Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
Влияние металлической матрицы и структуры чугуна на механические свойства отливки
Механические свойства чугуна зависят от величины литейного зерна. Чем меньше литейное зерно (больше его номер), тем выше прочность чугуна. Размер зерна определяется 8 баллами по расположению феррита эвтектики. Рисунок 14 – Влияние размера графитовых включений и зерна на прочность СЧПГ
Величина зерна оказывает влияние на количество графитовых включений и на процесс вторичной кристаллизации, от которых, в свою очередь, зависит прочность чугуна. Изучение влияния основной металлической матрицы необходимо проводить после термической обработки, т.к. после неё остаются без изменения форма и величина графитовых включений. Мелкодисперсные структуры (полученные после закалки), обладают высокими прочностными свойствами. Но чугуны с мартенситной структурой характеризуется меньшей прочностью за счет появления больших напряжений, поэтому низкотемпературный отпуск значительно повышает прочность такого чугуна. Механические свойства чугуна определяются главным образом структурой металлической матрицы, формой и размером графита и размером эвтектического зерна, с размельчением которого прочность повышается.
Рисунок 15 – Влияние формы и количества графита на модуль упругости чугунов
Рисунок 16 – Влияние металлической матрицы на твердость чугуна
Модуль упругости зависит в основном от формы и расположения графита (рисунок 15), а твердость от металлической матрицы (рисунок 16). Прочность чугуна является функцией модуля упругости и твердости.
σ в = к·Е·НВ,
где к – коэффициент зависящий от вида чугуна.
Таблица 3 – Значение коэффициента к в зависимости от вида чугуна
Графит сильно влияет на основные свойства чугуна: в первую очередь, на прочность, характеризующую чугун как конструкционный материал. Влияние графита на прочностные свойства складывается из ослабления поперечного сечения металлической основы в направлении, перпендикулярном приложению внешней растягивающей силы, и «суживающего» действия, связанного с изменением длины и плотности силовых линий, следующих разветвлениям металлических мостков, обусловленных хаотическим распределением включений графита.
Раздел 4. Получение отливок из различных видов чугуна
Отливки из серых чугунов
Деформации, образующиеся в результате напряжений, могут быть упругими (обратимыми), пластическими (остаточными) или разрушающими.
Таблица 4 – Механические свойства и химический состав СЧПГ
Механические свойства СЧ зависят от химического состава и с увеличением прочности и твердости снижаются. Углерод и кремний являются графитизирующими элементами и оказывают решающее воздействие на структуру и свойства нелегированного чугуна. Кремний передвигает эвтектическую и эвтектоидную точки влево и вверх, т.е. в сторону уменьшения содержания углерода в твердых и жидких растворах, а также повышает температуру превращений. Каждый процент кремния снижает содержание углерода в эвтектике примерно на 0, 3%, поэтому можно принять
Сэ = 4, 26-0, 3Si,
где Сэ – содержание С в эвтектике; Si – содержание кремния в чугуне. Степень эвтектичности чугуна определяется следующим образом
.
Её также можно оценить разностью содержания углерода в эвтектике и чугуне
.
Величину (С+0, 3Si) называют углеродным эквивалентом. При С+0, 3Si=4, 26, =0. Чугун, для которого = 1 или = 0 называется эвтектическим. Например, для чугунов марок от СЧ10 до СЧ45 степень эвтектичности снижается от 1, 1 до 0, 79, что несколько ухудшает литейные свойства. Высокий уровень механических свойств у СЧ40 и СЧ45 достигается также меньшим содержанием (на порядок) вредных примесей – фосфора и серы по сравнению с другими СЧ. Стандартом регламентируются только основные механические свойства – σ в, σ и, НВ. Именно по этим характеристикам определяется годность отливок. Мягкий и малопрочный чугун можно получить только при ферритной матрице, а твердый чугун при перлитной матрице с дисперсным графитом. С повышением марки чугуна возрастают прочностные свойства. Прочностные свойства чугуна на сжатие значительно лучше, чем на ратяжение за счет графитовых включений. Механические свойства чугуна определяются соотношением структурных составляющих – в основном феррита, перлита, графита и цементита. Включения графита снижают прочность чугуна за счет уменьшения эффективной площади сечения. Кроме того, они играют роль внутренних концентраторов напряжений. Коэффициент концентрации напряжений для ПГ Кпг = 7, 0-7, 5, а для ШГ – Кшг ≤ 3, 5. Возникновение высоких напряжений в локальных объемах около пластинчатого графита обусловливает появление микротрещин. Но графитовые включения в структуре чугуна обеспечивают высокую циклическую вязкость и низкую чувствительность к надрезам. С повышением степени эвтектичности Sэ механические свойства снижаются за исключением циклической вязкости. Это обусловлено формированием малопрочной ферритной матрицы и образованием большого количества ПГ прямолинейной или игольчатой формы. СЧПГ имеет очень низкую пластичность (δ, ψ, %). Разрушение чугунных образцов при испытании на растяжении происходит практически без пластических деформаций (δ ч = 0, 5-1, 0%, δ ст = 20-40%). В связи с этим приближенная оценка пластичности определяется по величине стрелы прогиба (f300 или f600). Образцы диаметром 30 мм и длиной 300 или 600 мм. С повышением марки чугуна стрела прогиба f300 увеличивается от 2-2, 5 до 3-3, 5 мм.
Ψ – циклическая вязкость%; Е – модуль упругости ГПа; НВ – твердость; σ в – прочность кгс/мм2; f300 – стрела прогиба, мм; δ – относительное удлинение, %. Рисунок 20 – Влияние степени эвтектичности на механические свойства СЧПГ Наилучшим комплексом механических свойств обладают доэвтектические чугуны (СЧ20-СЧ35), которые наиболее широко применяются для изготовления сложных и ответственных отливок.
Таблица 5 – Механические свойства структурных составляющих СЧПГ
Наиболее прочной структурой составляющей является перлит. Увеличение феррита и появление структурно свободного цементита снижает прочностные свойства. Для повышения прочности чугуна при кристаллизации необходимо обеспечить: 1 – уменьшение количества феррита, исключение выделения структурно свободного цементита, получение перлита с максимальной дисперсностью. 2 – уменьшение количества графита и размеров его включений. 3 – приближение формы графита к шаровидной, при которой ослабляется его надрезывающее влияние.
Популярное:
|
Последнее изменение этой страницы: 2016-03-17; Просмотров: 2838; Нарушение авторского права страницы