Состав серый чугун: марки, химический состав, структура. Серый чугун и применение СЧ

Содержание

Серый чугун: применение, свойства, структура, состав

Серый чугун своим названием обязан графитовым включениям, дающим на изломе характерный оттенок. Хорошие литейные свойства обеспечили сплаву широкое применение в машиностроении. Из него получают отливки, требующие высокой прочности и износостойкости.

Химический состав

Основные свойства и химический состав серого чугуна регламентируются ГОСТом 1412-85.

Оптимальное содержание углерода составляет 2,4-3,7%. При более низкой концентрации он полностью растворится в железе, а ее превышение приведет к потере твердости и упругости.

Кремний – 1,2-2,5%. Он участвует в процессе графитизации, повышая твердость металла и снижая его вязкость. Влияние углерода и кремния рассматривается в совокупности, с учетом их суммарной концентрации.

Сера соединяется с железом с образованием сульфида FeS, который снижает свойства прочности и пластичности сплава. Допускается содержание серы не более 0,12-0,15%.

Марганец смягчает вредное влияние серы и способствует образованию свободных карбидов железа. Его количество определяется содержанием серы, и обычно составляет 0,5-1.1%.

Концентрация фосфора не превышает 0,2-0,3%. Элемент образует включения фосфидной эвтектики, увеличивая твердость и износоустойчивость.

В зависимости от марки допускается включение в состав серого чугуна:

  • хрома – он увеличивает карбидообразование, а с этим процессом повышаются твердость и прочность материала;
  • олова, способствующего равномерному распределению твердости по разным сечениям;
  • никеля и молибдена – для повышения сопротивляемости коррозийным процессам и улучшения обрабатываемости;
  • меди – ее присутствие способствует ускорению графитизации, увеличению упругости и стойкости к коррозии, улучшению обрабатываемости;
  • сурьмы – до 0,08%, оказывает влияние на процессы кристаллизации.

Структура сплава

Свойства и применение серого чугуна зависят от его состава и структуры. Один из важных факторов, влияющих на формирование металлической основы – скорость охлаждения после отвердевания. В зависимости от нее формируется металлическая основа структуры сплава.

Перлитная основа. Чем быстрее охлаждается заготовка, тем большую долю составляет в ней перлитная структура, состоящая из феррита и карбида наряду с тонкими пластинками графита. Она отличается высокой твердостью и прочностью.

Ферритно-перлитная. При щадящем охлаждении в структуре серого чугуна возрастает доля феррита – сплава железа с оксидами Fe2O3 и других металлов. Образуется основа, состоящая из феррита, перлита и пластинчатого графита. Обладает более высокой пластичностью.

Ферритная основа образуется при быстром охлаждении. Она состоит из вязкого феррита и свободного углерода в виде пластинок графита. Их присутствие ухудшает механические свойства металла, снижает его прочность и сопротивляемость растяжению. В то же время графит:

  • повышает износоустойчивость сплава, действуя подобно смазке;
  • улучшает обрабатываемость;
  • снижает усадку в процессе литья;
  • гасит вибрацию деталей.

Механические свойства

Главные характеристики, обеспечивающие применение сплава в литейном производстве:

  • небольшая температура отвердевания;
  • высокая текучесть в жидком состоянии;
  • отсутствие склонности к образованию раковин;
  • малая объемная усадка.

Важное значение имеют показатели:

  • прочности серого чугуна;
  • износостойкости при трении;
  • герметичности, то есть устойчивости к образованию трещин и пор.

Они зависят от его структуры и твердости. Чем меньше размеры графитовых пластинок, тем выше эти показатели. Особенно высокой твердостью должны обладать детали, которые подвергаются постоянным ударно-абразивным нагрузкам. Высокие требования герметичности предъявляются к изделиям, эксплуатирующимся в условиях большого давления жидкостей или газов:

  • трубопроводам;
  • насосам и компрессорам;
  • гидравлическим приводам.

Степень герметичности зависит:

  • от параметров текучести;
  • изменения давления;
  • наличия транзитной микропористости.

Наибольшими прочностными характеристиками обладает перлитный серый чугун, что позволяет применять его в производстве нагруженных деталей машин.

Сплав склонен к растрескиванию при сварке, к ней прибегают только при необходимости:

  • восстановления сильно изношенных механизмов;
  • изготовления комбинированных узлов с другими металлами;
  • устранения имеющихся в отливках дефектов.

Некоторые сорта вообще не поддаются сварке.

Расшифровка маркировки

ГОСТом 1412-85 установлена группа марок серого чугуна. Они маркируются буквенно-числовым обозначением:

  • буквы СЧ постоянны для всех сплавов;
  • за ними следуют цифры, обозначающие наименьший показатель предела прочности на растяжение в кг/мм2.

Например, для марки СЧ24 предел прочности составляет 24 кг/мм2 или 240 МПа. Для высокопрочных сплавов применяется маркировка ВЧ с указанием предела прочности и процента относительного удлинения – ВЧ60-2. Каждому типу сплава соответствует свой интервал значений предела прочности:

  • марки до СЧ10 относятся к ферритным чугунам;
  • СЧ10-СЧ18 – ферритноперлитным;
  • выше СЧ25 – перлитным.

Физические и технологические свойства металла изменяются в зависимости от типа структуры и марки. С увеличением количества углерода:

  • плотность снижается с 6,8 до 7,4 г/см3;
  • предел прочности повышается с 240 до 400 МПа;
  • линейная усадка растет с 1,0 до 1,3%.

 Область применения

Серый чугун является одним из самых востребованных продуктов черной металлургии. Его доля в общем объеме производства составляет не менее 80%. В машиностроении применяются марки с высоким содержанием графита, так как они способны поглощать вибрационные колебания, возникающие при работе механизмов. Сплав используется для получения ответственных деталей:

  • втулок;
  • станин для станков
  • тяжелых оснований.

Необходимые свойства серому чугуну придают при помощи легирования молибденом или хромом. Высокая износостойкость при трении в отсутствие смазки необходима:

  • для нажимных дисков сцепления;
  • блоков;
  • крышек подшипников;
  • тормозных дисков или барабанов.

Из марок с перлитной структурой производят детали, испытывающие большие нагрузки: гильзы и головки цилиндров; распределительные валы.

И сегодня остаются востребованными чугунные изделия различного назначения:

  • сантехника для дома;
  • кухонная посуда;
  • трубы и радиаторы отопления;
  • чугунные ограждения и скульптуры.
Отливки 1 класса

Для производства каждой детали из серого чугуна подбирается марка, соответствующая по своим характеристикам условиям эксплуатации. К 1 классу относятся изделия, которые должны обладать:

  • пределом прочности на растяжение – 25-30 кг/мм2;
  • модулем упругости – 1,15-1.30*10-6 МПа;
  • стабильностью геометрической формы.

Отливки 1 класса подвергаются высоким нагрузкам, давлению или трению скольжения:

  • зубчатые колеса;
  • поперечины и ползуны;
  • кронштейны;
  • станины шлифовальных станков;
  • гидроцилиндры;
  • пневматическое оборудование.

В зависимости от толщины изделий, для их изготовления используются марки:

  • СЧ21-СЧ40;
  • СЧ28-СЧ48.

Детали 1 класса, подвергающиеся сильному износу, должны иметь мелкопластинчатую структуру перлита и твердость до 180 НВ. Для ответственных деталей допустимо применение серого чугуна марки СЧ32-СЧ-52.

Детали 2 класса

К отливкам 2 класса относят корпусные части и базовые детали, не работающие на износ:

  • станины токарных или револьверных станков;
  • листопрокатные валки;
  • детали сменного оборудования.

Однако к ним тоже предъявляются повышенные требования предела прочности – до 20-25 кг/мм2. Для достижения таких показателей рекомендуется использовать марки:

  • СЧ15-СЧ32;
  • СЧ21-СЧ40.

Изделия, изготовленные из литого чугуна, характеризуются большим сроком эксплуатации, при этом – минимальной стоимостью.

Серый чугун

  • О компании
  • Бентонит
  • Ферросплавы
  • Коагулятор шлака
  • Футеровка
  • Миканитовая пленка
  • Полистирол литейный
  • Электроды графитированные
  • Справочник литейщика
    • Диаграмма Fe-C
    • Таблица Менделеева
    • Серый чугун
    • Высокопрочный чугун с шаровидным графитом (ЧШГ)
    • Высокопрочный чугун с вермикулярным графитом (ЧВГ)
    • Чугуны литейные, передельные
    • Марки литейных сталей
  • Литые наконечники для винтовых свай
  • Контакты
  • Наши потребности


Химический состав серого чугуна (ГОСТ 1412-85)

Марка чугуна

Массовая доля элементов, %

C

Si

Mn

P

S

не более

СЧ10

3,5-3,7

2,2-2,6

0,5-0,8

0,3

0,15

СЧ15

3,5-3,7

2,0-2,4

0,5-0,8

0,2

0,15

СЧ20

3,3-3,5

1,4-2,4

0,7-1,0

0,2

0,15

СЧ25

3,2-3,4

1,4-2,2

0,7-1,0

0,2

0,15

СЧ30

3,0-3,2

1,3-1,9

0,7-1,0

0,2

0,12

СЧ35

2,9-3,0

1,2-1,5

0,7-1,1

0,2

0,12

Рекомендуемый химический состав для серого чугуна в соответствии со стандартными марками по ISO

Марка чугуна

Массовая доля элементов, %

C

Si

Mn

P

S

не более

100

3,5-3,8

2,3-2,8

0,4-0,8

0,2

0,06-0,15

150

3,4-3,7

2,1-2,6

0,5-0,8

0,2

0,06-0,15

200

3,2-3,5

1,8-2,3

0,6-0,8

0,2

0,06-0,15

250

3,1-3,4

1,6-2,1

0,6-0,8

0,15

0,06-0,12

300

3,0-3,2

1,3-1,9

0,7-0,9

0,1

0,06-0,12

350

2,9-3,1

1,1-1,5

0,8-1,0

0,1

0,06-0,12

 Ориентировочные данные о временном сопротивлении при растяжении и твердости в стенках отливки различного сечения

(ГОСТ 1412-85)

Марка чугуна

Толщина стенки отливки, мм

4

8

15

30

50

80

150

Временное сопротивление при растяжении, МПа, не менее

СЧ10

140

120

100

80

75

70

65

СЧ15

220

180

150

110

105

90

80

СЧ20

270

220

200

160

140

130

120

СЧ25

310

270

250

210

180

165

150

СЧ30

330

300

260

220

195

180

СЧ35

380

350

310

260

225

205

Твердость НВ, не более

СЧ10

205

200

190

185

156

149

120

СЧ15

241

224

210

201

163

156

130

СЧ20

255

240

230

216

170

163

143

СЧ25

260

255

245

238

187

170

156

СЧ30

270

260

250

197

187

163

СЧ35

290

275

270

229

201

179

Физические свойства серого чугуна с пластинчатым графитом (ГОСТ 1412-85)

Марка чугуна

Плотность, кг/м3

Линейная усадка, %

Модель упругости при растяжении, х 103 МПа

Удельная теплоемкость при температуре от 20 до 200ºС, Дж/(кг*К)

Коэффициент линейного расширения при температуре от 20 до 200ºС, 1/ ºС

Теплопроводность при 20 ºС, Вт/(м*К)

СЧ10

6,8*103

1,0

700-1100

460

8,0*10-6

60

СЧ15

7,0*103

1,1

700-1100

460

9,0*10-6

59

СЧ20

7,1*103

1,2

850-1100

480

9,5*10-6

54

СЧ25

7,2*103

1,2

900-1100

500

10,0*10-6

50

СЧ30

7,3*103

1,3

1200-1450

525

10,5*10-6

46

СЧ35

7,4*103

1,3

1300-1550

545

11,0*10-6

42

Чугун серый ковкий высокопрочный

 

 

Надежность и долговечность изделия в современном машиностроении, в значительной мере зависит от свойств применяемых конструкционных материалов. Свыше 80% машиностроительных деталей различной массы и сложности изготавливают из сплавов на основе железа. В зависимости от содержания углерода сплавы на основе железа разделяют на стали и чугуны.

В отличие от стали в чугуне при определенных условиях часть углерода выделяется в виде розеток графита. В сечении такой розетки видны лишь отдельные пластины. Поэтому, на полированном шлифе чугуна заметны изолированные включения графита. Структура матрицы, чаще всего, бывает феррито-перлитной или перлитной. Такой чугун называют серым.

Обычно, в сером чугуне содержится от 2,5% до 3,6% углерода. В определенных количествах в него входят кремний и марганец. Как примеси, постоянно присутствует сера и фосфор.

Прочность чугуна определяется наличием в его структуре графита пластинчатой формы. Такие графитовые включения значительно ослабляют матрицу. Под действием нагрузки возникает напряжение в металле с наибольшей концентрацией у концов у графитовых включений. В этих местах появляются микротрещины. Серый чугун имеет относительно невысокую прочность и разрушается без пластической деформации.

Чугун – литейный сплав.

Условия охлаждения чугуна после заполнения литейной формы оказывает решающее влияние на формирование его структуры. В тонких сечениях отливки, где скорость охлаждения в период кристаллизации высокая, образуется структура белого чугуна. Углерод в нем находится в виде цементита, графит отсутствует. В остальных сечениях образуется структура серого чугуна. Химический состав также оказывает влияние на структуру. С повышением содержания марганца и серы увеличивается зона отбела. Увеличение содержания графитизирующих элементов – углерода и кремния, уменьшает склонность чугуна к отбелу. Для получения отливок с заданными свойствами, необходимо в каждом конкретном случае учитывать как химический состав, так и скорость охлаждения чугуна в литейной форме.

Серый чугун

Несмотря на относительно невысокие механические свойства, серый чугун нашел широкое применение. Потому что легко обрабатывается, обладает повышенной демпфирующей способностью, а так же антифрикационными свойствами. Поскольку графит чугуна удерживает смазку и сам служит смазочным материалом. Сопряженные детали из чугуна легко перемещаются относительно друг друга.

Серый чугун с небольшими добавками хрома и никеля приобретает хорошие упругие свойства. Поршневое кольцо из такого чугуна после снятия нагрузки вновь принимает первоначальные размеры.

Серый чугун обладает высокой жидкотекучестью. При реальных температурах заливки длина спиральной пробы из чугуна почти вдвое больше стальной, что позволяет изготавливать отливки сложной конфигурации.

Серый чугун отличается малой объемной усадкой при кристаллизации, позволяющей во многих случаях обходиться без установки и прибыли. Наиболее распространенный агрегат для выплавки серого чугуна — вагранка с капельником, в котором происходит накапливание металла, а также усреднение его состава и температуры. Для уменьшения склонности чугуна к отбелу, его модифицируют, вводя в жидкий металл кремнийсодержащие добавки. Модифицирование позволяет выравнивать свойства металла в различных сечениях отливки. Что видно на примере измерения твердости чугунов. Не модифицированного и модифицированного.

Глубина отбела на клиновой пробе модифицированного чугуна значительно меньше, чем не модифицированного. Форма графитовых включений в результате модифицирования также изменяется.

Кроме вагранок для выплавки серого чугуна используют электрические печи. Они позволяют выплавлять металл с более высокой температурой, что имеет важное значение для последующей, внепечной обработки чугуна. Формы для получения отливок из серого чугуна изготавливают уплотнением формовочной смеси в опоках. В полость литейной формы для выполнения внутренней конфигурации отливки устанавливают стержни.

В массовом производстве для мелких чугунных отливок широко применяют автоматические линии безопочной формовки, в том числе с установкой стержней при помощи стержнеукладчика.

Металл формы также заливается автоматически. Отливки из серого чугуна изготавливают не только в песчаных формах, но и металлических. Для получения отливок, имеющих форму тел вращения, широко применяют центробежный способ литья. При этом, повышается производительность труда, не расходуются формовочные материалы, отсутствует литниковая система.

Серый чугун — общепризнанный конструкционный материал. Его применяют для изготовления различных деталей, работающих в условиях статичных нагрузок, вибрации, повышенного трения.

Ковкий чугун

Известно, что такие детали автомобиля, как ступицы колеса, корпус дифференциала, испытывают динамические нагрузки. Можно ли использовать для их изготовления чугун? Можно, если значительно повысить его пластичность. Таким свойством обладает ковкий чугун, в котором графит имеет не пластинчатую, а хлопьевидную форму. По сравнению с серым чугуном в ковком, концентрация графитизирующих элементов – углерода  и кремния ниже.

По прочности и пластичности ковкий чугун превосходит серый.   Изменения химического состава привело к снижению жидкотекучести и росту усадки при затвердевании, что требует установки прибылей даже на мелких отливках. При производстве ковкого чугуна обычно используют дуплекс-процесс.

Выплавляют чугун в огранке, затем транспортируют в раздаточном ковше и переливают в электрическую индукционную печь, где его прогревают перед заливкой для повышения жидкотекучести.

Технологический процесс получения отливок из ковкого чугуна аналогичен получению отливок из серого чугуна. Все большее распространение получают автоматические формовочные линии. Металл в формы заливается на конвейере. Изготовленные отливки должны иметь структуру белого чугуна по всему сечению. Для получения структуры ковкого чугуна их подвергают графитизирующему  отжигу в термических печах. В период выдержки происходит разложение цементита белого чугуна и образуется включение графита хлопьевидной формы. После термической обработки отливки правят на специальных прессах.

Необходимость использования длительной термической обработки и правки значительно повышает трудоемкость изготовления деталей из ковкого чугуна. Кованая стальная заготовка распределительного вала двигателя заметно отличается от готовой детали.

Литая заготовка по своей конфигурации к ней значительно ближе, что намного снижает трудоемкость механической обработки. То же относится и к коленчатым валам, деталям ответственного назначения. Для замены кованых заготовок литыми, нужен сплав, который совмещал бы механические свойства стали с технологическими и эксплуатационными свойствами чугуна.

Высокопрочный чугун

Такими свойствами обладает высокопрочный чугун, в котором при кристаллизации образуются включения графита шаровидной формы.По сравнению с серым чугуном, высокопрочный, характеризуется повышенным содержанием углерода и кремния. А так же низкой концентрацией серы.Механические свойства чугуна определяют при испытании образцов, специально изготовленных в соответствии с ГОСТом.

В высокопрочном чугуне шаровидная форма графита, в меньшей степени, чем пластинчатый графит в сером, ослабляет матрицу и значительно снижает концентрацию напряжения при воздействии нагрузки.

По прочности чугун с шаровидной формой графита приближается к стали. Отливки из высокопрочного чугуна подаются обработке так же хорошо, как и из серого. При этом, достигается требуемая точность и чистота поверхности.

Высокопрочный чугун обладает высокой герметичностью. Из него изготавливают цилиндры газомотокомпрессоров, выдерживающие при испытаниях давление до 100 атмосфер.

Вместе с тем, высокопрочный чугун склонен к образованию усадочных раковин, что требует установки прибылей для питания массивных частей отливок.

Для выплавки высокопрочного чугуна широко применяют индукционные тигельные печи, в которых получают чугун нужного состава и температуры, достаточной для последующего модифицирования. В качестве модификаторов используют магний, церий, иттрий, в виде чистых металлов или легатов. Для предотвращения быстрого всплывания и увеличения времени контакта с расплавом, модификатор накрывают стальными листами. Затем из печи выпускают металл в ковш. Такая технология повышает усвоение модификаторов в чугуне и обеспечивает стабильность процесса.

Для снижения склонности чугуна к отбелу, его дополнительно модифицируют ферросилицием. Формы для отливок большой массы, в основном, изготавливают на крупных встряхивающих столах.

Сборку форм и их заливку производят на специальном плацу. В процессе кристаллизации высокопрочного чугуна под воздействием модификаторов в расплаве происходит многократное ветвление пластин графита и образование его включений шаровидной формы. При недостаточном количестве модификатора или неравномерном его распределении в чугуне может образоваться обычный пластинчатый графит.

Для стабилизации структуры и обеспечении однородности физикомеханических свойств высокопрочного чугуна крупные отливки сложной формы подвергают термической обработке. Например, нормализации.

После механической обработки детали поступают на участок контроля. Детали ответственного назначения проходят дефектоскопию. Замена ряда стальных деталей, испытывающих при эксплуатации большие ударные нагрузки и давление, деталями из высокопрочного чугуна, существенно удешевляет производство некоторых видов машиностроительной продукции.

Из высокопрочного чугуна изготавливают около 50% коленчатых валов для двигателей различного назначения. Эксплуатационные и литейные свойства чугунов обеспечили их широкое применение в различных отраслях машиностроения. Из них получают выше двух третей литых заготовок, используемых промышленностью нашей страны. 

 

Серый чугун: виды, марки, свойства

Из этого материала вы узнаете:

  • Что такое серый чугун
  • Химический состав серого чугуна
  • Химический состав серого чугуна разных марок (ГОСТ)
  • Литейные характеристики серого чугуна
  • Механические свойства серого чугуна
  • Виды серого чугуна
  • Сферы применения серого чугуна

За счет графитовых вкраплений в железном сплаве серый чугун был выделен в качестве отдельного вида. При охлаждении эти включения имеют вид хлопьев или пластин, благодаря чему такой материал выглядит как пористая губка. Серый чугун очень хрупок, и его легко можно разбить на куски одним ударом кувалды.

Процентный состав углерода 2,14 %. Такое высокое содержание не позволяет говорить о нормальной растворимости, поэтому и возникают хлопьевидные или пластинчатые вкрапления. Но, несмотря на хрупкость серого чугуна, его литейные характеристики довольно высоки, поэтому он активно применяется в машиностроении. О других особенностях этого материала поговорим далее.

Что такое серый чугун

Стальные сплавы всегда имеют более высокую цену, чем чугунные, что связано с дорогим и технологически сложным производством. По этой причине чугун используют в сферах, в которых экономия на материале не мешает эксплуатации изделий.

 

Существует пять основных разновидностей чугуна, причем в основе классификации лежит форма графита в микроструктуре кристаллической решетки. Выделяют серый чугун, белый, ковкий, особой прочности, половинчатый, причем первый является самым хрупким. Это объясняется тем, что частички графита в нем заменяет ледебурит.

К серым чугунам, относится несколько ковких высокопрочных сплавов, из-за чего возникает путаница в терминологии. Решить вопрос позволяет применение типовых стандартов, согласно которым серым чугуном называется материал на основе железа, графита и других компонентов. Примеси придают металлу определенные характеристики либо легируют его.

VT-metall предлагает услуги:

Поэтому, отвечая на вопрос о том, как получают серый чугун, нужно отметить, что он является просто сплавом железа и углерода, при охлаждении металлической базы которого образуются включения в виде пластин и хлопьев. Углерод обеспечивает повышение пластичности с параллельным снижением прочности, оптимизирует литейные характеристики, способствует графитизации.

Химический состав серого чугуна

  • Доля углерода составляет 2,4–3,8 %. Меньший объем растворится в металле, а больший приведет к потере материалом упругости, жесткости.
  • Количество кремния находится на уровне 1,3–2,6 %. Данный элемент обеспечивает протекание графитизации, приводит к снижению вязкости, увеличению твердости серого чугуна. Но при превышении порога в 3 % ухудшаются показатели пластичности. Принято оценивать зависимость технико-физических параметров металла от углерода вместе с кремнием, а именно: смотрят на их суммарное содержание в структуре.
  • Доля серы не более 0,13–0,16 %. Этот компонент находится в сплаве в виде сульфида железа и негативно отражается на пластичности, твердости. При закреплении на кристаллах снижает механические параметры чугуна, повышает усадку, вызывает красноломкость металла, из-за которой при нагревании образуются трещины.

