Ковкий чугун
Ковкий чугун — другими словами это название мягкого вязкого сплава, который производится путем отливки из белого чугуна. Процесс производства включает в себя также отжиг в специальных печах с продолжительностью времени 20 — 100 часов при температуре 950 – 970 градусов Цельсия, затем следует термическая обработка. В технологии производства данного сплава применяется долгий отжиг, при котором цементит распадается и образуется графит
Ковкий чугун имеет сталистую основу, имеет в себе углерод в виде графита. В силу того, что графит имеет форму хлопьев, такой чугун немного вязкий и пластичный. Произвести ковкий чугун не так быстро и довольно дорого. Поэтому в промышленности его применение ограничено.
Марки ковкого чугуна
Марки ковкого чугуна классифицируются следующим образом: КЧ30-6, КЧ33-8, КЧ35-10. Принцип данной маркировки чугунных сплавов построен следующим образом: буквы «КЧ» означают ковкий чугун
Для удобства пользователей некоторые данные об отдельных марках сплава собраны в следующую таблицу.
Ковкий чугун применение
Ковкий чугун применение нашел в разных отраслях промышленности, хотя и не производится в таких объемах как легированный или литейный. Главным образом сплав используют для получения тонкостенного литья. Применяют в разных отраслях машиностроения. Это очень практично, потому что механические свойства литья ковкого чугуна достаточно высокие. К примеру, постоянными потребителями этого сплава являются такие отрасли, как автомобилестроение, тракторостроение, сельхозмашиностроение, электропромышленность, станкостроение, тяжелое машиностроение. Ковкий чугун применение в этих отраслях нашел благодаря хорошим механическим свойствам, высокой способностью выдерживать ударные нагрузки, хорошим показателям износостойкости и возможностью его производства в достаточном количестве, хотя и имеет относительно высокую себестоимость.
Применение ковких чугунов — Энциклопедия по машиностроению XXL
Область применения Ковкий чугун применяется в основном для небольших отливок, работающих в условиях динамических нагрузок, а также требующих незначительной рихтовки. Главной причиной его ограниченного применения являются технологические затруднения в процессе изготовления отливок, необходимость длительной термической обработки, ограниченные допускаемые размеры сечений (не более 30—40 мм) и др.Несмотря на большое разнообразие номенклатуры изделий и различные области применения, ковкий чугун используют главным образом при получении тонкостенного литья (толщина стенок 3—40 мм). Это связано прежде всего со стремлением обеспечить безусловное получение отбела и однородность свойств во всех сечениях отливки как при первичной кристаллизации белого чугуна, так и в процессе термической обработки. Требование равномерности толщины стенок отливок из ковкого чугуна является обязательным условием обеспечения высокого качества и экономичности производства изделий. [c.112]
Области применения. Ковкий чугун как конструкционный материал широко применяют в различных отраслях машиностроения благодаря высоким физико-механическим свойствам отливок, несложной и стабильной технологии их производства и более низкой стоимости по сравнению с отливками из стали, поковками и штамповками. Основным потребителем отливок из ковкого чугуна является автомобиле-и тракторостроение, сельхозмашиностроение и другие отрасли промышленности (табл. 27). [c.133]
Применение ковкого чугуна в различных отраслях промышленности [c.134]
В отечественной промышленности ковкий чугун имеет наибольшее применение в автомобилестроении и сельскохозяйственном машиностроении. Более ограничено его применение в станкостроении и строительстве дорожных машин. Применение ковкого чугуна в остальных отраслях машиностроения ничтожно.
КЧ 30-6 Области применения ковкого чугуна Санитарно-техническое и строительное оборудование арматура и фитинги, работающие при невысоких температуре и давлении [c.339]
В этом случае наиболее экономичным является применение ковкого чугуна. Пользуясь хорошими литейными свойствами чугуна, тонкие, сложной формы детали сначала отливают из белого чугуна, а потом путем отжига его превращают в ковкий. [c.166]
В табл. 39 приведены примеры применения ковкого чугуна. [c.218]
Применение ковких чугунов
Область применения ковкого чугуна [c.144]
Свойства и применение ковких чугунов [c.163]
Г и р ш о в и ч Н. Г., Справочник по свойствам и применению ковкого чугуна, Оборонгиз, 1945. [c.245]
| Таблица 40 Примерное применение ковкого чугуна |
Одна из конструкций крючковых цепей представлена на рис. 3.93. Эти цепи отливают из ковкого чугуна. Они допускают малые скорости. Основная область их применения — сельскохозяйственное машиностроение. [c.406]
Ковкие чугуны. Получение, структура, химический состав, область применения, маркировка. [c.157]
Высокопрочный чугун используют для отливок конструкционного назначения вместо стали и ковкого чугуна. Прочность его при нагреве до 450—500° С снижается медленнее, чем углеродистой стали. Он удовлетворительно обрабатывается резанием легко сваривается с помощью газовой сварки с применением стержней из чугуна, содержащего магний, причем прочность шва не отличается от прочности основного металла. Высокопрочный чугун хорошо воспринимает термическую обработку, которая может в значительных пределах изменять структуру и свойства отливок.
