Учебное пособие — Структура, свойства и применение чугунов, страница 3

Текст 3 страницы из документа «Учебное пособие — Структура, свойства и применение чугунов»

Вторичная кристаллизация преимущественно протекает в соответствии с метастабильной диаграммой, вторичный цементит и цементит перлита могут сохраниться или графитизироваться в зависимости от содержания кремния и скорости охлаждения.

Серые чугуны образуются только при малых скоростях охлаждения в узком интервале температур, когда мала степень переохлаждения жидкой фазы. В этих условиях весь углерод или его большая часть графитизируется в виде пластинчатого графита., а содержание углерода в виде цементита составляет не более 0,8%. Промышленные чугуны содержат (2,0 –4,5)% углерода, (1-3,5)% кремния, (0,5-1,0)% марганца, до 0,3 % фосфора, до 0, 2% серы.

Классификация и структура серых чугунов

Серые чугуны подразделяют по структуре металлической основы и по размерам, форме и расположению графитных включений.

По структуре металлической основы различают серые чугуны:(рис.9):

1) на ферритной основе (со структурой феррит + графит));
2) на ферритно-перлитной основе (феррит + перлит + графит);
3) на перлитной основе (перлит + графит).

Количество химически связанного углерода в серых чугунах не превышает 2%, поэтому их металлическая основа аналогична сталям доэвтектоидной, эвтектоидной и заэвтектоидной.

Металлическая основа может быть перлитной, когда 0,8% углерода находится в виде цементита, а остальной углерод в виде графита; ферритно-перлитной, когда количество углерода в виде цементита менее 0,8% углерода; ферритной, когда углерод находится практически полностью в виде графита.

Следовательно, серый чугун можно рассматривать как структуру, состоящую из сталистой механической основы с рассеянными в ней графитными включениями (рис.10). Свойства чугуна зависят от свойств металлической основы и характера графитных включений.

а) б) в)

Рис.9. Микроструктура серых чугунов: а)ферритного(Ф + Г);
б) ферритно-перлитного (Ф + Г); в) перлитного (П + Г)

По сравнению с металлической основой графит имеет низкую прочность. Поэтому графитовые включения можно считать нарушениями сплошности (пустотами) в металлической основе.Тем самым чугун можно рассматривать как сталь, пронизанную включениями графита, ослабляющими его металлическую основу.

По размерам, форме и расположению графита различают чугуны с крупными, средними и мелкими графитовыми включениями; с прямолинейными и завихренными включениями; с равномерным, гнездовым и эвтектическим расположением графита.

Марки, свойства и применение серых чугунов

ГОСТ 1412-85 предусматривает следующие марки чугуна
с пластинчатым графитом (серого чугуна): СЧ 10, СЧ 15, СЧ 20, СЧ 25,СЧ 30, СЧ 35.

Рис.10. Графитовые включения пластинчатой формы

Таблица 1. Прочность и химический состав (в %) серых чугунов

Марки
чугуна

Прочность
при растяжении
σ_в, МПа
(кгс/мм 2 )

По требованию потребителя для изготовления отливок допускаются марки чугуна СЧ 18, СЧ 21, СЧ 24.

Условное обозначение марки включает буквы СЧ – серый чугун и цифровое обозначение величины минимального временного сопротивления (прочности)при растяжении в МПа·10 -1 .

В таблицах 1 и 2 приведены прочность, химический состав и физические свойства чугунов с пластинчатым графитом.

Серые чугуны – это сплавы сложного состава, содержащие помимо железа и углерода кремний, марганец и неизбежные примеси: серу и фосфор.

Химический состав серых чугунов колеблется в следующих пределах: (3,2-3,8)% углерода, 1-5% кремния, (0,5-0,8)% марганца, (0,2-0,4)% фосфора, до 0,12% серы. Иногда в чугуне присутствуют в небольшом количестве медь, никель, хром, которые попадают из руды.

Механические свойства чугуна зависят от свойств металлической основы и количества, а также формы и размеров графитовых включений. Металлическая основа чугуна аналогична по строению и близка по свойствам стали.

Зависимость свойств серого чугуна от структуры значительно сложнее, чем в стали, так как серые чугуны состоят из металлической основы и включений графита, вкраплённых в эту основу.