    Перекрыть вредное влияние серы позволяет добавление марганца, благодаря которому запускается формирование карбидов железа. Необходимый объем марганца подбирается в соответствии с содержанием серы, обычно его требуется добавить в пределах 0,4–1,2 %.

  • Содержание фосфора до 0,5–0,6 %. В сером чугуне он присутствует в виде фосфидной эвтектики, улучшает стойкость металла к износу, но параллельно провоцирует хрупкость и повышение жидкотекучести. В машиностроительных отливках не допускается доля фосфора более 0,2 %. В разные марки сплава могут входить и иные компоненты.
  • Никель играет роль легирующего элемента, способствует выравниванию механических характеристик в отливках, увеличению твердости, устойчивости к коррозии, повышает обрабатываемость.
  • Хром в составе серого чугуна вызывает активное образование карбида, обеспечивает прочность, жесткость металла.
  • Олово отвечает за равномерное распределение твердости.
  • Молибден и никель способствуют стойкости к протеканию окислительных процессов.
  • Медь сокращает временные затраты на графитизацию, улучшает обрабатываемость, упругость, стойкость к формированию очагов ржавчины.
  • Сурьма присутствует в количестве не более 0,08 % и воздействует на процесс кристаллизации.
  • Бор приводит к увеличению прочности, образованию измельченных карбидов. В малых объемах он приводит к графитизации, повышению прочности на прогиб и ударной вязкости. Однако увеличение количества бора негативно сказывается на таких характеристиках серого чугуна, как пластичность и вязкость.
  • Титан ускоряет графитизацию, если его не более 0,5 %. В противном случае обеспечивает обратный эффект.
  • Магний при его доле в сплаве до 0,01 % благотворно сказывается на графитизации. В большем количестве считается мощным десульфуратором, повышает отбел.
  • Молибден вызывает повышение твердости, стойкости металла к износу, при этом сохраняет на прежнем уровне обрабатываемость.

Химический состав серого чугуна разных марок (ГОСТ)

В соответствии с ГОСТом, серый чугун может быть таких марок:

Марка

Массовая доля, %

Основные компоненты

Примеси (в пределах)

C

Si

Mn

P

S

СЧ10

3,5–3,7

2,2–2,6

0,5–0,8

0,3

0,15

СЧ15

3,5–3,7

2,0–2,4

0,5–0,8

0,2

0,15

СЧ20

3,3–3,5

1,4–2,4

0,7–1,0

0,2

0,15

СЧ25

3,2–3,4

1,4–2,2

0,7–1,0

0,2

0,15

СЧ30

3,0–3,2

1,3–1,9

0,7–1,0

0,2

0,12

СЧ35

2,9–3,0

1,2–1,5

0,7–1,1

0,2

0,12

Литейные характеристики серого чугуна

Серый чугун обладает повышенными литейными свойствами, к которым относятся:

  • малая усадка;
  • текучесть в виде расплава;
  • пониженная температура кристаллизации серого чугуна;
  • отсутствие предрасположенности к формированию раковин.

В процессе эксплуатации отливок из серого чугуна ключевыми качествами считаются уровень устойчивости к растрескиванию, порообразование, предел прочности. Все они определяются структурой металла: чем меньше размеры и число графитовых включений, тем выше данные характеристики. Для изделий, на которые часто оказывается ударно-абразивное воздействие, важна повышенная прочность.

Еще одно свойство – герметичность – определяется текучестью, наличием транзитной микропористости и характеристиками изменения давления. Это качество является необходимой характеристикой для трубопроводов, гидравлических приводов, компрессоров и насосов, которые функционируют в условиях высокого давления газов и жидкостей.

При обработке сваркой изделия из серого чугуна растрескиваются, а некоторые виды этого сплава в принципе не могут свариваться. Твердость данного металла по Бринеллю установлена в пределах 143–262.

Механические свойства серого чугуна

Для конечного пользователя отливок из серого чугуна важны не только уже описанные выше литейные свойства, но и такие характеристики:

  • прочность;
  • стойкость к износу при воздействии трением;
  • герметичность или устойчивость к появлению трещин, пор.

Данные качества определяются структурой и твердостью металла, а именно: чем мельче графитовые пластинки в структуре деталей из серого чугуна, тем эти свойства выше. От отливок, постоянно испытывающих на себе ударные и абразивные нагрузки, требуется особенно высокая твердость.

Изделия, работающие при большом давлении жидкостей и газов, то есть трубопроводы, насосы, компрессоры, гидравлические приводы, должны показывать максимальную герметичность. Данное качество определяется текучестью металла, изменением давления, присутствием транзитной микропористости.

 

Перлитный серый чугун имеет самую высокую прочность, поэтому используется как материал для деталей, подвергаемых в процессе эксплуатации высоким нагрузкам.

Не стоит забывать, что серый чугун при сварке может растрескиваться, причем некоторые его разновидности в принципе не свариваются.

ГОСТ 1412-85 устанавливает для данного металла следующий набор механических свойств:

Марка

Марка чугуна в соответствии с СТ СЭВ 4560-84

Временное сопротивление при растяжении σВ, МПа, (кгс/мм2), в пределах

СЧ10

31110

100 (10)

СЧ15

31115

150 (15)

СЧ18

180 (18)

СЧ20

31120

200 (20)

СЧ21

210 (21)

СЧ24

240 (24)

СЧ25

31125

250 (25)

СЧ30

31130

300 (30)

СЧ35

31135

350 (35)

Примерное временное сопротивление при растяжении и твердость в стенках отливок из серого чугуна по ГОСТ 1412-85 находится на следующем уровне:

Марка чугуна

Толщина стенки отливки, мм

4

8

15

30

50

80

150

Временное сопротивление при растяжении, МПа, от

СЧ10

140

120

100

80

75

70

65

СЧ15

220

180

150

110

105

90

80

СЧ20

270

220

200

160

140

130

120

СЧ25

310

270

250

210

180

165

150

СЧ30

330

300

260

220

195

180

СЧ35

380

350

310

260

225

205

Твердость НВ, в пределах

СЧ10

205

200

190

185

156

149

120

СЧ15

241

224

210

201

163

156

130

СЧ20

255

240

230

216

170

163

143

СЧ25

260

255

245

238

187

170

156

СЧ30

270

260

250

197

187

163

СЧ35

290

275

270

229

201

179

Виды серого чугуна

Технико-эксплуатационные характеристики металла определяются его химическим составом и структурой. Поэтому виды чугуна принято классифицировать в соответствии со временем охлаждения после затвердевания, так как от данного фактора зависит качество сплава.

Выделяют такие виды данного металла:

  • Перлитный. Если отливка после термообработки быстро охлаждается, то перлитная основа состоит преимущественно из феррита, карбида, тонких включений графита. Такой серый чугун отличается высокой твердостью, прочностью, плотностью.
  • Ферритно-перлитный. При замедленном охлаждении в микроструктуре повышается концентрация сплава железа с прочими металлами, что обеспечивает высокую пластичность. Ферритный серый чугун образуется благодаря стремительному охлаждению, в результате в нем присутствуют довольно вязкий феррит и свободный углерод. Последний имеет форму тонких пластинок графита в сером чугуне.

При большом содержании графита меняются механические свойства сплава, снижается сопротивляемость растяжению. Данный компонент позитивно сказывается на устойчивости металла к износу, обрабатываемости, а также гасит вибрации, понижает усадку.

Сферы применения серого чугуна

Серый чугун входит в число наиболее востребованных сплавов – в черной металлургии на него приходится около 80 % всего объема производства. В машиностроении используют разновидности с большой долей углерода, поскольку ценится их способность поглощать вибрацию, неизбежную в процессе функционирования механизмов.

Из такого металла изготавливают:

  • втулки;
  • станины для станков;
  • массивные основания для оборудования.

Добиться от серого чугуна определенных характеристик позволяет легирование молибденом, хромом. Высокая стойкость к износу при трении из-за отсутствия смазки требуется таким элементам механизмов:

  • нажимным дискам сцепления;
  • блокам;
  • крышкам подшипников;
  • тормозным дискам, барабанам.

Основным назначением марок серого чугуна с перлитной структурой является изготовление деталей, призванных справляться с серьезными нагрузками. К ним относятся гильзы, головки цилиндров, распределительные валы.

До сих пор на рынке большим спросом пользуются чугунные изделия в следующих областях:

  • сантехника;
  • посуда для кухни;
  • трубы, радиаторы отопления;
  • ограждения, скульптуры.

Для получения любого изделия из серого чугуна выбирают марку, которая лучше всего подходит для предполагаемых условий использования предмета. К 1-му классу относятся изделия с такими характеристиками:

  • предел прочности на растяжение в 25–30 кг/мм2;
  • модуль упругости в 1,15–1.30×10 – 6 МПа;
  • стабильность формы.

Под разную толщину будущих изделий подбирают серый чугун с маркировками СЧ21-СЧ40, СЧ28-СЧ48.

Детали первого класса подвержены сильному износу, поэтому их важными свойствами является мелкопластинчатая структура перлита и твердость в пределах 180 НВ. Серый чугун для производства ответственных деталей маркируется как СЧ32-СЧ-52.

Рекомендуем статьи

  • Сплав железа и меди: область применения
  • Углерод в металле и его влияние на свойства материала
  • Легированные конструкционные стали: характеристики и применение

Ко второму классу относят корпусные части и базовые элементы конструкций, которые не должны работать на износ в процессе эксплуатации. Речь идет о:

  • станинах токарных, револьверных станков;
  • листопрокатных валках;
  • деталях сменного оборудования.

Серый чугун в этом случае имеет прочность до 20–25 кг/мм2. Добиться столь высоких показателей позволяют марки СЧ15-СЧ32, СЧ21-СЧ40.

Изделия из литого чугуна востребованы во многих сферах производства, так как в них большой срок эксплуатации сочетается с минимальной стоимостью.

Почему следует обращаться именно к нам

Мы с уважением относимся ко всем клиентам и одинаково скрупулезно выполняем задания любого объема.

Наши производственные мощности позволяют обрабатывать различные материалы:

  • цветные металлы;
  • чугун;
  • нержавеющую сталь.

При выполнении заказа наши специалисты применяют все известные способы механической обработки металла. Современное оборудование последнего поколения дает возможность добиваться максимального соответствия изначальным чертежам.

Для того чтобы приблизить заготовку к предъявленному заказчиком эскизу, наши специалисты используют универсальное оборудование, предназначенное для ювелирной заточки инструмента для особо сложных операций. В наших производственных цехах металл становится пластичным материалом, из которого можно выполнить любую заготовку.

Преимуществом обращения к нашим специалистам является соблюдение ими ГОСТа и всех технологических нормативов. На каждом этапе работы ведется жесткий контроль качества, поэтому мы гарантируем клиентам добросовестно выполненный продукт.

Благодаря опыту наших мастеров на выходе получается образцовое изделие, отвечающее самым взыскательным требованиям. При этом мы отталкиваемся от мощной материальной базы и ориентируемся на инновационные технологические наработки.

Мы работаем с заказчиками со всех регионов России. Если вы хотите сделать заказ на металлообработку, наши менеджеры готовы выслушать все условия. В случае необходимости клиенту предоставляется бесплатная профильная консультация.

Серый чугун

Серый чугун

Структура серого чугуна, как и других сплавов, весьма разнообразна и является главным фактором, определяющим его свойства. При этом основное значение имеет либо графит, либо матрица, в зависимости от рассматриваемых свойств. Важнейший процесс, определяющий структуру серого чугуна, а значит, и его свойства, — это графитизация, от которой зависят не только количество и характер графита, но в значительной степени и структура матрицы.

Большое значение имеет также дисперсность структуры матрицы, на которую значительно влияет состав чугуна. Однако еще большую роль в изменении дисперсности матрицы часто играют жидкое состояние расплава, модифицирование, скорость охлаждения и другие факторы.

Общепризнано, что важнейшими элементами, определяющими структуру и свойства серого чугуна, являются углерод и кремний, всегда присутствующие в металле в том или ином количестве. Эти элементы определяют также положение чугуна по отношению к эвтектике, но в этом отношении влияние фосфора аналогично влиянию кремния.

Другим важным фактором, влияющим на структуру серого чугуна, является жидкое состояние расплава, которое определяется составом и природой шихтовых материалов (структурой графита, матрицы и других фаз, содержанием газов, неконтролируемых примесей, неметаллических включений и т. п.), условиями плавки и характером внепечной обработки (температурой перегрева, выдержкой, рафинированием, модифицированием и др.). При этом размер включений графита и степень графитизации увеличиваются, а количество междендритного графита (МГ) уменьшается с укрупнением графита в шихтовых материалах, уменьшением перегрева и особенно применением модифицирования. Таким образом, действие факторов жидкого состояния является сложным и часто может быть различным с точки зрения оптимизации структуры. Поэтому указанные факторы необходимо сочетать в зависимости от всех условий производства.

В связи с этим, повышая в определенных пределах перегрев и выдержку чугуна в печи, а также применяя модифицирование, можно получить те или иные результаты в зависимости от состава чугуна, наличия в нем зародышей графита и величины переохлаждения при кристаллизации. Чем меньше зародышей в жидком чугуне и чем больше его склонность к переохлаждению, тем эффективнее модифицирование, в отсутствии которого термовременная обработка может отрицательно повлиять на свойства чугуна.

Механические свойства серого чугуна и рекомендуемые для них составы представлены в табл. 1.8.

Таблица 1.8. Механические свойства и рекомендуемые составы серого чугуна.

Большим преимуществом серого чугуна, является его малая чувствительность к надрезам, что характеризует его высокие качества как конструкционного материала.

Кроме состава серого чугуна, на его механические свойства, как и на структуру, большое влияние оказывают факторы жидкого состояния, зависящие от метода плавки, температуры перегрева, природы шихтовых материалов, в частности количества стального лома в шихте. При этом качество чугуна возрастает с уменьшением количества и размера включений графита, газосодержания, примесей (As, Sb, Pb, Sn, Ti, Bi, V) и неметаллических включений в шихтовых материалах. Известно также, что наиболее высокие механические свойства  серого чугуна могут быть получены при плавке в электрических печах или при дуплекс-процессе с проведением оптимальной термовременной обработки. Из методов внепечной обработки наиболее эффективными являются модифицирование и ковшовое легирование.

Большое влияние на механические и другие свойства отливок имеет скорость охлаждения, а значит, и толщина стенок отливок. Поэтому при оценке прочности отливок часто приходится изготовлять разные заготовки.

Изменение температуры различно влияет на механические свойства серого чугуна. Прочность начинает заметно понижаться при 350 — 400° С как при кратковременных, так и при длительных нагрузках. Аналогично измеряется твердость, причем уже начиная с нормальной температуры. Пластичность ,наоборот, сначала повышается, достигает максимума при 800° С, но потом начинает резко снижаться, практически до нуля при температурах, близких к солидусу, вызывая опасность образования горячих трещин. Однако характер этих изменений, особенно прочности, зависит от состава чугуна, главным образом от содержания Crr Ni, Мо, которые оказывают положительное влияние, как и при нормальной температуре. При пониженных температурах свойства изменяются в значительно меньшей степени, причем при перлитной структуре прочность несколько понижается, а при ферритной – повышается.

Физические свойства серого чугуна (плотность, тепловые и электромагнитные свойства) приведены в табл. 1.12. Они тоже зависят от состава и структуры, а значит, и от марки чугуна. Плотность отдельных структурных составляющих приводится ниже :

Таблица 1.12. Серый чугун. Физические свойства.

Тепловые свойства серого чугуна — коэффициент линейного расширения, теплоемкость и теплопроводность — также зависят от состава и структуры чугуна. Электрические и магнитные свойства серого чугуна также определяются его составом и структурой. Магнитные свойства серого чугуна зависят, главным образом, от структуры матрицы.

Химические свойства (сопротивление коррозии и жаростойкость) серого чугуна зависят как от состава и структуры чугуна, так и от внешних факторов — состава и температуры среды. Различают классы стойкости в сильно и среднеагрессивных средах.

По сопротивлению коррозии в различных средах серый чугун может быть отнесен к различным классам стойкости. Коррозионная стойкость серого чугуна повышается по мере измельчения графита и уменьшения его количества, при однофазной структуре матрицы (например, Фе), а также при уменьшении содержания Si, S и Р. Для повышения стойкости целесообразно применять модифицированный СЧ, а также легированный Си (до 1,4%), Ni (до З%), Сг (до 1,0%) и другими элементами. Так, для работы в щелочной среде рекомендуются чугуны, содержащие 0,8-1,0% Ni и 0,6-0,8% Сг или 0,35-0,5% Ni и 0,4-0,6% Сг. Однако при воздействии на металл сильных реагентов следует применять высоколегированные чугуны.

Серый чугун по жаростойкости характеризует работоспособность чугуна при повышенных и высоких температурах в условиях действия малых нагрузок, когда главной причиной разрушения отливок является образование окалины или трещин.

Технологические свойства серого чугуна (свариваемость и обрабатываемость) также определяются его составом и структурой. Свариваемость серого чугуна значительно хуже, чем углеродистой стали, такпсак при обычных режимах сварки возникает переходная зона, отличающаяся высокой хрупкостью, что может привести к образованию трещин. Поэтому, газовая и электродуговая сварка СЧ, как и заварка дефектов на отливках, может производиться только по особой технологии.

Серый чугун по обрабатываемости связан с его твердостью НВ обратной зависимостью. Наличие графита полезно, так как в, его присутствии стружка получается крошащейся и давление на резец уменьшается. Влияние формы графита .незначительно. Обрабатываемость оценивается стойкостью режущего инструмента, допустимыми скоростями резания, чистотой обработанной поверхности и т. п. Она улучшается по мере увеличения количества Фе в структуре, а также по мере повышения однородности структуры, т. е. при отсутствии в ней включений (ФЭ, карбидов), обладающих повышенной НВ. Оценку обрабатываемости часто производят по экономической скорости резания, определяющей допустимую скорость обработки при обеспечении определенной стойкости резца.

Важными служебными свойствами СЧ являются износостойкость и герметичность. Износостойкость характеризует долговечность деталей и самих машин, работающих в условиях трения, и определяется как скорость потери металла. Различают износ при трении со смазкой, при сухом трении, абразивный и эрозионно-кавитационный. Износостойкость СЧ, как и других металлов, определяется условиями трения, но большое значение имеет также состав чугуна и особенно его структура, которая должна удовлетворять правилу Шарпи. Поэтому в зависимости от условий трения применяют разные чугуны

Серый чугун по литейным свойствам значительно лучше, чем другие сплавы. Это позволяет применять его для тонкостенных отливок и определяет сравнительную простоту технологических процессов и высокий коэффициент выхода годного. Прежде всего следует отметить жидкотекучесть, которая определяется разными способами, но чаще всего по спиральной пробе, отливаемой в соответствии с ГОСТ 16438-70 в песчаной или металлической форме.

Вторым важнейшим литейным свойством является усадка — изменение объема и линейных размеров отливок в результате термического сжатия, фазовых превращений и силового взаимодействия с формой в процессе затвердевания и остывания. Понижение температуры вызывает уменьшение объема на 1,1- 1,8% на каждые 100° С, а графитизация серого чугуна, наоборот, дает увеличение объема на 2,2% на 1% выделившегося графита. Объемная усадка жидкого металла тем больше, чем больше коэффициент объемной усадки жидкого металла.

2.1. Чугуны | Материаловед

Чугуном называют сплав железа, углерода (более 2,14 %) и других элементов (кремния, марганца, фосфора, серы и др.). В чугуне углерод может находиться в химически связанном состоянии в виде цементита (Fe3C) и в свободном состоянии в виде включений графита.

Серый чугун обладает хорошими технологическими свойствами и низкой стоимостью, в настоящее время является распространенным литейным материалом.

Серым называют такой чугун, в котором весь углерод или большая его часть находится в виде графита, а в связанном состоянии (в форме цементита) углерода содержится не более 0,8 %. Излом такого чугуна имеет серый цвет.

Из серого чугуна изготовляют самые разнообразные литые детали – от простых до сложных. Отливки хорошо обрабатываются на металлорежущих станках. Пример условного обозначения серого чугуна по ГОСТ 1412-85:

СЧ 25.

Буквы «СЧ» означают серый чугун, число (25) – значение временного сопротивления при растяжении (σв), МПа·10-1.

Его механические свойства зависят от величины зерна металла, от размеров и характера распределения включений графита и др. В обычном сером чугуне графит кристаллизуется в виде пластинок, которые расчленяют  основную металлическую массу и действуют как внутренние трещины. По этой причине серый чугун с пластинчатым графитом обладает низкой прочностью и малой пластичностью (до   0,3 %).

Серый чугун обладает способностью рассеивать вибрационные колебания при переменных нагрузках. Это свойство называют циклической вязкостью. Серый чугун имеет хорошие литейные свойства, а отдельные марки обладают достаточно высокой прочностью и износостойкостью.

В сером чугуне обычно содержится 2,9–3,6 % С; 1,5–3,5 % Si; 0,4–1 % Mn; 0,2–0,12 % S; в легированном чугуне содержатся и другие элементы.

Элементы, входящие в состав серого чугуна, существенно влияют на его свойства.

Кремний способствует выделению в чугуне углерода в виде графита, понижает температуру его плавления, обеспечивая высокие литейные и технологические свойства.

Марганец действует на свойства чугуна противоположно кремнию: он препятствует выделению в чугуне углерода в виде графита, увеличивая устойчивость цементита. Марганец повышает твердость чугуна и прочность отливок.

Сера, как и марганец, задерживает выделение в чугуне углерода в свободном состоянии. Способствует отбеливанию чугуна, делает его более тугоплавким, снижает жидкотекучесть. Поэтому в чугуне сера считается вредной примесью.

Фосфор в сером чугуне может оказывать и вредное, и полезное влияние. Повышая хрупкость, фосфор снижает механические свойства чугуна. Следовательно, в чугуне для машиностроительных отливок, требующих высокой прочности, значительное содержание фосфора может быть вредной примесью. Фосфор увеличивает жидкотекучесть металла. Следовательно, в чугуне для тонкостенных, со сложной поверхностью отливок, не требующих высокой прочности, повышенное содержание фосфора будет желательным. При изготовлении художественных отливок, особенно ажурных, содержание фосфора в чугуне до 1 % считается полезной примесью, увеличивающей жидкотекучесть расплава и стойкость отливок против коррозии.

Серые чугуны, применяемые в промышленности в качестве конструкционного материала для литых деталей, по физико-механическим характеристикам можно условно разделить на 4 группы: малой прочности, повышенной прочности, высокой прочности и со специальными свойствами.

Применяют серые чугуны с пластинчатым графитом 11 марок. Механические свойства и химический состав серых чугунов указаны в табл. 2.1.

