Влияние, которое оказывают химический состав и толщина стенок на структуру чугунных отливок, изготовленных в песчаных формах, можно приблизительно определить на основании рис. 1.

рис. 1. Зависимость структуры чугуна от содержания С + Si и толщины стенок отливок, изготовленных в песчаных формах:
I - белый чугун; II - серый перлит-лый чугун; III - серый ферритный чугун.
Более точные данные можно получить с помощью формулы
C + Si + lg g = K,
где С и Si - содержание в чугуне углерода и кремния; g - средняя толщина стенки отливки в мм;
К - постоянное число, зависящее от структуры металла отливки; оно имеет следующие значения:
Структура чугуна Значение К
Перлит + цементит < 5,0
Перлит + цементит + графит 5,0 - 5,2
Перлит + графит 5,2 - 6,3
Перлит + графит + феррит 6,3 - 6,9
Феррит + графит > 6,9
При структуре чугуна перлит + графит уравнение приобретает вид С + Si = (5,2÷6,3) - lg g.
Указанные зависимости можно представить с помощью графика (рис. 2). На оси абсцисс отложена сумма содержания в чугуне углерода и кремния, а на оси ординат - средняя толщина стенки отливки (по логарифмической шкале). Поле графика разделено на три области: I - белый чугун, II - чугун со структурой перлит + графит, III - ферритный чугун. Область II разделена на четыре полосы, каждая из которых соответствует определенным маркам серого чугуна.

рис. 2. Зависимость структуры чугуна от содержания С + Si и толщины стенок отливок, изготовленных в песчаных формах.
Полосы области II: 1-σвр =12-18 кГ/мм2; 2 - σвр = 21-24 кГ/мм2’, 3 - σвр = 28-32 кГ/мм2’, 4- σвр=35-38 кГ/мм.
График соответствует чугуну с содержанием от 0,5 до 0,9% Мn, до 0,3% Р и до 0,1% S. Если содержание какого-либо из этих элементов выходит за указанные пределы, то для получения нужной структуры следует ввести соответствующие поправки.
Приблизительная зависимость значений предела прочности σх для образца диаметром dx от предела прочности образца диаметром 30 мм (σ30) может быть выражена с помощью формулы
σx·dxa = σ30 - σa30 = const,
где а - показатель чувствительности к изменению толщины стенок отливок.
Полностью изотропный металл имел бы а = 0. Модифицированный чугун (который отличается малой чувствительностью к толщине стенок отливки) обычно имеет а <0,1. Для чугуна с пределом прочности при растяжении σвр < 20 кГ/мм2 0,4 < а < 0,8, а при σвр > 25 кГ/мм2 0,2 < а < 0,5. В целом для чугуна с перлитной структурой показатель а меньше, чем для чугуна с ферритной структурой. Показатель а увеличивается при возрастании содержания Si, С и Р и, наоборот, уменьшается при введении Ni, Сг и Мо. На уменьшение показателя а влияет также более медленное охлаждение, что достигается путем применения высушенных или подогретых форм. При определении σвр и σви величина показателя а для чугуна данной марки остается почти неизменной.
Несомненный интерес для конструктора представляет рис. 3, где даны значения предела прочности при растяжении, которые можно получить при литье в металлические формы и после термической обработки отливок из серого чугуна. Для каждой толщины стенок существует известная оптимальная величина (С + Si).

рис. 3. Влияние способа литья и термической обработки на предел прочности при растяжении чугуна:
1 - отливка, изготовленная в песчаной форме, после отжига; 2-отливка, изготовленная в металлической форме, после отжига; 3 - отливка, изготовленная в песчаной форме, после закалки и отпуска;
4 - отливка, изготовленная в металлической форме, после закалки и отпуска (образцы Д 20).
На графике этой величине соответствуют горизонтальные отрезки кривой σвр. При очень большом содержании (С + Si) наблюдается падение σвр, а при очень малом содержании чугун получается частично отбеленным. Для образцов диаметром 20 мм (на основании испытания которых построен график) оптимальное содержание (С + Si) составляет 4,5-5,5%. Опубликовано: 2014.09.01 Обновлено: 2014.09.18 |