Практическая работа №

Практическая работа №

Тема: Машиностроительные чугуны

Цель занятия: изучение микроструктуры чугунов разных марок, их свойств и области применения

1 Вычертить диаграмму состояния железоуглеродистых сплавов, ее участок, соответствующий чугунам.

2 Дать характеристику серым чугунам, зарисовать микроструктуру. Привести марки СЧ, назвать их механические свойства и область применения.

Серыми называются чугуны с пластичной формой графита. Чугуны являются сплавами со сложным химическим составом, содержащими C, Si, Mn, S, P. Содержание этих элементов колеблется в следующих пределах C = 2,2 – 3,7 % , Si = 1-3% , Mn = 0,2-1,1%, P = 0,12-0,3%, S =0,02- 0,15 %.

По структуре серый чугун делится на три вида:

- серый ферритный со структурой феррит + графит, в этом чугуне весь углерод находится в виде графита;

- серый феррито - перлитный со структурой феррит + перлит + графит; в этом чугуне количество связанного графита менее 0.8%;.

-серый перлитный со структурой перлит + графит; в этом чугуне количество связанного графита составляет ~ 0.8%;

Наиболее высокими механическими свойствами обладает серый чугун с перлитной структурой (табл.1.1).

Таблица 1.1

Механические свойства и назначение некоторых марок серого чугуна.

.-(ГОСТ1412-85).

Марка чугуна σB МПа δ % НВ МПа Структура матрицы Назначение

СЧ10 0,1 1430- Феррит Малоответственное литье: опоры, грузы, патрубки, корпуса насосов, редукторов, шкивы, стойки, корыта, втулки, кронштейны и др.

СЧ15 0,1 1630-

СЧ20 0,15 1700- Феррит+ перлит Ответственное литье с толщиной стенок 8-40 мм: ролики, шестерни, червячные и зубчатые колеса, картеры, тормозные колодки, корпусные детали.

СЧ25 0,25 1800-

СЧ30 0,30 1800- Перлит Ответственное высоконагруженное литье: цилиндры,барабаны станины станков, поршневые кольца, поршни, корпуса насосов, компрессоров, муфты, диски сцепления, коленчатые валы.

СЧ45 0,35 2290-2890

В обозначениях марки чугуна буквы “СЧ” обозначают “серый чугун”, а число после букв – предел прочности при растяжении.

Так как относительное удлинение у серых чугунов составляет<0,3%,то маркировке оно не указывается.

Из перлитных серых чугунов наивысшими механическими свойствами обладают чугуны, модифицированные ферросилицием или силикокальцием. При модифицировании измельчаются графитовые включения, в результате достигается прочность σB = 1000—1200 МПа.

3 Дать характеристику ковким чугунам. Описать способ их получения, начертить график отжига. Объяснить формирование структуры КЧ с определенной (по заданию преподавателя) металлической основой. Зарисовать микроструктуру, указать свойства и область применения КЧ.

Ковкими называются чугуны, в которых графит имеет хлопьевидную форму. Такие чугуны получаются путем длительного отжига белого доэвтектического чугуна. Хлопьевидный графит, в отличие от пластинчатого, меньше снижает механические свойства металлической основы, в следствии чего ковкий чугун обладает более высокой прочностью и пластинчатостью, чем серый чугун.

Для обеспечения получения хлопьевидного графита после отжига исходные белые чугуны должны иметь пониженное содержание углерода и кремния. Химический состав исходного белого чугуна находится в пределах:С=2,4-2,9% ,Si=1,0-1,6% ,Mn=0,2-1,05% , S<0,2%, P<0,18.%.

По структуре металлической основы ковкие чугуны бывают ферритными и перлитными. Перлитные ковкие чугуны имеют более высокий предел прочности, но пониженную пластичность.(табл.1.3)

Таблица 1.3

Механические свойства и назначение ковкого чугуна (ГОСТ1215-85).

Марка чугуна.	σ_B МПа МПа	δ %	HB МПа	Структура матрицы	Назначение
КЧ30-6			1000-1630	Феррит	Звенья приводных цепей, шестерни ,подшипники, детали тормозов, кронштейны, буксы, ступицы, башмаки, глушители, коробки, корпуса подшипников, подкладки, скобы, хомуты и др.
КЧ35-10			1000-1630
КЧ37-12			1000-1630
КЧ45-7			1500-2070	Перлит	Вилки валов, собачки, шестерни, звездочки, муфты, диски, вкладыши редукторов, втулки, задние мосты, коленчатые валы и др.
КЧ60-3			2000-2690
КЧ80-1,5		1,5	2700-3200

Ковкий чугун во многих случаях заменяет детали из стали, так как по механическим свойствам детали приближаются к стальным, а по цене получаются на 20-30% дешевле. . Недостатком технологии получения ковких чугунов является сложность и большая энергоёмкость процесса, поэтому ковкий чугун ни в Советском Союзе, ни в странах СНГ распространения не получил. В основном ковкий чугун используется для изготовления ответственных отливок, испытывающих при эксплуатации значительные динамические и знакопеременные нагрузки (например, коленчатые валы, ступицы грузовиков, приводные цепи конвейеров и др.)

В обозначении марки ковкого чугуна буквы «КЧ» означают «ковкий чугун». Первая пара цифр - предел прочности в МПа, вторая пара цифр-относительное удлинение в %.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Перечислить преимущества чугунов перед сталями.