Таблица 2. Физические свойства серого чугуна

Марки
чугуна

Плотность
ρ, кг/м 3

Линейная усадка,
ε, %

Модуль упругости при растяжении,
Ε·10 -2 , МПа

Коэффициент линейного расширения
α, 1/град

Для характеристики структуры серого чугуна необходимо определять размеры, форму, распределение графита, а также структуру металлической основы. Графитные включения лучше определять на нетравлёных шлифах.

Можно качественно оценить влияние графитных включений на механические свойства серого чугуна. Чем меньше графитных включений, чем они мельче и больше степень изолированности их друг от друга, тем выше прочность чугуна при одной и той же металлической основе. Оценку графитовых включений дают по типовой шкале ГОСТ 3443-57.

При одинаковом характере графитовых включений чугун с преобладающим количеством перлита (перлитовый чугун) обладает более высокими механическими свойствами, чем чугун с преобладающим количеством феррита (ферритный чугун).

Графит имеет ничтожно низкую прочность, поэтому полости, занятые графитом, часто рассматривают как надрезы или трещины в металлической основе чугуна, которые значительно снижают его прочность и пластичность. Относительное удлинение серых чугунов при растяжении примерно равно 0,5%. Чем больше в структуре присутствует графита и чем крупнее его включения, тем ниже механические свойства.

Благодаря включениям графита чугун отличается высокой демпфирующей способностью, т.е способностью материала гасить возникающую в тём вибрацию. Решающее значение для уровня демпфирующих свойств чугуна имеют количество, форма и распределение графита в чугуне. Наибольшей демпфирующей способностью обладают чугуны с пластинчатым графитом марок СЧ 10 и СЧ 15, которые имеют в своей структуре максимальное количество графита.

Читать еще: Как просверлить зеркало в домашних условиях обычным

Графит делает стружку ломкой , благодаря чему серый чугун хорошо обрабатывается резанием. Лучшими литейными свойствами (большой жидкотекучестью, меньшей усадкой из-за увеличения удельного объёма при образовании графита) обладают чугуны низких марок (СЧ 10, СЧ 15). Но всё же наиболее широко в машиностроении используют более прочные чугуны марок СЧ 20 – СЧ 35.

Отливки из чугуна с пластинчатым графитом, как правило подвергаются термической обработке, – чаще всего, отжигу при 450 – 600 С для уменьшения литейных напряжений , всегда возникающих при фасонном литье.

Удельная теплоёмкость серых чугунов (при температуре от 20 до 200 0 С) составляет (460–545) Дж·(кг·град) -1 . Коэффициент теплопроводности (при 20 0 С) – (42–60) Вт(м·град) -1

Серый перлитный чугун в отливках отличается наибольшей прочностью и хорошей обрабатываемостью. Ферритно-перлитный по сравнению с перлитным обладает меньшей прочностью, но лучшей обрабатываемостью. Ферритный чугун самый непрочный и легко обрабатывается резанием.

Н а долю серого чугуна с пластинчатым графитом приходится 80% общего производства чугунных отливок.

Пластины графита с острыми краями уменьшают живое сечение металлической матрицы и ,главное, являются внутренними концентраторами напряжений, способствующими зарождению и развитию трещин. Пластины графита сильно снижают прочность т пластичность чугуна при растяжении Относительное удлинение серых чугунов с пластинчатым графитом , как правило, не превышает 0,5 – 1,0% и стандартом не гарантируются.. На прочность при сжатии включения графита влияют значительно слабее, поэтому чугун особенно выгодно использовать для изготовления деталей, работающих на сжатие. Наличие большого количества внутренних концентраторов напряжений в виде пластин графита делает серый чугун малочувствительным к внешним концентраторам напряжений и резким переходам между
30
сечениями отливки, надрезам, выточкам, царапинам, и другим неровностям поверхности отливки.

Серый чугун – наиболее широко применяемый вид чугунов (машиностроение, сантехника, строительные изделия). Для деталей из серого чугуна характерны малая чувствительность к влиянию внешних концентраторов напряжений при циклических нагружениях и более высокий коэффициент поглощения колебаний при вибрации деталей ( в 2-4 раза выше, чем у стали. Важная конструкционная особенность серого чугуна – более высокое, чем у стали, отношение предела текучести к пределу прочности на растяжение. Наличие графита улучшает условия смазки при трении, что повышает антифрикционные свойства чугуна.

