Применение серых чугунов для типовых деталей машин и оборудования

Продолжение таблицы 4

Окончание таблицы 4

Примечания: ^*) твердость на рабочей поверхности не менее HRC 42, ^**) на кулачках не менее HRC 45.

При получении отливок из серого чугуна для предупреждения отбела или плохой обрабатываемости резанием в тонких сечениях чугун в жидком состоянии перед разливкой модифицируют специальными добавками. Модифицирование обеспечивает также получение в структуре чугуна тонкостенных отливок преимущественно пластинчатого равномерно распределенного графита, что приводит к выравниванию структуры и свойств чугуна в различных сечениях отливок и повышает общую прочность чугуна.

Чаще всего в качестве универсальных кодификаторов приме­няют ферросилиций марки ФС 75, содержащий около 75% Si, около 1,5% Al и до 0,8% Са, а также ферросилиций в смеси с графитом, силикокальцием и лигатурами РЗМ (редкоземельных металлов). Количество вводимого модификатора составляет обычно от 0,2 до 0,6% от массы жидкого чугуна в зависимости от марки чугуна (чем выше марка чугуна, тем больше добавка модификатора).

При производстве отливок из серого чугуна с пластинчатым графитом иногда используют термическую обработку отливок. Ее применяют для снятия внутренних напряжений, обеспечения минимальных деформаций при эксплуатации, для улучшения обрабатываемости резанием, повышения механических свойств и износостойкости.

Закалку с отпуском проводят для получения мартенситной структуры и обеспечения высокой твердости и износостойкости чугуна. Нагрев под закалку проводят обычно до температур на 50-70⁰ выше критической точки a_ci. Во избежание деформации деталей применяют после закалки стабилизирующий отпуск при 180-200°С.

Улучшение (закалку с высокотемпературным отпуском) при­меняют для получения структуры зернистого сорбита и обеспечения достаточно высоких значений прочности и твердости.

Нормализация проводится для отливок с исходной ферритной иди ферритно-перлитной структурой с целью получения перлитной структуры и повышения механических свойств и износостойкости чугуна. Нагрев проводят так же, как и при закалке, с выдержкой около 1 часа на 25 мм толщины стенки отливки. Сложные отливки рекомендуется охлаждать на воздухе до 500°С, а далее в печи со скоростью 40 градусов в час для снятия напряжений.

Высокотемпературный (880-950°С, выдержка до 5 часов) отжиг применяют для снижения твердости отбеленного чугуна.

Отжиг для снятая напряжений проводят чаще всего при температурах 500-600°С в зависимости от марки чугуна. Длительность выдержки составляет обычно 1,0-1,5 часа для отливок с толщиной стенки до 20 мм и увеличивается на 1,0-1,5 часа на каждые последующие 25 мм толщины сечения. Скорость охлаждения после отжига не должна превышать 10-30 градусов в час для отливок сложной конфигурации и 150 градусов в час для простых отливок.

Иногда проводят низкотемпературный (700-750°С) отжиг отливок для улучшения обрабатываемости резанием. Такой отжиг обеспечивает распад эвтектоидного цементита и получение мягкой ферритно-графитной структуры с твердостью НВ 130-180.

Важной характеристикой чугуна является показатель качества ПК, представляющий собой отношение значений предела проч­ности s_B и твердости НВ чугуна (ПК = s_B / HB), причем s_B чаще всего выражают в МПа, а твердость НВ в обычных единицах твердости, условно принимаемых безразмерными.

Показатель качества, прежде всего, зависит от структуры чугуна. Поэтому его опенку удобно проводить по структурным зонам, характерным для структурных структурно-прочностных диаграмм (см. рис.1 и 2).

На рис.3 представлена область значений ПК для чугунов различного химического состава (т.е. с разными значениями углеродного эквивалента С_Э). Зависимость 1 (для нелегированных чугунов) получена на основе данных рис.1 для стандартных проб диаметром 30 мм (или при толщине стенки отливки 15 мм в случае применения формовки “по-сырому”). Видно, что в области химических составов, соответствующих перлитным чугунам, с пони­жением углеродного эквивалента от 4,3 до 3,3 показатель качества существенно возрастает (до ПК ≈ 1,5), но при дальнейшем снижения углеродного эквивалента (до областей II и I) начинает резко уменьшаться, что связано с появлением отбела в структуре чугуна. Поэтому для серого нелегированного чугуна следует выбирать оптимальные составы в интервале значений С_Э=3,3-3,7%, причем следует учитывать, что эта рекомендация относится лишь к отливкам стандартного сечения. В случае отливок с другой толщиной стенки необходимо строить зависимости, подобные кривой 1 на рис.3, для соответствующего сечения.

Из рис.3 и данных табл.2 следует, что в отливках стандартного сечения можно использовать лишь чугуны до марки СЧ 30. Применение для таких отливок чугунов более высоких марок невозможно из-за частичного или полного отбела в их структуре. Нелегированный чугун марки СЧ 35 можно использовать в основном в отливках большего сечения.

При выборе состава чугуна необходимо исходить из условия наибольшей простоты технологического процесса. Так, например, термическую обработку отливок следует назначать только в случаях предъявления к ним особых требований или при необходимости исправления структуры и повышения свойств в уже изготовленных отливках.

Более широко используется метод модифицирования, позволяющий получать высокие марки чугуна (СЧ 25, СЧ 30) без использования легирующих элементов в составе или при ограниченном их использовании. Чугуны наиболее высоких марок (СЧ 35 и СЧ 40) получают обычно с помощью легирования (см. табл.2) и модифицирования, реже с применением термической обработки. В этом случае можно обеспечить и получение высоких значений показателя качества чугуна. Примером могут служить легированные чугуны, разработанные в БГИТА. Зависимости показателя качества таких чугунов от углеродного эквивалента приведены на рис.3 в литом состоянии (кривая 2) и после термической обработки (кривая 2^’), а различие в прочностных свойствах по сравнению с нелегированным чугуном – на рис.4.