Загрузка...
Влияние химического состава чугуна на его свойства
Влияние химического состава на структуру и механические свойства чугуна;
Si – увеличение концентрации в чугуне Si снижает растворимость С в Fe. Это приводит к тому, что эвтектика в чугуне образуется не при концентрации C 4,3%, а при более низкой. В промышленных чугунах Si содержится 1,3 -2,8%. При наличии такой концентрации его состав оценивается по углеродному эквиваленту.
CЭ= %С + 1/3 Si + 1/5 P
Si повышает жидкотекучесть чугуна потому что он приближает концентрацию состава сплава по С к эквивалентному. Если концентрация Si приводит к увеличению СЭ выше эвтектического состава, то жидкость падает.
S, Mn – являются карбидообразующими элементами. Вместе с Fe и С он образует сложные карбиды. В промышленных чугунах Mn до 1%. При такой концентрации Mn не влияет на жидкотекучесть, а при взаимодействии с S образует тугоплавкие сульфиды (MnS), которые замутняют чугун, снижая жидкотекучесть. Любые тугоплавкие химические соединения в чугуне снижают жидкотекучесть ибо они увеличивают вязкость расплава. В промышленных чугунах концентрация S не более 0,2%.
P – увеличивает жидкотекучесть промышленных чугунов. В обычных чугунах концентрация до 0,2%, а в спец. чугунах до 0,5%. При содержании в чугуне 0,3 – 0,4 %P его жидкотекучесть повышается в 2-3 раза. Это связано с образованием легкоплавкой (950 градусов Цельсия) фосфидной эвтектикой. Наличие такой эвтектики в головной части потока создает объемы с низкой температурой плавления, что и способствует хорошей заполняемости литниковой формы.
№ 22.Ваграночный процесс получения чугуна
Вагранки (печи шахтного типа) Открытые,Закрытые,Без водяного охлаждения,С водяным охлаждением,С кислой футеровкой,С основной футеровкой,Без подогрева дутья,С подогревом дутья — воздухом до 400°С(с применением рекуператора); — воздухом до 700 °С (с применением электронагревателей; — воздухом обогащенным кислородом (3-5% О2 ) Без копильника,Скопильником. Коксовая вагранка: Она имеет шахту , в нижней части которой расположены фурмы для подачи воздуха, шлако-отделительное устройство и копильник , устройство для дожигания продуктов сгорания кокса, в основном СО , устройство для очистки охлажденных отходящих газов от пыли, устройство для подогрева воздушного дутья. В шахту загружается холостая колоша кокса на высоту от уровня фурм, равную, а также рабочие калоши металлошихты, кокса и флюса. Чугун плавится за счет тепла, выделяющегося от сгорания кокса, стекает в нижнюю часть шахты, называемую горном, и либо накапливается там, либо непрерывно уходит в копильник, где собирается определенная порция для выпуска чугуна на заливку. Для повышения температуры чугуна в плавильной зоне, а значит и выдаваемого в копильник, подогревают воздух поступающий в фурмы при помощи рекуператоров (за счет тепла отходящих газов) – это 400°С , специальными электрокалориферами (до 700°С) и добавлением в горячее дутье 3-5% кислорода. Вагранка – плавильная печь шахтного типа непрерывного действия, работающая по принципу противотока. Снизу вверх поднимается поток горячих газов, образующихся в результате горения кокса, навстречу ему опускается поток шихты. В результате теплообмена между этими потоками металлическая шихта прогревается, плавится, а получившийся жидкий металл перегревается выше температуры ликвидуса. В зависимости от размеров и конструкции производительность вагранок составляет от 3 до 100 тонн в час жидкого чугуна.
№ 23. Особенности выплавки чугуна в дуговых и индукционных печах.
Основная причина использования дуговых печей – это обеспечение значительного перегрева расплава и наводки «горячего» активного шлака. Это позволяет проводить такие операции как десульфурация, легирование, науглераживание чугуна карбюризатором.
· надежность в эксплуатации
· быстрота выполнения ремонтных работ
· гибкость в изменении технологии
· возможность использования негабаритного лома
· высокий уровень шума
· повышенный угар C, Si, Mn и л.э.
