Доэвтектоидная сталь

  Дальнейшее  улучшение свойств перлитного ковкого  чугуна достигается его легированием и модифицированием, присадками титана, алюминия, бора, висмута или сурьмы в различных сочетаниях.

  Присутствие феррита в структуре перлитного ковкого чугуна ухудшает его свойства, так как влечет за собой резкое снижение прочности (σ_в) при незначительном увеличении пластичности (δ). Когда основная металлическая масса чугуна становится перлитной, незначительное снижение пластичности при стабилизации, сфероидизации и пр. приводит к значительному увеличению прочности.

  Особое  место занимает термически улучшенный ковкий чугун, закаленный и отпущенный, отличающийся высокой однородностью свойств как в отдельных сечениях, так и во всей партии.

  Сопротивление динамическим нагрузкам. Динамические свойства качественного ферритного ковкого чугуна характеризуются  следующими данными. Ударная вязкость при сечении образца 10Х10 мм с клиновым вырезом глубиной 2 мм а_н = 2кГ*м/см², при вырезе глубиной 5 мм с радиусом закругления 0,5 мм а_н = 0,8кГ*м/см². Динамическая вязкость (предел выносливости) σ_-1 = 17 кГ/мм². Отношение предела выносливости к пределу прочности при растяжении

σ_-1 / σ_вр = 0,5

  Ударная вязкость резко снижается при  появлении белого интеркристаллитного  излома, которого можно избежать весьма ускоренным или очень замедленным  охлаждением после отжига в интервале  температур 650-450^оС

  Предел  выносливости ферритного ковкого чугуна в 1,2-2 раза меньше, чем стали, и в 4-6 раз больше чем серого чугуна; он зависит от асимметричности нагрузок и повышается при отрицательных  величинах средних напряжений. Поэтому  отливки, работающие при повторно-переменных растягивающее - сжимающих усилиях, следует подвергнуть предварительному сжатию без растягивающих напряжений при периодических нагружениях.

  Предел  выносливости ферритного ковкого чугуна равен 12-16 кГ/мм² и специальных малоуглеродистых легированных перлитных ковких чугунов 30-35 кГ/мм².

  Состояние поверхности ковкого чугуна оказывает  влияние на величину предела выносливости, чем у стали. Удаление поверхностного слоя ферритного чугуна повышает динамическую вязкость на 15-25% (таблица 5)

  Таблица 5. Относительное влияние механической обработки на свойства ковкого чугуна

  Коэффициенты  усталостной прочности для железоуглеродистых сплавов при различных видах  нагрузок даны в таблице 6.

  Таблица 6. Коэффициенты усталостной прочности

  Примечание. Ковкий чугун превосходит  сталь при кручении, а серый чугун  при растяжении - сжатии.

  Технологические свойства. Обрабатываемость ковкого  чугуна зависит от структуры основной металлической массы и от включений графита. Наличие промежуточного перлитного слоя под наружной ферритной оболочкой определяет толщину первой стружки в 1,5-2,0 мм.

  Обрабатываемость  ферритного ковкого чугуна весьма высока; включения графита оказывают смазывающее действие и дробят стружку.

  Обрабатываемость  перлитного ковкого чугуна уступает обрабатываемости ферритного и определяется степенью однородности и дисперсности структуры основной металлической  массы. Так, обрабатываемость чугуна со сфероидизированной структурой перлита и даже цементита вполне удовлетворительна, несмотря на повышенную твердость.

  Износостойкость и антифрикционные свойства ковкого  чугуна определяются структурой, условиями  трения и величиной зазоров.

  Наиболее  благоприятной структурой обладает перлитный ковкий чугун, при отсутствии в нем изолированных включении графита, окруженных ферритной отсрочкой.

  Коэффициент трения перлитного ковкого чугуна равен  при жидкостном трении 0,05-0,10 и при  сухом 0,30-0,45.

  Втулки  из этого чугуна работают на металлорежущем оборудовании при pv=50, на металлодавящем оборудовании при pv = 120, на тракторах при рv= 160 кГ/см²*сек.

  Зазоры  между валом и втулками по сравнению  с бронзовыми увеличиваются на 10-15%.

  Ферритный ковкий чугун применяется при малых давлениях (рv ≤ 20 кГ/см²*сек), особенно при малых скоростях и работе со смазкой.

  Обработанные  поверхности ферритного чугуна корродируют  быстрее, чем перлитного чугуна и  стали. Стойкость поверхности ковкого  чугуна повышается применением диффузионных покрытий: фосфатированием, бесщелочным оксидированием, пассивированием и пр.