Таблица 2.1. Марки серых чугунов с пластинчатым графитом

Марка чугунаЗначение временного сопротивления при растяжении σв, МПаТвер-дость, НВМассовая доля элементов, %Структура металлической основы
углеродкремниймарганец
СЧ 10100143-2293,5-3,72,2-2,60,5-0,8Феррит
СЧ 15150163-2293,5-3,72,0-2,40,5-0,8Феррит
СЧ 18180170-2293,4-3,61,9-2,30,5-0,7Феррит+перлит
СЧ 20200170-2413,3-3,51,4-2,20,7-1,0Феррит+перлит
СЧ 21210170-2413,3-3,51,4-2,20,7-1,0Феррит+перлит
СЧ 24240170-2413,2-3,41,4-2,20,7-1,0Перлит
СЧ 25250180-2503,2-3,41,4-2,20,7-1,0Перлит
СЧ 30300181-2552,0-3,21,4-2,20,7-1,0Перлит
СЧ 35350191-2692,9-3,01,0-1,10,7-1,1Перлит
Сч 40400207-2852,5-2,72,5-2,91,2-0,4Перлит
Сч 45450229-2892,2-2,42,5-2,90,2-0,4Перлит

Детали, получаемые из серого чугуна, со структурой феррита имеют невысокую прочность, прочные – с феррито-перлитной структурой и наиболее прочные – с перлитной структурой.

Из серого чугуна отливают колонны, котлы, радиаторы, ванны, трубы, а также самые разнообразные конструкционные детали для машиностроения.

Высокопрочный чугун имеет металлическую основу и шаровидные включения графита. Из него изготовляют отливки со стенками большой толщины и высокой прочности (коленчатые валы, зубчатые колеса, детали турбин). Высокопрочный чугун получают модифицированием жидкого серого чугуна магнием. В результате модифицирования в чугуне образуется графит шаровидной формы. В отличие от обычного серого чугуна этот чугун обладает повышенной пластичностью и большей прочностью. Высокопрочный чугун, по сравнению с обыкновенным серым, обладает меньшей склонностью к отбелу.

Высокопрочный чугун с графитом шаровидной формы подразделяется в зависимости от механических свойств на следующие марки, приведенные в табл. 2.2.

Таблица 2.2. Марки высокопрочного чугуна для отливок с шаровидным графитом

Марка чугунаЗначение временного сопротивления при растяжении σв, МПаОтносительное удлинение, %Твердость, НВСтруктура металлической основы
ВЧ 3535022140-170Феррит
ВЧ 4040015140-202Феррит
ВЧ 4545010140-225Феррит
ВЧ 505007153-245Феррит+перлит
ВЧ 606003192-277Перлит
ВЧ 707002228-302Перлит
ВЧ 808002248-351Перлит
ВЧ 10010002270-360Перлит

Пример условного обозначения высокопрочного чугуна по ГОСТу 7293-85:

ВЧ 60.

Буквы «ВЧ» обозначают высокопрочный чугун, первые две цифры – значение временного сопротивления при растяжении σв, МПа·10-1.

Ковкий чугун получают путем длительного нагрева при высоких температурах (950–1000 °С) (отжигом) отливок из белого чугуна. При отжиге образуется графит, имеющий компактную хлопьевидную форму. При такой форме графита, отливки перестают быть хрупкими, приобретают способность выдерживать ударные нагрузки (свободный углерод в них имеет форму, промежуточную между пластинчатой и шаровидной – хлопьевидную).

Название «ковкий чугун» условно и указывает лишь на то, что этот материал по сравнению с серым чугуном является пластичным. В действительности же ковкий чугун никогда ковке не подвергают, из него, так же как из серого чугуна, изготовляют лишь фасонные отливки для машиностроения. Ковкий чугун по механическим свойствам занимает промежуточное положение между серым чугуном и сталью. Детали, изготовленные из такого чугуна, хорошо работают в среде влажного воздуха, поточных газов и воды. В зависимости от способа производства ковкого чугуна его подразделяют на группы: ферритный и перлитный.

Ферритный ковкий чугун получают при отжиге отливок из белого чугуна в нейтральной среде. Такой чугун имеет бархатный черный излом и состоит из феррита и графита отжига Fe3C→3Fe+Cотж. Из ферритного ковкого чугуна с повышенной пластичностью изготовляют ответственные детали для автомобилей и сельскохозяйственных машин, для этих целей используют марки КЧ 37-12; КЧ 35-10. Для малоответственных деталей (гайки, фланцы и др.) применяют КЧ 30-6;     КЧ 33-8.

Перлитный ковкий чугун получают после отжига белого чугуна в окислительной атмосфере. Вследствие обезуглероживания в процессе отжига отливок получают чугун с меньшей вязкостью. Этот чугун находит ограниченное применение в машиностроении.

Из перлитного ковкого чугуна изготовляют карданные валы, звенья цепей конвейера, муфты и др.

Ковкий чугун подразделяется в зависимости от механических свойств на следующие марки, приведенные в табл. 2.3.

Таблица 2.3. Марки ковких чугунов

Марка чугунаЗначение временного сопротивления при растяжении σв, МПаОтносительное удлинение, %Твердость, НВ
Ферритный
КЧ 30-62946,0100-163
КЧ 33-83238,0100-163
КЧ 35-1033310,0100-163
КЧ 37-1236212,0110-163
Перлитный
КЧ 45-74417,0150-207
КЧ 50-54905,0170-230
КЧ 55-45394,0192-241
КЧ 60-35883,0200-269
КЧ 63-26373,0212-269
КЧ 70-26862,0241-285
КЧ 80-1,57841,5270-320

Основной химический состав ковкого чугуна: 2,4–2,8 % C; 0,8–1,4 % Si; менее 1 % Mn; менее 0,1 % S; менее 0,2 % P.

Примеры записи марки ковкого чугуна по ГОСТ 1215-79:

КЧ 30-6.

Буквы «КЧ» обозначают ковкий чугун, первое число – значение временного сопротивления при растяжении σв, МПа·10-1, второе число – минимальное относительное удлинение δ, %.

Серый чугун Свойство и химия в GB/T9439

30 июля 2010 г. Серый чугун

(отливки из серого чугуна) назван так из-за цвета поверхности излома. Он содержит 1,5-4,3% углерода и 0,3-5% кремния, а также марганец, серу и фосфор. Он хрупок с низкой прочностью на растяжение, но легко отливается.

Все данные в этом документе относятся к китайскому стандарту GB/T 9439-1988. Qingdao Casting Quality пишет все материалы из справочника.

www.castingquality.com

Наши услуги

  1. Литье в песчаные формы

    Литье Качество сосредоточено на производстве металлических деталей, мы предоставляем профессиональные услуги в области литья металлов.

    Литье в песчаные формы — популярный метод формовки металла, подходящий для всех материалов, таких как серый чугун, ковкий чугун, ковкий чугун, углеродистая сталь, нержавеющая сталь, алюминий и бронза.

    Ключевые слова: Литье из серого чугуна

  2. Литье по выплавляемым моделям

    , также называемое прецизионным литьем по выплавляемым моделям, в основном подходит для деталей из углеродистой и нержавеющей стали. Мы также поставляем детали из серого и ковкого чугуна, а также алюминия и бронзы методом литья по выплавляемым моделям. Он может добиться наилучшего внешнего вида с хорошей переносимостью

    Ключевые слова: Литье из серого чугуна

  3. Литье в оболочку

    Метод литья в оболочку является хорошей альтернативой литью по выплавляемым моделям и литью в песчаные формы. качество лучше, чем детали для литья в песчаные формы, подходящие для массового производства.

    Ключевые слова: литье из серого чугуна

  4. CNC-обработка

    CNC-фрезерование, CNC-точение с 5 xix CNC-центром, мы обеспечиваем прецизионную обработку для всех отливок на основе чертежей заказчика.

    Ключевые слова: литье из серого чугуна

  5. CAD Design

    Услуги по механическому проектированию на основе требований клиентов, наше программное обеспечение — Solidworks и AutoCAD.

    Ключевые слова: Литье из серого чугуна

  6. Инструменты/Конструкция пресс-форм

    Дизайн и производство пресс-форм будут использоваться для литья металлов и индустрии литья пластмасс под давлением. Основываясь на нашем более чем 10-летнем опыте, мы поставляем профессиональные пресс-формы для наших клиентов в Европе и Северной Америке.

    Ключевые слова: литья серого железа

Серые чугунные свойства

Свойство прочности на растяжение с одним литьем Серые железные. /МПа

Отливки из серого чугуна Толщина стенки
/мм Прочность на растяжение
σb≥/МПа HT1002 100 >2.5~10
>10~20
>20~30
>30~40 130
100
90
80 HT150 150 >2.5~10
>10~ 20
>20~30
>30~40 175
145
130
120 HT200 200 >2. 5~10
>10~20
>20~30
>30~40 220
195
170
160 HT250 250 >4.0~10
>10~20
>20~30
>30~50 270
240
220
200 HT300 300 >10~20
>20~ 30
>30~50 290
250
230 HT350 350 >10~20
>20~30
>30~50 340
290
260

www .castingquality.com

.com

Castings Attached Specimen Tensile Strength Property

Gray Iron Grade Wall Thickness
/mm
Tensile Strength σb≥/Mpa Tensile Strength (reference)

σb≥/Mpa

Attached Test Coupon Attached Test Block
φ30mm φ50mm R15mm R25mm
HT150 >20~40
>40~80
>80~150
> 150 ~ 300
130
115


(115)
105
.
80
HT200 >20~40
>40~80
>80~150
>150~300
180
160


(155)
145
135
170
150



140
130
165
145
130
120
HT250 >20~40
>40~80
>80~150
>150~300
220
200


(190)
180
165
(210)
190



170
160
205
180
165
150
HT300 >20~40
>40~80
>80~150
>150~300
260
235


(230)
210
195
(250)
225



200
185
245
215
195
180
ht350> 20 ~ 40
> 40 ~ 80
> 80 ~ 150
> 150 ~ 300
300
270


(265)
24021

(265)
24021

(265)
24021

(265)
24021

(265)
2400 2151 2151 2

(265).
260



230
210
285
255
225
205

Серые железные отливки. ДЕЙСТВИЯ

Уровень УСТАНОВКА Графитная коррозия

Серый чугун иногда проявляет эффект селективного выщелачивания железа в слабоагрессивных средах. Поверхностный слой железа становится похожим на графит и легко режется ножом. Из-за атаки железная или стальная матрица растворяется, и остается переплетенная более благородная графитовая сеть. Графит становится катодным по отношению к железу, и образуется элемент гальванической коррозии. Железо растворяется, и остается пористая масса пустот и сложных оксидов железа. Этот графитированный чугун теряет свою прочность и другие металлические свойства (рис. 4.12), но при случайном взгляде выглядит грязным, но неизмененным по форме, что может привести к опасным ситуациям.

Рисунок 4.12. Графитовая коррозия в трубе из серого чугуна. (Из Ports, R.D. (1987). Nalco Chemical Company)

Графитная коррозия не возникает в чугуне с шаровидным графитом и ковком чугуне. Одной из распространенных ошибок в книгах является использование термина « графитизация» вместо графитовой коррозии. Графитизация происходит, когда низколегированная сталь подвергается воздействию высокой температуры в течение длительного периода времени. Графитизация возникает в результате распада перлита на феррит и углерод, тогда как при графитовой коррозии серый чугун подвергается избирательному воздействию. Присутствие графита необходимо для осуществления выщелачивания.

Просмотреть книгу Глава покупки

Читать полная глава

URL: https://www.sciendirect.com/science/article/pii/b97807506500052

Ramesh Singh, в Applied Welding Engineer Engineering) (Thride Edition)

Ramesh Singh, в Applied Welding Engineer Engineer Engineer (Thride Edition).

Серый чугун

Серый чугун — это общий термин, используемый для ряда чугунов, микроструктура которых характеризуется наличием чешуйчатого графита в железистой матрице. Такие отливки часто содержат 2,5-4% углерода, 1-3% кремния и некоторые добавки марганца в пределах от 0,1% до 1,2%.

Это один из наиболее широко используемых сплавов железа. Прочность серого чугуна зависит от матрицы, в которую внедрен графит (свободный углерод). Матрица может варьироваться от феррита до перлита и различных комбинаций двух фаз. Крупные чешуйки графита снижают прочность и пластичность, поэтому модификаторы используются для стимулирования образования мелких чешуек.

Серый чугун назван в честь его серой изломистой поверхности, которая возникает из-за того, что графитовые чешуйки отклоняют проходящую трещину и вызывают появление бесчисленных новых трещин по мере разрушения материала. Белые чугуны твердые и хрупкие. Серые чугуны более мягкие, с микроструктурой графита в преобразованной аустенитной и цементитной матрице. Чешуйки графита, которые представляют собой розетки в трех измерениях, имеют низкую плотность и, следовательно, компенсируют усадку при замораживании, что дает хорошие отливки без пористости.

Чешуйки графита обладают хорошими демпфирующими характеристиками и обрабатываемостью, поскольку графит действует как стружколом и смазывает режущие инструменты. В приложениях, связанных с износом, графит полезен, поскольку он помогает удерживать смазочные материалы. Однако чешуйки графита также являются концентраторами напряжений, что приводит к плохой ударной вязкости. Таким образом, рекомендуемое приложенное растягивающее напряжение составляет лишь четверть фактического предела прочности при растяжении.

Известно, что сера в чугунах способствует образованию графитовых чешуек. Графит можно заставить осаждаться в сфероидальной форме путем удаления серы из расплава с использованием небольшого количества карбида кальция. Затем следует незначительное добавление магния или церия, что отравляет предпочтительные направления роста и приводит к изотропному росту, в результате чего образуются сфероиды графита. Обработка кальцием необходима перед добавлением магния, поскольку последний также имеет сродство как к сере, так и к кислороду, тогда как его сфероидизирующая способность зависит от его присутствия в растворе в жидком железе. Магний часто добавляют в виде сплава с железом и кремнием (Fe-Si-Mg), а не в виде чистого магния.

Однако магний способствует осаждению цементита, поэтому кремний в форме ферросилиция также добавляется для обеспечения осаждения углерода в виде графита. Ферросилиций является модификатором в системе.

Серый чугун на сегодняшний день является самой старой и наиболее распространенной формой чугуна. В результате многие считают, что это единственная форма чугуна, и термины чугун и серый чугун используются как синонимы. К сожалению, единственное общеизвестное свойство серого чугуна — хрупкость — также приписывается «чугуну» и, следовательно, всем чугунам. Серый чугун назван так потому, что его излом имеет серый вид. Он содержит углерод в виде чешуйчатого графита в матрице, состоящей из феррита, перлита или их смеси.

Текучесть жидкого серого чугуна и его расширение при затвердевании из-за образования графита сделали этот металл идеальным для экономичного производства безусадочных сложных отливок, таких как блоки цилиндров двигателя.

Чешуйчатая форма графита в сером чугуне оказывает определяющее влияние на его механические свойства. Чешуйки графита действуют как концентраторы напряжения, которые могут преждевременно вызывать локализованное пластическое течение при низких напряжениях и инициировать разрушение матрицы при более высоких напряжениях. В результате серый чугун не проявляет упругих свойств и разрушается при растяжении без значительной пластической деформации, но обладает отличными демпфирующими характеристиками. Наличие чешуек графита также придает серому чугуну превосходную обрабатываемость и самосмазывающиеся свойства.

Спецификация ASTM A-48 перечисляет несколько классов серого чугуна в зависимости от прочности на растяжение. Определен диапазон прочности на растяжение от 20 тысяч фунтов на квадратный дюйм до 60 тысяч фунтов на квадратный дюйм.

Чугуны с пределом прочности при растяжении выше 40 ksi считаются высокопрочными чугунами.

Прочность на сжатие гораздо важнее, чем прочность на растяжение для многих применений, и во многих случаях серый чугун работает лучше, чем сталь, в приложениях с нагрузками на сжатие.

Просмотр главыКнига покупок

Read full chapter

URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/B9780128213483000203

Roy Elliott BSc, PhD, in Cast Iron Technology, 1988

Grey flake irons

Серые чугуны не так легко вписываются в систему классификации. Характерная структура чистых эвтектических сплавов Fe–C–Si – сфероидальная 69 . Хотя чешуйчатую структуру часто описывают как характерную, она образуется только в присутствии примесей. Значение второстепенных элементов уже подчеркивалось. Важно понять их роль в управлении морфологией графита, чтобы получить семейство структур, которые варьируются от чешуйчатых до промежуточных форм, таких как коралловые и уплотненные, до сфероидальных, и избежать образования нежелательных вырожденных сфероидальных структур.

Хорошо выражен рост чешуйчатой ​​структуры. После образования зародыша графита эвтектическая ячейка растет приблизительно радиально в пределах ограничений, налагаемых окружающими аустенитными дендритами. Чешуйки изгибаются, скручиваются и разветвляются, как показано на Рисунок 3.15 . Микроструктуры чугунов, закаленных во время роста клеток, показывают, что графит лидирует на границе раздела. Каждая чешуйка смачивается аустенитом до края роста. Чешуйки могут расти только за счет расширения чешуек в плотно упакованном, сильном соединении в направлении «а». Значительному росту в направлении «с» препятствует соседний аустенит.

Рисунок 3.15. (а) Схематическое изображение роста эвтектической ячейки чешуйчатого графита; (b) Рост эвтектических ячеек в уплотненном железе, показывающий рост графитового слоя вдоль оси c; (c) Рост сфероида на кончике уплотненного графита после потери контакта с жидкостью

Графит сплошной через ячейку, но не является единым кристаллом. Дефекты вносятся в результате ограничений роста, налагаемых окружающим аустенитом, четырехкратным увеличением удельного объема графита по отношению к жидкости, из которой он образуется, и примесями. Наличие слоистых разломов вращения 45 позволяет чешуйкам разветвляться во многих направлениях в пределах их собственной плоскости. Границы Twin/Tilt допускают разветвление вне плоскости.

Чешуйки ветвятся при росте латеральным делением и редко расщеплением по плоскости листа. Модель ответвления от плоскости (101¯10) показана на рис. 3.16 70 . Это пример аномальной чешуйчатой ​​структуры, и считается, что частота ветвления пропорциональна переохлаждению границы раздела. Переохлажденный графит представляет собой мелкочешуйчатый графит, выращенный при более высоком переохлаждении.

Рисунок 3.16. Тип разветвления графита в эвтектической ячейке

(после ссылки 70)

Были даны различные объяснения роли примесей, таких как O и S, в содействии морфологии чешуек. С одной стороны, было высказано предположение, что O и S в графите препятствуют скольжению и предотвращают искривленный рост графита, который считается важной особенностью сфероидального роста. Кроме того, S снижает свободную энергию на границе раздела аустенит–жидкость, создавая таким образом кашицеобразную зону, в которой аустенитные дендриты разделены непрерывными жидкими пленками (9).1388 Рисунок 3.17 ). Эта конфигурация не способствует сфероидальному росту. Альтернативная точка зрения состоит в том, что небольшие концентрации примесей в растворе могут оказывать значительное влияние на подвижность интерфейса и движущую силу роста.

Рисунок 3.17. Схематическое изображение роста эвтектических ячеек (а) чешуйчатого графита; (б) шаровидный графит; (c) вырожденный графит и связанные с ним кашеобразные конфигурации зон; ◼ графит; □ аустенит; жидкость

Влияние на подвижность изучал Гилмер 71 и количественно с помощью компьютерного моделирования динамики роста кристаллов. В соответствии с этими предсказаниями предполагается, что некоторые примеси, в том числе O и S, адсорбируются на границе роста. Это делает плоскость призмы неограненной и снижает кинетическое переохлаждение, необходимое для роста в направлении «а». Роль примесей, которые сильно связаны с решеткой-хозяином (упорядочивающие примеси, такие как O), можно отличить от тех, которые слабо связаны (кластеризующие примеси, такие как S). Влияние второстепенных элементов на движущую силу осуществляется через образование конституционального переохлаждения.

Nieswaag и Zuithoff 65 показали, что расстояние между чешуйками сначала увеличивается, а затем уменьшается с увеличением содержания S в чугунах, выращенных с постоянной скоростью. Увеличение расстояния связано с адсорбцией серы, что снижает кинетическое переохлаждение и, следовательно, переохлаждение поверхности раздела и частоту ветвления. Более высокие концентрации S приводят ко второму влиянию. S накапливается в жидкости и способствует конституциональному переохлаждению, вызывая увеличение частоты ветвления.

Просмотреть главуКнига покупок

Прочитать главу полностью

URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/B9780408015127500069

J.W. Martin, в Materials for Engineering (Third Edition), 2006 г.

Серый чугун

В сером чугуне образующаяся эвтектика состоит из чешуек графита + аустенита. Образованию графита, а не карбида железа способствует присутствие кремния и условия медленного охлаждения. Если отливка состоит из различных сечений, то тонкие участки будут «застывать» и охлаждаться с большей скоростью, чем толстые, так что только последние будут образовывать серый чугун.

Фазовая диаграмма железо-графит по форме аналогична рис. 3.21, где C (графит) заменяет Fe 3 C, и ее все еще можно использовать для учета развивающихся микроструктур. Доэвтектические чугуны затвердевают с образованием дендритов аустенита в эвтектике аустенит/графит, а заэвтектические чугуны образуют первичные чешуйки графита в той же эвтектике аустенит/графит. При дальнейшем охлаждении аустенит распадается при температуре эвтектоида, при высоких скоростях охлаждения до перлита и при медленных скоростях охлаждения до феррито-графитового эвтектоида. Микроструктура серого чугуна показана на рис. 3.28. Эти утюги называются так потому, что присутствие графита в микроструктуре приводит к тому, что поверхность излома имеет серый цвет.

3.28. Оптическая микрофотография серого чугуна (непротравленного) × 500.

Серый чугун является привлекательным конструкционным материалом из-за его дешевизны и простоты обработки. Графит лишен прочности, но его образование имеет тенденцию компенсировать склонность отливок к усадке при затвердевании. Его чешуйчатая форма фактически означает, что микроструктура полна трещин, в результате чего материал проявляет небольшую пластичность, хотя и прочен при сжатии. Графитовые утюги демонстрируют высокую демпфирующая способность , поскольку энергия колебаний рассеивается на этих внутренних поверхностях.

Значение эквивалента углерода (CE) представляет собой показатель, который объединяет влияние Si и P на эвтектику железа и углерода и определяется как:

CE показывает, насколько данный состав железа близок к теоретической эвтектике железо-углерод (CE = 4,3%), и, следовательно, какое количество свободного графита может присутствовать при данной скорости охлаждения. Механические свойства чугуна в значительной степени определяются содержанием графита и рис. 3.29.указывает на взаимосвязь между значением CE, UTS и толщиной среза (т.е. скоростью охлаждения) и результирующей микроструктурой. Видно, что белый чугун (твердый и неподдающийся обработке) образуется при низких значениях КЭ и быстром охлаждении, а серые чугуны (сначала перлитные, а затем ферритные) образуются при увеличении значений КЭ и размеров сечения.

3.29. Показаны структуры чугунов с различными значениями углеродного эквивалента и толщины сечения.

Посмотреть главуКнига покупок

Читать главу полностью

URL: https://www. scienceedirect.com/science/article/pii/b97818456

500034

В случае с атласом коррозии, 2020

555555 года.

