Материал: Potekhin - Metallovedeniye 2019

Электронный архив УГЛТУ

Представленная графическая зависимость наглядно иллюстрирует способы получения с различной структурой матрицы – основы.

Ковкие чугуны маркируются следующим образом: КЧ 50-6 (КЧ – ковкий чугун, 50 – предел прочности на разрыв в кгс/мм² (500 МПа), 6 – относительное удлинение в %).

Из ковких чугунов изготавливают следующие детали: шестерни, червячные колеса, поршневые кольца, подшипники скольжения и т.п. Ковкий чугун имеет более высокий уровень пластических характеристик, чем высокопрочный чугун (отсюда название – ковкий), поэтому нередко при изготовлении изделий им успешно заменяют сталь.

7.5. Легированные чугуны

Для улучшения эксплуатационных свойств в чугуны при их производстве вводят легирующие элементы – хром, никель, марганец, кремний и др.

Для повышения износостойкости белых чугунов вводят хром, который способствует повышению прочности карбидной фазы. При 5…8 % Cr образуется карбид цементитного типа (Fe,Cr)3С, а при содержании более 10 % Cr образуются сложные и твердые карбиды (Cr,Fe)7С3 и (Cr,Fe)23С6. Кроме хрома в белые чугуны вводят в небольших количествах другие карбидообразующие элементы: марганец, молибден и др. Для придания чугуну большей вязкости в его состав вводят никель и медь.

Износостойкие чугуны обозначают буквами ИЧ. Кроме этого в марке указываются буквами (Х – хром, Н – никель, М – молибден, Г – марганец, Д – медь, Т – титан и т.п.) основные легирующие элементы и их содержание в процентах. Чугуны марок ИЧХ4Г7Д, ИЧХ12Г3М, ИЧХ15М3, ИЧХ28Н2 применяют для изготовления шаров и броневых плит мельниц, элементов конструкций пневмотранспорта, деталей пескометов, лопастей шнеков и др.

Антифрикционные чугуны получают на основе серых, ковких и высокопрочных чугунов. Эта группа чугунов в маркировке имеет букву А. Различные марки отличаются вариантом легирования и уровнем прочности контртела (сталь).

Серые антифрикционные чугуны: АСЧ-1 (с добавками хрома и никеля) и АСЧ-2 (с добавками хрома, никеля, титана и меди) предназначены для работы с термически обработанным (закалка, нормализация) контртелом; АСЧ-3 (с титаном и медью) предназначен для работы с незакаленным контртелом.

Антифрикционные легированные чугуны АКЧ-1(ковкий) и АВЧ-1 (высокопрочный) предназначены для работы с закаленным контртелом, а АКЧ-2 и АВЧ-2 – с незакаленным.

49

Электронный архив УГЛТУ

аростойкие чугуны (стойкие к окалинообразованию), содержащие в качестве основного легирующего элемента хром, а также кремний и алюминий, в маркировке имеют букву Ж. Хромистые чугуны, например, ЖЧХ-1,5, ЖЧХ-2,5, применяют для элементов конструкций, работающих до 650 °С, а высокохромистые чугуны, например: ЖЧХ-30 (28…30 % Cr), применяют для изготовления горелок, фурм, колосниковых решеток, работающих до 900°С.

7.6. Задания к лабораторным и практическим работам

Лабораторная работа 1

1.Изучить теоретическую часть: построение диаграмм состояния, правило отрезков, фазовые превращения при охлаждении.

2.Оценить микроструктуру заданных образцов сплавов Pb-Sb, зарисовать, подписать.

3.Рассмотреть явление ликвации в системе Pb-Sb (по удельному весу) и Cu-Ni (межкристаллитная и внутрикристаллитная).

4.Оформить отчет. Сформулировать название работы. Сделать выводы.

Лабораторная работа 2

1.Изучить и освоить теоретическую часть.

2.Познакомиться со структурой углеродистых сталей по диаграмме железо

– углерод.

3.Зарисовать структуру различных марок сталей в зависимости от содержания углерода.

4.По экспериментально найденному соотношению структурных составляющих определить марку конструкционной стали.

5.Оформить отчет. Сформулировать название работы. Сделать выводы.