· нет перемешивания жидкого металла
· значительные пылегазовые выбросы
При получении ВЧ используют осн футеровку. Чугун такой плавки имеет повышенное содержание азота. Обязательной операцией из-за повышенного угара С явл науглераживание добавкой карбюризатора в тв завалку.
Индукционные печи. Нагрев шихты и плавление идет за счет токов «Фуко». Бывают тигельные и канальные. По частоте: пром-ой (50 Гц), средней ( до 10000 Гц), высокой (свыше 10000 Гц).
При плавке в печах пром частоты требуется стартовый остаток чугуна («болото»).
· нет контакта сплава с топливом и газами
· интенсивное перемешивание сплава
· небольшие пылегазовые выбросы
· легко проводить корректировку хим состава
Особое значение имеет реакция SiО2+2C=Si+2CO. при превышении температуры равновесия реакции, активизируется процесс восстановления Si из футеровки печи.
№ 24. Способы получения, структура и свойства чугуна с шаровидным графитом
Чшг является одним из самых перспективных конструкционных материалов на основе железа. По своим механическим свойствам он превосходит СЧ, КЧ и по ряду свойств сталь. Характерные типы микроструктуры чшг: феритная, перлито-феритная, мартенситная, ферито-бейнитная. Перлитный чшг – имеют высокую сопротивляемость к статическим и циклическим нагрузкам и износостойкостью. Бейнитные чшг — сочетают максимальную прочность и высокую пластичностью. Все марки чшг имеют высокий модуль упругости. У ВЧ более низкая температура плавления, чем у стали, что позволяет экономить не только энергоресурсы но и повысить качества отливки за счет пригара,лучшей жидкотекучести,снижением усадки. Также этот чугун имеет большую на 15-25% обрабатываемость.В настоящее время чшг в основном используется для изготовления труб и изложниц,в автотракторостроении.
Используют модификаторы: магний, церий, иттрий, лантан, кальций, натрий, калий и цирконий.
№ 25.Способы десульфурации и сфероидизирующей обработки при получении высокопрочного чугуна
Десульфурация. Основная цель – снизить концентрацию серы в исходном чугуне, перед сфероидизирующей обработкой. При использовании традиционных шихтовых материалов в жидкий чугун вносится не более 0,04 % S, а остальная часть – шихтовые материалы, из кокса при ваграночнй плавке.
В практике литейного производства десульфурация производиться как в плавильных агрегатах (за счёт наведения основных шлаков), так и при внепечной обработке. Обязательное условие десульфурации – снижение концентрации серы до 0,01-0,02, а так же перегрев чугуна до 1480-1520 *С. В противном случае резко снижается степень удаления серы, коэф. использования реагентов и условия удаления продуктов реакции. Основные десульфураторы – это карбид кальция СаС2 и известь СаО.
в)вращение специальной мешалкой
В мировой практике наиболее широко используют десульфурацию чугуна продувкой инертным газом. Этот метод позволяет в течении 1,5-2 минут снизить исходное содержание серы на 90%, при расходе реагента СаС2 равному десятикратному исходному содержанию серы. Для десульфурации больших масс чугуна (более 3 т) эффективная обработка во встряхивающих ковшах. Десульфурация сопровождается большими потерями температуры, что требует дополнительного перегрева чугуна перед сфероидизирующей обработкой. Кроме того требуется время для удаления отработанных реагентов и образовавшегося шлака.
Влияние химического состава на структуру и свойства чугунных отливок
Входящие в состав чугуна углерод, кремний, марганец, сера, фосфор и легирующие элементы (никель, хром, титан, медь, молибден и др.) оказывают влияние на его структуру и свойства отливок.
Углерод в чугунных отливках может находиться в виде свободного углерода графита и в виде химического соединения с железом Fe3C, называемого карбидом железа или цементитом. Чем больше углерода в чугуне, тем больше выделяется графита. Графит в сером чугуне располагается в форме пластинок, которые разъединяют основную металлическую массу и понижают прочность чугуна. Чем меньше углерода и более мелкие по величине пластинки его, тем выше механические свойства чугуна, но в то же время углерод улучшает его литейные свойства.
При изготовлении отливок содержание углерода колеблется в значительных пределах: в обычном сером чугуне — от 3,2 до 3,9%, в ковком — от 2,4 до 3%, в малоуглеродистом оно снижается до 2,7%.
