WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 22 |

Коробление отливок – изменение формы и размеров отливки под влиянием внутренних напряжений, возникающих при охлаждении. Коробление увеличивается при усложнении конфигурации отливки и повышением скорости охлаждения, которая вызывает неравномерное охлаждение между отдельными частями отливки и различную усадку. Коробление отливки может быть также вызвано сопротивлением формы усадке отдельных частей отливки. Для предупреждения короблений в отливках необходимо увеличивать податливость формы; создавать рациональную конструкцию отливки и т.д.

1.1.4. Газовые раковины и пористость в отливках В расплавленном состоянии металлы и сплавы способны активно поглощать значительное количество водорода, кислорода, азота и других газов из оксидов и влаги исходных шихтовых материалов при их плавке, сгорании топлива, из окружающей среды, при заливке металла в форму и т.д.

В жидких металлах и сплавах растворимость газов с увеличением температуры повышается. При избыточном содержании газов они выделяются из расплава в виде газовых пузырей, которые могут всплывать на поверхность или оставаться в отливке, образуя газовые раковины, пористость или неметаллические включения, снижающие механические свойства и герметичность отливок.

При заливке расплавленного металла движущийся расплав может захватывать воздух в литниковой системе, засасывать его через газопроницаемые стенки каналов литниковой системы. Кроме того, газы могут проникать в металл из формы при испарении влаги, находящейся в формовочной смеси, при химических реакциях на поверхности металл – форма и т.д.

Для уменьшения газовых раковин и пористости в отливках плавку следует вести под слоем флюса, в среде защитных газов с использованием хорошо просушенных шихтовых материалов. Кроме того, перед заливкой расплавленный металл необходимо подвергать дегазации вакуумированием, продувкой инертными газами и другими способами, а также увеличивать газопроницаемость литейных форм и стержней, снижать влажность формовочной смеси, подсушивать формы и т.д.

Контрольные вопросы 1. Какими показателями оцениваются литейные свойства сплавов 2. Что такое жидкотекучесть сплава, от каких факторов она зависит, как определяется и влияет на конструкцию и качество отливок 3. Что такое усадка литейного сплава, от чего она зависит, как влияет на качество отливок 4. Из-за чего возникают газовые раковины и пористость в отливках 1.2 Чугуны Чугун является наиболее распространенным материалом для изготовления фасонных отливок. В разных странах, в зависимости от развития машиностроения и других отраслей производства, чугунные отливки составляют 74…83% от общего числа отливок. Область применения чугуна продолжает расширяться вследствие непрерывного повышения его прочности и эксплуатационных свойств, а также разработки чугунов новых марок со специальными физическими и химическими свойствами. Широкое распространение чугун получил благодаря хорошим технологическим свойствам и низкой себестоимости по сравнению с другими сплавами.

Наиболее широкое распространение в промышленной практике получили чугуны: белые (при содержании С до 4% в виде цементита); серые (при содержании С 2,5…3,7% при этом до 0,9% углерода находится в химически связанном с железом состоянии, остальная часть углерода содержится в виде графита); высокопрочные (получаются из серого чугуна путем его обработки в жидком состоянии небольшими количествами Mg или другими элементами); ковкие (получаются путем специального отжига белого чугуна); антифрикционные (применяются в подшипниковых узлах трения); легированные (в состав которых входят Ni, Mo, Cr, Cu, W, V, Al, Ti и др.).

1.2.1. Серый чугун В табл. 1.1 приведены основные характеристики и примеры применения наиболее распространенных марок чугунов. Серые чугуны содержат 2,4…3,6% С; 0,5…3% Si; 0,2 …1% Mn; 0,04…0,3% Р; 0,02…0,2% S.

Согласно ГОСТ 1412 – 85 механические свойства чугунов (табл. 1.2) определяются по результатам испытаний на растяжение образцов, вырезанных из отдельно залитых цилиндрических брусков диаметром 30 мм.

Таблица 1.1.

Характеристика и примеры применения отливок из серого чугуна.

Марка чугуна по Характеристика Примеры применения ГОСТ 1412-СЧ 10 Неответственное литье, к Плиты, грузы, корыта, крышки, кожухи и т.п.

которому предъявляется главным образом требование легкости обработки, а не прочности СЧ 15 Малоответственное ли- Детали сложной конструкции при недопустимотье с толщиной стенки сти большого коробления и невозможности их старения; маховики, шкивы; поршневые кольца, ст=815 мм; невысокие требования к износо- арматура, сосуды работающие под давлением;

тонкостенные отливки с развитыми габаритными стойкости размерами.