Применение СОЖ. Отверстия в деталях из стали, алюминиевых сплавов и ковкого чугуна зенкеруют с охлаждением, а в деталях из серого чугуна — как с охлаждением, так и без него. При обработке деталей из серого чугуна без охлаждения зенкерами,
Крупным производителем и потребителем отливок из черных металлов и цветных сплавов является автомобильная промышленность. Доля литейных работ в общей трудоемкости изготовления автомобиля составляет в среднем 13%. Основным литейным сплавом (почти 90% общего объема производства отливок) является серый и ковкий чугун. Широкому применению чугуна как конструкционного материала для изготовления автомобильных деталей способствует его высокая износостойкость, достаточная прочность, хорошая обрабатываемость, возможность изготовления отливок практически любой сложности с весьма тонкими стенками. [c.190]
На основании этих разработок кафедрой совместно с работниками заводов успешно решен вопрос о применении высокопрочного чугуна с шаровидным графитом на Киевском мотоциклетном заводе для отливки коленчатых валов и маховиков двигателя мотоцикла вместо стальных кованых на Киевском редукторном заводе для отливки шестерен редуктора, вместо составных — ступицы чугунной и обода стального кованого на Киевском машзаводе им. Калинина для отливки деталей гидросистем полноповоротных экскаваторов на Коростень-ском заводе дорожных машин для отливки деталей дорожных машин вместо отливок из ковкого чугуна и стальных поковок и т. д. Это позволило значительно облегчить вес машин и повысить их надежность и долговечность.
Область применения [10, 22, 32] высокопрочный чугун применяется как новый материал и как заменитель стали, ковкого чугуна и серого чугуна с пластинчатым графитом. По сравнению со сталью обладает большей износостойкостью, лучшими антифрикционными и антикоррозионными свойствами, лучшей обрабатываемостью. Вследствие меньшего удельного веса отливки легче стальных на 8—10%. Из высокопрочного чугуна, в отличие от ковкого, можно отливать детали любого сечения, веса и размеров.
Механические свойства и область применения отливок из ковкого чугуна (по ГОСТ 1215—59) [c.481]
Модифицированные чу17ны ограничили применение ковкого чугуна. Последний используется в производстве мелких тонкостенных отливок, когда практически невозможно предотвратить отбел.
Общий объём применения ковкого чугуна в машиностроен 1Н относительно невелик и составляет около 3 /о от применяемых отливок из железоуглеродистых илaвoiЗ. Главной причиной этого [c.215]
Общий объем применения ковкого чугуна в машиностроении относительно невелик и составляет около 3% от при-ченяемых отливок из железоуглеродистых сплавов. Главной причиной этого являются технологические затруднения л процессе производства отливок, необходимость применения длительной термической обработки и ограниченная величина допускаемых размеров сечений )тливок, сложность операций поверхностного упрочнения и операций сварки. [c.240]
Такое разнообразие свойств и высокие значения их показателей обусловливагет широкую область применения ковкого чугуна (табл, 2) в столь же разнообразньк условиях нагружения, эксплуатации и видах напряженного состояния изгиба, кручения, растяжения, среза при знакопеременных и особенно ударных нагрузка , в различных условиях износа, повышенных давлений, температур, коррозионной среды. [c.296]
Вследствие обезуглероживания излом получается светлым, и чу1-ун называется светлосердечным. Из-за большого количества пер. шта в ссрдцепине этот чугун также часто называют перлитным ковким чугуном. Следует отметить, ЧТО (Наибольшее применение имеет ферритный ковкий чугун. [c.220]
