Лабораторная работа 30.09.22. Задача Опишите микроструктуру и свойства отливок из ковкого чугуна. Приведите примеры маркировки ковкого чугуна по Государственному стандарту. Изложите технологические особенности получения отливок из ковкого чугуна и укажите области их применения. Решение
 Скачать 465.97 Kb.
|
|
Задача 1. Опишите микроструктуру и свойства отливок из ковкого чугуна. 2. Приведите примеры маркировки ковкого чугуна по Государственному стандарту. 3. Изложите технологические особенности получения отливок из ковкого чугуна и укажите области их применения. Решение: Основной особенностью микроструктуры ковкого чугуна (КЧ), определяющей его свойства, является наличие компактных включений графита, что придаст чугуну высокую прочность и пластичность. Обезуглероженный КЧ является единственным конструкционным чугуном, который хорошо сваривается и может быть использован для получения сварно-литых конструкций. Детали можно соединять дуговой сваркой в среде защитного газа и стыковой сваркой с оплавлением. Ковкий чугун хорошо поддастся запрессовке, расчеканке и легко заполняет зазоры. Отливки из ферритного КЧ можно подвергать холодной правке, а из перлитного — правке в горячем состоянии. Применяемый в промышленности ковкий чугун получается в результате графитизирующего отжига белого чугуна. Матрица ковкого чугуна может быть, как ферритной, так и перлитной. Основные преимущества ковкого чугуна заключаются в однородности его свойств по сечению, практическом отсутствии напряжений в отливках, высоких механических свойствах и очень хорошей обрабатываемости резанием. Механические свойства ковкого чугуна регламентируются ГОСТ 1215-79 (табл. 1). В основу маркировки и стандартизации ковкого чугуна положен принцип регламентирования допустимых значений механических свойств при растяжении  и  Так же, как в сером и высокопрочном, в ковком чугуне твердость зависит главным образом от матрицы, а прочность и пластичность — от матрицы и графита.В отличие от чугуна с шаровидным графитом, большое влияние оказывает не только форма, но и количество графита. В связи с этим максимальной прочности можно достичь при дисперсном перлите и малом количестве наиболее компактного графита, а наибольшей пластичности — при феррите и таком же графите. Кроме свойств, обусловленных ГОСТом, в некоторых случаях представляют интерес и другие свойства, приведенные в табл. 2-4 Влияние химического состава на механические свойства ковкого чугуна проявляется в изменении структуры металла и степени легированности феррита и перлита. Углерод в ковком чугуне является главным элементом, изменение содержания которого непосредственно определяет механические свойства. Чем выше марка ковкого чугуна, тем ниже должно быть содержание углерода, так как при этом не только уменьшаются количество графита и его размеры, но и улучшается его форма.     Основные физические свойства ковкого чугуна различных типов приведены в табл.5.  Влияние кремния на свойства ковкого чугуна в целом подобно рассмотренному выше его влиянию на свойства чугуна с шаровидным графитом. Повышение содержания кремния в допускаемых пределах увеличивает предел прочности и твердость и понижает коэффициент температурного расширения вследствие легирования феррита. Марганец сверх количества, необходимого для связывания серы, оказывая тормозящее влияние на графитизацию и легируя феррит, снижает пластичность ковкого чугуна и повышает при этом прочность и твердость. Сера, способствуя перлитизации структуры, повышает прочность и твердость ковкого чугуна. В КЧ сера, препятствуя ферритизации структуры, улучшает форму графита. Более совершенная форма графита при повышенном содержании серы делает перлитный ковкий чугун с отношением серы к марганцу в пределах 1,0-2,0 благоприятным конструкционным материалом. Допустимое содержание фосфора в ковком чугуне обычно принимается до  . При повышении содержания фосфора в ковком чугуне механические свойства изменяются подобно механическим свойствам чугуна с шаровидным графитом. Понижение содержания фосфора вызывает смещение порога хрупкости ковкого чугуна в сторону отрицательных температур.Действие большинства легирующих элементов на механические свойства ковкого чугуна в целом подобно рассмотренному ранее легированию серого чугуна. При этом следует, конечно же, иметь в виду, что технология производства ковкого чугуна предусматривает отжиг. Маркировка ковких чугунов По рекомендации ГОСТ 1215—79 маркировка ковкого чугуна содержит первые буквы его названия — КЧ. Следующие за ними две цифры отражают временное сопротивление, иными словами, сопротивление разрушению и деформации — КЧЗО. Третья относится к относительному удлинению — величине пластической деформации материала при растяжении, и обозначается в процентах — КЧЗО-6. Кроме того, марки ковкого чугуна имеют градацию в зависимости от структуры. Так, к классу ферритных или ферритно-перлитных относятся марки КЧ 30-6; КЧ 33-8; КЧ 35-10; КЧ 37-12. Перлитная структура представлена в ковких чугунах марок: КЧ 45-7; КЧ 50-5; КЧ 55-4; КЧ 60-3; КЧ 65-3; КЧ 70-2; КЧ 80-1,5. ГОСТ 26358 - 84 регламентирует механические свойства марок ковкого чугуна: временное сопротивление разрыву, твердость по Бринеллю  , относительное удлинение. Разрешено отклонение только в величине пластической деформации не более  , и то лишь по согласованию с потребителем.Получение ковкого чугуна Белый чугун в литом виде вследствие своей высокой твердости и хрупкости не находит широкого применения. Изделия из белого чугуна являются исходным продуктом для получения ковкого чугуна с помощью термической обработки. Для этой цели используют белый чугун, который содержит   и  Исходная структура белого чугуна — перлит и ледебурит. Структура ледебурита встречается во всех белых чугунах, т.