Лабораторная работа 3

1.Изучить и освоить теоретическую часть.

2.Познакомиться со структурой белых и серых чугунов по диаграмме железо – углерод.

3.Зарисовать структуру белых и серых чугунов, обозначив структурные составляющие.

4.Изучить марки серых чугунов, способы их получения и области применения.

5.Оформить отчет. Сформулировать название работы. Сделать выводы.

50

Электронный архив УГЛТУ

8.ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА УГЛЕРОДИСТЫХ СТАЛЕЙ

Термической обработкой называется комплекс операций нагрева, выдержки при нужной температуре и контролируемом охлаждении сталей и сплавов с целью получения требуемого уровня свойств за счет изменения их структуры.

Любой вид термической обработки задается режимом, который можно описать графически в координатах «температура – время» (рис. 39).

Рис. 39. Элементы режима термической обработки и ее виды

Выделяют четыре основных элемента режима термообработки:

-скорость нагрева;

-температура нагрева;

-время выдержки при заданной температуре нагрева;

-скорость охлаждения (охлаждающая среда).

Соблюдение этих параметров строго регламентируется технической документацией.

Температура нагрева и скорость охлаждения определяются видами термической обработки, основными из которых являются отжиг, нормализация, закалка и отпуск. Иногда применяют обработку холодом (см. рис. 39), пластическую деформацию.

51

Электронный архив УГЛТУ

8.1. Отжиг сталей

Отжиг – это вид термической обработки, который заключается в нагреве, обеспечивающем полную (полный отжиг) или частичную (неполный отжиг) перекристаллизацию (образование аустенита), выдержке и последующем медленном охлаждении, как правило, вместе с печью (рис. 40).

Целью отжига является снижение твердости и повышение пластичности для улучшения обрабатываемости резанием или давлением.

Рис. 40. Выбор температуры нагрева при термических обработках стали

Для доэвтектоидных конструкционных сталей применяют полный отжиг, при котором температура нагрева на 30…50 ºС выше линии полного аустенитного превращения (линия GS, критическая температура А3 (см. рис. 34).

Заэвтектоидные инструментальные стали подвергают неполному отжигу, при этом температура нагрева на 30…50 ºС выше линии эвтектоидного превращения (линия SK, критическая температура А1, рис. 34). Такой режим отжига предотвращает образование цементитной сетки, охрупчивающей сталь.

Структура после отжига в наибольшей степени соответствует диаграмме железо - углерод: в доэвтектоидных сталях – феррит и перлит, в эвтектоидных – перлит, в заэвтектоидных – перлит и цементит.

52

Электронный архив УГЛТУ

Для улучшения обрабатываемости инструментальной стали применяют также отжиг на зернистый перлит. При этом сталь подвергают «маятниковому» нагреву в области температуры эвтектоидного превращения (рис. 34), с амплитудой 50 ºС и кратностью 2 3 раза. Такой режим нагрева способствует превращению пластинчатого перлита в зернистый, более пластичный перлит.

8.2. Нормализация

Нормализация – это вид термической обработки, который заключается в нагреве до температуры, обеспечивающей полную аустенитизацию, выдержке и охлаждении на воздухе.

Цель нормализации доэвтектоидных сталей заключается в некотором повышении твердости за счет получения по сравнению с отжигом более мелкозернистой и дисперсной структуры. Нормализацию заэвтектоидных сталей проводят с целью устранения охрупчивающей цементитной сетки и подготовки структуры для последующей термообработки – закалки.

При нормализации для всех сталей независимо от содержания углерода температура нагрева должна быть на 30…50 ºС выше линии полного аустенитного превращения, т. е. линии GSE на диаграмме состояния Fe-C.

Структура стали после нормализации в целом соответствует диаграмме состояния Fe-C, но, благодаря более ускоренному охлаждению по сравнению с отжигом, она характеризуется меньшим размером зерен феррита и большей дисперсностью перлита.

На рис. 41 представлены диаграммы распада переохлажденного аустенита, которые используют для описания характера структуры углеродистых сталей после того или иного вида термообработки.

Рис. 41. Диаграмма-схема распада переохлажденного аустенита стали 40 и стали У8: 1 – отжиг; 2 – нормализация; 3 – закалка; 4 – изотермическая закалка

53