Классификация, маркировка, применение чугунов в производстве сельскохозяйственной техники.
план-конспект урока

ТЕМА: Классификация, маркировка, применение чугунов в производстве сельскохозяйственной техники.

Чугун — сплав железа с углеродом, в котором содержание углерода превышает 2,14 %. Отличается от стали тем, что в структуре образует эвтектику (ледебурит), имеет низкую пластичность, хорошие литейные свойства и более низкую стоимость.

Выплавляют чугун в доменных печах, в которых получают передельные (белые), специальные (ферросплавы) и литейные (серые) чугуны. Литейные чугуны переплавляют в вагранках или электропечах.

В химический состав чугуна входят Fе, С, Si, Мn, S, Р. В зависимости от формы выделения углерода различают следующие чугуны:

белый, в котором весь углерод находится в виде цементита Ре3С, излом белого цвета;

половинчатый, в котором большая часть углерода в виде цементита имеет структуру перлита, ледебурита, пластинчатого графита;

серый, в котором весь углерод в свободном состоянии имеет форму пластинчатого графита;

с отбеленной поверхностью, в котором основная масса имеет структуру серого чугуна, а поверхностный слой — белого. В структуре поверхности много твердого и хрупкого цементита, поэтому эти чугуны применяют для изготовления деталей с высокой износостойкостью (валки прокатных станов, вагонные колеса с отбеленным ободом и т. п.);

высокопрочный, в котором графит имеет шаровидную (глобулярную) форму;

ковкий, в котором свободный углерод (графит) имеет форму хлопьев.

МИКРОСТРУКТУРА, СВОЙСТВА, МАРКИРОВКА И ПРИМЕНЕНИЕ ЧУГУНОВ

Микроструктура чугуна состоит из металлической (стальной) основы и включений графита.

Свойства чугуна зависят от свойств металлической основы и характера включений графита, т. е. от его формы и количества. Металлическая основа чугуна, от которой зависит его твердость, может состоять из перлита, феррита и перлита или из феррита.

Графит имеет низкую прочность, места его залегания в структуре ослабляют металлическую основу чугуна.

        СЕРЫЙ ЧУГУН

Серый чугун характеризуется низкими механическими свойствами при растяжении; высокими прочностью и твердостью на сжатие; хорошей жидкотекучестью; легко обрабатывается резанием; обладает хорошими антифрикционными свойствами; гасит вибрации и резонансные колебания; свариваемость хуже, чем у углеродистой стали.

Серый чугун маркируют буквами СЧ и цифрами, обозначающими временное сопротивление при испытаниях на растяжение, например СЧ 10 —серый чугун, σв= 100 МПа, СЧ45 — серый чугун, σв = 450 МПа.

Серые чугуны находят широкое применение в станкостроении (станины, детали станков, суппорты, бабки, люки, крышки), в двигателе-, автомобиле- и тракторостроении (блоки цилиндров, гильзы, головки, распределительные валы, седла клапанов, направляющие втулки, поршневые кольца, толкатели, тормозные барабаны, диски сцепления, картеры коробок скоростей, сцепления), в химическом машиностроении, электромашиностроении, при производстве компрессоров, насосов, воздуходувок.

        ВЫСОКОПРОЧНЫЙ ЧУГУН

Высокопрочный чугун получают путем модифицирования серого чугуна, т. е. перед разливкой вводят в него магний в количестве до 0,5 %. Магний увеличивает поверхностное натяжение графита с образованием пузырьков пара, в которые диффундирует углерод. После затвердевания графит приобретает округлую форму.

Высокие механические свойства чугуна обусловлены шаровидным графитом.

Высокопрочный чугун имеет высокую коррозионную стойкость, жаростойкость, хорошие антифрикционные и литейные свойства, достаточную износостойкость, легко обрабатывается резанием.

Маркируют высокопрочный чугун буквами ВЧ и цифрой, характеризующей величину временного сопротивления, например ВЧ35, ВЧ40 (ГОСТ 7293-85).

Из высокопрочных чугунов изготовляют ответственные детали: зубчатые колеса, коленчатые валы, кронштейны, ступицы, суппорты тормозных систем, шестерни главной передачи, шатуны, тормозные барабаны, картерные детали, поршневые кольца, подвески рессор, блоки цилиндров и другие детали. В тяжелом машиностроении из них делают шаботы молотов, детали турбин, прокатные валки, в металлургии — изложницы, в транспортном и сельскохозяйственном машиностроении — прицепные скобы, шестерни и звездочки, ступицы колес, диски муфт, рычаги и педали, шкивы, зубья борон, стойки корпусов плугов, опорные катки.