Процесс выделения графита из цементита во время затвердевания и охлаждения отливки сопровождается увеличением объема, что понижает усадку чугуна.
Кремний в чугуне способствует распаду цементита и образованию графита, т. е. является графитизатором. С железом кремний образует устойчивое химическое соединение FeS. Изменяя содержание кремния в чугуне, можно регулировать соотношение между связанным углеродом и графитом. Кремний повышает жидкотекучесть чугуна и уменьшает его усадку. В обычном сером чугуне содержание кремния колеблется от 1,8 до 3%, в малоуглеродистом — от 1,6 до 2,2%, в ковком — от 0,8 до 1,3%, в кремнистом ковком чугуне — от 1,0 до 1,9%.
Марганец увеличивает устойчивость карбидов железа, сам образует карбид Mn3C и этим самым препятствует графитизации чугуна. Он нейтрализует сильное влияние серы на уменьшение жидкотекучести чугуна, образуя сульфид марганца MnS, который переходит в шлак. Содержание марганца в отливках из серого чугуна колеблется от 0,5 до 1,2%, в отливках из ковкого чугуна — от 0,5 до 0,6%.
Сера в чугуне образует сернистое железо FeS, которое растворяется в нем в неограниченном количестве. Сернистое железо образует с железом легкоплавкое соединение Fe*FeS с температурой плавления 985° С. Это соединение при затвердевании отливки кристаллизуется последним по границам кристаллов и снижает механические свойства чугуна, вызывая красноломкость. Сера препятствует графитизации, понижает жидкотекучесть чугуна, увеличивает усадку, повышает твердость и хрупкость чугуна в холодном состоянии. Предельно допустимое содержание серы в чугуне 0,12—0,15%.
Фосфор в чугуне при содержании до 0,3% находится в растворе. При избытке фосфора образуется двойная и тройная фосфидная эвтектика (Fe+Fe3P и Fe+FeP+Fe3C) с температурой плавления около 950° С. Фосфидная эвтектика обладает большой твердостью. При содержании фосфора до 0,7% она выделяется в виде отдельных включений, при большем содержании — в виде сплошной сетки по границам кристаллов и увеличивает хрупкость (хладноломкость) чугуна. Фосфор способствует графитизации и увеличивает жидкотекучесть чугуна. Содержание фосфора в чугуне допускают до 0,3% в ответственных отливках, до 0,8%) в отливках, работающих на истирание, и до 1,2% в тонкостенном и художественном литье.
Хром уменьшает графитизацию и жидкотекучесть и увеличивает твердость чугуна. В то же время он повышает его механические свойства, износостойкость, жаростойкость и коррозионную стойкость.
Никель и медь способствуют графитизации чугуна, улучшают его структуру в отливках. Их обычно применяют в качестве добавок в чугун с другими легирующими элементами (Cr, Ti и др.).
Титан является слабым графитизатором и сильным раскислителем. Связывает азот, образуя нитриды, и способствует получению плотного строения отливок.
Алюминий при содержании до 0,1 % действует как сильный графитизатор. При высоком содержании алюминия (7—9%) чугун приобретает жаростойкость.
Магний уменьшает графитизацию чугуна, является сильным раскислителем и обессеривателем (десульфуратором). Подобно церию, магний используют для получения высокопрочного чугуна со сфероидальной формой графита.
Кальций в виде сплава с кремнием (силикокальций) применяют как модификатор чугуна, способствующий графитизации, раскислению и образованию мелких структур в отливках.
Влияние химического состава на свойства чугунов.
