Чугуны специального назначения

К этой группе чугунов относятся жаростойкие (ГОСТ 7769—82), жаропрочные и коррозионностойкие (ГОСТ 11849—76) чугуны. Сюда же можно отнести немагнитные, износостойкие и антифрикционные чугуны.

Жаростойкими являются серые и высокопрочные чугуны, легиро­ванные кремнием (ЧС5) и хромом (ЧХ28, ЧХ32). Эти чугуны обладают жаростойкостью до 700...800°С на воздухе, в топочных и генераторных газах. Высокой термо- и жаростойкостью обладают аустенитные чугу­ны: высоколегированный никелевый серый ЧН15Д7 и с шаровидным графитом ЧН15ДЗШ.

К жаропрочным чугунам относятся аустенитные чугуны с шаровид­ным графитом ЧН19ХЗШ и ЧН11Г7Ш. Для повышения жаропрочности чугуны подвергают отжигу с последующим отпуском. После отжига ле­гированные карбиды приобретают форму мелких округлых включений.

В качестве хкоррозионностойких применяют чугуны, легированные кремнием (ферросилиды) — ЧС13, ЧС15, ЧС17 и хромом — ЧХ22, ЧХ28, ЧХ32. Они обладают высокой коррозионной стойкостью в сер­ной, азотной и ряде органических кислот. Для повышения коррозион­ной стойкости кремнистых чугунов их легируют молибденом (4С15М4, ЧС17МЗ — антихлоры). Введение в чугун 0,2...0,5% Мо уменьшает склонность к росту зерна, повышает вязкость, сопротивление износу и улучшает свойства при повышенных температурах. Высокой коррози­онной стойкостью в щелочах обладают никелевые чугуны, например аустенитный чугун 4Н15Д7.

В качестве немагнитных чугунов также применяются аустенитные чугуны. Их используют в тех случаях, когда требуется минимальная по­теря мощности (крышки масляных выключателей, концевые коробки трансформаторов и др.) или когда нужно избегать искажений магнит­ного поля (стойки для магнитов).

К износостойким чугунам относятся половинчатые и отбеленные чугуны. К износостойким половинчатым чугунам относится, напри­мер, серый чугун марки И4НХ2, легированный никелем и хромом, а также И4ХНТ, И4Н1МШ (с шаровидным графитом). Из этих чугунов отливают детали двигателей внутреннего сгорания (крышки и днища цилиндров, головки поршней и др.).

Антифрикционными чугунами являются серые и высокопрочные чугуны специальных марок. Некоторое применение нашли также ков­кие антифрикционные ферритно-перлитные чугуны А4К-1 и А4К-2.

Антифрикционные серые чугуны (перлитные АЧС-1 и АЧС-2 и перлитно-ферритный АЧС-3) обладают низким коэффициентом трения, зависящим от соотношения феррита и перлита в основе, а также от количества и формы графита. В перлитных чугунах высокая износостойкость обеспечивается ме­таллической основой, состоящей из тонкого перлита и равномерно распре­деленной фосфорной эвтектики при наличии изолированных выделений пластинчатого графита.

Антифрикционные серые чугуны применяют для изготовления подшип­ников скольжения, втулок и других деталей, работающих при трении о ме­талл, чаще в присутствии смазочного материала. Детали, работающие в паре с закаленными или нормализованными стальными валами, изготавли­вают из чугунов АЧС-1 и АЧС-2, а в паре с термически не обработанными валами — чугун АЧС-3.

Антифрикционные высокопрочные (с шаровидным графитом) чугуны (ГОСТ 1585—85) изготовляют с перлитной (АЧВ-1) и ферритно-перлитной (=50% перлита) (АЧВ-2) структурой. Детали из АЧВ-1 используются для ра­боты в узлах трения с повышенными окружными скоростями в паре с зака­ленным или нормализованным валом. АЧВ-2 применяют для пары с валом в состоянии поставки («сырым»).

Главное достоинство антифрикционных чугунов по сравнению с баббитами и антифрикционными бронзами — низкая стоимость, а ос­новной недостаток — плохая прирабатываемость, что требует точного сопряжения трущихся поверхностей.

Термообработка чугунов.

Чугуны подвергают упрочняющей, разупрочняющей, стабилизирующей, а также графитизирующей обработке.

Упрочняющая обработка возможна для чугунов, в структуре ко­торых присутствует цементит. Чугуны подвергают закалке и отпуску.

Закалка и отпуск чугуна. Для закалки чугун нагревают до темпе­ратуры 850—950°С. Скорость нагрева изделий сложной конфигура­ции меньше, чем изделий простой формы. Время выдержки опре­деляется исходя из массы садки, но должно быть достаточным для полного растворения углерода в γ-железе. Обычно оно составляет от 1 до 3 ч.

Охлаждение осуществляют в воде или масле.