класс УСТАНОВКА ≤20082
класс УСТАНОВКА
класс УСТАНОВКА
Уровень. αKV/(J/cm2) Safe Range of stress
σ-1/MPa
Modulus of Elasticity
Ε/GPa
HT150 500~700 150~250 60~90 70~90
HT200 600~800 200~300 2~5 80~90 80~110
HT250 800~1000 250~350 4~8 100~140 100~130
HT300 1000~1200 300~450 7~10 120~160 120~140
HT350 1100~1300 350 ~ 500 9 ~ 11 140 ~ 180 130 ~ 160

Серые железные кастинг. Metallography

HT100 h245 ≤170 Ferrite
HT150 h275 150~200 Ferrite + Pearlite
HT200 h295 170~220 Pearlite
HT250 h315 190~240 Pearlite
HT300 h335 210~260 Pearlite(Inoculated Cast Iron
HT350 H355 230 ~ 280 ПЕРГОВЫЙ (инокулированный чугун)

Серые железные кастинг.0079

Вес литья
кг
Начальная температура
/οC
Скорость нагрева
/(οC /h)
Температура сохранения. ) Окончательная температура
/οC
ЧИСТ IRON ЧИСТ ИГЛОТА
Простые отливки
<200 ≤20082
<200 ≤20082
<200 ≤20082
≤20082
<200 ≤20082
<200 ≤20082
. 0082 550~570 4~6 30 200
200~2500 ≤200 ≤80 500~550 550~570 6~8 30 200
>2500 ≤200 ≤60 500~550 550~570 8 30 200
Precision Castings
<200 ≤ 200 ≤100 500~550 550~570 4~6 20 200
200~2500 ≤200 ≤80 500~550 550~570 6~8 20 200

Литье из серого чугуна, химический состав не упоминается ни в одном стандарте, поэтому мы предлагаем только следующий химический состав, основанный на фактическом производстве.

 

. 1.8
1.4~1.6 0,8
0,9.
0,15
Марка Wall Thickness
/mm
C Si Mn P
S
HT100 3. 4~3.9 2.1~2.6 0.5~0.8 0.3 0.15
HT150 <30
30~50
>50
3.3~3.5
3.2~3.5
3.2~3.5
2.0~2.4
1.9~2.3
1.8~2.2
0.5~ 0,8
0,5~0,8
0,6~0,9
0,2 ​​
0,2
0,2
0,12
0,12
0,12
HT200 <30
30 ~ 50
> 50
3,2 ~ 3,5
3,4 ~ 3,4 ~ 3,4 ~ 3,4 ~ 3,4 ~ 3,4 ~ 3,4 ~ 3,4 ~ 3,4 ~ 3,4 ~ 3,4 ~ 3,4 ~ 3,4 ~ 3,4 ~ 3,4 ~ 3,4 ~ 3,4 ~ 3,4 ~ 3,4 ~ 3,4 ~ 3,4
3,2 ~ 3,5
~ 50 2,4
3,5 ~ 3,5
~ 50
>
1.7~0.9
0.8~1.0
0.8~1.0
0.15
0.15
0.15
0.12
0.12
0.12
HT250 <30
30~50
>50
3,0~3,3
2,9~3,2
2,8~3,1
1.4~1.7
1.3~1.6
1.2~1.5
0. 8~1.0
0.9~1.1
1.0~1.2
0.15
0.15
0.15
0.12
0.12
0.12
HT300 <30
30 ~ 50
> 50
2,9 ~ 3,2
2,9 ~ 3,2
2,8 ~ 3,1
1,4 ~ 1,7
1,2 ~ 1,5
1,1 ~ 1,4
0,8 ~ 1,0
0,9 ~ 1,1
1,0 ~ 1,2
921 0,9 ~ 1,1
1,0 ~ 1,2
1921 0,9 ~ 1,1
1,0 ~ 1,2
0,10
0,10
0,10

Grey Cast Iron Compare

Index Country Grey Iron Grade
1 China HT350 HT300 HT250 HT200 HT150 HT100
2 Japanese FC350 FC300 FC250 FC200 FC150 FC100
3 USA NO. 60 NO.50 NO.45 NO.35/ NO.40 NO.30 NO.25 NO.20
4 Russia CЧ40 CЧ35 CЧ30 CЧ24/CЧ25 CЧ18/CЧ20/CЧ21 CЧ15 CЧ10
5 Germany GG40 GG35 GG30 ГГ25 GG20 GG15 GG10
6 Italy G35 G30 G25 G20 G15 G10
7 France FGL400 FGL350 FGL300 FGL250 FGL200 FGL150
8 England 400 350 300 260 180/220 150 100
9 Poland Z140 Z135 Z130 Z125 Z120 Z115
10 India FG400 FG350 FG300 FG260 FG200 FG150
11 Romania FC400 FC350 FC300 FC250 FC200 FC150
12 Spanish FG35 FG30 FG25 FG20 FG15
13 Belgium FGG40 FGG35 FGG30 FGG25 FGG20 FGG15 FGG10
14 Australia T400 T350 T300 T260 T220 T150
15 Sweden O140 O135 O130 O125 O120 O115 O110
16 Hungary OV40 OV35 OV30 OV25 OV20 OV15
17 Bulgaria Vch45 Vch40 Vch35 Vch30 Vch25
18 ISO 350 300 250 200 150 100
19 COPANT FG400 FG350 FG300 FG250 FG200 FG150 FG100
20 Taiwan(China) FC300 FC250 FC200 FC150 FC100
21 Holland GG35 GG30 GG25 GG20 GG15
22 Luxemburg FGG40 FGG35 FGG30 FGG25 FGG20 FGG15
23 Austria GG35 GG30 GG25 GG20 GG15
24 Europa-Norm EN-GJL-350 EN-GJL-300 EN-GJL-250 EN-GJL-2009 EN-GJL-150982

Серые железные отливки

22 марта 2022 г.

Китай Отливки Серый чугун Литье из серого чугуна

Серый чугун — обзор

ScienceDirect

РегистрацияВход

Серый чугун, или серый чугун, имеет графитовые чешуйки, которые отклоняют проходящую трещину и вызывают бесчисленное количество новых трещин по мере разрушения материала.

Источник: 8-я Международная конференция по компрессорам и их системам, 2013 г.

PlusAdd to Mendeley

K.B. Rundman, в Encyclopedia of Materials: Science and Technology, 2001

4 Микроструктура и механические свойства серого чугуна

Серый чугун имеет низкий предел прочности при растяжении и почти отсутствующую пластичность (и ударную вязкость) в первую очередь из-за почти непрерывного характера (разрывы на границах ячеек и на предшествующих аустенитных дендритах) графитовых чешуек (см. рис. 3). Растягивающие напряжения распространяют трещины вдоль графитовых пластин внутрь. Растягивающие напряжения разрушения в серых чугунах находятся в диапазоне 100–500 МПа (Schneidewind и McElwee, 1950, Krause, 1969). Попытки определить трещиностойкость серых чугунов методами механики разрушения дают консервативный результат K IC измерения в диапазоне 16–22 МПа·м 1/2 (Bradley and Srinivasan 1990).

Рис. 3. Схема, иллюстрирующая разрушение под напряжением при растяжении вдоль границ раздела графита в сером чугуне. Показана схематическая взаимосвязь между UTS, BHN и CE для различных микроструктур матрицы.

Просмотреть главуКнига покупок

Прочитать главу полностью 2012

Серый чугун

Серый чугун, тип чугуна, наиболее широко используемый для производства промышленных компонентов, обладает превосходной обрабатываемостью по сравнению с другими типами чугуна и требует более низких уровней смазки от используемой жидкости для металлообработки. Графит в сером чугуне имеет чешуйчатую структуру, которая во многом определяет высокую обрабатываемость этого металла. Чешуйчатая структура графита приводит к разрывам в металлической матрице и последующему снижению сил резания. Графит в сером чугуне также обеспечивает смазку во время обработки. Это снижает потребность и уровень смазки, требуемой от используемой жидкости для металлообработки. В дополнение к влиянию структуры графита на обрабатываемость серого чугуна металл также содержит композиционные элементы, которые способствуют повышению обрабатываемости.

Серые чугуны обычно имеют более высокие уровни содержания серы и марганца по сравнению с другими формами чугуна. Установлено, что при механической обработке сера и марганец могут соединяться с образованием включений сульфида марганца, которые служат эффективными твердыми смазками, способствуют обрабатываемости металла и увеличению срока службы используемых инструментов. 31–35 Таким образом, благодаря структуре графита, присутствующего в металле, и образованию присущих смазывающих включений сульфида марганца серый чугун обладает хорошей обрабатываемостью и часто может эффективно обрабатываться с использованием смазочных жидкостей с низким содержанием смазочных материалов, таких как прозрачные синтетические растворы или прозрачные или полупрозрачные микроэмульсии. На рис. 2.14 показаны силы резания, измеренные с различными типами СОЖ, используемыми для обработки серого чугуна класса 40.

2.14. Осевые силы резания, измеренные для двух микроэмульсионных жидкостей и одной макроэмульсионной жидкости при сверлении серого чугуна. Более низкие и несколько более стабильные силы резания наблюдаются для жидкости для металлообработки макроэмульсионного типа (1 фунт = 4,448 Н).

Как и в случае жидкостей, используемых для обработки алюминия, характеристики жидкостей, используемых для обработки чугуна, также могут меняться со временем использования. Хотя высокие уровни смазки не всегда необходимы для обработки серого чугуна, тем не менее можно увидеть, что при длительном использовании жидкости можно добиться улучшения и повышения эффективности смазывания и обработки. На рисунках 2.15 и 2.16 показан пример влияния старения жидкости и продолжительного использования как на силы резания, так и на результирующий износ инструмента при обработке серого чугуна. При оценке характеристик смазочно-охлаждающей жидкости, протестированной как в виде свежеприготовленной эмульсии, так и после продолжительного использования при обработке серого чугуна, видно, что при использовании состаренной жидкости достигаются меньшие силы резания и износ инструмента по сравнению с показателями, измеренными при свежеприготовленная жидкость на водной основе.

2.15. Влияние старения жидкости на обработку серого чугуна класса 40. Состаренная жидкость обеспечивает улучшенные характеристики обработки серого чугуна, что проявляется в более низких осевых силах резания и уменьшении увеличения силы по мере продолжения сверления (1 фунт = 4,448 Н).

2.16. Микрофотографии использованных сверл при обработке чугуна.

Загрязнение масляными примесями может иметь интересное и ярко выраженное влияние на характеристики жидкости при обработке чугуна. При развертывании серого чугуна класса 40 с использованием твердосплавной развертки с шестью канавками было замечено, что относительно низкие уровни (1,5 %) загрязнения гидравлическим маслом макроэмульсии типа «масло в воде» приводят к заметному увеличению полученная шероховатость развёрнутой поверхности (рис. 2.17). Это пагубное влияние масляного остатка на характеристики эмульсии может быть следствием ряда факторов. На рис. 2.18 показаны микрофотографии с увеличением 400x макроэмульсий, не содержащих и загрязненных примесями масла, которые использовались при проведении операции расширения. При изучении этих микрофотографий видно, что эмульсия, не содержащая примесей масла, является однородной в отношении размера взвешенных капель масла и, таким образом, ожидается, что она будет обеспечивать равномерную и стабильную подачу смазки во время операции механической обработки. Напротив, та же самая эмульсия, загрязненная 1,5%-ным примесным маслом, содержит широкий диапазон размеров капель, что, вероятно, приводит к более непостоянному и неравномерному потоку и подаче смазки в зону резания. Таким образом, влияние загрязнения масляными примесями на однородность и дисперсность взвешенных капель масла в эмульсии может быть важным фактором производительности жидкости.

2.17. Влияние загрязнения Way Lube и гидравлической жидкости на качество рассверленного отверстия.

2.18. ( а ) Микрофотография с увеличением 400x, полученная после обработки чугуна незагрязненной 12% жидкостью. Мелкое и равномерное распределение капель по размерам сохраняется во время обработки без видимого присутствия крупных взвешенных частиц. (b) Микрофотография с увеличением 400x, полученная после обработки чугуна 12% жидкостью, содержащей 1,5% посторонних масел (1,0% Way Lube + 0,5% гидравлическая жидкость).

Второе наблюдение, которое следует сделать из анализа эмульсий, заключается в том, что мелкие металлические частицы или мусор можно увидеть во взвешенном состоянии в больших каплях масла в эмульсии, загрязненной примесью масла. Считается, что эти взвешенные мелкие частицы и металлический мусор в рециркулирующей жидкости могут действовать как эффективные частицы абразивного износа третьего тела, что приводит к появлению царапин и/или ухудшению отделки обработанных поверхностей. Таким образом, способность жидкостей, загрязненных масляными примесями, удерживать металлические частицы также может представлять собой важный механизм, ответственный за часто наблюдаемые вредные эффекты.

Чтобы соответствовать текущим требованиям к производительности и стандартам выхлопных газов в автомобильной промышленности, двигатели должны работать при более высоких температурах и при более высоком давлении. Такие условия требуют повышенной прочности и повышенной стойкости к термической усталости материалов, используемых для производства двигателей. Это особенно относится к головкам цилиндров двигателей, которые наиболее подвержены термическому усталостному повреждению из-за их близости к камере сгорания. Известно, что молибден (Mo) и ванадий (V) являются наиболее эффективными легирующими элементами для повышения сопротивления термической усталости серого чугуна 9.1392 36, 37 В то время как повышенное сопротивление термической усталости достигается за счет использования более высокого содержания молибдена, повышенный уровень этого элемента в чугуне также приводит к более высокой скорости износа инструмента и, как следствие, сокращению срока службы инструмента во время обработки. Таким образом, в то время как обрабатываемость стандартного серого чугуна относительно высока, новые легированные серые чугуны с более высокой прочностью и повышенной термической стойкостью все труднее поддаются механической обработке. На рисунках 2.19 и 2.20 показано сравнение сил резания и износа инструмента, полученных при обработке высокопрочного серого чугуна, с данными, полученными при обработке стандартного серого чугуна класса 40. Ясно, что серый чугун, легированный для придания более высокой прочности, представляет повышенную трудность и проблемы при механической обработке и требует использования смазочно-охлаждающих жидкостей с более высокой смазывающей способностью. В то время как прозрачные синтетические растворы и полупрозрачные микроэмульсии могут быть достаточно эффективными при обработке стандартных серых чугунов, использование макроэмульсий с более высокими смазочными свойствами часто представляет собой лучший выбор жидкости для использования при обработке деталей из высокопрочного легированного серого чугуна.

2.19. Повышенные силы резания, измеренные при обработке высокопрочного серого чугуна (1 фунт = 4,448 Н; 1 фунт-фут = 13,8 кг-см).

2.20. Износ инструмента из легированного чугуна по сравнению с серым чугуном. (a) 30x Инструмент, используемый с чугуном HS. Общий износ по задней поверхности = 0,37 мм 2 . (b) Инструмент 30x, используемый со стандартным серым чугуном. Общий износ по задней поверхности = 0,16 мм 2 .

Посмотреть главуКнига покупок

Прочитать главу полностью

URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/B9

3.1 Общие сведения

Серый чугун представляет собой сплав железа, который нагревают до жидкого состояния, а затем заливают в форму для затвердевания. Серый чугун, или серый чугун, имеет графитовые чешуйки, которые отклоняют проходящую трещину и вызывают бесчисленное количество новых трещин по мере разрушения материала.

Углерод (C) и кремний (Si) являются основными легирующими элементами в количестве от 2,5 до 4% масс. и от 1 до 3% масс. соответственно. Этот материал представляет собой тройной сплав Fe-C-Si.

Серый чугун характеризуется графитовой микроструктурой. Большинство чугунов имеют химический состав от 2,5 до 4,0% углерода, от 1 до 3% кремния, а остальное — железо.

Чугун с шаровидным графитом или ковкий чугун является более поздней разработкой. Небольшие количества магния или церия, добавленные к этим сплавам, замедляют рост графитовых отложений, связываясь с краями графитовых плоскостей. Наряду с тщательным контролем других элементов и времени это позволяет углероду отделяться в виде сфероидных частиц по мере затвердевания материала.

Общей определяющей характеристикой этой группы материалов является морфологическая структура графита. В ковких чугунах графит имеет форму сферических узелков, а не чешуек (как в сером чугуне), что препятствует образованию трещин и обеспечивает повышенную пластичность, которая и дала название сплаву.

В то время как большинство разновидностей чугуна являются хрупкими, ковкий чугун гораздо более гибок и эластичен из-за его узловатых графитовых включений.

Просмотр главыКнига покупок

Прочитать главу полностью

URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/B9781782421696500255

Заки Ахмад, Принципы коррозионной инженерии и борьбы с коррозией, 2006 1030

Материал Серый ливой железо
Система Жидкость вакуума
.0082
Phenomenon Cavitation
Appearance Small pits and cavities
Time in Service 6 months
Environment Water vapor и техническая вода (средний химический состав: pH = 8, хлориды = 45 мг/л, сульфаты = 185 мг/л, общее содержание взвешенных веществ = 4 мг/л)
Причина Потеря вакуума привела к анализу неисправности. Первоначальный насос системы был заменен насосом, создающим более высокий вакуум, что привело к дальнейшему повышению температуры воды, образующей кольцо, снижению точки кипения воды и увеличению риска кавитации (см. также дело 01.13.32.001). )
Способ устранения Замена насоса (с использованием насоса, подходящего для конструкции системы)
Дополнительные ссылки, относящиеся к тематическому исследованию

Просмотр книги Глава. Джеррард, в Руководстве по проектированию морской электротехники (второе издание), 2018 г.

Серый чугун

хрупкий, чем белый чугун. Как следует из названия, чугун очень жидкий в расплавленном состоянии и поэтому подходит для изготовления сложных отливок. Его основное использование на шельфе — строительство взрывозащищенных корпусов. Его коррозионная стойкость весьма изменчива. Там, где он подвергается воздействию соляного тумана, например, в пожаробезопасных постах управления на поручнях нижнего этажа, рекомендуется оцинковка. Различия в эффектах коррозии, вероятно, связаны с методом производства чугуна, который включает переплавку чугуна в вагранках. Качество производимого чугуна будет зависеть от выбора чугуна, условий плавки в вагранке и специальных легирующих добавок.

Просмотреть главуКнига покупок

Прочитать главу полностью

URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/B9780123854995000327

John Campbell, in Complete Casting Handbook, 90 Second Edition 90 3 3.

4.6.3 Азот

Поглощение азота серым чугуном, по-видимому, напрямую связано с содержанием азота в связующих для литейных форм (Graham et al., 1987). Аммиак высвобождается во время пиролиза мочевины и аминов, содержащихся в горячих боксах и системах Croning Shell, когда они перерабатываются в систему зеленого песка. Аммиак обратимо поглощается бентонитовыми глинами и выделяется при нагревании. Пиролиз аммиака высвобождает азот и водород в результате простого разложения 9.0003

Nh4=N+3H

Грэм и его коллеги подтвердили, что подповерхностная пористость и трещины в железе плохо коррелируют с общим содержанием азота в песке, но тесно связаны с общим содержанием аммиака. Lee (1987) подтверждает полезность теста на аммиачный азот, который в его работе указывает на то, что древесная мука является основным источником аммиака в его системе выращивания зеленого песка.

Связь аммиака и так называемых азотных трещин в чугунных отливках предполагает образование нитридных бипленок, которые могут раскрываться и становиться видимыми при надувании большим количеством водорода, выделяющегося при разложении аммиака.

На другом конце системы ценности литья суперсплавы на основе никеля, отлитые под вакуумом, сильно страдают от захвата азота с момента открытия дверцы вакуумной печи, что позволяет воздуху проникать внутрь и реагировать, пока отливка еще горячая. Известно, что отливки в таких литейных цехах загрязняют новые расплавы, хотя можно было бы ожидать, что загрязнение будет не азотом в растворе, а нитридными бипленками во взвешенном состоянии. Эти предположения требуют дополнительных исследований, чтобы прояснить ситуацию.

View chapterPurchase book

Read full chapter

URL: https://www. sciencedirect.com/science/article/pii/B978044463509

42

Gray Iron – IspatGuru

Gray Iron

  • satyendra
  • May 8, 2014
  • 0 комментариев
  • чугун, графит, серый чугун, обрабатываемость, микроструктура,

серый чугун

серый чугун микроструктура. Он назван в честь серого цвета излома, который он образует из-за присутствия графита. Это самый распространенный чугун и наиболее широко используемый литейный материал.

Серый чугун является одним из старейших литых изделий из черных металлов. Несмотря на конкуренцию со стороны более новых материалов и их активное продвижение, серый чугун по-прежнему используется в тех случаях, когда его свойства доказали, что он является наиболее подходящим доступным материалом.

Маккензи в своей мемориальной лекции 1944 года Хоу называл серый чугун «сталь плюс графит». Хотя это простое определение по-прежнему применимо, на свойства серого чугуна влияет количество присутствующего графита, а также форма, размер и распределение графитовых чешуек.

Состав и влияние состава на свойства

  Серый чугун промышленно производится в широком диапазоне составов. Диапазон составов, которые можно найти в отливках из серого чугуна, приведен ниже.

  • Углерод (C) – от 2,75 % до 4,00 %
  • Кремний (Si) – от 0,75 % до 3,00 %
  • Марганец (Mn) – от 0,25 % до 1,50 %
  • 90,0 % 20 % до 0,02 % Сера (S) – 0,023
  • Сера (S) – 0,75 % до 3,00 %
  • Фосфор (P) – от 0,02 % до 0,75 %

Один или несколько легирующих элементов, а именно молибден, медь, никель, ванадий, титан, олово, сурьма и хром, могут присутствовать в различных количествах. Азот обычно присутствует в диапазоне от 20 до 92 частей на миллион. Si важен для серого чугуна, так как он является элементом, стабилизирующим графит, в чугуне, что означает, что он помогает чугуну производить графит вместо карбидов железа. Еще одним фактором, влияющим на графитацию, является скорость затвердевания. Чем медленнее скорость, тем больше склонность к образованию графита.

Графит принимает форму трехмерной чешуйки. В двух измерениях, если смотреть на полированную поверхность под микроскопом, чешуйки графита выглядят как тонкие линии. Графиты не обладают заметной прочностью, поэтому их можно рассматривать как пустоты. Кончики отщепов действуют как ранее существовавшие зазубрины, делающие серый чугун хрупким. Микроскопически все серые чугуны содержат чешуйчатый графит, диспергированный в матрице кремнеземистого железа.

Основная прочность и твердость железа обеспечиваются металлической матрицей, в которой встречается графит. Свойства металлической матрицы могут варьироваться от свойств мягкой низкоуглеродистой стали до свойств закаленной высокоуглеродистой стали. Матрица может быть полностью ферритовой для максимальной обрабатываемости, но такое железо имеет пониженную износостойкость и прочность. Полностью перлитная матрица характерна для высокопрочных серых чугунов, и многие отливки производятся с матричной микроструктурой как феррита, так и перлита для получения промежуточной твердости и прочности. Легирующие добавки и/или термическая обработка могут использоваться для производства серого чугуна с очень мелким перлитом или с игольчатой ​​матричной структурой. Типичная микроструктура серого чугуна показана на рис. 1.

Рис. 1 Типичная микроструктура серого чугуна

Графит имеет небольшую прочность или твердость. Это снижает эти свойства металлической матрицы; однако присутствие графита придает чугуну несколько ценных характеристик. К ним относятся следующие.

