Выбор марки чугуна для изготовления деталей машин.

Практическое задание № 1
Тема практической работы:
Выбор марки чугуна для изготовления деталей машин.
Цель работы:
Изучение чугунов как конструкционных материалов.
Выбор марки чугуна для изготовления деталей машин.
Расшифровка маркировки чугунов.
Марки чугуна:
СЧ 10, ВЧ35, КЧ 80-1,5
Марка чугуна СЧ 10
Чугуном называется сплав железа с углеродом, содержащий углерод от 2 до 6,67%. По ГОСТ 1412-85 марка серого чугуна обозначается буквами СЧ и числом, которое обозначает величину временного сопротивления чугуна при растяжении в кгс/мм2.
1. Механические свойства СЧ 10:

Таблица 1 - Механические свойства СЧ 10
Предел прочности при растяжении,
кгс/мм2 Твердость по Бринеллю, МПа
10 120 - 205
2. Физические свойства чугуна СЧ 10:

Таблица 2- Физические свойства чугуна СЧ 10
Плотность, ρ, кг/м3 Линейная усадка, δ,% Модуль упругости при растя- жении,
Е 10-2 МПа Удельная теплоемкость при темпера- туре, от 20 до 200ºС, Дж Коэффициент линейного расширения при темпера- туре, от 20 до
200ºС, Теплопроводность при 20 ºС, Вт
6,8‧103 1,0 900 460 8,0‧10-6 60

3. Химический состав чугуна СЧ 10:

Таблица 3 - Химический состав чугуна СЧ 10:
Массовая доля элементов, %
СЧ 35 Углерод Кремний Марганец Фосфор Сера
3.5 - 3.7 2.2 - 2.6 0.5 - 0.8 до 0.3 до 0.15


4. Технологические свойства серого чугуна:

1. Обладает способностью рассеивать вибрационные колебания при переменных нагрузках. Это свойство называют циклической вязкостью.
2. Имеет хорошие литейные свойства, а отдельные марки обладают достаточно высокой прочностью и износостойкостью.
3. Наиболее широко применяемый вид чугуна. Применяется в промышленности в качестве конструкционного материала для литых деталей (машиностроение, сантехника, строительные конструкции). Из него отливают колонны, котлы, радиаторы, ванны, трубы, а также самые разнообразные конструкционные детали для машиностроения.




Марка чугуна ВЧ35
ВЧ35 - высокопрочный чугун с шаровидным графитом магниевый чугун - чугун с повышенными показателями прочности. Получают главным образом модифицированием чугуна Mg, Ca, Се и другими элементами. Высокая прочность и повышенная пластичность обеспечиваются наличием в структуре чугуна шаровидной или вермикулярной формы графита. В зависимости от химического состава, вида модифицирования и режима термической обработки установлены восемь марок высокопрочного чугуна с шаровидным графитом: ВЧ 35, ВЧ 40, ВЧ 45, ВЧ 50, ВЧ 60, ВЧ 70, ВЧ 80, ВЧ 100. Условное обозначение марки включают буквы ВЧ и цифровое обозначение минимального значения временного сопротивления (МПа‧10-1) при растяжении. Относительное удлинение не менее 22% (ВЧ 35) и не менее 2% (марка ВЧ 100). Рекомендуемый химический состав высокопрочного чугуна с шаровидным графитом, %: С 2,7-3,8; Si 0,5-3,8 [зависит от марок чугуна и от толщины стенок отливки; Мn 0,2-0,7; Р до 0,1; S до 0,01-0,02; Cr до 0,05- 0,15; Cu до 0,3-0,6; Ni до 0,4-0,8 (зависит от марки высокопрочного чугуна). Чугуны ВЧ 35 и ВЧ 40 с вермикулярным графитом должны иметь относительное удлинение не менее 1%. Минимальное значение ударной вязкости для чугуна марки ВЧ 35 - 17 Дж/ см2 при 20° С и 11 Дж/ см2 при -40° С. ГОСТ 7293-85.