Дата введения	01.01.1967
Добавлен в базу	01.02.2020
Завершение срока действия	01.01.1983
Актуализация	01.02.2020

24.02.1966	Утвержден	Комитет стандартов, мер и измерительных приборов при Совете Министров СССР
Издан	Издательство стандартов	1966 г.
Разработан	Центральный научно-исследовательский институт технологии и машиностроения

Castings made in corrsion-resisting high-temperature strength cast irons

ГОСТ 9012-59Металлы. Метод измерения твердости по Бринеллю
ГОСТ 1855-55Отливки из серого чугуна. Допускаемые отклонения по размерам и весу и припуски на механическую обработку. Заменен на ГОСТ 26645-85.
ГОСТ 2009-55Отливки стальные фасонные. Допускаемые отклонения по размерам и весу и припуски на механическую обработку

Чтобы бесплатно скачать этот документ в формате PDF, поддержите наш сайт и нажмите кнопку:

Сканы страниц ГОСТа
Текст ГОСТа

Комитет стандартов, мер и измерительных приборов при

Совете Министров СССР

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТА НДАРТ

ИЗ КОРРОЗИОННОСТОИКОГО И ЖАРОПРОЧНОГО ЧУГУНА

Castings made in corrosion-resisting high-temperature strength cast irons

Настоящий стандарт распространяется на отливки из кор-рознонностойкого и жаропрочного чугунов, предназначенных для эксплуатации при повышенных температурах (до 600°С).

Цена 4 коп. Несоблюдение стандарта преследуется по закону

Коррозионностойкие чугуны предназначены для эксплуатации преимущественно в газовых средах (продукты сгорания топлива), жаропрочные чугуны — для эксплуатации при повышенных температурах под нагрузкой.

1. МАРКИ И ТЕХНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ

1.1. Марки чугунов по химическому составу должны соответствовать нормам, указанным в табл. 1.

1.2. Сдаточной (обязательной) характеристикой для отливок из коррозионностойких и жаропрочных чугунов всех марок является химический состав. В отливках из жаропрочного чугуна помимо химического состава обязательной характеристикой является также структура металлической основы и форма включений графита в ней.

1.3. Структура металлической основы жаропрочных чугунов после термообработки должна быть аустенитно-карбидной. Включения графита должны быть полностью шаровидной формы (Гфш1, Гфш2 по ГОСТ 3443-57). Количество карбидов в структуре металлической основы жаропрочных чугунов не должно превышать 40%.

1.4. К отливкам из коррозионностойких чугунов всех марок могут быть предъявлены требования по структуре, определяемые условиями заказа. В этом случае структура металлической основы должна быть:

перлитная с равномерным распределением фосфидной эвтектики перлитная (допускается до 20% цементита) феррито-перлитная

Утвержден Комитетом стандартов,

мер и измерительных приборов

и транспортного машиностроения СССР

при Совете Министров СССР 24/11 1966 г.

6) после I е л и о и 0 р j 6 у I г. и

РАЗРАБОТАН Центральным научно-исследовательским инсти-тутом технологии и машиностроения

Директор института Е. П. Унксов Руководитель темы Н. Н. Александров Исполнитель В. И. Куликов

НА ОСНОВАНИИ плана работ по государственной стандартизации на 1965 г.

Читать еще: Самодельное зарядное для автомобильного аккумулятора

ВНЕСЕН Государственным комитетом тяжелого, энергетического и транспортного машиностроения при Госплане СССР

Член Комитета М. Н. Щукин

ПОДГОТОВЛЕН К УТВЕРЖДЕНИЮ отделом металлургии Комитета стандартов, мер и измерительных приборов при Совете Министров СССР

Начальник отдела Б. В. Федин Старший инженер В. К. Сидоров

УТВЕРЖДЕН Комитетом стандартов, мер и измерительных приборов при Совете Министров СССР

Член Комитета М. Ф. Каменев

Издательство стандартов. Москва. К-1. ул. Щусева. 4 Сдано в наб. 7/1V 1966 г. Подп. к печ. JS/VI 1966 г. 0.75 п. л. Тир. 800*1 •

для марки ЧН15Д7Х2, ЧН15ДЗХШ —аустенитная с отдельными включениями карбидов

В чугунах марок ЧН1МШ и ЧН15ДЗХШ не менее 90% графита должно быть шаровидной формы.