Повышенное содержание углерода приводит к уменьшению прочности, твердости и увеличению пластичности; углерод улучшает литейные свойства чугуна
Увеличенное содержание углерода улучшает литейные свойства чугуна
Углерод — основной регулятор механических свойств ковкого чугуна; чугун обладает низкой жидкотекучестью и требует высокого перегреваКремний (с учетом содержания углерода) способствует выделению графита и снижает твердость, а также уменьшает усадку; повышенное содержание кремния снижает пластичность и несколько увеличивает твердость. С повышением содержания кремния возрастает предел прочности при растяжении, при дальнейшем увеличении содержания — уменьшаются предел прочности при растяжении и относительное удлинение Для ферритного ковкового чугуна суммарное содержание кремния и углерода должно быть 3,7-4,1%. Содержание кремния зависит от количества углерода и толщины стенки. При содержании кремния до 1,5% механические свойства сплава повышаютсяМарганец тормозит выделение графита, способствует размельчению перлита и отбеливанию чугуна; взаимодействуя с серой, нейтрализует ее вредное действие. Механические свойства чугуна повышаются при содержании марганца до 0,7-1,3 %, а при дальнейшем увеличении — снижаются. Марганец увеличивает усадку сплава. С повышением содержания марганца уменьшается доля феррита и увеличивается количество перлита; при этом повышается предел прочности при растяжении и уменьшается относительное удлинение. Для повышения износостойкости содержание марганца увеличивают до 1,0- 1,3%
Марганец увеличивает количество связанного углерода, повышает прочность феррита. При повышении содержания марганца до 0,8-1,4% увеличивается количество перлита, прочность сплава повышается, но резко падает пластичность и ударная вязкость. В ферритном чугуне содержание марганца не должно превышать 0,6%, в перлитном — 1,0%
Магний
Для образования графита шаровидной формы содержание магния должно быть не ниже 0,03%, а церия не ниже 0,02% (остаточное содержание). При более низком содержании не весь графит получает шаровидную форму; часть его содержится в виде пластинок, что снижает механические свойства сплава. При повышенном содержании магния (и церия) в структуре сплава образуется цементит и, следовательно, снижаются механические свойства. Оптимальное содержание остаточного магния — 0,04-0,08%
Хром — карбидообразующий элемент. С увеличением хрома растет прочность и твердость отливок, замедляется процесс графитизации углерода
С увеличением содержания хрома в определенных пределах повышается жаростойкость, коррозионная стойкость и износостойкость сплава
Хром замедляет процесс графитизации углерода. Содержание хрома в сплаве не превышает 0,06-0,08%; повышение содержания до 0,1 -0,12% приводит к образованию в структуре сплава стойких карбидов.
Конвертерный способ производства стали.
Конвертерное производство — получение стали в сталеплавильных агрегатах-конвертерах путём продувки жидкого чугуна воздухом или кислородом. Превращение чугуна в сталь происходит благодаря окислению кислородом содержащихся в чугуне примесей (кремния, марганца, углерода и др.) и последующему удалению их из расплава.
Бессемеровский процесс
Устройство и работа бессемеровского конвертера
Первый массовый способ получения жидкой стали открыл английский изобретатель Генри Бессемер в 1856. Основной недостаток процесса — невысокое качество металла за счёт неудалённых при продувке вредных примесей (фосфора и серы). Для выплавки бессемеровских чугунов нужны очень чистые по содержанию серы и фосфора железные руды, природные запасы которых ограничены.
Томасовский процесс
Англичанин СидниДжилкрист Томас в 1878 вместо кислой динасовой футеровки бессемеровского конвертера применил основную футеровку, а для связывания фосфора предложил использовать известь. Томасовский процесс позволил перерабатывать высокофосфористые чугуны и получил распространение в странах, где железные руды большинства месторождений содержат много фосфора (Бельгия, Люксембург, др.). Однако и томасовская сталь была низкого качества.
Папиллярные узоры пальцев рук — маркер спортивных способностей: дерматоглифические признаки формируются на 3-5 месяце беременности, не изменяются в течение жизни.
Организация стока поверхностных вод: Наибольшее количество влаги на земном шаре испаряется с поверхности морей и океанов (88‰).
Общие условия выбора системы дренажа: Система дренажа выбирается в зависимости от характера защищаемого.
Влияние химических элементов на свойства чугуна.
Свойства чугунов зависят от химического состава, т. е. от содержания в них углерода, кремния, марганца, фосфора, серы.
Углерод, химически связанный с железом, образует цементит. Цементит придает чугуну хрупкость, но значительно повышает твердость. Такой чугун, имеющий в изломе блестящий металлический оттенок, называют белым. Белые чугуны не обрабатываются режущим инструментом.
