Характеристика чавунів

Чавунами називають сплави заліза, які містять до мішки вуглецю, кремнію, марганцю, сірки й фосфору. Вміст вуглецю у різних сортах чавунів коливається в межах від 2 до 4,5%. Наявність вуглецю знижує температуру плавлення чавуну і підвищує його рідкотекучість.

Вуглець що містится у Чавуні, може виділятися х нього під час тверднення у вільному стані у вигляді графіту або вступати у сполуки з залізом з наступним утворенням цементиту.

Кремнію в різних сортах чавуну міститься від 0,5 до 4,5%. Вміст кремнію в чавуні сприяє розпаду цементиту.

Марганець навпаки — перешкоджає розпаду цементиту і утворює з сіркою хімічну сполуку Мп5, а з вуглецем —• хімічну сполуку Мп3С, яка називається карбідом марганцю. Карбід марганцю частково розчиняється у цементиті і підвищує його стійкість. Оскільки сірка має властивості відбілювання, що переважають приблизно в шість разів ці властивості марганцю, то сірчиста сполука Мп5 є ефективним засобом для видалення сірки з чавуну.

Сірка потрапляє в чавун з паливом і рудою і є шкідливою домішкою. Наявність її сприяє утворенню газових пузирів, тому вміст сірки у чавунах не повинен перевищувати 015%.

Вміст фосфору в чавунах коливається в середньому від 0,3 до 0,65%.

Фосфіди Ре3Р, цементит і ферит утворюють у чавунах точкові евтектики, які мають високу твердість, підвищують пружні властивості чавуну і його опір зношуванню.

35Чавуни поділяють на білі, сірі, модифіковані і ковкі.

У білому чавуні весь вуглець перебуває в зв'язаному стані у вигляді цементиту. Мікроструктура чавуну складається з перліту, цементиту і ледебуриту, що забезпечує цим чавунам високу твердість і зносостійкість, а також надає їм крихкості й опірності при механічній обробці. Через велику крихкість і твердість білі чавуни рідко застосовують у машинобудуванні.

Найчастіше їх застосовують для виготовлення прокатних і мукомельних валків та інших подібних деталей. При цьому при виготовленні прокатних валків поверхня чавуну відбілюється, а всередині деталь складається з сірого чавуну.

На рис. 35 зображено мікроструктуру чавунів з різною формою графіту, що входить до їх складу.Звичайний сірий пєрлітний чавун складається з металевої основи, яка являє собою евтектоїдну сталь, і графітних вкраплень, утворених при розпаді цементиту, ледебуриту і вторинного цементиту. Сірий феритний чавун також складається із металевої основи (доевтектоїд- ної сталі) і графітних вкраплень, що утворюються при розпаді цементиту ледебуриту, вторинного цементиту і цементиту перліту.

Для структури звичайних сірих чавунів характерна пластинчаста форма графіту (рис. 35, а і 36, а). Графіт має низькі механічні властивості. Через це чавун можна розглядати як сталь, яка має порожнини й тріщини різної форми. Порожнини і тріщини роз'єднують металеву основу. Отже, якщо графітні вкраплення утворюють замкнений кістяк, то чавун має найбільш низькі механічні властивості.

36Графіт, що міститься у високоміцному модифікованому чавуні, має кулеподібну форму (рис. 35, б і 36, б). Така форма графіту не створює у чавуні великих концентрацій напруг і такі його включення не є тріщинами у чавуні. Таким чином, чавун із кулеподібною формою графіту більш міцний, ніж звичайний сірий чавун.

У ковкому чавуні графіт має пластівчасту форму (рис. 35, в і 36, в). Така форма графіту забезпечує більш високу міцність чавуну в порівнянні із звичайним сірим чавуном, але ковкий чавун поступається у міцності модифікованому чавуну з кулеподібним графітом.

На міцність чавунів помітно впливає будова сталистої основи. Чавун з дрібнокристалічною перлітною або феритною сталистою основою більш міцний, ніж чавун з крупнозернистою сталистою структурою. Отже, міцність звичайних сірих, ковких і модифікованих чавунів залежить від форми графітних включень і від сталистої основи.

Велике значення при виробництві чавунів мають різні домішки. Вміст вуглецю в сірих чавунах не повинен перевищувати 4,3%, бо з підвищенням вмісту вуглецю збільшується кількість вкраплень графіту, які послаблюють металеву основу чавуну.

Кремній є графітоутворюючою домішкою. У ливарних чавунах вміст кремнію становить від 1 до 3%. При максимальному вмісті кремнію дістають ферито-гра- фітний чавун, а при малому вмісті кремнію і при певній швидкості охолодження литих деталей — ферито-перлі- то-графітний чавун, або перлІтО-графітний чавун.

Марганець зумовлює відбілювання чавуйіб, тобто його вплив протилежний впливові кремнію. Він сприяє більш дрібним виділенням графіту, видаленню сірки з рідкого чавуну, але збільшує усадку і крихкість його. У сірому чавуні вміст марганцю звичайно становить 0,5-1%.

Наявність сірки знижує рідкотекучість чавунів, збільшує усадку, призводить до крихкості і схильності до утворення тріщин у чавунах. Вміст сірки в чавунах не повинен перевищувати 0,12%. При невеликій кількості марганцю сірка відбілює чавун.