е. в железоуглеродистых сплавах с содержанием углерода более  , который присутствует в сплаве в форме цементита.Ледебурит при комнатной температуре представляет механическую смесь перлита и цементита. Отжиг на ковкий чугун производят в нейтральной среде (  или  ) для защиты от обезуглероживания и окисления, в специально предназначенных для этой цели печах непрерывного действия.Детали укладывают на специальные поддоны, которые размещаются на роликовом поде. Поддоны проталкиваются с определенной скоростью по роликам. Длина камер нагрева первой и второй стадии отжига назначается с таким расчетом, чтобы детали находились в камерах необходимое для данной температуры время. Отжиг на ковкий чугун производится по режиму, показанному на рис. 1. Первая стадия отжига преследует цель разложения цементита, входящего в состав ледебурита; в перлите цементит сохраняется. Вторая стадия отжига преследует цель разложения цементита, входящего в состав перлита.  В результате прохождения только одной стадии отжига получают ковкий чугун со структурой псрлит+фсррит+углсрод отжига. Такой чугун называют перлитным (перлитно-ферритным, рис. 2, а)  Он обладает хорошими прочностными свойствами, но невысокой пластичностью. Чугун с такой структурой используется в деталях, работающих на изгиб и трение. Для повышения прочности чугун можно подвергать закалке и высокому отпуску, что улучшает его механические свойства. После полного цикла отжига структура чугуна состоит из феррита и углерода отжига, т.е. образуется ферритный ковкий чугун фис. 2, б). Применяют и другой способ получения ковкого чугуна Нагрев изделий производится в окислительной среде, вследствие чего происходит выгорание углерода с поверхности, вызывающее снижение твердости и некоторое повышение пластических свойств, а также улучшение обрабатываемости. В центре такой чугун сохраняет структуру белого чугуна. Полученный этим методом чугун называют белоссрдечным в отличие от черноссрдечного, получаемого при отжиге в нейтральной среде по вышеописанному способу. При таком способе детали из белого чугуна загружают в ящики, пересыпают окалиной или рудой и нагревают в обычных камерных печах. Отжиг ковкого чугуна является весьма длительной операцией. В настоящее время разработано много способов ускоренного отжига ковкого чугуна — предварительная закалка, отжиг в расплавленных солях при очень высоких температурах  и др.Все эти мероприятия сокращают длительность отжига на ковкий чугун. При плавке в вагранках обычно получают серый чугун, содержащий более  углерода. Поэтому чугун с более низким содержанием углерода обычно получают последовательной плавкой в двух печах: вагранке и электропечи.Шихтовые материалы сначала расплавляют в вагранке, а получаемый из нее расплав сливают в электрическую дуговую печь, где он дополнительно разогревается и доводится до требуемого химического состава. Таким путем удается получить чугун с более низким содержанием углерода и кремния. На рис.3 показана схема трехфазной дуговой электропечи для получения ковкого чугуна. Через свод в полость печи входят три графитовых электрода 1, которым подводится от трансформатора трехфазный электрический ток. Между электродами и ванной расплава образуется электрическая дуга, служащая источником тепла.  Подина печи 4 опирается на специальное устройство, благодаря чему печь может поворачиваться для слива расплава в разливочные ковши. Свод печи 2 съемный, что облегчает ее ремонт. Движение электрода вверх и вниз осуществляется автоматически в зависимости от электрического сопротивления дуги. При увеличении расстояния от поверхности расплава до конца электрода сопротивление дуги увеличивается и привод опускает электрод; при уменьшении сопротивления дуги электрод поднимается. Процесс доводки расплава по химическому составу в такой печи протекает непрерывно. Расплав из вагранки заливается в печь через заливочное окно 3 и после доводки химического состава его сливают в ковши через окно 5 для транспортировки к местам заливки литейных форм. Полученные отливки подвергаются отжигу и называются отливками из ковкого чугуна. Применение ковкого чугуна Отливки из ковкого чугуна широко используются во многих отраслях промышленности для широкого спектра номенклатуры деталей ответственного назначения: автомобилестроение, тракторное и сельскохозяйственной машиностроение, вагоностроение, судостроение, электропромышленность, станкостроение, санитарно-техническое и строительное оборудование, тяжелое машиностроение и пр. При этом масса отливок может быть от нескольких граммов до  , минимальная толщина стенок отливки  , максимальная для обезуглероженного чугуна  , для графитизированного  , а в отдельных случаях до  .Можно с уверенностью утверждать, что, обладая механическими свойствами, близкими к литой стали и ЧШГ, высоким сопротивлением ударным нагрузкам при комнатной и низких температурах, износостойкостью, лучшей, чем ЧШГ, обрабатываемостью резанием и свариваемостью, КЧ сохранит в ближайшие годы свое применение, особенно для мелких отливок, сварных конструкций, несмотря на склонность к образованию трещин и энергоемкость получения готовых отливок. Отливки из ковкого чугуна применяют для деталей, работающих при ударных и вибрационных нагрузках. Из ферритных чугунов изготавливают картеры редукторов, ступицы, крюки, скобы, хомутики, муфты, фланцы. Из перлитных чугунов, характеризующихся высокой прочностью, достаточной пластичностью, изготавливают вилки карданных валов, звенья и ролики цепей конвейера, тормозные колодки. |