Легированные чугуны

Чугуны, легированные медью и ее комплексами

Такие серые чугуны получают все возрастающее применение. Медь повышает литейные свойства чугуна, в частности жидкотекучесть, легирует феррит, снижает склонность к образованию усадочной пористости и трещин.

Чугуны, легированные 0,5 % Си, рекомендуются для производства отливок с толщиной стенок от 10 до 25 мм. При увеличении толщины стенки отливки до 25…50 мм необходимо увеличить добавку меди и ее комплексов, исходя из получения в отливках компрессоров и двигателей остаточного содержания меди в количестве 0,9… 1,5 % (мас.). Эффект легирования может быть усилен добавкой в качестве микролегирующих элементов сурьмы, висмута, никеля и молибдена, а также модифицированием чугуна редкоземельными металлами, силикокальцием или ферросилицием. Экономно микролегированными являются чугуны АЧД06Х04Н02; АЧН08Д04Х02.

С повышением углеродного эквивалента чугуна влияние меди на кристаллизацию графита уменьшается. В отливках гильз цилиндров, головок блоков из чугуна с низким углеродным эквивалентом медь предотвращает отбел в поверхностных слоях и повышает твердость к середине, а в чугунах, близких к эвтектическим, легирование медью повышает и выравнивает твердость по сечению литых изделий, увеличивает их износостойкость.

Для отливок с массивными стенками прибегают к легированию бинарными комплексами, содержащими наряду с медью и карбидообра­зующие элементы (хром, ванадий, ниобий и титан). При одновременном вводе в чугун 1,07 % меди и 0,12…0,2 % ниобия износостойкость чугуна повышается в 1,3… 1,4 раза, временное сопротивление возрастает на 35 % и в отливках с толщиной стенок 35…40 мм достигает 440… 500 МПа.

Добавка меди к чугуну, легированному карбидообразующими элементами (хромом, молибденом, ванадием), понижает его твердость и улучшает обрабатываемость, а также может повышать прочность, снижая охрупчивающее действие карбидов. Вследствие положительного влияния меди на образование тонкопластинчатого перлита повышается коррози­онная стойкость медистого чугуна в воде и газовых средах.

При комплексном легировании доэвтектического чугуна хромом, марганцем, молибденом и ванадием первичные дендритные ячейки имеют постоянную кристаллографическую ориентацию, их размеры не зависят от содержания любого из исследованных легирующих элементов. Вторичные дендритные ветви становятся меньше с увеличением содержания хрома, уменьшающего количество первичного аустенита.

Износостойкость серого чугуна как конструкционного материала определяется его структурой, физико-механическими свойствами и конкретными условиями эксплуатации. Феррит считается наименее износостойкой составляющей чугуна. Использование ферритной структуры в износостойких отливках допускается при относительно мягких режимах трения, характерных для малых скоростей скольжения и низких удельных давлений, а также при возможных перекосах трущихся пар в процессе приработки. В таких условиях графит уменьшает износ серого чугуна, но при увеличении скоростей скольжения, загрязнении смазки и повышении удельных давлений наличие значительного количества графита является нежелательным.

Для изготовления износостойких отливок могут быть рекомендованы ферритно-перлитные чугуны, стойкость которых может быть повышена некоторыми легирующими упрочняющими элементами — никелем, медью и хромом. Легированный феррит способствует повышению износостойкости в условиях загрязнения смазки абразивными частицами. Медь, молибден и хром уменьшают усадочную пористость в отливках и повышают термическую и коррозионную стойкость чугуна. Систематических данных о влиянии этих элементов на структуру и свойства чугуна в износостойких отливках недостаточно, однако можно утверждать, что они упрочняют и измельчают структуру, повышают твердость и износостойкость толстостенных литых изделий. Однако существенное измельчение графита наблюдается в тех случаях, когда используется комплексное легирование и в серых чугунах есть примеси (олова, свинца, висмута, и др.), вносимых металлоломом или другими шихтовыми материалами.

Роль легированного феррита в формировании физико-механических и эксплуатационных свойств длительное время недооценивалась. Поэтому в производственных условиях оценку степени легированности ферри­та не производили, ограничиваясь определением формы, распределения и количества графитной фазы.

Вместе с этим общепринято, что преждевременное разрушение серых чугунов при тяжелых режимах работы обусловлено главным образом низкой пластичностью. Поэтому полнота использования эффекта упрочнения или легирования во многом зависит от наличия в чугунах определенного запаса вязкости и пластичности. Физико-механические свойства легированного феррита, как и любого другого твердого раствора, определяются силами связи между атомами в кристаллических решетках, размерами его зерен и природой легирующих и других примесей. В общем случае легирование феррита различными элементами сопровождается упрочнением твердого раствора, а также снижением его пластичности.

Комплексно-легированные чугуны

Дня выплавки чугунов, используемых для изготовления гильз цилиндров, используются индукционные печи и различные ферросплавы.  Заливку расплавов производят в кокиль. Экспериментальное исследование силового воздействия затвердевания отливки в литейной форме приведено в, а некоторые подходы к исследованию теплофизических процессов кристаллизации — в.