1.5. Механические свойства и твердость коррозионностойких и жаропрочных чугунов (в литом состоянии) при нормальной температуре должны соответствовать нормам, приведенным в табл. 2. По соглашению сторон допускаются отклонения по механическим свойствам и твердости коррозионностойких чугунов.

1.6. Отливки из чугуна марок ЧН1ХМД, ЧН1МШ, ЧН15ДЗХШ поставляют после снятия напряжений (при 500—600°С). Другие виды термической обработки устанавливаются по соглашению сторон.

1.7. Отливки из жаропрочного чугуна марок ЧН19X3111 и ЧН11Г7Х2Ш обязательно подвергают нормализации (нагрев до 1030—1050°С, выдержка в течение 2—4 ч с последующим охлаждением на воздухе).

После нормализации рекомендуется производить отпуск при температуре эксплуатации деталей 550—620°С.

Механические свойства при

Твердость по Ьрннсллю (НВ)

1. Для чугуна марки ЧН15ДЗХШ обязательно проверяют ударную вязкость, значение которой должно быть не менее 1.5 кгс-м/см 2 .

2. Звездочкой отмечены нормы, устанавливаемые по соглашению сторон.

1.8. Отливки не должны иметь дефектов, снижающих их прочность или ухудшающих товарный вид. Допускается исправление дефектов, размеры и вид которых, а также способы их исправления предусматриваются условиями заказа.

1.9. Припуски на механическую обработку и допускаемые отклонения по размерам и весу для отливок из чугуна марок ЧНХТ, ЧН1ХМД, ЧН15Д7Х2 должны соответствовать ГОСТ 1855-55,а марокЧН1МШ, ЧН15ДЗХШ, ЧН11Г7Х2Ш— ГОСТ 2009-55.

1.10. Готовые отливки должны быть приняты техническим контролем предприятия-изготовителя. Изготовитель должен гарантировать соответствие всех выпускаемых отливок требованиям настоящего стандарта.

2 МЕТОДЫ ИСПЫТАНИЙ

2.1. Для контроля качества отливок из коррозионностойкого и жаропрочного чугуна в соответствии с требованиями настоящего стандарта необходимо применять правила отбора •проб и методы испытаний, указанные ниже.

2.2. Порядок отбора проб для определения химического состава устанавливается тоебованиями заказа.

2.3. Химический состав отливок проверяют от каждой партии.

Партия состоит из отливок, отлитых из одного ковша или чугуна одной марки, произведенного в одной смене — при выплавке в вагранке, и отливок одной плавки —при выплавке в дуговых или индукционных печах.

2.4. Химический анализ следует проводить методами, согласованными между сторонами. Химический состав допускается контролировать спектральным методом.

2.5. Механические свойства отливок необходимо определять в соответствии с требованиями ГОСТ 1412-54 для чугуна марок ЧНХТ, ЧН1ХМД и ЧН15Д7Х2 и ГОСТ 7293-54— для чугуна марок ЧН1МШ, ЧН15ДЗХШ, ЧН19ХЗШ и ЧН11Г7Х2Ш.

2.6. Коррозионную стойкость и жаропрочность проверяют •по требованию заказчика. Метод испытания устанавливают по соглашению сторон.

2.7. Твердость определяют в соответствии с требованиями ГОСТ 9012-59.

2.8. Отбор образцов для определения структуры и ее оценку производят в соответствии с техническими условиями, утверждаемыми в установленном порядке, или требованиями ГОСТ 3443-57.

Отливки из коррозионностойкого и жаропрочного чугуна

3. МАРКИРОВКА И ДОКУМЕНТАЦИЯ

3.1. Отливки на необрабатываемой поверхности должны иметь маркировку в соответствии с требованиями чертежа. Знаки маркировки могут быть выполнены литьем, клеймением или написаны несмываемой краской.

3.2. Каждую партию отливок необходимо сопровождать документом, удостоверяющим соответствие их требованиям настоящего стандарта.