Углерод в чугуне может находиться в свободном состоянии в виде графита. Цементит в таких чугунах не образуется, поэтому их твердость значительно ниже твердости белых чугунов; такие чугуны хорошо обрабатываются резанием. Присутствие графита придает чугуну в изломе серый, матовый оттенок; чугун в данном случае называют серым.
Кремний способствует выделению углерода в чугуне в виде графита, улучшает литейные свойства чугуна, понижает его твердость.
Марганец препятствует выделению углерода в чугуне в виде графита и способствует образованию цементита, поэтому повышает твердость чугуна и при определенном содержании его увеличивает прочность.
Фосфор, соединяясь с железом, образует легкоплавкую хрупкую и твердую составляющую, которая располагается по границам зерен чугуна, вследствие чего у чугуна значительно повышаются хрупкость и твердость, увеличивается износостойкость. Образующаяся легкоплавкая составляющая улучшает наполняемость литейных форм жидким чугуном. Фосфор — вредная примесь.
Сера тормозит выделение углерода в чугуне в виде графита. Образуя по границам зерен чугуна хрупкую составляющую, сера снижает механические свойства, способствует образованию трещин в отливках. Вредное влияние серы может быть нейтрализовано повышенным содержанием марганца, с которым сера легко образует тугоплавкое соединение.
Стали с особыми физическими и механическими свойствами: классификация, маркировка, свойства и область применения.
Нержавеющая сталь — сложнолегированная сталь, устойчивая к коррозии в атмосфере и агрессивных средах.
Сопротивление нержавеющей стали к коррозии напрямую зависит от содержания хрома: при его содержании 13 % и выше сплавы являются нержавеющими в обычных условиях и в слабоагрессивных средах, более 17 % — коррозионностойкими и в более агрессивных окислительных и других средах, в частности, в азотной кислоте крепостью до 50 %.
Причина коррозионной стойкости нержавеющей стали объясняется, главным образом, тем, что на поверхности хромсодержащей детали, контактирующей с агрессивной средой, образуется тонкая плёнка нерастворимых окислов, при этом большое значение имеет состояние поверхности материала, отсутствие внутренних напряжений и кристаллических дефектов.
Классификация
По химическому составу нержавеющие стали делятся на:
· Хромистые, которые, в свою очередь, по структуре делятся на;
o Полуферритные (мартенисто-ферритные);
· Хромомарганцевоникелевые (классификация совпадает с хромоникелевыми нержавеющими сталями).
Мартенситные и мартенсито-ферритные стали
Мартенситные и мартенситно-ферритные стали обладают хорошей коррозионной стойкостью в атмосферных условиях, в слабоагрессивных средах (в слабых растворах солей, кислот) и имеют высокие механические свойства. В основном их используют для изделий, работающих на износ, в качестве режущего инструмента, в частности, ножей, для упругих элементов и конструкций в пищевой и химической промышленности, находящихся в контакте со слабоагрессивными средами. К этому виду относятся, стали типа 30Х13, 40Х13 и т. д.
Ферритные стали
Эти стали применяют для изготовления изделий, работающих в окислительных средах (например, в растворах азотной кислоты), для бытовых приборов, в пищевой, легкой промышленности и для теплообменного оборудования в энергомашиностроениии. Ферритные хромистые стали имеют высокую коррозионную стойкость в азотной кислоте, водных растворах аммиака, в аммиачной селитре, смеси азотной, фосфорной и фтористоводородной кислот, а также в других агрессивных средах. К этому виду относятся, стали 400 серии.
Аустенитные стали
Основным преимуществом сталей аустенитного класса являются их высокие служебные характеристики (прочность, пластичность, коррозионная стойкость в большинстве рабочих сред) и хорошая технологичность. Поэтому аустенитные коррозионностойкие стали нашли широкое применение в качестве конструкционного материала в различных отраслях машиностроения. К данному классу относятся стали 300 серии.
Влияние химического состава на структуру и механические свойства серого чугуна. Марки, химический состав, структура и свойства серых чугунов с пластинчатым графитом.
Город, осенью полный, хмельной,
И медовый туман пеленой…
Меж тобою и мной
Только время стеной —
Только колокол дней ветряной.
Город, годы с ладоней сотри,
Говори о себе, говори:
Дней и слов янтари,
Волны света до хрупкой зари.
Это памяти голос простой
Льётся в звёздный колодец пустой.