Для изготовления гильз цилиндров в облицованный кокиль были использованы антифрикционные никелевые чугуны типа ИЧХН4 (РТМ 28-61), ЧН1ХМД и ЧНМШ, АЧС-2 и АЧС-3 (ГОСТ 1585-85), высокопрочные бейнитные ВЧ100 и ВЧ120 (ГОСТ 7293-85) и перлитные АЧВ-1 и АЧВ-2 (ГОСТ 1585-85), а также комплексно микролегированные чугуны типа АЧСД06Х04Н02 и АЧВН08Д06Т01. Технология плавки и вне печной обработки — в соответствии с РТМ МТ 20-2-76. Заливку расплавов производили в тонкостенные и массивные кокили.

В зависимости от толщины стенок металлического кокиля х₃ и отливки х₁ кокили делятся на тонкостенные (х₃ ~х₁) и массивные (х₃ ~ х₁). Технология литья в тонкостенные кокили, полученные из листового проката, испытана при изготовлении крупных отливок. Вместе с тем, с учетом незначительной толщины стенки отливки гильз и требований к жесткости кокиля размеры (толщина) последнего, как правило, во много раз превышают x₁ т. е. они относятся к классу массивных кокилей. Наличие нескольких слоев в форме, имеющих различные теплофизические характеристики, затрудняет аналитические расчеты процесса охлаждения. Для их упрощения, возможности получения удобных для использования формул получены дифференциальные уравнения нестационарной теплопроводности второго порядка более простые и дифференциальные урав­нения теплового баланса первого порядка.

Ферросплавы, используемые при производстве отливок гильз из износостойкого чугуна

Теплопроводность облицованного слоя кокиля существенно ниже, чем материалов отливки и кокиля, а массивность кокиля выше, поэтому облицовка имеет значительно большую теплоаккумулирующую способность по сравнению с отливкой.

При литье в кокиль сокращается расход стержневой смеси. Затвердевание отливок происходит в условиях интенсивного отвода теплоты от залитого металла, что обеспечивает более высокие плотность металла и механические свойства, чем у отливок, полученных в песчаные формы.

Литье в облицованные кокили  состоит в том, что модельную плиту 6 с моделью 5 нагревают электрическими или газовыми нагревателями 7 до температуры 200…220 °С. На модельную плиту устанавливают нагретый до температуры 200…220 °С кокиль 3. В зазор между кокилем 3 и моделью 5 из пескодувной головки / через сопла 2 вдувается формовочная смесь с термореактивным связующим. Оболочка 4 толщиной 3…5 мм формируется и упрочняется за счет теплоты кокиля и модели. После отверждения оболочки на кокиле модель извлекают. Аналогично изготовляют и вторую половину кокиля. После изготовления полу форм кокиль собирают, а затем из ковша 8 заливают расплавленным металлом.

Все операции технологического процесса литья в облицованный кокиль механизированы и автоматизированы. Используют однопозиционные и многопозиционные автоматические кокильные машины и автоматические кокильные линии изготовления отливок.

Важной особенностью литья в облицованный кокиль является возможность управления процессом затвердевания отливок и повышения их механических свойств. Это осуществляется в основном регулированием тепловых условий литья. Теория затвердевания отливок в облицованном кокиле развита в работах отечественных специалистов, базирующихся на фундаментальных исследованиях тепловой теории литья, — А.И. Вейника, Г.А. Анисовича, Г.Ф. Баландина, Н.Г. Гиршовича, А.М. Петриченко и др.

Серый чугун с игольчатой структурой

Такой чугун является одной из разновидностей износостойких чугунов с небольшой степенью легирования и относительно низким содержанием кремния и углерода. Содержание в сплаве никеля, меди, молибдена и других легирующих элементов, а также углерода и кремния принимается в зависимости от толщины стенок отливок и способа литья. При увеличении толщины стенок отливок содержание легирующих компонентов повышают, а содержание углерода и кремния уменьшают.

В чугунах гильз, вышедших из строя по задиру, всегда выявляется повышенное содержание структурно-свободного цемента. Можно предположить, что детали цилиндропоршневой группы изнашиваются преимущественно за счет микросхватывания, а твердые продукты износа в виде выкрошившихся включений цементита повреждают поверхности и вызывают задир. У чугунов цилиндровых гильз, отливаемых на практике, металлическая основа практически одинакова, но отмечаются различия по количеству, величине, дисперсности, форме графита и структурно­свободного цементита. Это же относится и к антифрикционным чугунам, используемым для изготовления поршневых колец.

Вам также могут быть интересны статьи:

Антифрикционные чугуны для сложнонапряженных литых деталей цилиндропоршневой группы двигателей Способы получения чугунных отливок без отбела Комплексно-легированные износостойкие чугуны Антифрикционные низколегированные чугуны Антифрикционные ковкие чугуны Серые фрикционные чугуны

(Пока оценок нет)

Загрузка...