  • Возможность экономичного производства прочных отливок сложной формы, таких как блоки двигателя с водяным охлаждением.
  • Хорошая обрабатываемость даже при износостойких уровнях твердости и без заусенцев.
  • Стабильность размеров при дифференциальном нагреве, например, в тормозных барабанах и дисках.
  • Высокое гашение вибраций, как в корпусах трансмиссии.
  • Пограничное удержание смазки, как в цилиндрах двигателей внутреннего сгорания.

Свойства серого чугуна в первую очередь зависят от его состава. Более низкие марки серого чугуна можно стабильно производить, просто выбрав соответствующую плавильную массу. Отливки из чугуна более высоких классов прочности требуют тщательного контроля их обработки, а также их состава. Большая часть углерода в сером чугуне присутствует в виде графита, который имеет небольшую прочность или твердость.

Увеличение количества графита приводит к увеличению общего содержания углерода в сером чугуне. Это снижает прочность и твердость железа, но увеличивает другие желательные характеристики, перечисленные выше. Заметное содержание кремния также необходимо в сером чугуне, потому что этот элемент вызывает осаждение графита в чугуне. Кремний также способствует отличительным свойствам серого чугуна. Он сохраняет умеренный уровень твердости даже в полностью отожженном состоянии и, таким образом, обеспечивает отличную обрабатываемость. Кремний также придает серому чугуну устойчивость к коррозии и окислению при повышенных температурах. Влияние углерода, кремния и фосфора на свойства серого чугуна при растяжении объединено в число, называемое углеродным эквивалентом (CE), которое определяется следующими уравнениями.

CE = % C + 0,33 (% Si) + 0,33 (% P) – 0,027 (% Mn) + 0,4 (% S)

CE = % C + 0,33 (% Si)

CE = % C + 0,33 (% Si + % P)

CE используется для определения того, является ли сплав доэвтектическим, эвтектическим или заэвтектическим. Уравнения CE показывают относительное количество эвтектики, которая образуется при затвердевании железа с 4,3 % C в виде 100 % эвтектического состава. Эти уравнения также фактически показывают, что содержание кремния и фосфора в сером чугуне в весовых процентах также влияет на его свойства при растяжении таким же образом, как и общее содержание углерода, но только на одну треть меньше. Чугуны с углеродным эквивалентом более 4,3 являются заэвтектическими и обычно содержат крупный графит. Они имеют меньшую прочность, но отлично подходят для применения в условиях теплового удара и для гашения вибрации. Серые чугуны с углеродным эквивалентом менее 4,3 являются доэвтектическими и имеют более высокую прочность, поскольку количество и размер чешуек графита уменьшаются со значением CE. Кроме того, при увеличении CE уменьшается усадка.

Эффект более высокого углеродного эквивалента заключается в снижении прочности из-за образования большего количества более крупного графита и, как правило, большего количества феррита. Марганец, сера и фосфор присутствуют в простом сером чугуне и в некоторой степени влияют на предел прочности при растяжении. Сера является очень важным элементом, поскольку она оказывает заметное влияние на поведение железа при затвердевании. По этой причине содержание серы в железе обычно регулируют в определенных пределах и с выбранным соотношением к содержанию марганца, поскольку сера химически соединяется с марганцем с образованием сульфида марганца. Минимальное содержание марганца в железе обычно в 1,7 раза превышает содержание серы плюс 0,12 % марганца. Это обеспечивает достаточное количество марганца, так что вся сера соединяется с марганцем, а не с железом. Марганец сверх этого количества является мягким стабилизатором карбида, очищающим перлит и повышающим твердость и прочность на растяжение. Избыток марганца или фосфора может вызвать диспергированную внутреннюю пористость в более тяжелых секциях, таких как бобышки. По этой причине содержание фосфора поддерживается на минимально возможном уровне, за исключением утюгов специального назначения. Увеличение содержания фосфора обеспечивает несколько более высокую прочность на растяжение, но содержание более 0,20 % снижает обрабатываемость, особенно при сверлении.

Химический состав серого чугуна обычно не указывается, поскольку он не обеспечивает получение определенных механических свойств. Однако для специальных применений некоторые аспекты химического состава могут быть указаны, чтобы гарантировать пригодность железа для конкретных нужд. Например, диапазон содержания сплава может быть указан для обеспечения адекватной реакции на термическую обработку или для обеспечения прочности или стойкости к окислению при эксплуатации в условиях докрасна. Минимальное содержание углерода может быть указано для обеспечения адекватной термостойкости.

Серые чугуны могут быть легированы для повышения их прочности и твердости при литье или для повышения их реакции на закалку при термообработке. Серый чугун может быть отожжен до низкой твердости для повышения обрабатываемости. Конечно, это также снижает его прочность.

На предел прочности при растяжении серого чугуна влияют как обычные элементы, присутствующие в обычном чугуне, такие как углерод, кремний, фосфор, сера и марганец, так и наличие легирующих добавок и микроэлементов.

Влияние толщины на свойства серого чугуна

Очень важное влияние на свойства серого чугуна оказывает эффективная толщина сечения, в котором он отлит. Чем толще металл в отливке и чем компактнее отливка, тем медленнее жидкий металл затвердевает и охлаждается в форме. Как и в случае со всеми металлами, более медленное затвердевание приводит к образованию зерна большего размера во время затвердевания. В сером чугуне более медленное затвердевание приводит к увеличению размера чешуек графита. Охлаждение отливки от красного каления и есть термическая обработка. Более медленное охлаждение отливки снижает твердость металлической матрицы.

С другой стороны, железо, отлитое в слишком тонкую секцию, очень быстро затвердевает и может стать твердым. Отливка с отдельными участками, которые заметно различаются по толщине, может иметь различия в размере графита и твердости матрицы между толстыми и тонкими участками, даже если вся отливка была залита одним и тем же чугуном. Эти различия в структуре приводят к различиям в механических свойствах.

Свойства серого чугуна

Серый чугун обычно классифицируют по его минимальной прочности на растяжение. Серый чугун класса 220 указывает на то, что его номинальная прочность на растяжение составляет 220 ньютонов на квадратный миллиметр. Обозначение класса может использоваться для обозначения класса железа, даже если предел прочности при растяжении не является важным фактором и не может быть указан или испытан. Однако, когда обозначение класса используется в сочетании со стандартной спецификацией, которая требует минимальной прочности на растяжение, проводятся фактические испытания на растяжение, чтобы определить, соответствует ли металл этому требованию.

Серые чугуны определенного размера или типа отливки также могут быть удовлетворительно определены по их твердости по Бринеллю. Преимущество этого обозначения заключается в использовании неразрушающего контроля, который можно применять при обычном контроле. Эти методы обозначения подходят для большинства применений, поскольку общие технические свойства серого чугуна могут быть связаны с его прочностью и твердостью.

Твердость является наиболее часто определяемым свойством металла, поскольку это простой тест, и многие полезные свойства металла напрямую связаны с его твердостью. В пределах класса или типа серого чугуна твердость является хорошим индикатором его технических свойств, но эта зависимость бесполезна между типами серого чугуна, поскольку различия в структуре графита больше влияют на свойства при растяжении, чем на твердость. Прочность на сжатие очень хорошо коррелирует с твердостью для всех типов железа, потому что твердость, по сути, является испытанием на сжатие. Твердость обычно является хорошим показателем стойкости инструмента при механической обработке, однако присутствие свободных карбидов в микроструктуре снижает обрабатываемость в большей степени, чем увеличивает твердость.

Металлы, которые подвергаются повторяющимся или переменным нагрузкам, таким как чередование растяжения и сжатия, могут разрушиться после большого количества циклов нагружения, даже если максимальное напряжение было значительно ниже статической прочности металла. Этот тип разрушения называется усталостным разрушением, хотя скорость приложения нагрузки или продолжительность циклов не имеют значения. Возникновение усталостной трещины напрямую зависит от максимального единичного напряжения и кумулятивного количества применений.

Усталостная трещина начинается в области высокой концентрации напряжений после большого количества циклов нагружения. Это всегда хрупкий тип разрушения, даже если он происходит в пластичных металлах. По мере развития трещины увеличивается концентрация напряжений, увеличивается скорость распространения при циклическом нагружении. Когда поперечное сечение оставшегося металла становится недостаточным, чтобы выдержать максимальную нагрузку, происходит полное разрушение, как при чрезмерном постоянном напряжении.

Количество приложений напряжения, которые вызовут усталостное разрушение, меньше при более высоких значениях максимального напряжения, и, наоборот, большее количество циклов напряжения может произойти при более низком уровне максимального напряжения, прежде чем появится усталостная трещина. Когда количество циклов без разрушения превышает 10 миллионов, ресурс выносливости считается бесконечным для объемно-центрированных кубических (ОЦК) черных металлов. Максимальное напряжение, которое допускает это количество циклов, устанавливается как предел выносливости, или усталостная прочность, или предел усталости.

Относительная способность материала поглощать вибрацию оценивается как его амортизирующая способность. Подавление вибрации за счет преобразования механической энергии в тепло может быть очень важным в конструкциях и устройствах с движущимися частями. Компоненты, изготовленные из материалов с высокой демпфирующей способностью, могут уменьшить шум, такой как дребезжание, звон и визг, а также свести к минимуму уровень приложенных напряжений. Вибрация может иметь решающее значение для машин и может привести к неудовлетворительной работе или даже отказу.

Накопление энергии вибрации без адекватного рассеяния может привести к увеличению амплитуды вибрации. Чрезмерная вибрация может привести к неточности работы точного оборудования и чрезмерному износу зубьев шестерни и подшипников. Сопрягаемые поверхности, обычно считающиеся находящимися в устойчивом контакте, могут быть вызваны вибрацией.

Исключительно высокая демпфирующая способность серого чугуна является одним из самых ценных качеств этого материала. По этой причине он идеально подходит для оснований и опор машин, блоков цилиндров двигателей и компонентов тормозной системы. Демпфирующая способность серого чугуна значительно выше, чем у стали или других видов железа. Такое поведение объясняется чешуйчатой ​​графитовой структурой серого чугуна, а также его уникальными характеристиками напряжения-деформации.

Демпфирующая способность уменьшается с увеличением прочности, поскольку большее количество графита, присутствующего в чугуне с более низкой прочностью, увеличивает поглощаемую энергию. Большая толщина отливки увеличивает демпфирующую способность, а модифицирование обычно снижает ее. Термическая обработка также может оказывать заметное влияние на демпфирующие свойства.

Прочность материала на разрушение является мерой работы, необходимой для его разрушения. Эта необходимая работа связана с устойчивостью материала к зарождению и росту трещин. Работа или энергия, рассеиваемая при разрушении материала, связана с упругой и пластической деформацией материала и/или образованием трещин (микротрещин), предшествующим окончательному разрушению. Вязкость разрушения обычно изменяется в зависимости от температуры, состояния напряжения и скорости деформации, все из которых влияют на величину деформации, которая предшествует разрушению.

Термическая обработка                   

Хотя большая часть отливок из серого чугуна используется в литом состоянии, серый чугун подвергается термообработке по целому ряду причин, таких как снятие остаточных напряжений, улучшение обрабатываемости, повышение твердости поверхности либо с помощью индукционной закалки, либо закалки пламенем, либо закалки всей секции с помощью закалки в масле и обработки вытягиванием. Структура графита не может быть изменена термической обработкой, хотя графит может увеличиться в объеме, если перлитное железо полностью превращается в феррит, и в этом случае графит обычно осаждается на первоначально присутствующих чешуйках. Однако матрица очень чувствительна к термической обработке, как и в случае со сталью.

Термическая обработка для снятия напряжений обычно проводится в диапазоне температур от 540°С до 590°С. Ниже 510°С снятие напряжений происходит довольно медленно, а при температурах выше 540°С может наблюдаться некоторая потеря прочности в некоторые более мягкие серые утюги. Термическая обработка для снятия напряжений может применяться для улучшения стабильности размеров обработанных отливок и требуется для деталей, работающих под давлением, работающих при температурах выше 230°C и до 340°C, изготовленных из отливок из серого чугуна для деталей, работающих под давлением. Скорости нагрева и охлаждения для такой термообработки обычно ограничиваются 200 град С/ч на 25 мм толщины. Это особенно важно при нагреве, так как остаточные напряжения в отливке могут возрасти в результате теплового расширения различных частей отливки.

Отжиг для улучшения обрабатываемости проводится в двух температурных диапазонах. Если основной целью является просто снижение твердости до некоторого более низкого уровня и отсутствие карбидов, обычно используются температуры от 680°C до 790°C в зависимости от желаемого снижения твердости. Если отливки содержат цементит или карбиды, необходимо нагреть их до температуры от 900 до 940°С, чтобы разрушить такие карбиды.

Серый чугун можно успешно закалить как пламенным, так и индукционным нагревом. Матрица железа должна быть перлитной. Также желательно поддерживать кремний на минимально возможном уровне, обычно ниже 1,75%. По мере увеличения содержания кремния в сером чугуне не только увеличивается содержание Ас 3 температура повышена, но встречается двухфазное поле феррита и аустенита. Удовлетворительная твердость не будет получена при нагреве железа в этом диапазоне температур. Более высокие температуры аустенизации, необходимые для чугуна с более высоким содержанием кремния, также увеличивают вероятность растрескивания во время цикла закалки.

Обрабатываемость серого чугуна

  Наличие графитовых чешуек делает серый чугун легко обрабатываемым, поскольку они имеют тенденцию легко растрескиваться поперек графитовых чешуек. Из широко используемых в строительстве черных металлов серый чугун при заданном уровне твердости является одним из наиболее легко поддающихся механической обработке. Серый чугун подходит для свободной резки, поскольку стружка имеет небольшой размер и легко удаляется из зоны резания. Кроме того, сколы, портящие готовую поверхность, не вызывают особых затруднений. Свободное резание является результатом беспорядочно распределенных чешуек графита, которые нарушают целостность матрицы. Хотя серый чугун очень успешно обрабатывается без охлаждающих жидкостей, они могут оказаться необходимыми, если желательны высокие скорости обработки и жесткие допуски. СОЖ не только помогает удалять стружку, но и регулирует температуру отливки, что необходимо для работы с жесткими допусками.

Несмотря на хорошую обрабатываемость серого чугуна, встречаются различные проблемы обработки, такие как твердые края, снижение срока службы инструмента, невозможность получить удовлетворительно гладкую поверхность и трудности с соблюдением требуемых допусков на размеры. Некоторые из этих проблем являются результатом выбора неподходящей марки чугуна, недостатков конструкции отливки или неправильных процедур механической обработки.

Применение серого чугуна

Серый чугун также обладает очень хорошей демпфирующей способностью, поэтому он в основном используется в качестве основы для крепления станков. Для таких деталей, как гильзы цилиндров, закалка путем аустенизации и закалки в масле с последующей вытяжкой для получения желаемой твердости значительно улучшает характеристики гильзы. Есть много применений, для которых этот тип термической обработки более подходит, чем пламенная или индукционная закалка.

Превосходные характеристики серого чугуна при использовании с поверхностями скольжения хорошо известны. Серый чугун также известен своей устойчивостью к истиранию и заеданию. Редко удается добиться идеальной посадки, и, как правило, выступы на сопрягаемых металлических поверхностях могут привести к высокому единичному давлению, вызывающему заедание.

Серый чугун является распространенным конструкционным материалом из-за его относительно низкой стоимости и хорошей обрабатываемости, что является результатом того, что графит смазывает разрез и дробит стружку. Он также обладает хорошей устойчивостью к истиранию и износу, поскольку графитовые чешуйки смазываются самостоятельно. Графит также придает серому чугуну отличную демпфирующую способность , поскольку он поглощает энергию.

Серый чугун также испытывает меньшую усадку при затвердевании, чем другие чугуны, не образующие микроструктуры графита. Кремний способствует хорошей коррозионной стойкости и увеличивает текучесть при литье. Обычно считается, что серый чугун легко поддается сварке. По сравнению с более современными сплавами железа серый чугун имеет низкую прочность на растяжение и пластичность; поэтому его ударопрочность и ударопрочность почти отсутствуют.

Серый чугун | Металлургия для чайников

Серый чугун — значение и определение

Серый чугун характеризуется графитовой микроструктурой, из-за которой изломы материала приобретают серый цвет. Это наиболее часто используемый чугун и наиболее широко используемый литой материал в зависимости от веса. Большинство чугунов имеют химический состав от 2,5 до 4,0% углерода, от 1 до 3% кремния, а остальное — железо. Серый чугун имеет меньшую прочность на растяжение и ударопрочность, чем сталь, но его прочность на сжатие сравнима с низко- и среднеуглеродистой сталью.

Микроструктура серого чугуна (500x). Фото любезно предоставлено: Лейла Бьеррегаард, Struers A/S

Серый чугун, также известный как чугун с чешуйчатым графитом, представляет собой тип чугуна, в котором большая часть углерода присутствует в виде чешуйчатого графита. Свойства серого чугуна зависят от распределение, размеры и количество чешуек графита, структура матрицы. На качество отливки в основном влияют условия производства, химический состав, время затвердевания и скорость охлаждения в форме.

Серый чугун обладает прочностью от низкой до умеренной, низким модулем упругости, низкой чувствительностью к надрезам, высокой теплопроводностью, умеренной термостойкостью и превосходными литейными свойствами. Он используется для корпусов, где прочность на растяжение не является критичной, таких как блоки цилиндров двигателей внутреннего сгорания, корпуса насосов, корпуса клапанов, электрические коробки и декоративные отливки. Высокая теплопроводность и удельная теплоемкость серого чугуна часто используются для изготовления чугунной посуды и роторов дисковых тормозов.

Чугун получают из передельного чугуна, и хотя он обычно относится к серому чугуну, он также относится к большой группе сплавов железа, которые затвердевают с эвтектикой. Цвет поверхности излома можно использовать для идентификации сплава.

Белый чугун назван в честь его белой поверхности при изломе из-за примесей карбида, которые позволяют трещинам проходить прямо насквозь.

Серый чугун назван в честь его серой изломистой поверхности, которая возникает из-за того, что графитовые чешуйки отклоняют проходящую трещину и вызывают появление бесчисленных новых трещин по мере разрушения материала.

Углерод (C) и кремний (Si) являются основными легирующими элементами в количестве от 2,1 до 4 мас.% и от 1 до 3 мас.% соответственно. Сплавы железа с меньшим содержанием углерода известны как стали. Хотя технически это делает эти базовые сплавы тройными сплавами Fe-C-Si, принцип затвердевания чугуна можно понять из бинарной фазовой диаграммы железо-углерод. Поскольку составы большинства чугунов находятся примерно в точке эвтектики системы железо-углерод, температуры плавления тесно связаны между собой, обычно в диапазоне от 1150 до 1200 °C (от 2102 до 2,19°С).2 °F), что примерно на 300 °C (572 °F) ниже температуры плавления чистого железа.

Серый чугун Микроструктура

Серый чугун является одним из старейших литых изделий из черных металлов. Несмотря на конкуренцию со стороны более новых материалов и их активное продвижение, серый чугун по-прежнему используется в тех случаях, когда его свойства доказали, что он является наиболее подходящим доступным материалом. Наряду с кованой сталью серый чугун является наиболее широко используемым металлическим материалом в технических целях. Для 1967 производство отливок из серого чугуна составило более 14 миллионов тонн, что примерно в два с половиной раза превышает объем всех остальных видов отливок вместе взятых.

Есть несколько причин его популярности и широкого использования. Он обладает рядом желательных характеристик, которыми не обладает ни один другой металл, и, тем не менее, он является одним из самых дешевых черных металлов, доступных инженеру. Отливки из серого чугуна легко доступны почти во всех промышленных областях и могут быть произведены в литейных цехах при сравнительно скромных инвестициях. Цель этой статьи — привлечь ваше внимание к характеристикам серого чугуна, которые делают этот материал таким полезным.

Серый чугун — один из самых легко отливаемых металлов в литейном производстве. В большинстве случаев серый чугун используется в литом состоянии, что упрощает производство. Устойчивость серого чугуна к задирам и истиранию с соответствующей структурой матрицы и графита общепризнана. Отливки из серого чугуна можно производить практически любым известным литейным процессом. Весь углерод в сером чугуне, за исключением соединения с железом, образующего перлит в матрице, присутствует в виде графита в виде чешуек разного размера и формы. Наличие этих чешуек, образующихся при затвердевании, характеризует серый чугун. Наличие этих чешуек также придает серому чугуну большинство желательных свойств.

Маккензи в своей мемориальной лекции 1944 года Хоу называл чугун «сталь плюс графит». Серый чугун относится к семейству высокоуглеродистых кремниевых сплавов, в которое входят ковкие и шаровидные чугуны. Подробные обсуждения металлургии серого чугуна можно найти в доступных справочниках. Серый чугун коммерчески производится в широком диапазоне составов. Диапазон составов, которые можно найти в отливках из серого чугуна, следующий: общий углерод от 2,75 до 4,00%; кремний от 0,75 до 3,00%; марганец от 0,25 до 1,50%; сера от 0,02 до 0,20%; фосфора от 0,02 до 0,75%. Углерод, безусловно, является самым важным элементом в сером чугуне.

Можно производить все сорта железа согласно Спецификации ASTM для отливок из серого чугуна (A 48-64), просто регулируя содержание углерода и кремния в железе. Было бы невозможно производить серый чугун без присутствия соответствующего количества кремния. Добавление кремния снижает растворимость углерода в железе, а также снижает содержание углерода в эвтектике. Эвтектика железа и углерода составляет около 4,3%. Добавление каждого 1,00% кремния снижает количество углерода в эвтектике на 0,33%. Поскольку углерод и кремний являются двумя основными элементами в сером чугуне, совокупный эффект этих элементов в виде процента углерода плюс 1/s процента кремния называется углеродным эквивалентом (CE). Серые чугуны, имеющие значение углеродного эквивалента менее 4,3%, называются доэвтектическими чугунами, а чугуны с углеродным эквивалентом более 4,3% называются заэвтектическими чугунами. Для доэвтектических чугунов в автомобильной и смежных отраслях каждое увеличение значения углеродного эквивалента на 0,10 процента снижает предел прочности при растяжении примерно на 2700 фунтов на квадратный дюйм. Железо может замерзнуть в метастабильной системе железо-карбид железа, а не в стабильной системе железо-графит, что приводит к образованию твердых или закаленных кромок на отливках.

Увеличение содержания кремния оказывает большее влияние на уменьшение острых кромок, чем увеличение содержания углерода до того же значения углеродного эквивалента. Увеличение содержания кремния снижает содержание углерода в перлите и повышает температуру превращения феррита и перлита в аустенит. Наиболее распространенный диапазон содержания марганца в сером чугуне составляет от 0,55 до 0,75 процента. Практически вся сера в сером чугуне находится в виде сульфида марганца, а необходимый для этого марганец в 1,7 раза превышает содержание серы. Содержание серы до 0,15% способствует образованию графита типа А. Большинство литейных заводов поддерживают содержание серы ниже 0,15% при 0,09%.до 0,12 процента, что является обычным диапазоном для ваграночного чугуна. Колло и Тиме сообщают, что если содержание серы уменьшить до очень низкого значения вместе с низким содержанием фосфора и кремния, в результате получится более прочный чугун, который был обозначен как «TG» или прочный графитовый чугун.