СЧ 20 Ответственное литье с Корпуса, блоки цилиндров, зубчатые колеса, станины с направляющими большинства металлорест=1030 мм; детали, требующие значитель- жущих станков, диски сцепления, тормозные баной прочности и рабо- рабаны и т.п.

тающие при температуре до 300 0С.

СЧ 25 Ответственное сложное Корпуса насосов и гидроприводов, поршни и гильзы дизелей и бесклапанных двигателей, цилитье с ст=2060 мм;

линдры и головки дизелей, рамы, штампы для ходетали, работающие при лодной вытяжки и другие детали, работающие температуре до 300 0С.

под высоким давлением СЧ 30 Ответственное высоко- Цилиндры и крышки паровых машин, малые конагруженное литье с ленчатые валы, клапаны и кулачки распределительных механизмов, зубчатые колеса, цепные ст=20100 мм; детали, работающие при темпе- звездочки, тормозные барабаны, муфты, диски сцепления, клапаны, поршневые кольца и другие ратуре до 300 0С.



интенсивно нагруженные детали СЧ 35 Ответственное тяжело- Крупные толстостенные втулки, крупные коленнагруженное литье с чатые валы, цепные звездочки, зубчатые и червячные колеса, тормозные барабаны, муфты, дисст20 мм.

ки сцепления, клапаны и другие детали.

Вследствие чувствительности чугуна к изменению скорости охлаждения прочность в различных узлах отливки может отличаться от прочности, характеризующей данную марку.

Таблица 1.2.

Механические свойства отливок серого чугуна с пластинчатым графиком по ГОСТ 1412 – 85.

Марка Твердость НВ в, МПа и, МПа чугуна Не менее МПа кгс/ммСЧ 10 98 274 1402…2246 143…СЧ 15 147 314 1599…2246 163…СЧ 18 176 358 1668…2246 170…СЧ 20 196 392 1668…2364 170…СЧ 21 206 392 1668…2364 170…СЧ 24 235 421 1668…2364 170…СЧ 25 245 451 1766…2452 180…СЧ 30 294 490 1755…2501 181…СЧ 35 343 539 1932…2638 197…СЧ 40 392 588 2030…2795 207…СЧ 45 441 637 2246…2835 229…В сером чугуне присутствие графита пластинчатой формы действует как внутренние надрезы, поэтому серый чугун характеризуется сравнительно низкой прочностью и особенно низкой пластичностью. Вместе с тем, наличие графита придает чугуну ряд ценных качеств (например, низкая чувствительность к внешним надрезам, высокая циклическая вязкость и др.).

Серый чугун обладает лучшими литейными свойствами, чем сталь. Детали из серого чугуна легко обрабатываются режущим инструментом, хорошо сопротивляются износу, впитывают и удерживают смазочные масла на трущихся поверхностях.

При производстве чугунов высоких марок (СЧ 25, СЧ 30, СЧ 35, СЧ 40) используют модифицирование, легирование и термообработку.

При модифицировании, в качестве графитизирующего модификатора используют ферросилиций ФС75Л; комплексные сплавы на основе Si, содержащие Са, Mg, Sr, Mn, Zr, РЗМ и модифицирующие смеси, которые в виде кусков 1…5 мм вводят в струю чугуна при сливе из печи в ковш.

Эффективность модифицирования может быть повышена при введении модификаторов непосредственно в процессе заливки формы.

Для легирования используют в основном Cr, Mn, Ni, Mo, Cu, V, Ti. Все эти элементы (за исключением Ti) препятствуют выделению феррита и повышают дисперсность перлита.

При термической обработке чугунов применяют отжиг для снятия литейных напряжений, нормализацию и закалку для повышения прочностных показателей.

Отжиг проводится при температурах 500…570 0С. Выдержка при температуре отжига составляет 3…10 ч. Охлаждение после отжига медленное, вместе с печью.

Нормализацию применяют для повышения механических свойств и износостойкости чугуна путем исправления структуры чугуна и получения перлитной металлической основы. Нормализацию проводят при температуре 850…950 0С с последующим охлаждением отливок на воздухе. После охлаждения на воздухе (обычно до 500 0С) отливка получает структуру – перлит. Для снижения напряжений ниже температуры 500 0С отливки охлаждаются медленно вместе с печью (примерно 40 град/ч).