1. Механические свойства ВЧ35:

Таблица 4 - Механические свойства ВЧ35
Предел прочности при растяжении,
кгс/мм2 Твердость по Бринеллю, МПа
35 140 - 170
2. Физические свойства чугуна ВЧ35:

Таблица 5 - Физические свойства чугуна ВЧ35
Плотность, ρ, кг/м3 Линейная усадка, δ,% Модуль упругости при растя- жении,
Е 10-2 МПа Удельная теплоемкость при темпера- туре, от 20 до 200ºС, Дж Коэффициент линейного расширения при темпера- туре, от 20 до
200ºС, Теплопроводность при 20 ºС, Вт
(7,1-7,2)‧103 1,0 900 460 8,0‧10-6 60

3. Химический состав чугуна ВЧ35:

Таблица 6 - Химический состав чугуна ВЧ35:
Массовая доля элементов, %
СЧ 35 Углерод Кремний Марганец Фосфор Хром
2.7 - 3.8 0.8 - 2.9 0.2 - 0.6 до 0.1 до 0.05


4. Технологические свойства высокопрочного чугуна:

1. Обладает способностью рассеивать вибрационные колебания при переменных нагрузках. Это свойство называют циклической вязкостью.
2. Имеет хорошие литейные свойства, а отдельные марки обладают достаточно высокой прочностью и износостойкостью.
3. Применяется для изготовления изделий с высокой прочностью и удовлетворительной пластичностью (например ступицы колес).

Применение высокопрочного чугуна
Из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом изготавливают отливки развесом от десятых долей
килограмма до нескольких десятков тонн. Свойства ВЧШГ очень разнообразны, поэтому высокопрочный
чугун применяется:
взамен серого чугуна — для удлинения срока службы отливок (изложниц, прокатных валков, поршней,
поршневых колец и др.);
взамен стали — с целью упрощения и удешевления производства, уменьшения количества металла и
рационализации конструкции отливок (коленчатых валов, траверс, шестерен и др.);
взамен цветных сплавов — целью сокращения расхода дефицитных металлов и уменьшения стоимости
машин.
Наряду с конструкционными высокопрочными чугунами применяются высокопрочные чугуны со
специальными свойствами: жаростойкий и ростоустойчивый (например, см. Нирезист), стойкий в различных
агрессивных средах, антифрикционный высокопрочный чугун с низким коэффициентом трения и т.д.
Самая известная на сегодняшний день область применения высокопрочного чугуна — это производство
труб из ВЧШГ.

Марка чугуна КЧ 80-1,5
Ковкий чугун для получения требуемых механических качеств и соответствующей структуры производят из белого путем термической обработки – отжига или томления в песке при 800-850°С. При этом цементит распадается, и часть углерода выделяется в свободном состоянии, т.е. в виде графита. Отсюда его особая вязкость и пластичность. Процесс распада цементита и образования графита ускоряется при использовании присадок в виде алюминия и бора. Таким образом, чугун ковкий – металл модифицированный. Его модификация продолжается в процессе последующего (перлитного или ферритного) охлаждения с добавлением марганца, хрома и других присадок. Перлитная структура ведет свое название от перламутра (при оптическом увеличении виден блеск) и представляет собой смесь пластин феррита и цементита. Ковкий чугун с такой структурой отличается высокой твердостью (235…305 НВ) и прочностью (Ств=650…800 МПа), но незначительными пластичными свойствами.

При ферритном длительном (25-30 час.) охлаждении получается чугун с более значимыми пластичными качествами, но относительно невысокой прочностью (Ств = 370…300 МПа).
По рекомендации ГОСТ 1215-79 маркировка ковкого чугуна содержит первые буквы его названия – КЧ. Следующие за ними две цифры отражают временное сопротивление, иными словами, сопротивление разрушению и деформации – КЧ30. Третья относится к относительному удлинению – величине пластической деформации материала при растяжении, и обозначается в процентах – КЧ30-6.
Кроме того, марки ковкого чугуна имеют градацию в зависимости от структуры. Так, к классу ферритных или ферритно-перлитных относятся марки КЧ 30-6; КЧ 33-8; КЧ 35-10; КЧ 37-12. Перлитная структура представлена в ковких чугунах марок: КЧ 45-7; КЧ 50-5; КЧ 55-4; КЧ 60-3; КЧ 65-3; КЧ 70-2; КЧ 80-1,5.