Благодаря наличию графита чугун имеет некоторые преимущества перед сталью :

- наличие графита облегчает обрабатываемость резанием, делает стружку ломкой;

- графит повышает износостойкость и антифрикционные свойства чугуна вследствие собственного «смазывающего» действия и повышения прочности пленки смазки;

- наличие графитных включений быстро гасит вибрации и резонансные колебания;

- чугун почти не чувствителен к дефектам поверхности, надрезам и т. д. Графит, нарушая оплошность металлической основы, делает чугун малочувствительным ко всевозможным внешним концентраторам напряжений (дефектам поверхности, надрезам, выточкам и т. д.). Вследствие этого серый чугун имеет примерно одинаковую конструктивную прочность и в отливках простой формы или с ровной поверхностью, и в отливках сложной формы с надрезом или плохо обработанной поверхностью;

- следует также указать на превосходство чугуна перед сталью по литейным свойствам. Более низкая температура плавления и окончание кристаллизации при постоянной температуре (образование эвтектики) обеспечивают лучшую жидкотекучесть и заполняемость формы.

Указанные достоинства чугуна делают его ценными конструкционным материалом, широко применяемым для изготовления деталей машин, главным образом тогда, когда детали не испытывают значительных растягивающих и ударных нагрузок.

2. Дать классификацию чугунов, описать процесс их структурообразования.

В зависимости от формы выделения углерода различают следующие чугуны:

белый чугун, в котором весь углерод находится в виде цементита; в изломе чугун белого цвета, идет на переработку в сталь; называется передельным;

серый чугун, в котором весь углерод в свободном состоянии имеет форму пластинчатого графита (рис. 10);

высокопрочный чугун, содержит графит шаровидной формы;

ковкий чугун, в котором углерод имеет форму хлопьев.

3. Изучить маркировку чугунов и указать области применения перечисленных марок: СЧ15, СЧ20, СЧ28, СЧ3О, СЧ35;КЧЗ0–12, КЧ60-3, КЧ80–1,5; ВЧ120.

Отливки изготавливают из чугуна марок СЧ10–СЧ35. СЧ15, СЧ20 – ферритно-перлитные, начиная с СЧ25 – перлитные.

4.Опишите как получают машиностроительные чугуны?

Машиностроительными чугунами, идущими на изготовление деталей, являются серый, высокопрочный и ковкий чугуны. Детали из них изготовляются литьем, так как чугуны имеют очень хорошие литейные свойства. Благодаря графитным включениям эти чугуны хорошо обрабатываются, имеют высокую износостойкость, гасят колебания и вибрации. Но графитные включения уменьшают прочность. Реторты отливаются из обычного машиностроительного чугуна или стали. Несколько более устойчив низколегированный чугун, содержащий 0 3 - 0 6 % хрома и 0 2 - 0 4 % никеля. Таким образом, структура машиностроительных чугунов состоит из металлической основы и графитных включений. Характер металлической основы влияет на механические свойства чугунов: прочность и твердость выше у перлитных, а пластичность - у ферритных.

5.Опишите каким образом выделяют свободный графит в чугунах?

чугунах, отличающихся от сталей повышенным содержанием углерода, углерод может находится не только в связанном состоянии (в виде цементита), но и в свободном состоянии, т.е. в виде графитных включений различной формы. Эти включения могут образовываться как из жидкой фазы, при кристаллизации расплава, так и из твёрдой фазы (цементита) при его нагреве и длительной выдержке. Процесс образования графитных включений в чугунах называют графитизацией. На процесс графитизации существенное влияние оказывает скорость охлаждения жидкого расплава. Если расплав охлаждается достаточно быстро, атомы углерода не успевают собраться в графитные включения и в сплаве наблюдается образование цементита. Не смотря на то, что цементит является менее устойчивой, чем графит, фазой, его химический состав (6,67 % С) ближе к химическому составу жидкого расплава, чем химический состав графита (100 % С). Поэтому при высоких скоростях охлаждения расплава цементит образуется с большей вероятностью, чем графит. При медленном (равновесном) охлаждении жидкого расплава создаются условия благоприятные для диффузии атомов углерода и образования в структуре сплава графитных включений.

6.Опишите какие параметры определяют износостойкость чугуна?

Износ, который во многих случаях определяет долговечность деталей и самих машин, представляет собой процесс удаления материала в результате многократного нарушения фрикционных связей и поэтому, как правило, носит усталостный характер, особенно для деталей, находящихся в периодическом соприкосновении. Эти разрушения происходят, несмотря на сравнительно ничтожное нормальное давление, что объясняется неравномерным распределением напряжении, особенно резко проявляющихся при сухом трении.

При трении первого рода — скольжении, которое представляет наибольший интерес, наряду с упругими деформациями происходят пластические и разрушающие деформации — смятие и срез, а иногда и вырывание частиц (при хрупком материале). При этом происходит также нагрев трущихся тел и в зависимости от температуры — отжиг или закалка активного слоя с соответствующим изменением его структуры и свойств.

При трении второго рода — качении, встречающемся значительно реже (подшипники качения, зубчатые передачи), соприкасающиеся точки проходят серийно повторяющиеся циклы, что вызывает контактную усталость и соответствующий износ.