Закалка и отпуск применяется для повышения прочности, твердости и износостойкости с температуры 880…930 0С в масле. Отпуск для деталей, работающих на износ, производится при температуре 250…300 С, для остальных при 400…600 С. Вследствие низкой пластичности чугунов, в отливках при объемной закалке могут образоваться трещины. В связи с этим для чугунов нашла широкое применение поверхностная закалка (нагрев ТВЧ или горелками поверхности отливки с последующим водоструйным охлаждением). При поверхностной закалке обеспечивается получение закаленного слоя глубиной 1,5…4 мм.

1.2.2. Высокопрочный чугун с шаровидным графитом Чугун обладает некоторыми специфическими, технологическими и эксплуатационными свойствами: хорошей жидкотекучестью, малой величиной линейной усадки, незначительной склонностью образования горячих трещин, износостойкостью, высокими антифрикционными свойствами, высокой жаростойкостью при легировании его кремнием и алюминием; хорошо поддается механической обработке на станках, кислородной резке и допускает заварку литейных дефектов.

Высокопрочный чугун сохраняет свои механические свойства до температуры 450…500 0С.

Отливки из высокопрочного чугуна почти однородны по всему сечению.

Поэтому в пределах одной отливки допускается сочетание стенок 30…100 мм и 100…300 мм.

Применяя различные виды термической обработки чугуна с шаровидным графитом (отжиг, нормализацию, изотермическую закалку), можно получить чугун с различной структурой и различными свойствами.

По ГОСТу 7293 – 85 чугун с шаровидной формой графита имеет следующие механические свойства и области применения (табл. 1.3).

Высокопрочный чугун по сравнению со сталью обладает большей износостойкостью, лучшими антифрикционными и антикоррозийными свойствами, лучшей обрабатываемостью. Отливки легче стальных на 8…10%. Из высокопрочного чугуна, в отличие от ковкого, можно отливать детали любого сечения.

Таблица 1.3.

Механические свойства и области применения высокопрочного чугуна.

Твердость НВ, Марка в, МПа т, МПа,% МПа чугуна Не менее ВЧ 38-17 373 235 17 1373…ВЧ 42-12 412 274 12 1373…ВЧ 45-5 441 333 5 1570…ВЧ50-7 490 343 7 1678…ВЧ 60-2 588 393 2 1962…ВЧ 70-2 686 441 2 2246…ВЧ 80-2 784 490 2 2453…ВЧ 100-2 981 686 2 2649…ВЧ 120-2 1177 882 2 2963…Примечание: Область применения: Как новый материал и как заменитель стали, ковкого и серого чугуна. Примеры применения: в станкостроении – суппорты, резцедержатели, тяжелые планшайбы, шпиндели, рычаги и др.; для прокатного и кузнечно-прессового оборудования – прокатные валки, станины, шаботы, траверсы пресса (48000 кг) и др.; для других видов оборудования - барабан тельфера экскаватора (1900 кг), коленчатый вал (2800 кг) и т.п.





Основной операцией технологического процесса получения высокопрочного чугуна является введение магния в жидкий чугун. Введение чистого магния в жидкий чугун при атмосферном давлении сопровождается интенсивным выделением дыма, выплесками металла и пироэффектом, что вызывает необходимость проведения специальных мероприятий и использования специального оборудования, обеспечивающих высокую производительность, хорошее усвоение магния в расплаве и безопасность труда работающих.

Весьма эффективным методом, обеспечивающим максимальное усвоение магния при минимальном расходе лигатуры, является модифицирование чугуна непосредственно в полости литейной формы (рис. 1.3).

Мелкодробленую лигатуру помещают в специальную реакционную камеру литниковой системы. При применении этого метода необходимо обеспечить правильный расчет элементов литниковой систем, однородность состава лигатуры и низкое содержание серы в базовом чугуне.

1.2.3 Ковкий чугун Ковкий чугун является конструкционным материалом, используемым для изготовления мелких тонкостенных отливок для сельскохозяйственных машин, автомобилей, тракторов, арматуры, фитингов и других деталей массового производства. Благодаря компактной форме графита (углероду отжига) чугун отличается высокими механическими свойствами (табл. 1.4), занимая в этом отношении промежуточное положение между серым чугуном и сталью.

Рис. 1.3. Литниковая система при модифицировании чугуна в литейной форме.