Сравнивая затраты на изготовление детали путем литья под давлением и штамповкой (состоящей из одного или нескольких элементов), можно утверждать, что штампованная деталь дешевле тогда, когда она изготовлена как одно целое и не требует дорогостоящей обработки и сборки в противном случае литая деталь будет дешевле. Анализируя конструкщш отливок, полученных под давлением, следует также принимать во внимание возможность армирования отливок путем заливки вкладышей из других металлов. Такое сравнение вполне возможно также и с литьем по выплавляемым моделям, литьем в оболочковые и в разовые песчаные формы при машинной ф-ормовке. При этом отпало бы, например, ограничение выбора материалов отливок. Если требования, касающиеся точности изделия, не очень, высоки, то штампованные детали часто могут быть заменены литыми из ковкого чугуна или чугуна с шаровидным графитом, изготовленными с применением машинной формовки. Такие отливки применяются в автомобилях, тягачах, вагонах, в качестве предметов широкого потребления и т. п. [c.366]
При условном проходе до 80 мм, температуре среды до 400 С и давлении до 40 кПслА разрешается применение арматуры из ковкого чугуна марки КЧ 30-6 по ГОСТ 1215-41. При условном проходе свыше 80 до 100 мм арматура из чугуна указанной марки может устанавливаться на трубопроводах с температурой не свыше 300° С и давлением до 25 кПсм» . Вся чугунная арматура должна подвергаться гидравлическому испытанию согласно ГОСТ 356-52. [c.41]
Для соединения стальных труб с резьбой применяются фасонные части из ковкого чугуна при температуре среды до 175°С. Применение этих фасонных частей допускается при условных давлениях до 10 кПсм для труб диаметром 2—4″ и при условных давлениях 10—16 кПсм» для труб диаметром до IV2″. [c.41]
В ряде машин, например сельскохозяйственных, строительных, дорожных, широкое применение находят фасоннозвенные цепи (рис. 424, г). Их изготовляют из ковкого чугуна и собирают путем последовательного сочленения звеньев, без применения каких-либо крепящих устройств. [c.466]
Соединительные части трубопроводов из ковкого чугуна 2 — 816 Соединительные элементы 2 — 874 Сократитель Джонса 6 — 76 Солевые растворы — Применение в качестве теплоносителя 12 — 624 Солевые сплавы для термической обработки — Характеристика 7 — 628 Соли безводные — Образование — Тепловой эффект 6 — 166 —для термической обработки — Характеристика 7—628 Солидол 2 — 774 9 — 234 Солидус 3 — 193 Солнечное колесо 2 — 26 Солома — Хранение 14 — 444 Соломо-половокопнители комбайнов Сталинец-6 12 — 82 Соломо-силосорезки—Мощность 12—196 Производительность 12 — 197 [c.268]
Существует специальный способ термической обработки (флектопроцесс), который возвращает ковкому чугуну, характеризующемуся белым изломом, его естественные механические свойства. Процесс этот состоит в нагреве до 650° С с последующим быстрым охлаждением в воде. Применением флекто-процесса к отливкам из обычного ковкого чугуна можно значительно (на 30—50%) повысить их ударную вязкость. [c.76]
Износоупорность и антифрикционные свойства невысокие. Как антифрикционный металл ферритный ковкий чугун может допускаться только при малых давлениях и скоростях (ри = 20 кгм1см сек с применением обильной смазки). [c.76]
Применением различных температурных режимов отжига и последующей термообработки ковкому чугуну миханит придают различную степень прочности и твёрдости. [c.84]
В вагранках приходится учитывать влияние на металл не только газовой фазы, как в пламенных печах, но и твёрдого топлива. Благодаря применению принципа противотока вагранки являются наиболее экономичными из плавильных печей. Они дают возможность получать максимально горячий чугун, точно соответствующий заданному химическому составу, при м инимальном расходе топлива. Вагранки применяются для плавки как обычных серых чугунов, так и высококачественных перлитовых (малоуглеродистых) и ковких чугунов. [c.176]
Ковкие чугуны. Структура, свойства, область применения — Студопедия
Получают отжигом белого доэвтектического чугуна.
Хорошие свойства у отливок обеспечиваются, если в процессе кристаллизации и охлаждения отливок в форме не происходит процесс графитизации. Чтобы предотвратить графитизацию, чугуны должны иметь пониженное содержание углерода и кремния.
