Материал: Материаловедение и технология материалов . лабораторный практикум. Орлов А.С., Рубцова Е.Г

ностных и пластических свойств в основном используются для изготовления неответственных деталей: станины, детали станков, блоки цилиндров, санитар- но-технические изделия.

Высокопрочными называют чугуны, в которых графит имеет шаровид-

ную форму. Получение шаровидного графита в чугуне достигается при модифицировании расплава реагентами, содержащими магний, кальций, иттрий,

церий, неодим и др. Шаровидный графит – менее сильный концентратор напряжений, чем пластинчатый, поэтому он меньше снижает механические свойства металлической основы. Чугуны с шаровидным графитом обладают более высокой прочностью и некоторой пластичностью.

По структуре металлической основы высокопрочный чугун может быть ферритным, ферритно-перлитным или перлитным.

Марка высокопрочного чугуна состоит из букв ВЧ и числа, обозначаю-

щего уменьшенное в 10 раз значение его временного сопротивления (ГОСТ

7293-85 [16]), например: ВЧ 35, ВЧ 45.

Высокопрочные чугуны применяют для изготовления оборудования прокатных станов (прокатных валков), кузнечно-прессового оборудования, корпусов паровых турбин, коленчатых валов, поршней и других ответственных деталей, работающих при высоких циклических нагрузках и в условиях изнашивания.

Ковкими называют чугуны, в которых графит имеет хлопьевидную форму. Их получают специальным графитизирующим отжигом белых доэвтектических чугунов. Графитизирующий отжиг белого чугуна основан на метастабильности цементита и состоит обычно из двух стадий. Первая стадия (950 – 1050 С) подбирается по длительности такой, чтобы весь цементит распался на аустенит и хлопьевидный графит. На второй стадии при температуре эвтектоидного превращения формируется металлическая основа ковкого чугуна. По структуре металлической основы, которая определяется режимом отжига, ковкие чугуны бывают ферритными и перлитными. Ферритные чугуны имеют более высокую пластичность, а перлитные – более высокие прочность и твердость.

Хлопьевидный графит, в отличие от пластинчатого, меньше снижает механические свойства металлической основы, вследствие чего ковкие чугуны по сравнению с серыми обладают более высокой прочностью и пластичностью.

Маркируют ковкие чугуны буквами КЧ и числами, первое из которых ука-

зываетуменьшенноев10 раззначение в, авторое– значение (относительное удлинение) (ГОСТ 1215-79 [17]). Например, КЧ30-6, КЧ35-10, КЧ60-3.

Ковкий чугун используют для изготовления мелких и средних тонкостенных отливок ответственного назначения, работающих в условиях динамических знакопеременных нагрузок (деталей приводных механизмов, коробок передач, шасси в автотракторном машиностроении, коллекторов, фитингов, рычагов и др.).

21

Антифрикционные чугуны представляют группу специальных сплавов, способных работать в условиях трения, как подшипники скольжения. ГОСТ 1585-85 [18] включает шесть марок антифрикционного серого чугуна с пластинчатым графитом, две марки высокопрочного и две марки ковкого чугунов. Маркируют антифрикционные чугуны буквами и цифрами: АЧС-1 – антифрикционный серый чугун, АЧК-1 – антифрикционный ковкий чугун, АЧВ-1 антифрикционный высокопрочный чугун.

Легированные чугуны со специальными свойствами являются жаро-

стойкими, жаропрочными, износостойкими, коррозионно-стойкими и немагнитными. Эти чугуны выпускают с пластинчатым и шаровидным графитом. Маркируют легированные чугуны буквами «Ч» - чугун и буквами, обозначающими легирующие элементы, цифры после букв показывают содержание элементоввцелыхпроцентах, буква«Ш» вконцемаркиобозначаетшаровидныйграфит.

Специальные свойства в чугунах достигаются комплексным легированием следующими элементами: хромом и никелем (повышают прочность, коррозионную стойкость, износостойкость); алюминием и кремнием (повышают прочность, окалиностойкость); и некоторыми другими элементами. Высокой термо- и жаростойкостью обладают аустенитные чугуны: никелевый серый ЧН15Д7 и с шаровидным графитом ЧН15Д3Ш. Химический состав, механические свойства и рекомендуемые виды термической обработки приведены в ГОСТ 7769-82 [19]. Некоторые марки легированных чугунов с обозначениями по ГОСТ 7769-82 и общепринятыми обозначениями представлены в табл. 2.5.