1 – стояк; 2 – реакционная камера с модификатором; 3 – шлакоулавливающая бобышка; 4 – отливка.

Таблица 1.4.

Механические свойства отливок из ковкого чугуна (ГОСТ 1215-79).

Твердость НВ, в, МПа, не меМарка чугуна, % нее МПа не более КЧ 30 – 6 294 КЧ 33 – 8 324 КЧ 35 – 10 344 КЧ 37 – 12 363 КЧ 45 – 6 441 КЧ 50 – 4 490 КЧ 56 – 4 549 КЧ 60 – 3 588 3 КЧ 63 – 2 618 Отливки из ковкого чугуна получают путем отжига белого чугуна с целью получения структуры, состоящей из феррита, перлита, углерода отжига и придания ему необходимых механических свойств.

В зависимости от химического состава чугуна (табл. 1.5) и режима отжига можно получить ферритную, перлитную или перлитно-ферритную металлическую основу.

Различают два вида ковкого чугуна: черносердечный (темный бархатный излом) и белосердечный (блестящий светлый излом). Целью отжига чугуна на черносердечный является разложение структурно свободных карбидов. Обезуглероживается только поверхностный слой толщиной 0,5 мм, а содержания углерода в остальном сечении не изменяется. Это достигается применением нейтральной атмосферы.

Таблица 1.Массовая доля %, химических элементов в ковком чугуне.

Ковкий чугун С Si Mn S Черносердечный 2,2…2,9 1,4…0,8 0,3…0,5 0,05…0,ферритный Черносердечный 2,2…2,9 1,4…0,8 0,3…1 0,05…0,перлитный Белосердечный 2,8…3,2 1,1…0,7 0,4…0,7 0,12…0,При отжиге чугуна на белосердечный наряду с графитизацией преследуется еще одна цель – обезуглероживание. При этом снаружи имеется полностью обезуглероженный слой глубиной несколько миллиметров, затем содержание углерода постепенно повышается, но и в центре отливки оно не достигает исходного.

Отжиг белого чугуна на черносердечный ферритный чугун (четыре первых марки табл. 1.4) состоит из пяти этапов (рис. 1.4).

t, °С t, °С 1000…1500 °С 950…970 °С 760 °С 720 °С, ч, ч а б Рис. 1.4. Режимы отжига белого чугуна на ковкий черносердечный (а) и белосердечный (б).

1. Нагрев чугуна с исходной структурой перлит + цементит до 900…1000 0С.

2. Выдержка при 900…1000 0С, во время которой происходит разложение структурно свободного цементита и насыщение аустенита углеродом до содержания, близкого к равновесному. В конце этого периода (первая стадия графитизации) структура чугуна – аустенит + углерод отжига.

3. Охлаждение до температуры ниже эвтектоидной (690…700 0С), при которой часть углерода выделяется из твердого раствора, и происходит перлитное превращение. К концу этого периода структура чугуна – перлит + углерод отжига.

4. Выдержка при 690…700 0С (вторая стадия графитизации), во время которой происходит разложение эвтектоидного цементита. К концу выдержки чугуна – феррит + углерод отжига.

5. Охлаждение на воздухе.

Общий цикл отжига обычно составляет 50…60 ч.

При отжиге на белосердечный перлитный чугун (КЧ 56 – 4, КЧ 60 – 3, КЧ 63 - 2) исключается вторая стадия графитизации, относительно быстрое охлаждение в интервале критических температур позволяет зафиксировать перлитную металлическую основу. При отжиге в интервале высоких температур (1000…1050 0С) идут параллельно два процесса – графитизация и обезуглероживание. Обезуглероживание обеспечивают отжигом отливок в контейнерах, которые после укладки отливок засыпают рудой. Процесс обезуглероживания идет через газовую фазу, передающую кислород от руды к углероду отливки.

Содержание углерода по сечению отливки уменьшается за счет диффузии углерода твердого раствора от центра к периферии. Общий цикл отжига достигает 100…110 ч.

Назначение различных марок ковкого чугуна указано в табл. 1.6.

Таблица 1.6.

Рекомендации по применению ковкого чугуна.

Марка чуНазначение гуна Фитинги, вентили, детали с/х машин, корпусы пневматичеКЧ 30 – ских инструментов, детали оптических приборов.

КЧ 33 – 8 Детали тормозов, хомуты, педали, колодки, ключи.

Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 22 |










© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.