Ковкие чугуны содержат: углерода – 2,4…3,0 %, кремния – 0,8…1,4 %, марганца – 0,3…1,0 %, фосфора – до 0,2 %, серы – до 0,1 %.
Отливки выдерживаются в печи при температуре 950…1000 0С в течении 15…20 часов. Происходит разложение цементита:.
Структура после выдержки состоит из аустенита и графита (углерод отжига).При медленном охлаждении в интервале 760…720oС, происходит разложение цементита, входящего в состав перлита, и структура после отжига состоит из феррита и углерода отжига (получается ферритный ковкий чугун).
При относительно быстром охлаждении (режим б) вторая стадия полностью устраняется, и получается перлитный ковкий чугун.
Структура чугуна, отожженного по режиму в, состоит из перлита, феррита и графита отжига (получается феррито-перлитный ковкий чугун)
Отжиг является длительной 70…80 часов и дорогостоящей операцией. В последнее время, в результате усовершенствований, длительность сократилась до 40 часов.
Различают 7 марок ковкого чугуна: три с ферритной (КЧ 30 – 6) и четыре с перлитной (КЧ 65 – 3) основой (ГОСТ 1215).
По механическим и технологическим свойствам ковкий чугун занимает промежуточное положение между серым чугуном и сталью. Недостатком ковкого чугуна по сравнению с высокопрочным является ограничение толщины стенок для отливки и необходимость отжига.
Отливки из ковкого чугуна применяют для деталей, работающих при ударных и вибрационных нагрузках.
Из ферритных чугунов изготавливают картеры редукторов, ступицы, крюки, скобы, хомутики, муфты, фланцы.
Из перлитных чугунов, характеризующихся высокой прочностью, достаточной пластичностью, изготавливают вилки карданных валов, звенья и ролики цепей конвейера, тормозные колодки.
Обозначаются индексом КЧ (высокопрочный чугун) и двумя числми, первое из которых показывает значение предела прочности, умноженное на 10-1, а второе – относительное удлинение — КЧ 30 — 6.
Чугун — Википедия
Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Чугу́н — сплав железа с углеродом (и другими элементами), в котором содержание углерода не менее 2,14 % (точка предельной растворимости углерода в аустените на диаграмме состояний), а сплавы с содержанием углерода менее 2,14 % называются сталью. Углерод придаёт сплавам железа твёрдость, снижая пластичность и вязкость. Углерод в чугуне может содержаться в виде цементита и графита. В зависимости от формы графита и количества цементита, выделяют белый, серый, ковкий и высокопрочный чугуны. Чугуны содержат постоянные примеси (Si, Mn, S, P), а в некоторых случаях также легирующие элементы (Cr, Ni, V, Al и другие). Как правило, чугун хрупок.
Выплавляется чугун, как правило, в доменных печах. Температура плавления чугуна — от 1150 до 1200 °C (от 2100 до 2190 °F), то есть примерно на 300 °C (572 °F) ниже, чем у чистого железа.
Этимология
В русском языке слово чугун имеет тюркское происхождение, в тюркских же языках термин, вероятно, от кит. трад. 鑄, пиньинь: zhù, палл.: чжу, буквально: «лить; отливать (металл)» и кит. трад. 工, пиньинь: gōng, палл.: гун, буквально: «дело»[1]. Это связано с тем, что чугун представлял собой железный сплав низкой плавки. В финском языке чугун обозначается словом Valurauta, которое имеет два корня и переводится как литое железо (rauta).
История
Технологию литья чугуна освоили в Китае, откуда этот термин (через татаро-монгольское посредничество) попал в Россию[1]. В X веке в Китае появляются чугунные монеты, однако в широком применении вплоть до XIX века оставались бронзовые монеты[2]. В XI веке был возведен чугунный шпиль пагоды Линсяо. XIV веком датируют находки чугунных котлов Золотой Орды (Тульская область)[3], однако на территории Монголии (Каракорум) монголы умели изготовлять чугунные котлы ещё в XIII веке[4].
В 1339 году (в годы Столетней войны) при обороне французского города Камбре уже использовались чугунные пушки наряду с бронзовыми. В 1403 году в Китае (Пекин) был отлит чугунный колокол[5]. C 1411 года англичане начинают вооружать чугунными пушками свои корабли[6]. В том же XV веке во Фландрии начинают лить чугунные ядра, которые вытесняют каменные[7]. В XVI веке в России (при Иване Грозном) из чугуна начали изготавливаться пушки[8]. Ввиду отсутствия у чугуна такого свойства как ковкость, его широкое производство стало возможным благодаря внедрению технологии доменной печи. Чугунные пушки появились у маньчжуров лишь в 1631 году[9], а в Китае они были известны со времени династии Мин[10], которая потеряла власть в 1644 г.