Это листьев лото —
Тает лета исток…
Это колокол дней золотой.
В лужах бликами лики окон…
Долгих капель кап`ель-камертон —
То ли вздох, то ли стон…
Это мир, это жизнь — это сон…
Санкт-Петербург, 2006-2007 гг.
ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 15
Влияние перегрева на литейные свойства сталей и формирование структуры отливок.
Перегрев влияет на формозаполняемость, увилич. Жидкотекучесть
Видманштеттова структура имеет два характерных признака: крупнозернистость и определенную направленность пластин феррита в доэвтектоидных сталях или цементитных игл в заэвтектоидных сталях.
Эта структура образуется вследствие охлаждения крупнозернистой стали из аустенитного состояния. При перекристаллизации в доэвтектоидной стали феррит или в заэвтектоидной стали цементит вторичный образуется не только на границах, но и внутри зерен аустенита (по плоскостям кристаллической решетки в местах различных кристаллических дефектов).
Видманштеттова структура — признак перегрева стали. Перегретая сталь не всегда имеет видманштеттову структуру.
Перегрев стали- образование крупнозернистой, а иногда грубоигольчатой структуры стали в результате чрезмерно высокого нагрева. Решающими факторами, определяющими рост зерна аустенита, являются темп-ра и время нагрева.. Увеличение содержания углерода до эвтектоидного уменьшает склонность стали к перегреву, а наличие труднорастворимых карбидов препятствует перегреву. Сталь с наследственным мелким зерном до определенной темп-ры менее склонна к перегреву, но при значит, увеличении темп-ры склонность к перегреву у нее становится большей, чем у крупнозернистой. Крупнозернистая перегретая сталь обладает пониж. вязкостью и высокой чувствительностью к хрупкому разрушению. Перегрев стали часто вызывает поломку деталей машин. Нагрев под закалку перегретой стали измельчает зерно.. Для разрушения крупнозернистой тексстуры перегретую сталь перед закалкой следует подвергать промежуточному отжигу или нормализации. При этом происходит рекристаллизация аустенитных зерен, получивших нек-рый наклеп в результате фазовых превращений.
2. Чем можно частично заменить никель в аустенитных сталях ? Как определить эквивалент никеля ?
Аустенитные стали обладают высокими коррозионной стойкостью, кислотностью, износостойкостью, жаростойкостью, жаропрочностью. Осн. легир. эл-ми явл-ся хром, никель, молибден. Для улучшения той или иной эксплутационной характеристики стали дополнительно легируют вольфрамом, молибденом, кремнием, титаном, ниобием, алюминием, бором.
Эквивалент никеля и хрома— множитель, учитывающий влияние эл-тов, способствующих превращению (ферритизации) или препятствующих этому превращению (аустени-зации) в Сг — Ni-сталях. К аустенитообразующим эл-там, т. е. действующим аналогично Ni, относятся С, N, Мп; к ферритообразующим, действующим как Сг, — Mo, W, Ti, Nb, Та, Si Эквивалент никеля равен % Ni — 30% С — 0,5% Мn; Эквивалент хрома равен % Сг — % Мо — 1,5% Nb .
Влияние химического состава на структуру и механические свойства серого чугуна. Марки, химический состав, структура и свойства серых чугунов с пластинчатым графитом.
Влияние химического состава на структуру серого чугуна
Углерод определяет количество графита в чугуне: чем выше его содержание, тем больше образуется графита и тем ниже механические свойства. В то же время для обеспечения высоких литейных свойств (хорошей жидкотекучести) должно быть не меньше 2,4% С. Общее количество углерода определяет положение чугуна на диаграмме состояния сплавов железа с углеродом.