Содержание фосфора в большинстве высокопроизводительных отливок из серого чугуна составляет менее 0,15% при существующей тенденции увеличения количества стали в шихте печи; обычно содержание фосфора ниже 0,10%. Фосфор обычно встречается в виде эвтектики железо-железо-фосфид, хотя в некоторых высокоуглеродистых железах может образовываться тройная эвтектика железо-железо-фосфид-карбид железа. Содержание фосфора более 0,10% нежелательно в чугунах с низким содержанием углерода, используемых для изготовления головок и блоков двигателей и других применений, требующих герметичности. Аналогичным образом ведут себя медь и никель в чугуне. Аустенитный серый чугун можно получить, увеличив содержание никеля примерно до 15 процентов вместе с примерно 6 процентами меди или до 20 процентов без меди, как показано в Спецификации ASTM для отливок из аустенитного серого чугуна (A 436-63).

Хром часто добавляют для повышения твердости и прочности серого чугуна, и для этой цели уровень хрома повышают до 0,20-0,35%. Хром улучшает свойства серого чугуна при повышенных температурах. Молибден широко используется для улучшения свойств серого чугуна при повышенных температурах. Поскольку модуль упругости молибдена достаточно высок, добавки молибдена к серому чугуну увеличивают его модуль упругости.

Даже в таких малых количествах ванадий благотворно влияет на свойства серого чугуна при повышенных температурах. Увеличение содержания титана в сером чугуне примерно с 0,05 до 0,14 процента за счет использования титансодержащего чугуна увеличило прочность чугуна. заэвтектического железа в испытательном стержне A 48 ASTM Specification A 48 (диаметром 7/8 дюйма) от 22 000 до 34 000 фунтов на квадратный дюйм. Серые утюги обычно содержат от 20 до 92 части на миллион (от 0,002 до 0,008 процента) азота.

Вам также может понравиться

Типы чугуна Чугун — определение Чугуны типовые… Чугун Что такое чугун? Чугун производный… Микроструктура металлов Микроструктура металлов Микроструктура… Высокопрочный чугун с аустенитным отпуском (ADI) Что такое аустенитный ковкий чугун? Закаленное…

Серый чугун – Научно-исследовательский институт чугунного литья, Inc.

 Серый чугун-A Уникальный конструкционный материал Краузе, исполнительный директор, 1940-1973
(Научно-исследовательский институт серого чугуна)
Научно-исследовательский институт чугунного литья

ССЫЛКА: Краузе, Д. Э., «Серый чугун — уникальный конструкционный материал» Отливки из серого, ковкого и ковкого чугуна — Текущие возможности, ASTM STP 455, Американское общество испытаний и материалов, Филадельфия, 1969, стр. 3-28.

РЕФЕРАТ: Серый чугун является наиболее универсальным из всех литейных металлов. Высокое содержание углерода обеспечивает простоту плавления и литья в литейном производстве, а также легкость механической обработки при последующем производстве. Низкая степень или отсутствие усадки и высокая текучесть обеспечивают инженеру максимальную свободу проектирования. Путем соответствующей корректировки состава и выбора метода литья прочность на растяжение может варьироваться от менее чем 20 000 фунтов на квадратный дюйм до более 60 000 фунтов на квадратный дюйм, а твердость — от 100 до 300 BHN в литом состоянии. Путем последующей термической обработки твердость может быть увеличена до H. g следует тщательно изучить, прежде чем указывать более высокую марку прочности и твердости железа. Ненужное увеличение прочности и твердости может увеличить стоимость отливки, а также увеличить стоимость механической обработки за счет снижения скорости обработки. Хотя зависимость между твердостью по Бринеллю и пределом прочности при растяжении для серого чугуна непостоянна, приведены данные, которые позволят использовать критерий твердости по Бринеллю для оценки минимального предела прочности при растяжении чугуна в отливке.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: отливки из серого чугуна, дизайн литья, методы литья, отливки из ВЧШГ, отливки из ковкого чугуна, металлы, испытания, оценка

7 сентября 1990 г. by D.E Krause

Хотя этот краткий технический документ, первоначально представленный в 1969 году, до сих пор является одним из лучших обзоров металлургии и свойств серого чугуна, мы обращаем ваше внимание на один вопрос, на который недавние исследования и опыт литейного производства пролили больше света. . Речь идет о влиянии марганца и серы.

В отличие от традиционного взгляда на эти эффекты элементов, отмеченных здесь, работа 1980-х годов подтверждает, что во многих случаях содержание марганца сверх этого количества в сочетании с серой (примерно в 1,7 раза выше уровня серы) имеет тенденцию снижать прочность и твердость за счет стимулирования больше феррита. Однако низкие уровни, слишком близкие к этому «сбалансированному соотношению» 1,7, имеют тенденцию способствовать высокой и более неустойчивой твердости и/или карбидам.

Следовательно, для большинства применений оптимальный рабочий уровень марганца составляет около (1,7 x % серы), + 0,3% до 0,5%. Например, для железа с содержанием серы 0,10% оптимальным диапазоном содержания марганца будет от 0,47% до 0,67%. Движение к нижнему пределу диапазона обычно поддерживает более высокую твердость и прочность на растяжение, в то время как движение к верхнему пределу снижает и то, и другое. На этот эффект также влияют другие металлургические условия, характерные для каждого базового чугуна, поэтому необходимо определить оптимальный диапазон для каждой конкретной операции плавки.

Мы надеемся, что это разъяснение будет информативным и полезным как для производителей литья, так и для пользователей.

Уильям Ф. Шоу, исполнительный директор Исследовательского института чугунного литья


Серый чугун является одним из старейших литых черных металлов. Несмотря на конкуренцию со стороны более новых материалов и их активное продвижение, серый чугун по-прежнему используется в тех случаях, когда его свойства доказали, что он является наиболее подходящим доступным материалом. Наряду с кованой сталью серый чугун является наиболее широко используемым металлическим материалом в технических целях. Для 1967 производство отливок из серого чугуна составило более 14 миллионов тонн, что примерно в два с половиной раза превышает объем всех остальных видов отливок вместе взятых. Есть несколько причин его популярности и широкого использования. Он обладает рядом желательных характеристик, которыми не обладает ни один другой металл, и, тем не менее, он является одним из самых дешевых черных металлов, доступных инженеру. Отливки из серого чугуна легко доступны почти во всех промышленных областях и могут быть произведены в литейных цехах при сравнительно скромных инвестициях. Цель этой статьи — привлечь ваше внимание к характеристикам серого чугуна, которые делают этот материал таким полезным.

Серый чугун — один из самых легко отливаемых металлов в литейном производстве. У него самая низкая температура заливки среди черных металлов, что отражается в его высокой текучести и способности отливать сложные формы. Из-за особенностей последних стадий затвердевания он имеет очень низкую усадку, а в некоторых случаях отсутствует усадку из жидкого состояния в твердое, так что можно легко получить качественные отливки. В большинстве случаев серый чугун используется в литом состоянии, что упрощает производство. Серый чугун обладает отличными механическими свойствами, легко удаляет стружку и дает поверхность с отличными характеристиками износа. Устойчивость серого чугуна к задирам и истиранию с соответствующей структурой матрицы и графита общепризнана.

Отливки из серого чугуна можно производить практически любым известным литейным процессом. Удивительно, но, несмотря на то, что серый чугун был старым материалом и широко использовался в инженерном строительстве, металлургия этого материала не была ясно понята до сравнительно недавнего времени. Механические свойства серого чугуна определяются не только составом, но и во многом зависят от практики литейного производства, особенно от скорости охлаждения при отливке. Весь углерод в сером чугуне, за исключением соединения с железом, образующего перлит в матрице, присутствует в виде графита в виде чешуек разного размера и формы. Наличие этих чешуек, образующихся при затвердевании, характеризует серый чугун. Наличие этих чешуек также придает серому чугуну большинство желаемых свойств.

Металлургия серого чугуна

Маккензи[1] в своей мемориальной лекции Хоу 1944 года назвал чугун «сталь плюс графит». Хотя это простое определение по-прежнему применимо, на свойства серого чугуна влияет количество присутствующего графита, а также форма, размер и распределение графитовых чешуек. Хотя матрица напоминает сталь, содержание кремния обычно выше, чем у литых сталей, а более высокое содержание кремния вместе со скоростью охлаждения влияет на количество углерода в матрице. Серый чугун относится к семейству высокоуглеродистых кремниевых сплавов, в которое входят ковкие и шаровидные чугуны. За исключением магния или других элементов, образующих узелки, в шаровидном железе, за счет различных методов плавки и литейного производства можно производить все три материала из одного и того же состава. Несмотря на широкое использование серого чугуна, многие пользователи и даже производители материала не совсем понимают его металлургию. Одно из первых и наиболее полных рассуждений о механизме затвердевания чугунов было представлено в 19 в.46 Бойлса[2]. Подробное обсуждение металлургии серого чугуна можно найти в доступных справочниках [3-7]. Самый последний обзор металлургии чугуна и образования графита был сделан Визером и др. [8]. Во избежание ненужного дублирования информации здесь будут обсуждаться только наиболее существенные особенности металлургии серого чугуна.

Состав

Серый чугун промышленно производится в широком диапазоне составов. Литейные заводы, отвечающие одним и тем же спецификациям, могут использовать разные составы, чтобы воспользоваться более дешевым местным сырьем и общим характером типа отливок, производимых в литейном цехе. По этим причинам следует избегать включения химического состава в спецификации на закупку отливок, за исключением случаев, когда это необходимо для применения. Диапазон составов, которые можно найти в отливках из серого чугуна, следующий: общий углерод от 2,75 до 4,00%; кремний от 0,75 до 3,00%; марганец от 0,25 до 1,50%; сера от 0,02 до 0,20%; фосфора от 0,02 до 0,75%. В различных количествах могут присутствовать один или несколько следующих легирующих элементов: молибден, медь, никель, ванадий, титан, олово, сурьма и хром. Азот обычно присутствует в диапазоне от 20 до 92 части на миллион.

Концентрация некоторых элементов может превышать пределы, указанные выше, но обычно диапазоны меньше указанных.

Углерод является наиболее важным элементом серого чугуна. За исключением углерода в перлите матрицы, углерод присутствует в виде графита. Графит присутствует в виде чешуек и, как таковой, значительно снижает прочность матрицы на растяжение. Можно производить все сорта железа согласно Спецификации ASTM для отливок из серого чугуна (A 48-64), просто регулируя содержание углерода и кремния в железе. Было бы невозможно производить серый чугун без присутствия соответствующего количества кремния. Добавление кремния снижает растворимость углерода в железе, а также снижает содержание углерода в эвтектике. Эвтектика железа и углерода составляет около 4,3%. Добавление каждого 1,00 процента кремния снижает количество углерода в эвтектике на 0,33 процента. Поскольку углерод и кремний являются двумя основными элементами в сером чугуне, совокупный эффект этих элементов в виде процента углерода плюс 1/s процента кремния называется углеродным эквивалентом (CE). Серые чугуны, имеющие значение углеродного эквивалента менее 4,3 процента, называются доэвтектическими чугунами, а чугуны с углеродным эквивалентом более 4,3 процента называются заэвтектическими чугунами. Для доэвтектических чугунов в автомобильной и смежных отраслях каждое увеличение значения углеродного эквивалента на 0,10 процента снижает предел прочности на растяжение примерно на 2700 фунтов на квадратный дюйм.

Если скорость охлаждения или затвердевания слишком велика для выбранного значения углеродного эквивалента. железо может замерзнуть в метастабильной системе железо-карбид железа, а не в стабильной системе железо-графит, что приводит к твердым или закаленным краям отливок. Значение углеродного эквивалента можно варьировать путем изменения содержания углерода и кремния или обоих. Увеличение содержания кремния оказывает большее влияние на уменьшение острых кромок, чем увеличение содержания углерода до того же значения углеродного эквивалента. Кремний имеет другие эффекты, помимо изменения содержания углерода в эвтектике. Увеличение содержания кремния снижает содержание углерода в перлите и повышает температуру превращения феррита и перлита в аустенит. Это влияние кремния на критические области обсуждалось Редером 9. ].

Наиболее распространенный диапазон содержания марганца в сером чугуне составляет от 0,55 до 0,75 процента. Увеличение содержания марганца способствует образованию перлита при охлаждении до критического диапазона. Следует признать, что эффективна только та часть марганца, которая не соединена с серой. Практически вся сера в сером чугуне находится в виде сульфида марганца, а необходимый для этого марганец в 1,7 раза превышает содержание серы. Содержание марганца часто превышает 1,00%, но в некоторых типах отливок из сырого песка могут встречаться точечные отверстия.

Сера редко преднамеренно добавляется в серый чугун и обычно поступает из кокса в процессе плавки в вагранке. Содержание серы до 0,15% способствует образованию графита типа А. Приблизительно выше 0,17 процента сера может привести к образованию пузырей в отливках из сырого песка. Большинство литейных цехов поддерживают содержание серы ниже 0,15 процента, при этом от 0,09 до 0,12 процента является обычным диапазоном для чугуна, выплавляемого в вагранке. Колло и Тим [10] сообщают, что если содержание серы уменьшить до очень низкого значения вместе с низким содержанием фосфора и кремния, в результате получится более прочное железо, которое было обозначено как «TG» или прочное графитовое железо.

Содержание фосфора в большинстве высокопроизводительных отливок из серого чугуна составляет менее 0,15 процента при текущей тенденции к увеличению количества стали в шихте печи; обычно содержание фосфора ниже 0,10%. Фосфор обычно встречается в виде эвтектики железо-железо-фосфид, хотя в некоторых высокоуглеродистых железах может образовываться тройная эвтектика железо-железо-фосфид-карбид железа. Эта эвтектика будет находиться на границах эвтектических ячеек, и при содержании фосфора выше 0,20% может наблюдаться снижение обрабатываемости. Содержание фосфора более 0,10% нежелательно в чугунах с низким содержанием углерода, используемых для изготовления головок и блоков двигателей и других применений, требующих герметичности. Для повышения износостойкости содержание фосфора часто увеличивают до 0,50% и выше, как в автомобильных поршневых кольцах. На этом уровне фосфор также улучшает текучесть чугуна и увеличивает жесткость конечной отливки.

Медь и никель ведут себя в чугуне аналогичным образом. Они укрепляют матрицу и уменьшают склонность к образованию твердых краев на отливках. Поскольку они являются мягкими графитизаторами, ими часто заменяют часть кремния в сером чугуне. Аустенитный серый чугун можно получить, увеличив содержание никеля примерно до 15 процентов вместе с примерно 6 процентами меди или до 20 процентов без меди, как показано в Спецификации ASTM для отливок из аустенитного серого чугуна (A 436-63).

Хром обычно присутствует в количествах ниже 0,10 процента в качестве остаточного элемента, переносимого из шихтовых материалов. Хром часто добавляют для повышения твердости и прочности серого чугуна, и для этой цели уровень хрома повышают до 0,20–0,35 процента. За пределами этого диапазона необходимо добавить графитизатор , чтобы избежать образования карбидов и твердых кромок. Хром улучшает свойства серого чугуна при повышенных температурах.

Одним из наиболее широко используемых легирующих элементов с целью повышения прочности является молибден. Его добавляют в количестве от 0,20 до 0,75 процента, хотя наиболее распространенный диапазон составляет от 0,35 до 0,55 процента. Наилучшие результаты получаются при содержании фосфора менее 0,10%, так как молибден образует с фосфором сложную эвтектику и, таким образом, снижает его легирующее действие. Молибден широко используется для улучшения свойств серого чугуна при повышенных температурах. Поскольку модуль упругости молибдена достаточно высок, добавки молибдена к серому чугуну увеличивают его модуль упругости.

Ванадий оказывает на серый чугун такое же воздействие, как и молибден, но его концентрация должна быть ограничена менее чем 0,15 процента, если необходимо избежать карбидов. Даже в таких малых количествах ванадий благотворно влияет на свойства серого чугуна при повышенных температурах.

О благотворном влиянии относительно небольших добавок олова (менее 0,10 процента) на стабильность перлита в сером чугуне сообщили Дэвис и др. [11]. О результатах широкого использования олова в автомобильных двигателях сообщили Таш и Кейдж[12]. Его использование особенно полезно в сложных отливках, в которых некоторые участки охлаждаются довольно медленно в температурном интервале Ar3. Было обнаружено, что добавки до 0,05% сурьмы имеют аналогичный эффект. В больших количествах эти элементы имеют тенденцию снижать ударную вязкость и ударную вязкость серого чугуна, поэтому необходим строгий контроль за их использованием.

Хотя большинство серых чугунов содержат некоторое количество титана, и влияние титана на механические свойства исследовалось много раз, только недавно Сиссенер и Эрикссон [13] сообщили о влиянии титана, восстановленного из шлака, содержащего титан, в электрической дуговая печь. При содержании титана от 0,15 до 0,20% чешуйки графита имеют тенденцию встречаться в виде графита типа D, а не преимущественно типа А, что обычно считается желательным. Они обнаружили, что для железа с углеродным эквивалентом менее 3,9процентов добавление титана имеет тенденцию к снижению прочности на растяжение. но для железа с более высоким углеродным эквивалентом прочность на растяжение улучшается. Увеличение содержания титана в сером чугуне примерно с 0,05 до 0,14 процента за счет использования титансодержащего чугуна увеличило прочность заэвтектического чугуна в испытательном стержне А по спецификации ASTM A 48 (диаметр 7/8 дюйма) с 22 000 до 34 000. фунтов на квадратный дюйм Дальнейшая работа ведется с добавками титана.

Обычно. азот не считается легирующим элементом и обычно встречается в сером чугуне в результате нахождения в шихтовых материалах. Моррог [14] сообщил, что при более высоких уровнях азота чешуйки графита становятся короче, а прочность железа повышается. Серые утюги обычно содержат от 20 до 92 ч./млн (от 0,002 до 0,008 процента) азота. Если содержание азота приближается или превышает 100 частей на миллион, может возникнуть нарушение целостности, если содержание титана недостаточно для соединения с азотом.

Влияние размера сечения на структуру

Считается, что все литые металлы чувствительны к сечению. По мере увеличения размера раздела. скорость затвердевания снижается с сопутствующим увеличением размера зерна и последующим снижением прочности на растяжение. Влияние скорости замерзания на прочность и твердость более выражено в сером чугуне, чем в других литых металлах. Это результат механизма затвердевания. Для доэвтектического железа первой фазой, которая отделяется при охлаждении, является аустенит в форме дендритов при температуре ликвидуса. По мере охлаждения аустенитные дендриты растут, а оставшаяся жидкость обогащается углеродом до тех пор, пока не будет достигнут эвтектический состав 4,3% углеродного эквивалента. Это происходит при температуре около 2092° F в зависимости от содержания кремния. При этой температуре одновременно осаждаются эвтектический аустенит и графит в виде чешуек.

Аустенитно-графитовое отложение происходит в ряде центров или зародышей, и они увеличиваются в размерах до тех пор, пока вся жидкость не исчезнет, ​​создавая структуру клеточного типа. В течение этого периода роста клеток фосфор отбрасывается к границам клеток и замерзает в виде эвтектики при температуре около 1792 ° F. Наличие фосфора в границах клеток позволяет четко выявить их при травлении реактивом Стеда. Показано, что чешуйки графита растут только в границах ячейки и связаны между собой. Размер клеток зависит от степени зародышеобразования железа и скорости замораживания. Оно будет варьироваться от 500 до 25 000 клеток на квадратный дюйм.

Поскольку графит имеет гораздо меньшую плотность, чем железо, нормальное сжатие, которое будет происходить, когда железо переходит из жидкого состояния в твердое, полностью компенсируется образованием графита. Для чугуна с обозначением ASTM A 48, класс 30B усадка практически отсутствует, поэтому можно легко производить качественные отливки при условии, что литейная форма имеет достаточную жесткость. Структура графита, наблюдаемая в сером чугуне, полностью сформировалась к моменту затвердевания чугуна. При дальнейшем охлаждении на графитовых чешуйках осаждается некоторое количество дополнительного углерода до тех пор, пока не будет достигнута температура Ar3. В результате высокого содержания кремния в сером чугуне превращение аустенита в перлит и феррит не происходит при фиксированной температуре, а происходит в диапазоне температур, называемом «перлитным интервалом», и полностью объяснено Бойлсом [15]. Поскольку присутствие кремния делает карбид железа нестабильным, доля феррита и перлита в матрице после завершения превращения будет зависеть от скорости охлаждения в этом диапазоне температур. Для тяжелых профилей и высокого содержания кремния матрица может быть полностью ферритной.

Тип, форму и размер чешуек графита можно определить, следуя процедуре, описанной в ASTM Методе оценки микроструктуры графита в чугунных отливках (A 247-67). Поскольку графит является относительно мягким материалом, необходимо соблюдать особую осторожность при подготовке образца для металлографического исследования. Если это сделать неправильно, истинная форма графита может быть скрыта искаженным металлом, который течет по графиту. Только после нескольких операций травления и полировки будет обнаружено истинное изображение графита.

Процессы литья

Для производства отливок из серого чугуна используется несколько процессов литья. Некоторые из них оказывают заметное влияние на структуру и свойства получаемой отливки. Выбор конкретного процесса зависит от ряда факторов, и во многом это связано с конструкцией отливки. Процессы с использованием песка в качестве формовочной среды оказывают примерно одинаковое влияние на скорость затвердевания отливки, в то время как процесс постоянной формы оказывает очень заметное влияние на структуру и свойства.

Формование из сырого песка часто является наиболее экономичным методом производства отливок. До появления литья под высоким давлением и очень жесткого оборудования для опоки точность размеров не была такой хорошей, как можно получить при литье в оболочку. Если сырые песчаные формы недостаточно твердые или прочные, во время затвердевания может иметь место некоторое смещение стенок формы, что приводит к возникновению усадочных дефектов. Хотя отливки массой до 1000 фунтов и более можно производить из сырого песка, обычно он используется для отливок средних и малых размеров. Для более крупных отливок поверхности формы иногда опрыскивают смесью для чернения и сушат кожу, чтобы получить более чистую поверхность отливки. Эта процедура часто используется на блоках двигателя.

Чтобы выдерживать более высокие ферростатические давления, возникающие при заливке крупных отливок; часто используются сухие песчаные формы. В некоторых случаях используется тот же песок, который используется для формования из сырого песка, хотя обычной практикой является добавление другого связующего для увеличения прочности в сухом состоянии.

Процесс формования оболочков также используется для изготовления стержней, которые используются в других типах форм, помимо оболочковых. Его основное преимущество заключается в способности упрочнять форму или стержень при контакте с нагретой металлической моделью, что повышает точность изготовления стержня или формы. Помимо повышенной точности, отливка получается гораздо более чистой, чем при любом другом высокопроизводительном процессе. Хотя методы и связующие для горячего ящика и новейших процессов холодного ящика отличаются от тех, которые используются для процесса формования оболочки, принцип аналогичен тому, что сердцевина затвердевает при контакте с рисунком.

Центробежное литье чугуна в водоохлаждаемые металлические формы широко используется в производстве чугунных труб, а также в некоторых других областях. С песком или другим огнеупорным покрытием металлических форм этот процесс используется для изготовления больших гильз цилиндров.

