 117 внутрикристаллитной ликвации) слитков легированной стали, которая снижает ее механические свойства, в особенности пластичность и ударную вязкость. Гомогенизационный отжиг проводится при высоких температурах, порядка 1000 – 1200°С [1,3,26], так как при такой температуре лучше протекают диффузионные процессы, позволяющие практически полностью выровнять химический состав стали. При диффузионном отжиге необходима продолжительная выдержка, составляющая приблизительно от 8 до 20 часов [1,3,26], так как при повышенной температуре атомы в кристаллической решетке становятся очень подвижными, и им нужен большой запас времени, чтобы в процессе диффузии заполнить все неоднородности структуры. В результате гомогенизационного отжига получается крупное зерно, однако при последующей обработке давлением этот недостаток устраняется. Рекристаллизационный отжиг проводится для сталей, подвергнутых операции холодного деформирования, и заключается в их нагреве выше температуры рекристаллизации, выдержке при этой температуре и последующем охлаждении, проводимые с целью повышения пластичности. Данный вид отжига проводят перед холодной обработкой давлением, как промежуточную операцию для снятия наклепа между операциями холодного деформирования, а в некоторых случаях и в качестве окончательной термической обработки. Температуры рекристаллизационного отжига углеродистых сталей лежат в диапазоне 650 – 710°С [1,3] и зависят от их состава. Отжиг для снятия остаточных напряжений применяют в основном для изделий, в которых сохранились внутренние напряжения, возникшие в результате предшествующих технологический процессов (обработка резанием, давлением и т.д.). Температурный интервал такого отпуска для углеродистых сталей составляет 550 – 680°С [1,27], для других металлов и сплавов он лежит в более широком диапазоне: 160 – 700°С [1,27]. 118 Отжиг II рода представляет собой нагрев металла или сплава выше температур фазовых превращений (выше критических точек A c3 или A c1 ), выдержке при этих температуре и последующем медленном охлаждении с печью. Такой отжиг приводит структуру металла или сплава к практически равновесному состоянию (Ф+П – в доэвтектоидных сталях, П – в эвтектоидных сталях, П+Ц 2 – в заэвтектоидных сталях), снижая его твердость и прочность, оставляя его при этом достаточно пластичным. В результате отжига II рода зерно в структуре измельчается. Отжиг II рода делится на полный, неполный и изотермический. Полный отжиг заключается в нагреве доэвтектоидных сталей на 30 – 50°С выше температуры, соответствующей критической точке A c3 , выдержке при этой температуре для полного прогрева и завершения фазовых превращений в объеме металла и последующем медленном охлаждении (для углеродистых сталей со скоростью 100 – 200°С/ч) [1,3]. Применяют его, чтобы получить мелкозернистую структуру, снизить твердость и прочность и обеспечить высокую вязкость и пластичность. Неполный отжиг отличается от полного тем, что нагрев необходимо проводить до более низкой температуры, немного выше A c1 . Неполный отжиг в доэвтектоидных сталях сопровождается частичной перекристаллизацией (переходом перлита в аустенит и лишь частичным превращением избыточного феррита в аустенит). Поэтому для таких сталей его используют редко, в основном в случаях, когда отсутствует перегрев, ферритная полосчатость [1], и требуется только снижение твердости для улучшения обработки резанием. Главным образом неполный отжиг применяют для заэвтектоидных сталей, в которых нагрев выше точки A c1 на 10 – 30°С вызывает практически полную перекристаллизацию стали и способствует образованию зернистой формы перлита вместо пластинчатой [3], такой отжиг еще называют сфероидизирующим [1,27]. 119 Температуры нагрева при разных видах отжига представлены на рисунке 6.2. Рисунок 6.2 – Схематичное обозначение температур нагрева при разных видах отжига Изотермический отжиг проводится в основном для легированных сталей и заключается в их нагреве до температуры на 30 – 50°С выше A c3 , сравнительно быстром охлаждении (обычно переносом в другую печь) до температуры, находящейся на 100 – 150°С ниже A c1 , изотермической выдержке при этой температуре в течение примерно 3 – 6 ч, необходимой для полного распада аустенита, и последующем охлаждении на воздухе (рисунок 6.3) [1,27]. 120 Рисунок 6.3 – Схема изотермического отжига Преимуществами такого отжига является уменьшение длительности процесса перекристаллизации, особенно для легированных сталей, которые при проведении полного отжига приходится очень медленно охлаждать для требуемого снижения твердости, и получение однородной структуры, за счет выравнивания температуры по сечению изделия во время изотермической выдержки и протекания превращения по всему объему при одинаковой степени переохлаждения. Нормализация Нормализация – это операция термической обработки, представляющая собой нагрев доэвтектоидной стали до температуры на 40 – 50°С выше A c3 или заэвтектоидной – на 40 – 50°С выше A cm (рисунок 6.4), непродолжительную выдержку и охлаждение на воздухе [1, 27]. 121 Рисунок 6.4 – Схематичное обозначение температур нагрева при нормализации Нормализация способствует полной фазовой перекристаллизации стали и устранению крупнозернистой структуры, которая получается в результате предшествующих технологических операций (литье, прокатка, штамповка, ковка). Ускоренное охлаждение на воздухе, проводимое при нормализации, вызывает распад аустенита при более низких температурах, что в свою очередь повышает дисперсность феррито-цементитной смеси, формируя вместо перлита троостит или сорбит [5]. Вместе с трооститом или сорбитом в доэвтектоидных и заэвтектоидных сталях будут присутствовать избыточный феррит и цементит соответственно. Нормализованная сталь в отличие от отожженной имеет более высокую прочность и твердость. Назначение нормализации зависит от состава стали [1]. Для низкоуглеродистых сталей нормализация заменяет отжиг, так как обеспечивает большую производительность при обработке резанием и получение более чистой поверхности. Для среднеуглеродистых сталей |