Кремний оказывает большое влияние на структуру и свойства чугунов, так как величина температурного интервала, в котором в равновесии с жидким сплавом находятся аустенит и графит, зависит от его содержания. Чем больше содержание кремния, тем шире эвтектический интервал температур. Таким образом, кремний способствует процессу графитизации, действуя в том же направлении, что и замедление скорости охлаждения. Изменяя, с одной стороны, содержание в чугуне углерода и кремния, а с другой — скорость охлаждения, можно получить различную структуру металлической основы чугуна. Чем больше кремния в жидком чугуне, тем меньше в нем останется углерода, так как он выделяется в виде легких по удельному весу частиц спели. Кремний способствует выделению углерода в чугуне в форме графита и препятствует отбелу чугуна вследствие уменьшения общего количества цементита. Кремний при содержании до 3,0% в обыкновенном чугуне самостоятельной фазы не образует и под микроскопом не обнаруживается, давая раствор в γ – железе и α –железе. При содержании более 3.0% кремний дает карбидную фазу и чугун снова начинает отбеливаться. При содержании в чугуне выше 3.5% кремний образует химическое соединение –силицид железа FeSi, весьма стойкое в кислотах.
Главная роль марганца заключается в его карбидообразующей способности. Карбид Mn3C,, соединяясь с цементитом, дает сложный карбид состава mMn3C•nFe3C, который обладает твердостью >450 по Бринелю и не поддается мехобработке.
При малом содержании марганца в сером чугуне и большем содержании в нем серы образуется крайне вредное соединение железа с серой, значительно снижающее жидкотекучесть и механические свойства чугуна. Отливки получаются отбеленными, пронизанными газовыми раковинами и обладающие красноломкостью (хрупкость при красном калении).
Оптимальное содержание Mn в расплаве определяется по приведенному уравнению:
[Mn] = 1.7 [S] + (0.2 ÷0.5)
Сера ухудшает механические и литейные свойства. Сера и марганец препятствуют графитизации.
Фосфор не влияет на графитизацию, а при повышенном (до 0,4. 0,5 %) содержании повышает износостойкость чугунов, так как образуются твердые включения фосфидной эвтектики. Фосфор с железом дает химическое соединение- фосфид железа Fe3P. При содержании ниже 0.2% фосфор образует раствор в γ-железе и в α-железе, а выше 0.2% — самостоятельную фазу – двойную эфтектику из Fe- γ-Fe3P-Fe3C и цементита Fe3C. При повышении содержания Р более 0.3% прочность отливок понижается, а хрупкость повышается. Вследствие легкоплавкости фосфидной эвтектики (Тпл.= 970 о С) жидкотекучесть фосфористого чугуна тем больше, чем больше в нем фосфора. При содержании около 1.0%Р, чугун настолько отчетливо заполняет литейную форму, что находит применение в художественном литье.
Дата добавления: 2015-09-15 ; просмотров: 500 . Нарушение авторских прав
Объясните влияние химического состава?
Из примесей, входящих в состав чугуна, наиболее сильное положительное влияние на графитизацию оказывает кремний. Содержание кремния в чугуне может состовлять от 0,5 до 4-5%. Меняя содержание кремния, можно получать чугуны, совершенно различные по структуре и свойствам. По приведенной на рис. 2 диаграмме можно прогнозировать структуру в зависимости от содержания углерода и кремния, а также толщины отливки. Таким образом, основными факторами, определяющими степень графитизации чугуна, является содержание углерода, кремния и скорость охлаждения. Регулируя химический состав и скорость охлаждения в соответствии с диаграммой на рис.2,б, можно получить в отливке нужную структуру чугуна.
13. Какие факторы препятствуют графитизации?
Наиболее важную роль играют марганец, сера и фосфор, а также высокая скорость охлаждения. Марганец препятствует графитизации, увеличивая склонность чугуна к отбеливанию. Содержание марганца в чугуне обычно не превышает 0,5-1,0%.
Сера – вредная примесь в чугуне. Ее отбеливающее влияние в 5-6 раз выше, чем марганца. Кроме того, сера снижает жидкотекучесть, способствует образованию газовых пузырей, увеличивает усадку и склонность к образованию трещин.
14. Какова роль фосфора?
Роль примеси фосфора в чугуне существенно отличается от действия, которое он оказывает в стали. Хотя фосфор почти не влияет на графитизацию, он является полезной примесью, увеличивая жидкотекучесть серого чугуна за счет образования легкоплавкой (950-980ºC) фосфидной эвтектики.
Обычно используют чугуны следующего химического состава,%: 3,0-3,7 С,
1-3 Si, 0,5-1,0 Mn, менее 0,3 Р и 0,15 S. Иногда в чугун вводят легирующие элементы (Ni, Cr и другие), улучшая его свойства.