Для некоторых типов отливок процесс постоянной формы является очень удовлетворительным, и его возможности описаны Фраем[16]. Поскольку скорость охлаждения или замерзания чугуна, отлитого в постоянные формы, довольно высока, более тонкие участки отливки будут иметь цементит. Чтобы удалить цементит, отливки должны быть отожжены, и общепринятой практикой является отжиг всех отливок. Наиболее экономичным составом чугуна для литья в постоянные формы является заэвтектический. Этот тип железа расширяется при затвердевании, и, поскольку формы очень жесткие, давление, возникающее при отделении графита во время замораживания эвтектики, обеспечивает герметичную отливку. Поскольку графит встречается преимущественно в виде типа D с очень маленькими чешуйками, отливки в постоянные формы могут иметь очень чистую отделку. По этой причине он находит широкое применение при изготовлении клапанных тарелок для холодильных компрессоров. Этот процесс также идеально подходит для таких компонентов, как автомобильные тормозные цилиндры и корпуса гидравлических клапанов. Хотя преимущественно графитовая структура типа D в постоянных литейных формах с ферритовой матрицей имеет гораздо более высокую прочность, чем отливки в песчаные формы с сопоставимым содержанием графита, эта структура не считается идеальной для применений с пограничной смазкой. Однако отливки очень хорошо работают в масляной ванне.

Если не желательны какие-то особые свойства, которые достигаются только с помощью определенного процесса литья, обычно выбираемый способ дает отливки с наименьшими затратами на готовую деталь.

Конструкция отливки

Существует ряд требований, которые необходимо выполнить, прежде чем можно будет считать конструкцию отливки полностью удовлетворительной. В некоторых отношениях конструкция отливки для серого чугуна несколько проще, чем для любого другого литейного металла, поскольку усадка при затвердевании минимальна, а для более мягких марок вообще отсутствует . За некоторыми исключениями, не следует уделять особого внимания проблеме подачи металла в более тяжелые секции. Усадка модельеров также низкая. Низкие характеристики усадки способствуют отсутствию горячих разрывов, характерных для некоторых других литейных металлов. Эти факторы предоставляют инженеру большую свободу проектирования.

Хотя отливка должна быть спроектирована таким образом, чтобы выдерживать воздействующие на нее нагрузки, во многих случаях прогиб под нагрузкой имеет первостепенное значение для обеспечения надлежащего выравнивания компонентов под нагрузкой. Существует ряд справочников, содержащих информацию, полезную для инженера-конструктора[17-19]. Однако внешний вид многих отливок свидетельствует о том, что на дизайнера чрезмерно повлияли характеристики плоских пластин и других кованых форм. Похоже, что он не может или не может использовать конические секции, галтели с большим радиусом и секции переменной толщины, которые легко получить при отливке. Вместо чистой конструкции отливка представляет собой нагромождение пластин, ребер, бобышек и небольших радиусов. Из-за низкого уровня относительного удлинения серого чугуна единственным удовлетворительным методом определения уровня напряжений в отливке под нагрузкой является использование тензорезисторов СР-4. Без надлежащего анализа напряжений первая тенденция состоит в том, чтобы «усилить» секцию, в которой произошел отказ. Грот [20] показал, что такой подход не приводит к лучшему дизайну и часто ухудшает состояние.

Метод формования должен быть определен до того, как будет достигнута окончательная конструкция отливки. Если отливка имеет внутренние стержни, они должны иметь какие-либо средства поддержки, и они должны быть предусмотрены в конструкции. При использовании методов формования, позволяющих лучше контролировать точность размеров, часто можно уменьшить толщину сечения. По мере уменьшения толщины сечения и соответствующего ускорения скорости охлаждения прочность на единицу площади поперечного сечения увеличивается. Как правило, уменьшение сечения отливки на 50 процентов приводит к уменьшению прочности сечения чуть менее чем на 40 процентов. Если отливки имеют сложные узлы сердечника, такие как головки цилиндров дизельных двигателей, необходимо принять меры для удаления песка из каналов сердечника и обеспечения возможности осмотра.

В связи с растущей тенденцией к более высоким скоростям обработки и скорости съема металла необходимо подумать о способе удерживания отливки во время операции обработки, чтобы высокое давление зажима не деформировало деталь. Кроме того, в конструкции должны быть предусмотрены легко обслуживаемые установочные точки. Затвор не следует размещать в установочной точке, потому что при шлифовке соединения в чистовой операции можно ожидать некоторого изменения количества удаляемого металла.

Механические свойства серого чугуна зависят от скорости охлаждения. Необходимо проявлять некоторую осторожность, избегая экстремальных диапазонов толщины среза, иначе на концах тонких срезов будут обнаружены жесткие края, а на тяжелых срезах будет слишком низкая твердость. Может быть желательно увеличить толщину самых легких участков, чтобы избежать этого состояния. Иногда может быть полезен буртик вдоль внешних краев фланца. Если отливка должна использоваться в условиях, когда вибрация является проблемой, необходимо учитывать демпфирующую способность отливки. Хотя серый чугун обладает довольно высокой демпфирующей способностью, следует также учитывать конструкцию отливки, чтобы избежать резонанса. Следует избегать или укреплять небольшие придатки на отливках, чтобы избежать ненужных поломок при обработке, отделке и дробеструйной очистке. Несмотря на то, что в течение последних 10 лет теме проектирования отливок уделялось большое внимание, в области проектирования отливок из серого чугуна необходимо сделать гораздо больше.

Механические свойства серого чугуна

Свойства, представляющие основной интерес для разработчиков и пользователей отливок, включают: износостойкость; твердость; прочность; и, во многих случаях, модуль упругости. Некоторые взаимосвязи между этими свойствами для серого чугуна совершенно разные по сравнению со сталью. Различное соотношение между твердостью и пределом прочности при растяжении в сером чугуне, по-видимому, сбивает с толку инженера, хотя большая часть его опыта могла быть связана с другими металлами.

Превосходные характеристики серого чугуна при использовании с поверхностями скольжения, такими как направляющие станков, отверстия цилиндров и поршневые кольца, хорошо известны. Производительность двигателей внутреннего сгорания и станков замечательна, если учесть простоту обработки серого чугуна. Серый чугун также известен своей устойчивостью к истиранию и заеданию. Этому поведению было дано множество объяснений, например, смазывающий эффект графитовых чешуек и удержание масла в графитовых областях. Очень вероятно, что это так, но также возможно, что графитовые чешуйки допускают некоторую незначительную аккомодацию перлитной матрицы в областях контакта между сопрягаемыми поверхностями. Редко удается добиться идеальной посадки, и, как правило, выступы на сопрягаемых металлических поверхностях могут привести к высокому единичному давлению, вызывающему заедание.

Испытание на твердость по Бринеллю чаще всего используется для серого чугуна, и, когда это возможно, предпочтение отдается шарику диаметром 10 мм и нагрузке 3000 кг. Если толщина секции или площадь, подлежащая испытанию, не выдерживает нагрузки 3 000 кг, часто используется нагрузка 1 500 кг. Значения твердости, полученные при более низкой нагрузке, могут заметно отличаться от значений, полученных при более высокой нагрузке, и эта возможность указана в тесте ASTM на твердость металлических материалов по Бринеллю (E 10-66). Для серого чугуна разница в значениях твердости может достигать 35 BHN, а если разница и существует, то она всегда ниже при более низкой нагрузке. Поскольку в большинстве случаев испытание на твердость по Бринеллю можно считать неразрушающим испытанием, твердость по Бринеллю используется как показатель обрабатываемости, износостойкости и прочности на разрыв. Для легких деталей, таких как поршневые кольца и другие легкие отливки с небольшим размером графита, испытание на твердость по Роквеллу часто является удовлетворительным.

Испытание на твердость по Бринеллю на самом деле является специализированным испытанием на сжатие и измеряет комбинированный эффект твердости матрицы, конфигурации графита и объема графита. Твердость по Бринеллю серого чугуна с полностью перлитной матрицей может варьироваться от 148 до более 277 в зависимости от крупности перлита и, в большей степени, от объема присутствующего графита. В этом диапазоне твердости фактическая твердость перлита может варьироваться от примерно 241 до более 400 твердости по Кнупу, как определено измерениями микротвердости.

Практически все спецификации и стандарты для серого чугуна классифицируют его по прочности на растяжение. Прочность на растяжение серого чугуна для данной скорости охлаждения или размера сечения очень сильно зависит от количества графита в чугуне. Значение углеродного эквивалента для железа даст близкое приближение к количеству присутствующего графита. На прочность при растяжении также очень сильно влияет скорость охлаждения, особенно через интервал эвтектического затвердевания, и обычно она связана с размером сечения. Признавая влияние размера сечения на прочность, Спецификация ASTM A 48 не только классифицирует железо по прочности, но также требует выбора размера испытательного стержня, в котором должна быть получена прочность.

Большинство покупателей отливок из серого чугуна полагаются на тест на твердость по Бринеллю, чтобы определить, соответствует ли отливка спецификациям. Переменное соотношение между твердостью по Бринеллю и пределом прочности на растяжение для серого чугуна сбивает с толку инженеров-материаловедов, которые привыкли к фиксированному соотношению твердости по Бринеллю и пределу прочности на растяжение для кованой стали, равному примерно 492. Для серого чугуна это соотношение будет варьироваться от минимального до от 140 для низкопрочного чугуна до более 250 для серого чугуна с пределом прочности на разрыв более 60 000 фунтов на квадратный дюйм. В знак признания широкого использования критерия твердости по Бринеллю для оценки прочности чугуна в отливке класс 9Технического комитета по черной металлургии (ISTC) Общества автомобильных инженеров находится в процессе пересмотра SAE J431 a. Серый чугун для автомобильного литья, в котором отливки из серого чугуна соответствуют различным уровням прочности, будет иметь минимальную твердость по Бринеллю.

Было опубликовано множество статей, посвященных вопросу корреляции твердости по Бринеллю с пределом прочности. Вероятно, самый обширный отчет был подготовлен Маккензи[21] на основе данных, полученных для «Отчета о воздействии» для Комитета ASTM A-3 (теперь A-4). Его отчет был широко опубликован и показал значительный разброс. Он чувствовал, что некоторый разброс мог быть результатом того, как проводились измерения твердости по Бринеллю. Когда он выбрал данные, полученные с плеч образцов для испытаний на растяжение, корреляция была намного лучше.

Многие пользователи и особенно инженеры критически относятся к свойствам литейного металла, полученного из испытательных стержней. Ситуация с серым чугуном сильно отличается от ситуации с другими литыми металлами. В то время как для других черных металлов, особенно стали и чугуна с шаровидным графитом, используются испытательные стержни с необычно высоким отношением высоты к испытательному стержню, совершенно не похожим на соотношение, используемое для промышленного литья, испытательные стержни для серого чугуна представляют собой довольно простые отливки и имеют ворота, очень похожие на промышленные. отливки. Это можно сделать, поскольку в сером чугуне усадка либо очень мала, либо отсутствует. Тщательные исследования показали, что если испытательный стержень имеет ту же термическую историю, что и участок рассматриваемой отливки, твердость и предел прочности при растяжении будут одинаковыми. В отливке с различными размерами сечения свойства отливки будут одинаковыми только при одинаковых скоростях затвердевания и охлаждения. Прочность на разрыв в других частях отливки можно предсказать, если определить твердость по Бринеллю.

Поскольку легче было оценить влияние размера сечения и состава серого чугуна в цилиндрических отливках, это было сделано в трех литейных цехах из 150 ковшей обычного производства, отлитых в прутки диаметром от s/s до 6 дюймов. Формы были аналогичны тем, которые использовались для коммерческого литья. Размеры прутков были следующими:

Хотя отливки производились в нормальных производственных условиях, все этапы операций наблюдались более тщательно, чем обычно. Все испытания проводились в исследовательской лаборатории с надлежащим образом откалиброванным оборудованием и квалифицированными операторами. Размеры образцов для испытаний на растяжение соответствовали спецификации ASTM A 48. Образцы для испытаний на растяжение были обработаны от центра отливки для всех размеров и, кроме того, были обработаны с позиции около 3/4 дюйма снаружи для 4 и 6-дюймовые отливки.

Диаметр, В Длина, В
5/8 8
7/8 15
1,2 21
2 и 3 10
4 6
6 18

 

Образцы для испытаний на растяжение имели уменьшенный диаметр сечения 0,75 дюйма, за исключением образца для испытаний диаметром 7/8 дюйма. отливка диаметром 0,5 дюйма в уменьшенном сечении. Испытания на твердость по Бринеллю проводились с нагрузкой 3000 кг и шариком диаметром 10 мм. Измерения твердости проводились на поперечном сечении отливки, соответствующем положению, из которого был взят образец для испытания на растяжение.

Foundry F обычно производит отливки легкой и средней массы, такие как головки и корпуса небольших компрессоров, отливки компонентов кондиционеров, обычные корпуса клапанов и давлений, коллекторы и другие типы автомобильных отливок. Поскольку размеры секций редко превышают 1 дюйм, испытания ограничиваются 7/8 и 1,2 дюйма. бары. Некоторые виды железа легированы одним или несколькими элементами (медью, хромом и молибденом) в небольших или умеренных количествах. Данные показаны на рис. 1. Предлагаемая минимальная твердость по Бринеллю рассматривается SAE Division 9.Также показан Комитет МНТЦ. Только за двумя исключениями все значения выше линии.

Foundry S — литейное производство, специализирующееся на производстве блоков и головок дизельных и бензиновых двигателей для грузовых и морских судов, а также сопутствующих изделий, таких как маховики, коллекторы, картеры трансмиссии и картеры сцепления. Поскольку изготавливаются более тяжелые профили, чем в литейном цехе F, отливают пробные отливки диаметром до 4 дюймов. Полученные данные представлены на рис. 2. Легированные чугуны имеют более высокий уровень прочности. Обратите внимание, что образцы для испытаний, вырезанные вблизи внешней поверхности стержней диаметром 4 дюйма, демонстрируют более высокую прочность при заданной твердости, чем образцы для испытаний, вырезанные из центра стержня диаметром 4 дюйма. бары. Как правило, это результат большего размера чешуек графита в центре стержня. Также обратите внимание, что все значения выше линии SAE.

Литейный завод W производит средние и тяжелые отливки для больших компрессоров газопроводов, двигателей, насосов, маховиков и сопутствующих изделий с сечением до 4 дюймов. На этом литейном заводе отливается весь диапазон размеров испытательных стержней. Полученные данные представлены на рис. 3. Разброс значений становится несколько больше при более высоких уровнях прочности. Обратите внимание, что модифицированное железо имеет более высокую прочность, чем прутки из базового железа, что объясняет увеличение диапазона прочности на растяжение для данной твердости. Некоторые значения предела прочности при растяжении, находящиеся ниже линии SAE, относятся к центру участков диаметром 6 дюймов и имеют довольно большой размер чешуек графита.

Некоторые пользователи отливок указывают минимальную прочность на растяжение в определенном месте отливки. Это особенно верно для таких отливок, как корпуса гидравлических насосов, цилиндры высоконагруженных дизельных двигателей, поршни и головки, а также другие отливки, подвергающиеся высоким нагрузкам. Данные, полученные для производственных отливок, показаны на рис. 4. Также на этом рисунке для сравнения показаны данные, полученные для образцов для испытаний на растяжение, вырезанных из отожженных отливок в постоянные формы. Эти отливки будут иметь заэвтектический состав с графитом типа D и ферритной матрицей. Эти утюги имеют более высокую прочность при заданной твердости, чем утюги, отлитые в песок.

Кривые, показывающие минимальную твердость по Бринеллю для данного предела прочности на растяжение для представленных чугунов, вместе с данными Маккензи и Кейна, показаны на рис. 5. Кривые находятся в хорошем согласии, за исключением минимальных значений, указанных Маккензи. Вполне возможно, что чугуны для литейных цехов F, S и W имели более высокую концентрацию остаточных легирующих элементов, что, как правило, сохраняло перлитную матрицу с соответственно более высокой прочностью.

Иногда необходимо изготовить из отливки образцы для испытаний на растяжение с уменьшенным сечением диаметром 0,357 дюйма, поскольку форма отливки не позволяет изготовить образец большего размера. Некоторые пользователи литья подняли вопрос о надежности образцов меньшего размера. В течение нескольких лет из одной и той же отливки были взяты образцы нескольких размеров, и было обнаружено, что при тщательной обработке результаты являются надежными. Данные на рис. 6 являются репрезентативными и были получены для небольшого автомобильного диска сцепления. Данные по твердости и пределу прочности на растяжение для этой отливки показывают, что 5/8-дюйм. пластина имеет скорость охлаждения, аналогичную 1,2-дюймовому. тестовая полоса.

При попытке предсказать предел прочности отливки на основе твердости по Бринеллю учитывается больше факторов, чем просто толщина сечения. Для участков, от которых поток тепла во время охлаждения беспрепятственный, может быть установлено очень хорошее соотношение между твердостью и пределом прочности при растяжении. Для более сложных отливок, таких как головки цилиндров дизельных двигателей, имеющие множество каналов с сердечником, схема охлаждения может быть сложной. Секция внутри головки может замерзнуть довольно быстро, но после прохождения эвтектического температурного интервала происходит накопление тепла, и секция может охлаждаться больше, чем простая секция в два-четыре раза толще. Для таких случаев необходимо разработать корреляцию для каждого типа литья.

Сталь демонстрирует довольно незначительное влияние прочности на растяжение и твердости на модуль упругости, поскольку он в основном находится в диапазоне от 29 000 000 до 30 000 000 фунтов на квадратный дюйм. Для серого чугуна модуль упругости зависит не только от прочности на растяжение, но и от уровня напряжения. В результате этих факторов модуль упругости будет варьироваться от примерно 12 000 000 фунтов на квадратный дюйм для очень мягкого железа до более 20 000 000 фунтов на квадратный дюйм для высокопрочного железа. Кривая напряжения-деформации для серого чугуна при растяжении представляет собой почти кривую линию от начала координат. Об этом сообщали многие исследователи, и Моррог [14], сообщая о некоторых работах Гилберта, предполагает, что кривая является результатом некоторых изменений объема в пространствах, занятых графитом. Они также показали, что между чешуйками происходит некоторое микротрещинование. Некоторые исследователи использовали измерения резонансной частоты, а также измерения скорости звука, которые зависят от модуля упругости, для прогнозирования прочности на растяжение.

В станкостроении и других применениях, где желательна максимальная жесткость конструкции, желателен высокий модуль упругости. Существуют и другие области применения, особенно связанные с термической усталостью, для которых требуется низкий модуль упругости, чтобы свести к минимуму увеличение уровней напряжения, связанное с расширением в результате повышения температуры в рабочих условиях. Примером такой ситуации являются тормозные барабаны для тяжелых условий эксплуатации. Было обнаружено, что довольно высокоуглеродистое железо (3,60–3,92 процента) будет служить лучше, чем низкоуглеродистое железо. Железо с более высоким содержанием углерода почти всегда имеет более низкий модуль упругости. К сожалению. прочность на растяжение таких высокоуглеродистых утюгов обычно низкая. и возникает необходимость добавления сплава для укрепления матрицы.

Инженеры-материаловеды часто рассматривают процентное удлинение, полученное при испытаниях на растяжение, как меру пластичности материала. С этой концепцией. серый чугун нельзя считать пластичным.

Тем не менее. серый чугун в виде промышленных отливок удовлетворительно выдерживает значительную умеренную ударную нагрузку. При тщательном контроле плавки и выборе сырья Колло и Тим [10] сообщили о чугунах с 2,4-процентным удлинением при разрушении под нагрузкой, а путем ферритизации такого железа получили 5,4-процентное удлинение. Серые чугуны с одинаковой прочностью на растяжение могут показывать разницу в 50 процентов в отношении энергии разрушения, поглощаемой при ударной нагрузке. Хотя считается, что серый чугун не чувствителен к зазубринам, это, скорее всего, является результатом того, что он достаточно хорошо насыщен зазубринами в виде чешуек графита, так что наличие другой зазубрины не оказывает существенного влияния на поведение при ударе.

Термическая обработка серого чугуна

Хотя большинство отливок из серого чугуна используется в литом состоянии, серый чугун подвергается термообработке по ряду причин, таких как снятие остаточных напряжений, улучшение обрабатываемости, повышение твердость поверхности либо за счет индукционной закалки, либо закалки пламенем, либо закалки всей секции закалкой в ​​масле и обработкой вытягиванием. Рекомендуемая практика такой термообработки и полученные результаты можно найти в справочниках по чугуну, в частности, в ASM Metals Handbook[22]. Структура графита не может быть изменена термической обработкой. хотя графит может увеличиться в объеме, если перлитное железо полностью ферритизировано, и в этом случае графит обычно откладывается на первоначально присутствующих чешуйках. Однако матрица очень чувствительна к термической обработке, как и в случае со сталью.

Термическая обработка для снятия напряжения обычно проводится в диапазоне температур от 1000 до 1100°F. Ниже 950°F снятие напряжений происходит довольно медленно, в то время как при температурах выше 1100°F может наблюдаться некоторая потеря прочности, особенно в нелегированных чугунах, обозначение ASTM A 48, класс 35B и более мягких. Термическая обработка для снятия напряжения может применяться для улучшения размерной стабильности обработанных отливок и требуется для деталей, работающих под давлением, работающих при температуре от 450 ° F до 650 ° F, в соответствии со спецификациями ASTM для отливок из серого чугуна для деталей, работающих под давлением, для температур до до 650°F (А 278-64). Скорости нагрева и охлаждения для такой термообработки обычно ограничены 400 F/ч на дюйм толщины. Это особенно важно при нагреве, так как остаточные напряжения в отливке могут возрасти в результате теплового расширения различных частей отливки.

Отливки меньшего размера, такие как детали холодильного компрессора, часто подвергаются отжигу для снятия напряжения, чтобы сохранить очень малые рабочие зазоры в готовом компрессоре. Если возникают трудности с остаточными напряжениями в готовых обработанных деталях, желательно оценивать уровень внутренних напряжений после каждой операции механической обработки. Отливки иногда имеют более низкий уровень внутренних напряжений, поскольку они возникают в результате операции формования оболочки, чем в любой другой момент процесса. Такие отливки, подвергнутые отжигу для снятия напряжений, а затем подвергнутые дробеструйной или дробеструйной очистке, покажут повышение уровня напряжения. При отжиге больших отливок для снятия напряжения желательно прикреплять к отливке термопары, чтобы не допустить слишком больших перепадов температур. Отливка может сломаться при нагревании, если не будут приняты меры предосторожности.

Чугунный стол шириной 4 фута и длиной 6 футов треснул во время термообработки для снятия напряжений. Хотя термопара управления печью показала одинаковую скорость нагрева в рекомендуемых пределах, термопары в различных местах отливки показали разницу температур в 300°F. Другой стол такой же конструкции располагался снаружи печи с термопарами и тензодатчиками, чтобы можно было воспроизвести разницу температур. Установлено, что для этой разности температур растягивающие напряжения в 9В критических зонах было достигнуто давление 200 фунтов на квадратный дюйм.

Отжиг для улучшения обрабатываемости проводится в двух температурных диапазонах. Если основной целью является просто снижение твердости до некоторого более низкого уровня и отсутствие карбидов, обычно используются температуры от 1250 до 1450 °F в зависимости от желаемого снижения твердости. Если отливки содержат цементит или карбиды, необходимо нагреть их до температуры от 1650 до 1725 °F, чтобы разрушить такие карбиды.

