Основы термической обработки - Крупицкий В.А.
Скачать (прямая ссылка):
101
Рис. 95. Модифицированный чугун (хЗОО): 1 — перлит; 2 — графит.
в
Рис. 94. Микроструктура серых чугунов (х250): а - перлит+графит; б - феррит+перлит+графит; в - феррит+графит.
Металлическая основа серых чугунов соответствует структуре стали, но свойства стали определяются только металлической структурой, а свойства серого чугуна зависят также и от количества графитовых включений их формы и размеров. У обычных серых чугунов графит имеет форму пластинок или чешуек темно - серого цвета (см. рис. 94). Графит обладает низкими механическими свойствами, он нарушает сплошность металлической основы и действует как надрез или мелкая трещина. Располагаясь между зернами металлической основы, графит ослабляет связь между ними. Поэтому серый чугун плохо сопротивляется растяжению и имеет очень низкие значения пластичности и вязкости. Чем крупнее и прямолинейнее форма графитовых включений, тем хуже механические свойства серого чугуна. Твердость серого чугуна, а также его сопротивление сжатию близки к свойствам стали, имеющей такую же структуру, как металлическая основа чугуна. Серые чугуны маркируются в зависимости от их механических свойств: СЧ12-18, СЧ24-44 и др. (ГОСТ 1412 - 54). Первые две цифры марки указывают предел прочности на разрыв в килограммах на квадратный миллиметр, а последние две цифры - предел прочности на изгиб в тех же единицах. Механические свойства серого чугуна можно несколько улучшить, если получить в отливках равномерно распределенный мелкопластинчатый графит. Это достигается путем специальной обработки чугуна, которая называется модифицированием. Сущность этой обработки состоит в том, что в жидкий чугун перед его разливкой в формы вводят небольшое количество силикокальция или ферросилиция (кремний в соединении с кальцием или железом). Эти добавки образуют дополнительные центры графитизации, в результате чего получается мелкопластинчатый графит. Чугун с таким графитом называется модифицированным. Он отличается более высоким сопротивлением разрыву, чем обычный серый чугун, но пластичность и вязкость его не улучшаются. Микроструктура модифицированного чугуна приведена на рис. 95. В последние годы в промышленность внедрен высокопрочный чугун, у которого графит имеет шаровидную форму.
102
Высокопрочный чугун получается путем добавки в жидкий чугун незадолго перед его разливкой небольшого количества магния, а затем ферросилиция (сплав кремния с железом). Иногда модифицирование магнием и ферросилицием осуществляют одновременно. В результате такого двойного модифицирования образуется графит округленной формы. Металлическая основа высокопрочного чугуна состоит из феррита и перлита или из одного перлита. Микроструктура высокопрочного чугуна представлена на рис. 96. Высокопрочный чугун является новым конструкционным материалом, в котором сочетаются ценные свойства стали и чугуна. Он обладает сравнительно высокой прочностью при достаточной пластичности и вязкости. В 1954 г. впервые появился стандарт на высокопрочный чугун -ГОСТ 7293 - 54. В этом ГОСТе имеется ряд марок высокопрочного чугуна: ВЧ60 - 2, ВЧ40 -10 и др. Принцип маркировки здесь несколько иной, чем у серых чугунов: первые две цифры указывают предел прочности на разрыв в килограммах на квадратный миллиметр, а последние цифры — относительное удлинение в процентах. Ударная вязкость высокопрочного чугуна находится в пределах 2-4 кгм/см на ненадрезанных образцах. Высокопрочный чугун в ряде случаев с успехом заменяет стальное литье, что дает большой экономический эффект. Механические свойства рассмотренных чугунов можно заметно улучшить при помощи термической обработки.
Рис. 96. Микроструктура высокопрочного чугуна (хЗОО): а - до термической обработки; б - после термической обработки.
ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА ОТЛИВОК ИЗ СЕРОГО ЧУГУНА.
Для улучшения свойств отливок из серого чугуна применяются следующие виды термической обработки:
1) отжиг для снятия литейных напряжений;
2) отжиг для уменьшения твердости;
3) нормализация и закалка для повышения прочности и сопротивления износу.
При термической обработке отливок из серого чугуна следует иметь в виду, что при затвердевании в них образуются значительные внутренние напряжения, которые обычно называют литейными напряжениями. Кроме того, наличие в чугуне включений графита способствует образованию трещин. Для предупреждения появления трещин отливки следует нагревать осторожно, особенно если они имеют сложную форму. Такие отливки рекомендуется загружать в холодную печь, а затем медленно нагревать вместе с печью. Изменение свойств серого чугуна при термической обработке достигается лишь за счет воздействия на металлическую основу, а форма и расположение графита существенно не изменяются. Термическая обработка серых чугунов, преследующая цель изменить структуру металлической основы, является более трудной операцией, чем термическая обработка стали. Это объясняется тем, что чугун содержит больше посторонних примесей (кремний, марганец и др.), чем сталь. Лучшие результаты получаются при термической обработке чугунов, имеющих перлитную структуру, что достигается ограничением содержания в чугуне кремния. Серые чугуны, содержащие кремния более 2,7 - 3,0%, термической