       КОВКИЙ ЧУГУН

Ковкий чугун — это условное название мягкого и вязкого чугунов, изделия из них получают литьем, методы пластической деформации не применяют.

Ковкий чугун получают из белого путем графитизирующего отжига.

Химический состав ковкого чугуна: 2,2...3,0 % С; 0,7...1,5 % Si; 0,2...0,6 % Мn; 0,2 % Р; 0,1 % S. Выплавляют чугун в электропечах, затем разливают в формы и полученные отливки, имеющие структуру белого чугуна, подвергают длительному отжигу. После отжига свободный углерод имеет форму хлопьевидного графита:

Fе3С -»3Fе + С (хлопья).

Излом чугуна, структура которого после отжига состоит из феррита и графита, будет темным, такой чугун называют черно-сердечным. Если в структуре чугуна в результате быстрого охлаждения сохранится перлит, чугун называют светлосердечным.

Согласно ГОСТ 1215—79 ковкий чугун обозначают буквами КЧ и двумя цифрами, из которых первая означает минимальный предел прочности σв, а вторая — минимальное относительное удлинение δ %, например: КЧ33...8 — ковкий чугун, σв = 330МПа, δ = 8%; КЧ50-5 - ковкий чугун, σв = 500 МПа, δ = 5%.

Отливки из ковкого чугуна применяют в сельскохозяйственном машиностроении (шестерни, рычаги, звенья цепей, звездочки, храповики, ступицы), в автомобиле- и тракторостроении (задние мосты, ступицы, тормозные колодки, картеры дифференциалов, детали рулевого управления, рычаги, катки, втулки), вагоне- и судостроении (кронштейны, детали тормозной системы, сцепки, подшипники), в электропромышленности и станкостроении, текстильном машиностроении, для изготовления строительного оборудования.

       ЛЕГИРОВАННЫЕ ЧУГУНЫ

Свойства чугуна можно улучшить легированием, вводя в его состав хром, кремний, алюминий, никель, марганец, медь. Применяют чугуны износостойкие, жаростойкие, жаропрочные, коррозионно-стойкие, антифрикционные (ГОСТ 977—75 и ГОСТ 7769-82, ГОСТ 7769-82).

Износостойкие чугуны обозначают буквами ИЧ и маркируют по содержанию легирующих элементов, как стали. Чугуны марок ИЧХ4Г7Д, ИЧХЗТД, ИЧХ28Н2, ИЧХ15МЗ, ИЧХ12М, ИЧХ12Г5, ИЧХ12ГЗМ и др. применяют для изготовления лопаток турбин, шаров и броневых плит для мельниц, элементов конструкций пневмотранспорта, деталей насосов, перекачивающих абразивную среду, пескометов, лопастей шнеков и др.

Жаростойкие чугуны — стойкие к окалинообразованию — легируют хромом, кремнием, алюминием. Из хромистых чугунов ЖЧХ-0,8; ЖЧХ-1,5; ЖЧХ-2,5 изготовляют элементы конструкций доменных, термических и мартеновских печей, колосников агломерационных печей, работающих при температуре до 650 °С. Кремнистые чугуны идут на изготовление деталей турбин, котлов, реторт. Алюминиевые чугуны применяют для шлаковых фурм доменных печей, плавильных тиглей, для камер сгорания.

Коррозионно-стойкие чугуны легируют хромом, никелем, медью, молибденом и кремнием. Эти чугуны стойки в щелочах, растворах соды, морской воде. Чугуны ЧНХТ, ЧН1ХМД, ЧН1МШ применяют в двигателестроении для отливки поршневых колец, направляющих втулок, головок цилиндров, выпускных патрубков, поршней и гильз паровых машин, судовых дизелей, газокомпрессоров и других деталей.

Жаропрочные чугуны легируют хромом и никелем. Чугуны ЧН19ХЗШ, ЧН11Г7Х2Ш применяют в нефтяной и химической промышленности, газотурбиностроении для изготовления деталей компрессоров для сжижения газов, выпускных патрубков дизелей.

Задание №1 Ответить на контрольные вопросы:

1. Чем различаются белые и серые чугуны?

2. От чего зависит прочность чугунов с графитом?

3. Перечислите методы упрочнения серых чугунов.

4. В чем сущность модифицирования чугунов? Для чего его проводят?

5. Какая форма графита обеспечивает наиболее высокие механические свойства чугуна?

6. Расшифруйте марки чугунов: СЧ12, КЧ35-10. Укажите область их применения.

7. Расшифруйте марку чугуна ВЧ45. Как его получают?

8. Какие химические элементы используют для легирования чугунов?

Задание №2 Дайте характеристику:

а)  серым чугунам; б)высокопрочным чугунам;  в)ковким чугунам

Задание №3 Дайте характеристику легированным чугунам