В 1701 году Каменский чугунолитейный завод на Урале (Россия) производит первую партию чугуна (262 кг). На Урале чугунное литье превратилось в народный промысел (Каслинское литьё). В XVIII веке в Англии появился первый чугунный мост (в России чугунный мост появился лишь в начале XIX века). Это стало возможным благодаря технологии Вилкинсона. В том же веке из чугуна начали изготавливать рельсы[11] (Чугунный колесопровод). Помимо промышленного использования чугун продолжал использоваться и в быту. В XVIII веке появились чугунки, которые широко стали использоваться в русской печи[12].
В 1806 году Великобритания выплавляла 250 тыс. тонн чугуна, занимая 1-е место в мире по его производству, а к середине XIX века в Великобритании была сосредоточена половина мирового чугунного производства. Однако в 1890 году 1-е место по производству чугуна заняли США[13]. Технология бессмеровского процесса (1856) и мартеновской печи (1864) впервые позволила получать сталь из чугуна. В XIX веке чугун широко используется для изготовления викторианских каминов[14], а также декоративных элементов (например, чугунная решетка памятника Александра II, 1890). Также в XIX веке из чугуна изготавливались водопроводные и канализационные 12-дюймовые трубы Лондона[15]. Однако с появлением нарезного оружия (Пушка Армстронга, 1854) сталь вновь начинает вытеснять чугун.
Объёмы производства
1. Отливки из ковкого чугуна (ASTM A536-84) Ковкий чугун очень хороший материал для металлическое литье , данный вид чугун имеет шаровидный графит и практически не имеет других форм графит. Марка чугуна представлена как «предел прочности при растяжении. — предел текучести — относительное удлинение », Например: Оценка: 80-55-06.Это означает, что предел прочности на разрыв составляет 80 000 фунтов / дюйм 2 (552 МПа), предел текучести составляет 55000 фунтов / дюйм 2 (379 МПа), а относительное удлинение составляет 6,0% (2 дюйма или 50 мм). Ковкий чугун отливки следует подвергать соответствующей термообработке, например, отжигу, нормализованные, закаленные и отпущенные. Есть определенные положения в контракта или заказа на поставку, отливки должны соответствовать требования как твердость, химический состав и микроструктура и так далее. 2. Отливки из аустенитного высокопрочного чугуна (ASTM A439-89) В основном они используются как термостойкость, коррозионная стойкость и износостойкость отливки. Отливки должны сниматься с напряжений, стабилизироваться, нагреваться. обработанные или отожженные. Требования к твердости отливки следующие: следует:
3.Отливки из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом (ASTM A897M-90) Oни используются для отливок из высокопрочного чугуна, которые требуют термического отпуска лечение. Аустемперирование может сузить механические свойства между разные части одного и того же участка или отливки, отлитые из одного и того же печь чугунная. В применение закаливающей термообработки может увеличить диапазон производительности, доступный для деталей из ковкого чугуна. В требования к механическим свойствам отливок различных марок: следующим образом:
4.В
ферритовые отливки из высокопрочного чугуна, используемые для высокого давления
(ASTM A395 M-88) Твердость отливок и образца должна быть в пределах следующий диапазон: твердость по Бринеллю, сила 3000 кг / шар 10 мм, HB143-187. В Требования к твердости отливки следующие:
Дом | Еще статьи | |||||||||
Ковкий чугун после закалки и отливки ADI
Что такое закаленный высокопрочный чугун (ADI)?
Отливки из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом или, как правило, отливки ADI, представляют собой отливки из ковкого чугуна, подвергнутые специальной термообработке.В результате процесса закалки с превосходной литейной способностью высокопрочного чугуна получается материал, который можно использовать для отливки сложных форм с более стабильным качеством и часто с меньшими затратами. Термическая обработка требует прерывистой закалки, обычно в соляной ванне, для охлаждения литой детали с запланированной скоростью и достаточно продолжительной для достижения желаемого результата после закалки. Полученный в результате материал имеет сочетание исключительной прочности и ударной вязкости, которое соответствует характеристикам легированных сталей, а часто и превышает их.