При закалке аустенит превращается в неравновесные структу­ры: мартенсит или троостит + графит.

После закалки проводят отпуск при температуре 200—600 "С. В ре­зультате повышаются твердость, прочность и износостойкость чугуна.

При изотермической закалке чугуны нагревают так же, как и при обычной закалке, выдерживают от 10 до 90 мин и охлаждают в расплавленной соли при 200—400 °С. При этом происходит изотер­мический распад аустенита с образованием структуры игольчатый троостит + графит. В результате изотермической закалки повыша­ются твердость и прочность, но сохраняется пластичность.

Поверхностная закалка с нагревом поверхностного слоя произ­водится кислородно-ацетиленовым пламенем, токами высокой ча­стоты или в электролите. Температура нагрева 900—1000 °С. Охлаж­дение в воде, масле или масляной эмульсии.

При поверхностной закалке в поверхностном слое образуется мартенсит + графит или троосто-мартенсит + графит. Отпуск при 200—600 ˚С, охлаждение на воздухе. В результате повышаются твер­дость, прочность и износостойкость поверхностного слоя при на­личии мягкой сердцевины.

В качестве графитизирующей обработки используют отжиг бело­го чугуна для получения ковкого.

Смягчающий отжиг (отжиг графитизирующий низкотемператур­ный) проводят для улучшения обрабатываемости резанием и по­вышения пластичности. Его осуществляют продолжительной вы­держкой при 680—700°С (ниже точки А,) или медленным охлажде­нием отливок при 760—700°С. Время выдержки должно быть достаточным для полного и требуемого частичного распада эвтек-тоидного цементита (для серых чугунов время выдержки 1—4 ч, для ковких — до 60 ч). Охлаждение медленное для деталей сложной конфигурации и ускоренное для деталей простой формы.

В результате этого отжига в структуре чугунов увеличивается количество феррита.

Для базовых деталей станков и машин весьма важно сохранение размеров во времени, которые могут меняться из-за наличия внут­ренних напряжений, возникающих в процессе отливки или черно­вой механической обработки. В качестве стабилизирующих обрабо­ток используют отжиг и старение.

Отжиг применяют для снятия внутренних напряжений. Этому виду отжига подвергают чугуны при следующих температурах: серый чугун с пластинчатым графитом — при 500—570 "С; высоко­прочный чугун с шаровидным графитом — при 550—650 °С; высо­колегированный чугун (типа нирезист) — при 620—650 °С.

Скорость нагрева составляет примерно 70—100 град/ч, выдерж­ка при температуре зависит от массы и конструкции отливки и составляет от 1 до 8 ч.

Охлаждение до 200 ˚С (для предупреждения возникновения тер­мических напряжений) медленное, со скоростью 20—50 град/ч, что достигается охлаждением отливки вместе с печью. Далее отлив­ки охлаждают на воздухе.

При этом отжиге фазовых превращений не происходит, а сни­маются внутренние напряжения, повышается вязкость, исключа­ются коробление и образование трещин в процессе эксплуатации.

Старение. Различают два типа старения: естественное и искусст­венное.

Естественное старение осуществляется на открытом воздухе или в помещении склада. Изделия после литья выдерживаются в тече­ние 6—12 мес. При естественном старении снижение напряжений в отливках составляет 3—10%.

При вибрационном старении снижение напряжений достигает 10—15%. Во время вибрации в отливке возникают дополнительные временные напряжения, вызывающие локальные пластические де­формации чугуна и таким образом повышающие стойкость против последующего коробления. Старение методом статической перегруз­ки отличается тем, что для создания дополнительных временных напряжений деталь подвергают воздействию внешних нагрузок. При этом методе снижение напряжений достигает 10—30%.

Старение методом термоударов (термоциклическое старение) осуществляется путем быстрого нагрева и охлаждения всей детали или ее отдельных участков. Стойкость против коробления повышает­ся за счет локального наклепа вследствие пластических деформа­ций, вызываемых временными температурными напряжениями. Об­щий уровень напряжений снижается на 10—20%. Термоциклическое старение осуществляется по следующему режиму: загрузка в печь и нагрев за 3-3,5 ч до 350 °С, выдержка 2-2,5 ч, а затем резкое охлаж­дение (на воздухе); снова повторный нагрев (за 1—1,5 ч) до 320°С, выдержка 4—5 ч и охлаждение вместе с печью до 150—100 °С.

Искусственное старение осуществляется при повышенных тем­пературах; длительность — несколько часов.

При искусственном старении отливки чугуна загружают в печь, нагретую до 100—200 °С, нагревают до температуры 550—570 °С со скоростью 30—60 °С в час, выдерживают 3—5 ч и охлаждают вместе с печью со скоростью 20—40 ˚С в час до температуры 150—200 °С, а затем охлаждают на воздухе.

Обычно старение производят после грубой механической об­работки.

   

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться: