Изготовление отливок из чугуна с пластинчатым графитом

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Калужский филиал федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования

«Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана»

(КФ МГТУ им. Н.Э. Баумана)

Факультет: «Машиностроительные технологии»

Кафедра: «Технологии обработки материалов»

Реферат

По дисциплине: «Технология конструкционных материалов»

На тему: «Изготовление отливок из чугуна с пластинчатым графитом»

Выполнил: студент гр. ТМД.Б-31

Тертычный В.Г.

Проверил: Филиппова И.А.

Калуга, 2016 г.

Оглавление

Введение

1. Чугун с пластинчатым графитом (ЧПГ) как основной литейный сплав в машиностроении

2. Пути повышения прочностных свойств серого чугуна

Заключение

Список использованной литературы

Введение

Структура серого (литейного) чугуна состоит из металлической основы с графитом пластинчатой формы, вкрапленным в эту основу. Такая структура образуется непосредственно при кристаллизации чугуна в отливке в соответствии с диаграммой состояния системы Fe - С (стабильной). Причем, чем больше углерода и кремния в сплаве и чем ниже скорость его охлаждения, тем выше вероятность кристаллизации по этой диаграмме с образованием графитной эвтектики. При низком содержании углерода и кремния чугун модифицируют небольшими дозами некоторых элементов (например, алюминий, кальций, церий). Модифицирование металлов - введение в металлические расплавы модификаторов, то есть веществ, небольшие количества которых (обычно не более десятых долен %) способствуют созданию дополнительных искусственных центров кристаллизации, и следовательно, образованию структурных составляющих в измельченной или округлой форме, что улучшает механические свойства металла. Для характеристики структуры серого чугуна необходимо определять размеры, форму, распределение графита, а также структуру металлической основы. В обычном сером чугуне при медленном охлаждении во время кристаллизации графит очень слабо разветвляется. Он похож на розетку с небольшим числом изогнутых лепестков. Металлическая основа серых чугунов формируется из аустенита при эвтектоидном распаде и может быть перлитной, ферритной и ферритно-перлитной. Образование перлита происходит легко, в сравнительно короткий промежуток времени. Для получения ферритного белого чугуна используют изотермическую выдержку при 690...650 °С, в результате которой цементит перлита распадается на феррит и пластинчатый графит. Механические свойства серых чугунов зависят от свойств металлической основы и, главным образом, от количества, формы и размеров графитных включений. Перлитная основа обеспечивает наибольшие значения показателей прочности и износостойкости. Марки серых чугунов согласно ГОСТ 1412-85 состоят из букв «СЧ» и цифр, соответствующих минимальному пределу прочности при растяжении Ств, МПа/10. Чугун СЧ10 - ферритный; СЧ15, СЧ18, СЧ20 - ферритно-перлитные чугуны, начиная с СЧ25 - перлитные чугуны. На долю серого чугуна с пластинчатым графитом приходится около 80% общего производства чугунных отливок. Серые чугуны обладают высокими литейными качествами (жидкотекучесть, малая усадка, незначительный пригар металла к форме и др.), хорошо обрабатываются и сопротивляются износу, однако из-за низких прочности и пластических свойств в основном используются для неответственных деталей. В станкостроении серый чугун является основным конструкционным материалом (станины станков, столы и верхние салазки, колонки, каретки и др.); в автомобилестроении из ферритно-перлитных чугунов делают картеры, крышки, тормозные барабаны и др., а из перлитных чугунов - блоки цилиндров, гильзы, маховики и др. В строительстве серый чугун применяют, главным образом, для изготовления деталей, работающих при сжатии (башмаков, колонн), а также санитарно-технических деталей (отопительных радиаторов, труб). Значительное количество чугуна расходуется для изготовления тюбингов, из которых сооружается туннель метрополитена. Из серого чугуна, содержащего фосфор (0,5%), изготавливают архитектурно-художественные изделия.

1. Чугун с пластинчатым графитом (ЧПГ) как основной литейный сплав в машиностроении

Главной особенностью микроструктуры ЧПГ, определяющей физико-механические и служебные свойства, является наличие пластинчатого графита. Пластинчатый графит нарушает сплошность металлической основы, поэтому ЧПГ имеет сравнительно невысокие значения временного сопротивления разрыву и очень низкую пластичность. Однако именно благодаря пластинчатому графиту в сером чугуне (СЧ) уникально сочетаются хорошие антифрикционные свойства, высокая износостойкость, малая чувствительность к концентраторам напряжений. ЧПГ имеет высокую демпфирующую способность и прекрасно гасит вибрации.

СЧ - технологичный материал, обладает хорошей жидкотекучестью, малой склонностью к образованию усадочных дефектов по сравнению с чугуном других типов. чугун графит литейный сплав

Из него можно изготовлять отливки самой сложной конфигурации с толщиной стенок от 2 до 500 мм. В основу стандартизации СЧ заложены принципы регламентации минимально допустимого значения временного сопротивления разрыву при растяжении.

Марки, механические свойства и химический состав СЧ по ГОСТ 1412-85, ИСО 185 и национальным стандартам некоторых стран приведены в таблице 1.

По ГОСТ 1412-85 марка ЧПГ определяется показателем временного сопротивления чугуна при растяжении. Условное обозначение марки включает буквы СЧ - серый чугун и цифровое обозначение величины минимального временного сопротивления при растяжении в МПа х 10^-1: СЧ 20 ГОСТ 1412-85.

Механические свойства ЧПГ обеспечиваются в литом состоянии или после термической обработки.

Поскольку значения прочности чугуна данной марки в отливке зависят от скорости охлаждения, определяемой толщиной стенки (диаметром) отливки, в стандартах приводятся минимальные значения s_в в отдельно отлитых пробных заготовках других диаметров или сечений из СЧ каждой марки.

Классификация серого литейного чугуна по международному стандарту ИСО 185 включает шесть классов, устанавливаемых на основании результатов механических испытаний на растяжение образцов, вырезанных из различных литейных проб. Характерным показателем, определяющим марку чугуна, является временное сопротивление при растяжении s_в образцов из отдельно отлитых цилиндрических проб диаметром 30 мм.

Для отливок массой более 200 кг испытания могут быть также произведены на приливных пробах.

В ИСО 185 для руководства при проектировании конструкций и изделий исключительно в качестве информации, приведены данные по ожидаемым механическим свойствам при растяжении для материала отливок. Однако по согласованию между Изготовителем и Заказчиком значения s_в могут быть сделаны обязательными. По ИСО 185 буквенные обозначения не применяют в марках чугунов.

Таблица 1. Отечественные марки чугуна с пластинчатым графитом и их зарубежные аналоги.

Классификация серого литейного чугуна по международному стандарту ИСО 185 включает шесть классов, устанавливаемых на основании результатов механических испытаний на растяжение образцов, вырезанных из различных литейных проб. Характерным показателем, определяющим марку чугуна, является временное сопротивление при растяжении s_в образцов из отдельно отлитых цилиндрических проб диаметром 30 мм. Для отливок массой более 200 кг испытания могут быть также произведены на приливных пробах.

В ИСО 185 для руководства при проектировании конструкций и изделий исключительно в качестве информации, приведены данные по ожидаемым механическим свойствам при растяжении для материала отливок. Однако по согласованию между Изготовителем и Заказчиком значения s_в могут быть сделаны обязательными. По ИСО 185 буквенные обозначения не применяют в марках чугунов. В случаях, когда наиболее существенной характеристикой является твердость чугуна, можно пользоваться рекомендациями, приведенными в таблице 2:

Таблица 2. Классы твердости чугуна с пластинчатым графитом по ИСО 185.

По стандарту Германии DIN 1691 в заказе на отливки должно быть однозначно указано: является ли характерным свойством временное сопротивление при растяжении или твердость по Бринеллю. В зависимости от этого маркировка чугунов обозначается по разному. Например: Чугун DIN 1691 - GG - 25 или Чугун DIN 1691- GG - 210HB.

Данные о временном сопротивлении при растяжении являются гарантированными в отливках. Связь между толщиной стенки (2,5 - 80 мм) и твердостью отливки из различных марок СЧ представлена в DIN 1691 в регламентируемом виде, что позволяет правильно и точно устанавливать твердость для заданного интервала толщин стенок отливок. В приложении к стандарту DIN 1691 представлены зависимости временного сопротивления при растяжении от твердости и толщины стенки отливки.

В стандарте Великобритании BS 1452 представлено семь марок ЧПГ. Соотношение между прочностью ЧПГ и сечением отливок представляют на диаграммах. Стандарт США ASTM A 48 включает девять марок чугуна. Условное обозначение марки включает цифровое обозначение и букву “В”. Число определяет временное сопротивление разрыву (фунтах/кв. дюйм), например: 20В ASTM A 48.

Стандарт Японии JIS G 5501 включает шесть марок ЧПГ. Условное обозначение марки включает буквы FC и цифровое обозначение величины минимального временного сопротивления при растяжении в МПа х 10^-1, например: FC 25 JIS G 5501.

2. Пути повышения прочностных свойств серого чугуна

Когда требуется сделать выбор из двух соседних марок чугуна, например СЧ20 и СЧ25, то по сути решается вопрос о том, как обеспечить увеличение прочности. Здесь у технологов существует несколько возможностей.

Первый путь можно установить, анализируя данные ГОСТ 1412--85 (см. табл. 5.1), согласно которым для увеличения прочности и твердости необходимо уменьшить содержание углерода, а следовательно, графита в чугуне. При этом уменьшается углеродный эквивалент Сэкв и суммарное содержание С + Si (немного уменьшается и содержание кремния). Из структурных диаграмм известно, что с уменьшением содержания С + Si растет вероятность отбела, поэтому второй путь повышения прочности -- модифицирование. Высокие марки чугуна, начиная с СЧ25, невозможно получить без модифицирования. Третий путь повышения прочности -- легирование главным образом хромом и никелем. В чугунах марок СЧ25 и выше наблюдается в основном перлитная структура. Легирование перлита естественно повышает прочность. И, наконец, четвертый путь -- снижение содержания S и Р как вредных примесей.