Документ должен содержать:

б) наименование предприятия-изготовителя нахождение или почтовый адрес);

в) марку чугуна, номер плавки или партии;

г) наименование детали и номер чертежа;

д) результаты других испытаний, предусмотренных настоящим стандартом, если они оговорены в заказе;

е) номер настоящего стандарта.

а) наименование организации, которой подчинено предприятие-изготовитель;

ПРИЛОЖЕНИЕ I к ГОСТ 11849-46 Примерные области применения чугунон

Назначение и условия эксплуатации

Для деталей поршневых двигателей внутреннего сгорания, газоыоторных компрессоров. и деталей машин целлюлозно-бумажного производства, работающих в условиях износа, газовых сред и водных растворов

Маслоты для поршневых компрессионных и маслосъемных колец, седла и направляющие втулки клапанов дизелей и газомого-компрессоров Детали сглаживающих прессов и гарнитура размольных мельниц бумагоделательных машин

Для деталей поршневых машин, двигателей внутреннего сгорания н компрессоров, работающих в условиях износа н газовой коррозии (продукты сгорания топлива, технический кислород и т. д.)

Блоки и головки цилиндров, выхлопные патрубки двигателей внутреннего сгорании, паровых машин и турбин. Поршни и гильзы цилиндров паровых машин и крупных тепловозных и судовых дизелей, детали кислородных и газовых мотокомпрсссоров

-Для тех же деталей, которые указаны для чугуна марок ЧНХТ и ЧН1ХМД. но с повышенными механическими свойствами и термостойкостью при температуре зкеплу-атацни до ЗОО’С

Крышки и дниша цилиндров дизелей, головки поршней, маслоты для поршневых колец

Для деталей с высокой коррозионной и

Вставки гильз цилиндров, головки порш-

эррознонной стойкостью в щелочах, слабых растворах кислот, серных кислотах любой концентрации до 50X). в морской воде, в среде перегретых водяных паров. Чугуны имеют высокий коэффициент термического расширения, немагнитны при низком содержании хрома

Читать еще: Способы защиты металла от коррозии и появления ржавчины

ней. седла и направляющие втулки клага-нов. выхлопные коллекторы двигателей внутреннего сгорания. Насосы, вентили, клиновые задвижки я нефтеперерабатывающей и химической промышленности, а также арматуростроенин. Немагнитные литые детали

Для деталей, работающих под нагрузкой при повышенных температурах (до 600®С). а также деталей, указанных для чугунон марок ЧН15Д7Х2 и ЧН15ДЗХШ

Выпускные коллекторы, клапанные кап-

равляющие, корпусы турбонагнетателей и газовых турбин, головки поршней, корпусы нэсосов, вентили и немагнитные детали

Жаропрочные свойства (длительная прочность и скорость ползучести) чугунов марок ЧН19ХЗШ и ЧНМГ7Х2Ш

Длительная прочность при 600’С

Скорость ползучести о к/ч при 600°С и напряжении 4 кгс1мм не более

Производство стали в мире

По данным Ассоциации производителей стали по состоянию на 2016 год в мире производилось 1628,0 млн. тонн стали. Полстолетия назад эта цифра была втрое меньше.

Безусловным лидером по выплавке стали является Китай, на долю которого приходится примерно половина всего мирового производства стали – 808,4 млн. тонн. На втором месте идет Япония (104,8), замыкает призовую тройку Индия с показателем 96,6 млн. тонн. Далее идут США (78,6) и Россия (70,8).

Ведущие страны-экспортеры стали:

Китай – 61,5 млн. т
Япония – 42,5
Южная Корея – 28,9
Украина – 24,7
Германия – 24,3

Ведущие страны-импортеры стали:

США – 30,3 млн. т
Германия – 22,1
Южная Корея – 19,0
Таиланд – 15,9
Италия – 15,6

Содержание

1 Производство
2 Типы
- 2.1 Легирующие элементы
- 2.2 Серый чугун
- 2.3 Белый чугун
- 2.4 Ковкий чугун
- 2.5 Ковкий чугун
- 2.6 Таблица сравнительных качеств чугунов
3 История
- 3.1 Чугунные мосты
- 3.2 Здания
- 3.3 Текстильные фабрики
4 См. Также
5 ссылки
6 Дальнейшее чтение
7 Внешние ссылки

Серый чугун

Серый чугун был назван так по виду излома, имеющего серый цвет. Название серый чугун не совсем корректно распространилось на литейный чугун, в структуре которого имеются включения пластинчатого графита. Так как эта ошибка была закреплена на уровне государственного стандарта (ГОСТ 1412-85), то чугун с пластинчатым графитом так и продолжают называть серым чугуном.