Вміст фосфору не впливає на швидкість графітоутво- рення в сірих чавунах, але підвищує їх твердість і знижує в'язкість, тобто погіршує механічні властивості. Однак, наявність фосфору поліпшує ливарні якості чавунів, знижує температуру плавлення, підвищує рідкотекучість. При звичайному литті вміст фосфору повинен бути в межах 0,1—0,9%, при високоякісному литті — не більш як 0,4%.

Легуючі елементи (нікель, хром, мідь, молібден, алюміній та ін.) обумовлюють більш дрібну будову графіту, зміцнюють сталисту основу і забезпечують різні фізико- механічні властивості чавунів.

Щоб мати високоміцні, жаростійкі, фрикційні і антифрикційні чавуни, у них додають різні легуючі елементи в кількості від сотих проценту до 15—30%-

Модифікація чавуну полягає у додаванні в чавун перед розливанням його у форми магнію, церію, силіко- алюмінію, силікокальцію в кількості від 0,1 до 1%. Модифікатори, розчинюючись у рідкому чавуні, утворюють центри кристалізації, чим сприяють утворенню кулеподібної форми графіту та дрібнокристалічної будови сталистої основи.

На утворення структур сірого чавуну значною мірою впливає швидкість охолодження виливків. Із зменшенням швидкості охолодження у чавуні збільшується вміст графіту. Вибір швидкості охолодження зумовлюється товщиною стінок виливка. Чим більша товщина стінки виливка, тим меншою повинна бути швидкість її охолодження. З метою графітизації цементиту виливки з ковких і модифікованих чавунів піддають відпалу у різних режимах.

Наприклад, відпалювання ковкого чавуну складається з таких етапів: перший етап — нагрівання протягом 14 год до 400° С; другий етап — нагрівання від 400 до 1000° С протягом 16 год; третій етап — видержка при температурі 1000° С протягом 11 год; четвертий етап — охолодження від 1000 до 740° С протягом 2 год; п'ятий етап — поступове охолодження від 740 до 720° С протягом 12 год і шостий етап — охолодження на повітрі до нормальних температур.

Високоміцний чавун марки ВЧ40-10 відпалюють за таким режимом: спочатку чавун рівномірно нагрівають до 950° С протягом 3—4 год, потім його витримують при температурі 950° С протягом 4 год, після чого охолоджують при температурі від 950 до 750° С протягом 1 год, далі його видержують 6 год, при температурі 750° С, після чого знову охолоджують з 750 до 640° С протягом 0,5 год. Останнє охолодження чавуну, обробленого за таким режимом, проводять на повітрі.

Останнім часом сірий, ковкий і модифікований чавун широко застосовують у машинобудуванні. З модифікованого високоміцного чавуну виготовляють колінчасті вали та інші відповідальні деталі різних машин і механізмів. Ковкий чавун використовують для виробництва сільськогосподарських машин. Звичайний сірий чавун використовують в основному для виготовлення складних за формою деталей, що працюють без ударних навантажень на стискання. Для виготовлення пічної арматури, яка працює при температурі до 950° С, застосовують чавун, що містить 20—24% алюмінію, або чавун з вмістом близько 10% алюмінію. Високолеговані хромисті чавуни, що містять до 30% хрому, застосовують для виготовлення виливків, стійких в окислювальних середовищах, кислотах, лугах, у атмосфері, в якій є сірчаний газ. Такі виливки можуть працювати при 1100—1150°С протягом 5000 год. Сірий чавун з 2—5%> нікелю застосовують для виробів з підвищеною стійкістю проти спрацювання або підвищеним електроопором.

У табл. 12 наведено дані про деякі механічні властивості, що характеризують звичайні сірі, ковкі та високоміцні модифіковані чавуни.

Марки чавунів позначаються відповідно до ГОСТ 1412—70. У позначці марки сірого чавуну зазначено границю міцності на розтягання (перші дві цифри) і на згин (останні дві цифри), наприклад: СЧ12-28,

СЧ15-32; СЧ18-36; СЧ21-40; СЧ24-44; СЧ26-48; СЧ32-52; СЧ35-56; СЧ38-60.

У позначці марок високоміцних чавунів перші дві цифри вказують на границю його міцності на згин, а останні дві — процент видовження; наприклад: ВЧ45-0; ВЧ50-1.5; ВЧ60-2; ВЧ45-5; ВЧ40-10 (ГОСТ 7293—70). Ковкі чавуни маркіруються аналогічно високоміцним чавунам: КЧЗО-6; КЧЗЗ-8; КЧ35-10; КЧ37-12 (ГОСТ 1215— 59)..

Спеціальні жаротривкі чавуни маркіруються з вказівкою на процентний вміст легуючих елементів, наприклад ЖЧНДХ15-7-2; ЖСЧСШ5,5-0,1/ Тут ЖЧ — жароміцний чавун, С — кремній, Н — нікель, Д — мідь, X — хром, Ш — магній. Цифри вказують на середній вміст елементів. Антифрикційні чавуни маркірують так: АСЧ-1; АСЧ-2; АВЧ-2; АКЧ-1; АКЧ-2.

26.12.2015
3278

Комментарии

Нет комментариев. Ваш будет первым!