  При контактной коррозии ковкий чугун обнаруживает пониженный, положительный электродный  потенциал.

  Ковкий  чугун, особенно ферритный, хорошо поддается  запрессовке, расчеканке и легко заполняет зазоры.

  Прочность запрессовки втулок из ковкого чугуна при одном и том же натяге выше по сравнению с латунным на 50%.

  Упругие свойства ковкого чугуна определяются из основных данных таблиц - модулями нормальной упругости Е и сдвига G и коэффициентом Пуассона u. Величины же пластических деформаций и условного модуля упругости находятся по соответствующим графам таблицы. При этом учитывается, что при многократных повторных нагрузках пластические деформации уменьшаются и остаются почти одни упругие деформации.

  Поправочный коэффициент для усталостных  характеристик учитывает только характер поверхности. По влиянию массы, формы сечения и температуры  проверенные данные отсутствуют.

  Физические  свойства определяются из таблицы с  поправками на температуру К_t. Например, коэффициент линейного расширения в интервале до 500^оС определяется выражением

а₀⁵⁰⁰ = а₀¹⁰⁰ [1 + К_t (T - 100 = 10.8 * 10^-в [1 + 0,00072 (500-100) ] = 14 * 10^-в

  Данные  таблицы являются минимальными для  ковкого чугуна соответствующей  марки, гарантийными, и могут быть использованы для расчета деталей.

  Общий объем применения ковкого чугуна в машиностроении относительно невелик  и составляет около 3% от применяемых  отливок из железоуглеродистых сплавов. Главной причиной этого являются технологические затруднения в процессе производства отливок, необходимость применения длительной термической обработки и ограниченная величина допускаемых размеров сечений отливок, сложность операций поверхностного упрочнения и операций сварки.

 Таблица 8. Примеры применения ковкого чугуна в различных отраслях промышленности

 
 
 

3. Нормализация  стали.

 

 Нормализацией называют такой вид термической  обработки, когда сталь нагревают  на 30 -50° выше верхних критических  температур Асз или Аст и после  выдержки при этих температурах охлаждают на спокойном воздухе.

Таким образом, от отжига нормализация отличается более быстрым охлаждением изделия (примерно в 2 раза). Нормализация является более дешевой операцией, чем  отжиг, так как печи используются только для нагрева и выдержки изделия при температуре нагрева, а охлаждение производится вне печи. Кроме того, нормализация ускоряет процесс термической обработки.

     Таким образом, отжиг выгодно заменять нормализацией. Однако это не всегда возможно, так как у некоторых  сталей твердость после нормализации возрастает более значительно, чем при отжиге. Малоуглеродистые стали рекомендуется подвергать нормализации, так как у них практически отсутствует разница в свойствах после отжига и нормализации. Стали, содержащие свыше 0,4% углерода, после нормализации получают повышенную твердость.

     Такие стали лучше отжигать. На практике и такие стали часто подвергают нормализации вместо отжига, а затем  высокому отпуску при температурах 650 - 700° для уменьшения твердости. Нормализацию применяют для получения мелкозернистой структуры в отливках и поковках, для устранения внутренних напряжений и наклепа, для подготовки структуры стали к закалке. Для некоторых изделий нормализация является не предварительной, а окончательной операцией термической обработки.

     В этом случае после нормализации изделия  подвергают высокому отпуску для  снятия внутренних напряжений, образовавшихся при охлаждении изделия на воздухе. Закалка углеродистой стали. Сущность и назначение закалки. Закалка - самый распространенный вид термической обработки. Закаливаются валы, шестерни, пружины, штампы, зубила, резцы, фрезы и другие изделия и инструменты.

     Столь широкое распространение этого  вида термической обработки объясняется  тем, что при помощи закалки и последующего отпуска можно изменить свойства стали в очень широком диапазоне. Закалка стали основана именно на этих превращениях. Операция закалки состоит в том, что стальные изделия нагревают немного выше критических температур Aci, Асз а иногда и Аст и затем быстро охлаждают.

     В качестве охлаждающей среды применяют  воду, масло и растворы солей. Целью  закалки чаще всего является повышение  твердости и прочности стальных изделий. При закалке имеют место  понижение пластичности и вязкости стали, однако эти качества можно восстановить при последующем отпуске. Как известно из предыдущего, при увеличении скорости охлаждения аустенита можно получить структуры сорбита, троостита или мартенсита.