15. От каких факторов зависят свойства чугуна?
. Свойства чугуна зависят от свойств металлической основы и характера включений графита. Структура металлической основы определяет твердость чугуна.
Какой может быть основа чугуна?
Металлическая основа может быть перлитной, когда 0,8% С находится в виде цементита, а остальной углерод – в виде графита; феррито-перлитной, когда количество углерода в виде цементита менее 0,8%, и ферритной.
Какой может быть форма грфитовых включений?
Графит чугуна бывает пластинчатым (серый чугун), хлопьевидным (ковкий чугун) и шаровидным (высокопрочный чугун). На рис.3 обобщена классификация чугуна по строению металлической основы и форме графита.
16. Охарактеризуйте свойства серого чугуна, его преимущества и недостатки.
Микроструктура чугунов показана на рис.4-7. По сравнению с металлической основой графит имеет низкую прочность. Серый чугун имеет низкие характеристики механических свойств (σВ, δ,Ψ ) при испытаниях на растяжение. Включения графита играют роль концентраторов напряжений, поэтому работа удара близка к нулю. Вместе с тем твердость и прочность при испытаниях на сжатие, зависящие от свойств металлической основы, у чугуна достаточно высоки. Однако серый чугун с пластинчатой формой графита имеет ряд преимуществ. Он позволяет получать дешевое литье, так как при низкой стоимости обладает хорошей жидкотекучестью и малой усадкой. Включения графита делают стружку ломкой, поэтому чугун легко обрабатываются резанием. Благодаря смазывающему действию графита чугун обладает хорошими антифрикционными свойствами. Чугун имеет высокие демпфирующие свойства, он хорошо гасит вибрации и резонансные колебания.
17. Как маркируют серый чугун?
Серый чугун маркируется буквами СЧ и цифрами, характеризующими величину временного сопротивления при испытаниях на растяжение. Марки и механические свойства серых чугунов, а также их ориентировочный химический состав приведены в табл.1.
Охарактеризуйте свойства высокопрочного чугуна, метод получения и области применения, маркировку.
По мере округления графитных включений их отрицательная роль как надрезов металлической основы снижается, и механические свойства чугунов растут. Округленная форма графита достигается модифицированием. Модификатором служат SiCa, FeSi, Al, Mg.
При использовании в качестве модификатора магния, вводимого перед разливкой в количестве 0,5%, получают высокопрочный чугун с шаровидной формой включений графита. Действие магния объясняют увеличением поверхностного натяжения графита и образованием микропузырьков пара, в которые диффундирует углерод.
Маркируется высокопрочный чугун буквами ВЧ и цифрами, характеризующими величину временного сопротивления, например ВЧ 35. Механические свойства некоторых высокопрочных чугунов приведены в табл.2. Из высокопрочных чугунов изготавливают ответственные детали: зубчатые колеса, коленчатые валы.
19. Охарактеризуйте свойства ковкого чугуна, метод получения и области применения, маркировку.
Название ковкие чугуны условно, изделия из них получают литьем, и пластической деформации они не подвергаются. Ковкий чугун получают из белого путем графитизирующего отжига (рис.8). Графит в ковком чугуне имеет форму хлопьев. Состав ковкого чугуна, %, довольно стабилен: 2,2 –3,0С; 0,7-1,5Si, 0.2-0.6 Mn, 0.2 P, 0.1 S. Из-за низкого содержания углерода ковкий чугун обычно выплавляют в электропечах. После заполнения форм отливки быстро охлаждают и получают структуру белого чугуна. Затем отливки подвергают длительному отжигу (до 2 суток) – томлению (рис. 9) предохраняя их от окисления печными газами засыпкой песком и др. В результате отжига структура состоит из зерен феррита и перлита и хлопьев графита. Ковкий чугун маркируют буквами КЧ и цифрами временного сопротивления и относительного удлинения, например, КЧ 35-10.
В табл.3 приведены марки, механические свойства и химический состав некоторых ковких чугунов. Отливки из ковких чугунов применяют для деталей, работающих при ударных и вибрационных нагрузках (картеры, редукторы, фланцы, муфты).
Дата добавления: 2018-04-05 ; просмотров: 169 ; ЗАКАЗАТЬ РАБОТУ