Особенности литейных свойств. Серый чугун обладает очень хорошими литейными свойствами. Жидкотекучесть серых чугунов, как правило, выше, чем углеродистых сталей.

Серые чугуны при введении в их состав до 1,0 % фосфора применяются для художественного литья (примером являются каслинские художественные отливки).

При несколько меньшем (до 0,6 %) содержании фосфора из серого чугуна индивидуально отливают поршневые кольца с толщиной стенки около 3 мм. Отливка тонкостенных отливок из серого чугуна в металлические формы представляет значительные сложности, главным образом, из-за отбела.

Эвтектические и околоэвтектические чугуны к усадочным раковинам и пористости практически не склонны, и отливки из них изготовляются без прибылей благодаря расширению чугуна вследствие выделения графита в некотором интервале температур после затвердевания.

Доэвтектические чугуны, особенно чугуны высоких марок, склонны к образованию усадочных дефектов, и отливки из них изготовляются с небольшими прибылями. Число прибылей минимальное, так как расстояние, на которое действует прибыль, достигает более 1,5 м.

Только в некоторых случаях для отливок диаметром свыше 500 мм, например автомобильных тормозных барабанов, требуется вторая боковая сливная прибыль, расположенная напротив проливной в месте подвода металла.

Следует еще раз напомнить, что, несмотря на малую объемную усадку, отливки из чугуна высоких марок, начиная с СЧ25, получить без усадочных дефектов непросто, так как расширение чугуна происходит после затвердевания и объем прибылей зависит от податливости литейной формы.

Отливки из серого чугуна к горячим трещинам практически не склонны, так как при температурах вблизи интервала кристаллизации отливки расширяются, расширение происходит в уже затвердевшей корке, и растягивающие механические напряжения в интервале температур кристаллизации практически не возникают. Однако при последующем охлаждении проявляется большая склонность отливок из серого чугуна к холодным трещинам, поэтому их стараются как можно раньше выбивать из металлических форм.

Из-за склонности серого чугуна к холодным трещинам крупные отливки выбивают при температурах около 200 °С. Причиной холодных трещин в этих отливках является их более интенсивное неоднородное охлаждение на воздухе после выбивки (по сравнению с песчано-глинистой формой) из-за неоднородного освобождения от формовочной смеси и стержней. Покрытые формовочной смесью участки охлаждаются медленнее, чем освободившиеся от смеси. Вследствие этого возникает большая разность температур в отливке, приводящая к высоким временным напряжениям и разрушению отливки.

Как уже отмечалось ранее, очень сильно способствуют образованию холодных трещин отбеленные участки отливок и заливы, в которых, как правило, также наблюдается структура белого чугуна из-за большой скорости охлаждения.

Склонность чугуна к насыщению газами и образованию газоусадочной пористости следует признать умеренной. Основные проблемы связаны с образованием газовых раковин, которые образуются при выделении газов из форм и стержней, а также в случае неправильно сконструированной литниковой системы, в которой происходит подсос газов и их захват.

Аналогично, склонность к ликвации и неметаллическим включениям также не создает особых проблем, исключая шлаковые и песчаные включения, которые часто попадают в отливку.

Таблица 3. Физические свойства чугунов

Заключение

На долю отливок из серого чугуна с пластинчатым графитом приходится от 80 до 90 % всего чугунного литья, что свидетельствует о широком использовании отливок из серого чугуна. ГОСТ 1412--85 устанавливает девять основных марок серого чугуна. Основным критерием, по которому чугун делится на марки, является временное сопротивление чугуна (предел прочности при растяжении) СИГМАв (таблица). В других сплавах, как известно, таким критерием является химический состав. Например, в маркировке углеродистых сталей указывается содержание углерода в сотых долях процента (необходимо цифру в марке разделить на 100). В чугунах же химический состав не является обязательным. Объяснение факультативности химического состава, приведенное выше, сводится к тому, что из чугуна одного и того же химического состава можно получить путем изменения скорости охлаждения разные типы чугунов. Для получения одной и той же отливки в песчаную и металлическую форму химический состав чугуна также должен быть разным.

К другим характеристикам, которые регламентирует ГОСТ, кроме СИГМАв, относятся предел прочности при изгибе СИГМАизг и твердость (для чугунов она обычно измеряется в единицах Бринеля - HB).

Список использованной литературы

1. Геллер Ю.А. Погодин-Алексеев Г.И., Рахштадт А.Г. Металловедение М., «Металлургия», 1967 404с.

2. Зуев В.М. Термическая обработка металлов. Учеб. для уч-ся нач. проф. образования - М.: Высш.шк., Academia.2002. 308с.

3. Металловедение и термическая обработка. Справочник под ред. Гудцов Н.Г. и др., М., Металлургиздат., 1956. 1204с.

4. Мозберг. Р.К. Материаловедение Под. ред. Н.Э.Струн. Изд.»Валгус», Таллин, 1976. 544с.

5. Полтавец В.В. Доменное производство. М., Металлургия чугуна. 2001. 476с.

Размещено на Allbest.ru