Серый чугун можно успешно закалить как пламенным, так и индукционным нагревом. Матрица железа должна быть перлитной. Также желательно поддерживать кремний на минимально возможном уровне, обычно ниже 1,75%. По мере увеличения содержания кремния в сером чугуне не только повышается температура Ac3, но и встречается двухфазное поле феррита и аустенита. Удовлетворительная твердость не будет получена при нагреве железа в этом диапазоне температур. Более высокие температуры аустенизации, необходимые для чугунов с более высоким содержанием кремния, также увеличивают вероятность растрескивания во время цикла закалки. Желаемую твердость принято указывать по шкале Роквелла по шкале С, хотя измерения твердости проводились с помощью склероскопа. Прямое измерение с помощью теста на твердость по Роквеллу с использованием шкалы С неудовлетворительно, так как присутствие чешуек графита в твердой матрице приводит к отслаиванию или разрушению вокруг индентора, что дает низкие значения.

Для таких деталей, как гильзы цилиндров, закалка путем аустенизации и закалки в масле с последующей вытяжкой для придания желаемой твердости значительно улучшает характеристики гильзы. Есть много областей применения, для которых этот тип термообработки больше подходит, чем пламенная или индукционная закалка.

Механическая обработка серого чугуна

Среди черных металлов, широко используемых в строительстве, серый чугун для данного уровня твердости является одним из наиболее легко поддающихся обработке. Серый чугун подходит для свободной резки, поскольку стружка имеет небольшой размер и легко удаляется из зоны резания. Кроме того, сколы, портящие готовую поверхность, не вызывают особых затруднений. Свободное резание является результатом беспорядочно распределенных чешуек графита, которые нарушают целостность матрицы. Хотя серый чугун очень успешно обрабатывается без охлаждающих жидкостей, они могут оказаться необходимыми, если желательны высокие скорости обработки и жесткие допуски. СОЖ не только помогает удалять стружку, но и регулирует температуру отливки, что необходимо для работы с жесткими допусками.

Несмотря на хорошую обрабатываемость серого чугуна, встречаются различные проблемы обработки, такие как твердые края, снижение срока службы инструмента, невозможность получить удовлетворительно гладкую поверхность и трудности с соблюдением требуемых допусков на размеры. Некоторые из этих проблем являются результатом выбора неподходящей марки чугуна, недостатков конструкции отливки или неправильных процедур механической обработки. Рекомендуемая оснастка, скорости, подачи и глубины резания для серого чугуна различных классов прочности и для различных видов механической обработки легко найти в ряде справочников [3, 5, 23, 24] и здесь обсуждаться не будут.

Поскольку многие отливки приобретаются в соответствии со спецификацией ASTM A 48, твердость будет варьироваться в зависимости от указанного класса прочности. Для отливок, постоянно близких к верхнему пределу твердости, может потребоваться снижение скорости поверхностного резания для получения удовлетворительной стойкости инструмента по сравнению с отливками, близкими к нижнему пределу твердости. Чугун нормального состава для производимого типа отливки может затвердевать с пятнистой или закаленной структурой железа, если превышена критическая скорость охлаждения. Такое состояние может возникнуть из-за ребра на отливке или, если отливка имеет широкий диапазон размеров сечения, литейщики могут прибегнуть к добавкам необычно тяжелого сплава, чтобы сохранить твердость в тяжелом сечении, что приведет к образованию чугуна. быть слишком сложным для более легких разделов. Столкновение с такими твердыми участками очень часто приводит к поломке инструмента или достаточному повреждению режущей кромки, что мешает выполнению последующих удовлетворительных операций обработки. Иногда можно изменить конструкцию отливки, чтобы избежать образования закаленных краев, или изменить литейную практику, переместив шиберы или используя различные типы стоков для замедления скорости затвердевания проблемной зоны. Благодаря правильному использованию модификаторов литейное производство может значительно уменьшить количество острых кромок. Уолц [25] указывает, что литейный завод во время проверки может проверить отсутствие острых краев с помощью довольно простого теста напильника и, таким образом, избежать повреждения дорогого инструмента. При надлежащем контроле качества и процедурах проверки появление твердых и охлажденных кромок и выступов должно быть незначительным.

Внезапная поломка резца не всегда была результатом столкновения с крапчатым или закаленным железом.  Расследование поломки фрезы с большим торцевым вставным зубом показало, что причиной поломки стал тяжелый обезуглероженный слой феррита. Отливки были отожжены до низкого уровня твердости, максимум 121 BHN, и при этом был получен толстый ферритовый слой, свободный от графита. Этот материал был скорее очень прочным, чем твердым, но он останавливал фрезу, что приводило к выкрашиванию твердосплавных зубьев.

Поскольку такая обезуглероженная поверхность не содержит графитовых чешуек, блестящая и яркая отделка создаст впечатление твердости. Недостаточная очистка отливки или наличие пригара в песке может привести к преждевременному выходу инструмента из строя. Златин [26] сообщил, что если такое условие встречается, может быть необходимо уменьшить скорость обработки до половины скорости, используемой для последующих проходов, если необходимо получить удовлетворительный срок службы инструмента.

Дефект обработанной поверхности, иногда встречающийся в отверстиях цилиндров, направляющих и направляющих станков, а также на других поверхностях, требующих чистовой обработки с низким среднеквадратичным значением, называется поверхностью с ямками или открытой зернистостью. Железо со слишком высоким содержанием углерода для рассматриваемого сечения и которое обычно имеет длинные графитовые чешуйки, может привести к тому, что частицы железа будут вырваны во время черновой обработки, в результате чего останется недостаточный припуск для чистовой обработки. Лэмб [27] утверждает, что минимум 0,010 дюйма должен быть оставлен для чистовой обработки, если требуется гладкая поверхность. Если графитовые чешуйки слишком велики, при нарезании резьбы с рваной резьбой возникнут трудности, и может произойти «прорыв» на краях отливок, таких как отверстия в корпусах гидравлических золотниковых клапанов. Хотя слишком высокое содержание углерода может вызвать этот тип дефекта поверхности, тупые инструменты и слишком тяжелые резы перед чистовой обработкой или операцией хонингования вызовут аналогичный дефект. Филд и Калес [28] обсуждают факторы, влияющие на качество обработанной поверхности, и подчеркивают важность острых режущих инструментов.

В связи с требованием все более жестких допусков для обработанных отливок проблемы с соблюдением размеров становятся более частыми. Некоторые из них могут возникать из-за остаточных напряжений в отливке, некоторые из вариаций твердости и количества удаляемой готовой заготовки, а другие – из-за недостатков в операции механической обработки. Всякий раз, когда возникают некруглые отверстия и трудности с сохранением плоскостности обрабатываемых деталей , предполагается, что причиной являются остаточные напряжения в отливке. В зависимости от конструкции определение направления и уровня остаточных напряжений в отливке может быть затруднено и обычно требует разрушения отливки. Для простых цилиндрических деталей наличие остаточных напряжений иногда можно обнаружить, просто сделав надпилы в отливке и измерив изменение ширины разреза. Для более сложных отливок или для более точного измерения остаточных напряжений приходится прибегать к использованию тензорезисторов СР-4. Обычно требуется некоторый метод проб и ошибок для правильного расположения калибров на отливке. Хотя оценка остаточного напряжения отливки после окончательной механической обработки может показать, что такие напряжения ответственны за деформацию, из этого не обязательно следует, что эти напряжения были в исходной отливке. Различные механические операции могут создавать сильные напряжения. Использование слишком твердого круга при шлифовании поверхности может вызвать поверхностные напряжения.

В дополнение к внутренним напряжениям, либо остаточным, либо возникающим во время операции механической обработки, трудности с соблюдением критических размеров могут возникать из других источников. Если отливка подвергается зажимному давлению, которое деформирует отливку в удерживающем приспособлении во время механической обработки, можно ожидать трудностей с удерживающими размерами. Поскольку модуль упругости серого чугуна с пределом прочности при растяжении 30 000 фунтов на квадратный дюйм примерно вдвое меньше, чем у стали, такое же усилие зажима на детали с той же толщиной стенки удвоит деформацию отливки из серого чугуна по сравнению со сталью.

Если обработка выполняется без СОЖ, отливка будет нагреваться во время обработки. Корпус подшипника с отверстием диаметром 2-1/2 дюйма и стенкой 3/8 дюйма будет расширяться примерно на 0,0005 дюйма при повышении температуры на 25 ° F. Было обнаружено, что изменение на 1/32 дюйма. в диаметре отверстия отливки с нормальным 3/32 дюйма. удаление припуска приведет к изменению температуры отливки на 25°F. Если настройка инструмента основана на измерениях отливки, когда она выходит из токарного станка, окончательные диаметры отверстия при комнатной температуре будут варьироваться в диапазоне 0,0005 дюйма.

Несмотря на различия в жесткости станков, всегда происходит некоторый прогиб. Для той же отливки корпуса подшипника, упомянутой выше, было обнаружено, что изменения твердости по Бринеллю повлияли на диаметр готового отверстия. Механический цех ранее классифицировал готовые отверстия по трем диапазонам размеров. Считалось, что эта операция измерения может быть устранена путем уменьшения допусков обработки до «0,00025 дюйма на отверстии диаметром от 2,5 до 3,0 дюймов. Отливки обрабатывали всухую на одношпиндельном автомате. Было сделано два прохода, и инструменты для черновой и чистовой обработки были установлены последовательно на одном держателе. Оператора попросили настроить станок для получения правильного размера и сказали не изменять настройку независимо от диаметра отверстия. И оператор, и инспектор группировали отливки по диаметру отверстия: заниженный, допустимый и завышенный. Образцы из трех групп были подвергнуты интенсивному исследованию, и одним из факторов оказалась твердость, как показано на рис. 7.9.0003

Если относительно тонкостенные отливки не отцентрированы должным образом в приспособлении для обработки, с одной стороны будет снято больше припуска, чем с другой, и можно ожидать искривления отверстия.

Будущее серого чугуна

Свойства отливок из серого чугуна почти так же сильно зависят от технологии литейного производства, как и от металлургии материала. За последние 10 лет был достигнут большой прогресс в улучшении контроля размеров отливок, и наметилась тенденция к использованию более тонких сечений. Эта тенденция будет продолжаться, и введение новых модификаторов с небольшими количествами таких элементов, как церий, кальций, барий и стронций, доказало свою эффективность для получения желаемых свойств в более легких сечениях. Де Си[29] описали поведение кислорода в железе и его связь с практикой прививки.

Разработка и широкое использование процедуры определения значения углеродного эквивалента расплавленного железа в плавильной печи описано Редшоу и Пейном[30] и Кашем[31]. Этот тест позволяет литейщику контролировать состав чугуна в более узких пределах и, таким образом, обеспечивает более однородные свойства отливок.

Добавление небольшого количества олова сыграло важную роль в улучшении свойств серого чугуна в более тяжелых секциях без создания проблем с твердостью в более легких секциях.

Хотя твердость по Бринеллю до сих пор является широко используемым и полезным тестом для оценки прочности серого чугуна, Уолтер [32] описал метод, включающий измерения резонансной частоты для прогнозирования инженерных свойств серого чугуна. Абар и др. [33] описали результаты, полученные в результате аналогичного теста. Картер [34] сообщил об использовании вихретокового прибора в качестве инструмента быстрого контроля для прогнозирования свойств отливок из серого чугуна.

Барто и др. [35] описали результаты литья под давлением чугуна из серого чугуна, которые должны иметь специализированное применение. Экспериментальная работа показала, что определенные типы обработки поверхности формы позволяют отливать гораздо более тонкие участки, чем считалось возможным ранее.

Сложный металлургический состав серого чугуна и влияние относительно небольших количеств второстепенных элементов в железе на характеристики затвердевания серого чугуна привлекли внимание ряда металлургов. Моррог [36] обсудил необходимость лучшего понимания металлургии серого чугуна. Бейтс и Уоллес[37] продемонстрировали влияние небольших количеств микроэлементов на серый чугун и исследовали способы минимизации нежелательного воздействия этих элементов.

Существует необходимость в разработке материалов для литейных форм или обработки поверхности литейных форм, чтобы либо исключить, либо свести к минимуму дробеструйную и пескоструйную обработку, которая является дорогостоящей и может привести к возникновению остаточных напряжений в отливках. Состояние ухудшается по мере того, как секции отливки становятся тоньше.

Улучшенные свойства, полученные с использованием высокочистого сырья при производстве серого чугуна, должны стимулировать дальнейшие исследования, особенно в отношении получения большей ударной вязкости. Существует потребность в чугуне класса между обычным серым чугуном и чугуном с шаровидным графитом, при условии, что его можно производить так же легко, как серый чугун. Крупные инвестиции в литейные производства серого чугуна за последние несколько лет свидетельствуют о том, что серый чугун еще какое-то время будет считаться ценным конструкционным материалом.

Ссылки:

  • [1] Маккензи. Дж. Т., «Серый чугун-сталь плюс графит», Литейное производство, том 72, № 8, август 1944 г., стр. 86–88, 154; № 9, сентябрь 1944 г., стр. 70-72; № 10, октябрь 1944 г., стр. 86-88.
  • [2] Бойлз, Альфред, Структура чугуна, Американское общество металлов, Metals Park. Огайо, 1947.
  • [3] Справочник по отливкам из серого чугуна, Общество основателей серого и ковкого чугуна, Кливленд, Огайо, 1958.
  • [4] Справочник по металлам ASM, 8-е изд., Vol. я . Американское общество металлов, Metals Park, Огайо, 1961, стр. 349-365.
  • [5] Ангус, Х. Т., Физические и технические свойства чугуна, Британская ассоциация исследований чугуна, Бирмингем, Англия. 1960.
  • [6] Справочник по литейным металлам. Американское общество литейщиков. Дес-Плейнс, Иллинойс, 1957 г.
  • [7] Типичные микроструктуры литых металлов. 2-е изд.. Институт британских литейщиков, Лондон, 1966.
  • [8] Wieser, P. F., Bates. CE и Уоллес. Дж. Ф., «Механизм образования графита в сплавах железо-кремний-углерод», Общество ковких основателей, Кливленд, Огайо, I967.
  • [9] Редер, Дж. Э., «Критический диапазон температур в чугунах», Transactions, Американское общество литейщиков, Vol. 73, 1965. стр. 473-487.
  • [10] Колло, А. и Тиме. JC, «Прочность чугуна с чешуйчатым графитом как показатель качества и новые методы повышения прочности»
  • [11] Дэвис. JA, Krause, DE, Lownie, HW, Jr., «Олово как сплав в сером чугуне», Transactions, Американское общество литейщиков, Vol. 65, 1957, стр. 592-597.
  • [12] Тач. А. Дж. и Кейдж Р. М., «Легирование оловом ускоряет производство блоков цилиндров из серого чугуна». Журнал Общества автомобильных инженеров, Vol. 73. № 1, январь 1965 г., стр. 66-69.
  • [13] Сиссенер, Джон и Эрикссон, Джон, «Влияние титана, восстановленного из шлаков, содержащих оксид титана, на механические свойства чугуна», Труды, 34-й Международный литейный конгресс; Бумага № 1, Editions Techniques des Industries de la Fonderie, Париж, 1967.
  • [14] Моррог, Х., «Статус металлургии чугуна», Журнал Института чугуна и стали, январь 1968 г. , стр. 1-10.
  • [15] Бойлз, Альфред. «Перлитный интервал в сером чугуне», Transactions, Американское общество литейщиков, Vol. 48, 1940, стр. 531-573.
  • [16] Фрай, Г. Р., «Процесс постоянной формы применительно к производству отливок из серого чугуна», Modern Castings, Vol. 54, № 4, октябрь 1968 г., стр. 52-55.
  • [17] Кейн, Дж. Б., Проектирование отливок из черных металлов. Американское общество литейщиков, Дес-Плейнс, Иллинойс, 1963 г.
  • [18] Практическое руководство по проектированию отливок из серого чугуна для инженерных целей, Совет ассоциаций чугунолитейщиков, Лондон, 1960.
  • [19] Справочник по проектированию литья, Американское общество металлов, Metals Park, Огайо, 1962.
  • [20] Гротто, Л. А., «Разработка отливок двигателей с помощью экспериментального анализа напряжений», Transactions, Американское общество литейщиков, Vol. 69, 1961, стр. 636-645.
  • [21] Маккензи, Дж. Т., «Твердость по Бринеллю серого чугуна — ее связь с другими свойствами», Foundry, Vol. 74, № 10, окт. 1946, стр. 88—93; стр. 191-194.
  • [22] Справочник по металлам ASM, 8-е изд., Vol. 2, Американское общество металлов, Metals Park, Огайо, 1964. стр. 203-213.
  • [23] Справочник по металлам ASM, 8-е изд., Vol. 3, Американское общество металлов, Металс-Парк, Огайо. 1967.
  • [24] Справочник по обработке данных, Metcut Research Associates, Inc., Цинциннати, Огайо, 1966.
  • [25] Вальц, В., «Сегодняшние инженерные разработки бросают вызов литейной промышленности литейных металлов», Transactions, Американское общество литейщиков, Vol. 72, 1964, стр. 914-922.
  • [26] Златин, Норман, «Обрабатываемость нелегированного и легированного серого чугуна», Новости серого и ковкого чугуна, март 1965 г. , стр. 5-14.
  • [27] Лэмб, А. Д., «Материальные и технологические факторы при обработке чугунных отливок, новости из серого и ковкого чугуна», часть I, 19 апреля.67, стр. 5-13; Часть II, май 1967 г., стр. 11-20.
  • [28] Филд, М. и Калес, Дж. Ф., «Факторы, влияющие на обработанную поверхность серого чугуна, новостей из серого и ковкого чугуна», апрель 1966 г., стр. 5-23.
  • [29] Де Си, А., «Кислород. Оксиды. Перегрев и зарождение графита в чугуне», Transactions, Американское общество литейщиков. Том. 75. 1967. С. 161-172.
  • [30] Редшоу, А. А., Пейн, К. А., и Хоскинс. Дж. А., «Управление серым чугуном с помощью методов кривой охлаждения, транзакции. Американское общество литейщиков, Vol. 70. 1962, стр. 89-96.
  • [31] Каш, Ф. Е., «Углеродный эквивалент по кривым охлаждения — быстрый и практический тест», Transactions, American Foundrymen’s Society, Vol. 71, 1963. стр. 266-274.
  • [32] Уолтер, Г. Х., «Корреляция характеристик конструкции и измерений резонансной частоты с инженерными свойствами серого чугуна», Публикация 650519, Общество автомобильных инженеров, 1965.
  • [33] Абар, Дж. В., Челитти, Р. А., и Шпенглер, А. Ф., «Использование акустики для прогнозирования механических свойств серого чугуна», «Транзакции», Американское общество литейщиков, Vol. 74, 1966, с. 7-I2.
  • [34] Картер, К. Д., «Неразрушающий вихретоковый контроль серого чугуна, новостей из серого и ковкого чугуна», февраль 1966 г., стр. 8–10.
  • [35] Барто, Р. Л., Херд, Д. Т., и Столтенберг, Дж. П., «Литье чугуна и стали под давлением». Сделки. Американское общество литейщиков, Vol. 75, 1967, стр. 181 – 192.
  • [36] Morrogh, H., «Прогресс и проблемы в понимании чугуна», Transactions, Американское общество литейщиков, Vol. 70, 1962. стр. 449-458.
  • [37] Бейтс, К. Э. и Уоллес. Дж. Ф. «Эффекты и нейтрализация микроэлементов в сером, ковком и ковком чугуне», Труды, Американское общество литейщиков, Vol. 75. 1967, стр. 815-846.

Серый чугун Состав и свойства

Серый чугун (Серый чугун) назван так потому, что цвета поверхности перелома. Содержит 1,5-4,3% углерода. и 0,3-5% кремния плюс марганец, сера и фосфор. это хрупкий с низкой прочностью на растяжение, но легко отливается.

Все данные в этом документе относятся к китайскому стандарту ГБ/Т 9439-1988.

Свойство прочности на растяжение образцов одиночной отливки

Серый чугун класс

Одноместный образец
Прочность на растяжение
σb≥/МПа

Серый чугун отливки

Стена толщина/мм

Растяжение прочность
σb≥/МПа

НТ100

100

>2,5~10
>10~20
>20~30
>30~40

130
100
90
80

HT150

150

>2,5~10
>10~20
>20~30
>30~40

175
145
130
120

НТ200

200

>2,5~10
>10~20
>20~30
>30~40

220
195
170
160

HT250

250

>4,0~10
>10~20
>20~30
>30~50

270
240
220
200

HT300

300

>10~20
>20~30
>30~50

290
250
230

HT350

350

>10~20
>20~30
>30~50

340
290
260

 

Прочность на растяжение прикрепленных к отливкам образцов Недвижимость

Серый чугун град

Стена толщина
/мм

Растяжение прочность σb≥/МПа

Растяжение прочность (эталонная)
σb≥/МПа

Прилагается тестовый купон

Прилагается испытательный блок

Ø30 мм

Ø50 мм

R15 мм

R25 мм

HT150

>20~40
>40~80
>80~150
>150~300

130
115


(115)
105
100

120
110



100
90

120
105
90
80

НТ200

>20~40
>40~80
>80~150
>150~300

180
160


(155)
145
135

170
150



140
130

165
145
130
120

HT250

>20~40
>40~80
>80~150
>150~300

220
200


(190)
180
165

(210)
190



170
160

205
180
165
150

НТ300

>20~40
>40~80
>80~150
>150~300

260
235


(230)
210
195

(250)
225



200
185

245
215
195
180

НТ350

>20~40
>40~80
>80~150
>150~300

300
270


(265)
240
215

(290)
260



230
210

285
255
225
205

 

Другое механическое имущество отливок из серого чугуна

Марка

Прочность на сжатие
Прочность
σbc/МПа

Стрижка Прочность
τb/МПа

Воздействие Тестирование
αKV/(Дж/см2)

Безопасный диапазон
напряжение
σ-1/МПа

Модуль Эластичность
Å/ГПа

HT150

500~700

150~250

60~90

70~90

НТ200

600~800

200~300

2~5

80~90

80~110

HT250

800~1000

250~350

4~8

100~140

100~130

НТ300

1000~1200

300~450

7~10

120~160

120~140

HT350

1100~1300

350~500

9~11

140~180

130~160

 

Отливки из серого чугуна Твердость

Серый чугун класс

Твердость класс

Твердость Ассортимент
HBS

Металлография

НТ100

х245

≤170

Феррит

HT150

h275

150~200

Феррит + Перлит

НТ200

х295

170~220

Перлит

HT250

х315

190~240

Перлит

НТ300

х335

210~260

Перлит (модифицированное железо
)

HT350

х355

230~280

Перлит (модифицированное железо
)

 

Термообработка литья из серого чугуна

Литейный блок
Вес
кг

Пуск
Температура
/°C

Нагрев
Скорость
/(°C/ч)

Консервация температура

Тепло Сохранение
Время

Охлаждение
Скорость
/(°C/ч)

Финал Температура
/°C

Чугун

Низколегированный чугун

Простой отливки

<200

≤200

≤100

500~550

550~570

4~6

30

200

200~2500

≤200

≤80

500~550

550~570

6~8

30

200

>2500

≤200

≤60

500~550

550~570

8

30

200

Точность Отливки

<200

≤200

≤100

500~550

550~570

4~6

20

200

200~2500

≤200

≤80

500~550

550~570

6~8

20

200

 

Отливка из серого чугуна, стандарт не упоминается химический состав, поэтому мы предлагаем только следующее химия на основе фактического производства.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.