Существует несколько марок серого чугуна: СЧ 10, СЧ 15, СЧ 20, СЧ 25, СЧ 30, СЧ 35 (цифры в марке серого чугуна – значение предела прочности σ_в, кгс/мм₂, не менее). Дополнительные марки чугуна СЧ 18, СЧ 21 применяются для изготовления отливок по требованию потребителя.

Химический состав серого чугуна

Серый чугун, в зависимости от марки, содержит, %: C 2,9-3,7; Si 1,2-2,6; Mn 0,5-1,1; P не более 0,2-0,3; S не более 0,12-0,15. Допускается легирование серого чугуна Cr, Ni, Cu, P и другими элементами.

Химический состав серого чугуна СЧ 10, %: C 3,5-3,7; Si 2,2-2,6; Mn 0,5-0,8; P не более 0,3; S не более 0,15.

Химический состав серого чугуна СЧ 35, %: C 2,9-3,0; Si 1,2-1,5; Mn 0,7-1,1; P не более 0,2; S не более 0,12.

Структура серого чугуна

При оценке структуры серого чугуна определяют размеры (в мкм) включений графита, их распределение и количество (в процентах), а также вид структуры металлической основы и дисперсность перлита (при его наличии).

По строению металлической основы серые чугуны разделяют на перлитные, феррито-перлитные, ферритные (рисунок С-1).

Для обозначения компонентов структуры серого чугуна применяют условные обозначения по ГОСТ 3443-87. Так, пластинчатый графит в сером чугуне обозначается буквами ПГ. Формы включений графита в структуре серого чугуна могут быть:

пластинчатая прямолинейная (ПГф1);
пластинчатая завихренная (ПГф2);
игольчатая (ПГф3);
гнездообразная (ПГф4).

Структура чугуна имеет первостепенное значение для получения заданных свойств отливки, поэтому требуется соблюдение технологических режимов плавки и заливки. Получить заданную структуру серого чугуна, избавиться от дефектов помогает операция модифицирования.

Свойства серого чугуна

Серый чугун обладает хорошими литейными свойствами (жидкотекучесть, малая объёмная усадка и т.п.) и применяется для изготовления отливок.

Для деталей из серого чугуна характерна малая чувствительность к влиянию внешних концентраторов напряжения при циклических нагрузках, высокий коэффициент поглощения колебаний при вибрациях деталей (в 2-4 раза выше, чем у стали), высокие антифрикционные свойства (наличие графита улучшает условия смазывания при трении). Перлитный серый чугун обладает также достаточно высокими прочностными свойствами.

Временное сопротивление (или предел прочности) серого чугуна σ_в зависит от толщины стенок отливки (рисунок С-2).

Серый чугун очень хрупок из-за пластинчатой формы графитных включений, которые действуют, как многочисленные надрезы в чугуне. Значения предела прочности серого чугуна: 100 МПа для СЧ 10; 350 МПа для СЧ 35.

Улучшить свойства серого чугуна можно при помощи специальных модификаторов.

Применение серого чугуна

Серый чугун применяется для изготовления деталей, подверженных незначительным механическим нагрузкам. Серый чугун – это дешёвый и наиболее широко применяемый в машиностроении, сантехнике, строительных конструкциях вид чугуна.

Перлитный серый чугун с высокими прочностными свойствами применяют для нагруженных деталей машин.

Подготовлено: Корниенко А.Э. (ИЦМ)

Лит.:

Иванов В.Н. Словарь-справочник по литейному производству. – М.: Машиностроение, 1990. – 384 с.: ил.
ГОСТ 1412-85. Чугун с пластинчатым графитом для отливок. Марки.
ГОСТ 3443-87. Отливки из чугуна с различной формой графита. Методы определения структуры.
ГОСТ 27208-87. Отливки из чугуна. Методы механических испытаний.

Конкурс «Я и моя профессия: металловед, технолог литейного производства». Узнать, участвовать >>> —>