Примечания: * - буква «Ж» в начале марки означает «жаростойкий чугун»; ** - буква «И» в начале марки означает «износостойкий чугун».

22

2.3.Порядок выполнения работы

1.Изучить классификацию и маркировку сталей и чугунов.

2.Рассмотреть под микроскопом и зарисовать микроструктуры углеродистых сталей с различным содержанием углерода и чугунов с графитом разной формы.

3.Определить твердость предложенных образцов сталей и чугунов.

4.Выполнить задание в соответствии с вариантом, выданным преподавателем, по расшифровке марок сталей и чугунов (табл. 2.6). Указать химический состав (процентное содержание углерода и легирующих элементов (для легированных сталей), структуру, качество, структурный класс, степень раскисления, назначение, области применения, свойства стали.

Таблица 2.6

23

2.5.Содержание отчета

1.Название, цель работы.

2.Сведения о классификации и маркировке сталей и чугунов

3.Рисунки микроструктур сталей и чугунов различных марок.

4.Сведения о выполнении задания по расшифровке марок сталей и чугунов.

2.6.Контрольные вопросы

1.Укажите основные принципы классификации сталей.

2.Как зависят свойства сталей от содержания углерода?

3.Чем определяется качество сталей?

4.Как в марке стали отражается степень раскисления?

5.Как маркируют углеродистые стали обыкновенного качества?

6.Укажите принципы маркировки инструментальных сталей.

7.Как маркируют легированные конструкционные стали?

8.Как маркируют быстрорежущие стали?

9.В чем отличие маркировки легированных конструкционных сталей и низколегированных инструментальных сталей?

10.В чем отличие маркировки шарикоподшипниковых сталей,

11.Как маркируют качественные конструкционные стали?

12.Какие формы графита существуют в чугунах?

13.Как влияет графит на механические свойства чугуна?

14.Для каких деталей рекомендуется серый чугун?

15.Какой чугун рекомендуется применять для изготовления подшипника скольжения, работающего в паре с упрочненным валом?

16.Как получают в чугуне шаровидный графит?

17.Почему чугуны с шаровидным графитом называют высокопрочными?

18.Как получают ковкие чугуны?

19.Где применяют ковкие чугуны?

20.Какие чугуны используют для литья деталей, работающих при высоких температурах или в коррозионной среде?

21.Какими методами достигается получение специальных свойств в чугунах?

Литература

[8], [9], [10], [11], [12], [13], [14], [15], [16], [17], [18], [19]

24

Лабораторная работа № 3

ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА УГЛЕРОДИСТЫХ СТАЛЕЙ

3.1. Цели работы

Изучить основные виды термической обработки сталей, произвести выбор режимов термической обработки стали - по заданию преподавателя - на основании диаграммы Fe - FeзC и С-образной диаграммы, изучить структуру стали после каждого вида термической обработки, изучить механические свойства при испытаниях на растяжение и ударный изгиб после различных видов термической обработки, установить взаимосвязь структуры термообработанной стали с механическими свойствами и склонностью к хрупкому разрушению, изучить влияние термической обработки на твердость сталей.

3.2. Оборудование, приборы и материалы

Работа выполняется на стандартном оборудовании с применением следующих гостированных приборов и оборудования:

1.Нагревательные электрические печи с температурой нагрева до 950-1000 оС.

2.Термопарыхромель-алюмелевыеихромель-копелевыетиповТХА, ТХК.

3.Потенциометры или другие приборы для контроля, регулирования и записи температуры с точностью + 10-15 оС.

4.Твердомеры типов ТК, ТШ, ТП (приборы Роквелла, Бринеля)

5.Баки закалочные лабораторные (водяной и масляный).

6.Клещи, крючки, поддоны нестандартные лабораторные.

7.Микроскопы металлографические типов МИМ-7 с коллекциями микрошлифов термообработанных сталей.

8.Штангенциркули.

9.Бумага наждачная разных номеров.

10.Станки шлифовальные и полировальные.

3.3. Теоретические сведения

Термическая обработка – это технологический процесс, связанный с тепловым воздействием на твердый металл с целью изменения его структуры и свойств.

Любой процесс термической обработки можно охарактеризовать графиком в координатах «температура - время» (t- ) и описать с помощью параметров, главные из которых – максимальная температура нагрева сплава t1, ско-

рость нагрева, время выдержки ( 1- 2) и скорость охлаждения (рис. 3.1). Угол наклона характеризует скорость нагрева или охлаждения.

25