Какие преимущества отливок из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом?
- Стоимость до 40% меньше, чем у поковок из закаленной стали.
- Более низкий уровень шума при работе.
- На 10% меньше веса стали.
- Износ лучше, чем закаленная сталь.
- Отличная устойчивость к распространению трещин.
- Хорошая ударная вязкость до -120ºF.
- Деформационное упрочнение.
Для чего можно использовать отливки из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом (ADI)? — Данные приложения
Ковкий чугун с закалкой (ADI) часто используется там, где требуется высокая прочность, а также отличная износостойкость и усталостная прочность.Такие приложения, как шестерни ADI, использовались с большим успехом. Этот прочный упрочняемый материал оказался отличной заменой закаленной стали. Использование закаленного высокопрочного чугуна может привести к уменьшению веса, уменьшению количества компонентов и более тихой работе. Благодаря более низкому модулю упругости ADI может быть достигнут лучший контакт лицом к лицу, что снижает напряжение Герца или контактное напряжение на поверхности зубов. Также закаленный высокопрочный чугун будет закаливаться, что увеличивает контактную усталостную прочность.В результате ширина и диаметр зубчатых колес могут быть уменьшены, что улучшит осевой ход зубчатого колеса и уменьшит вес, а также обеспечит лучшую защиту в условиях перегрузки. Превосходные трибологические свойства ADI привели к исключению бронзовых втулок подшипников и позволят зубчатым колесам временно работать без смазки. Из-за типа матричной структуры более мягкие сорта ADI могут подвергаться дробеструйной очистке для удвоения усталостной прочности корня.
Другим распространенным применением отливок из закаленного высокопрочного чугуна являются коленчатые валы и оси.Большинство герметичных холодильных агрегатов изготавливаются с остаточными коленчатыми валами. Применения для осей выигрывают от отсутствия чувствительности к надрезам, хорошей усталостной прочности и приемлемой обрабатываемости.
Железнодорожная промышленность находит огромное применение как в замедлителях схватывания, так и в подвижном составе. Ковкий чугун с закалкой очень популярен для тормозных колодок-замедлителей, где его превосходная бесшумность и износостойкость хорошо воспринимаются в городских полужилых районах. Тормозные балки ADI также доказали свою долговечность по сравнению со стальными балками и выдерживают холодную погоду при меньших затратах более чем на 20%.
Для низкоскоростного подвижного состава колеса из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом были очень успешны в Европе. Было показано, что железнодорожные колеса ADI могут выдерживать большие нагрузки, чем колеса из закаленной и отпущенной стали той же твердости. ADI также будет лучше изнашиваться, если проскальзывание между рельсом и колесом превышает 10%. Одно предостережение для ADI заключается в том, что его не следует использовать в приложениях, где температура превышает 300 ° C. (570ºF) в течение длительного времени. Таким образом, колеса высокоскоростного поезда не подходят, как и колеса, которые тормозятся периферийными блоками.позволит шестерням временно работать без смазки. Из-за типа матричной структуры более мягкие сорта ADI могут подвергаться дробеструйной очистке для удвоения усталостной прочности корня.
Военные становятся крупными пользователями закаленного высокопрочного чугуна для изготовления снарядов и снарядов. Кроме того, стальные кованые гусеницы заменяются на ADI. По оценкам, в настоящее время для этих военных целей производится более 50 000 тонн, и в течение следующих пяти лет этот показатель вырастет до более 100 000 тонн.Гусеничные башмаки ADI также очень успешны как в строительной, так и в землеройной технике.
Вытравленная микроструктура ковкого чугуна после закалки при большем увеличении показывает детали ферритных игл в аустенитной матрице.
Какие типичные приложения ADI?
- Вкладыши для защиты от абразива
- Втулка подшипника
- Колодки тормозные
- Втулки втулки
- Кабельные барабаны
- Распредвалы
- Звездочки цепи
- Шатуны
- Коленчатые валы
- Инструменты для культивации
- Крестовины дифференциала
- Приводные валы
- Кронштейны крепления двигателя
- Блоки трения
- Инструменты для землеройных работ
- Направляющие ролики
- Корпуса гидравлических насосов
- Гильзы поршня
- Шкивы
- Рабочие колеса насоса
- Зубчатая передача
- Коромысла
- Колеса вагона
- Ролики и звездочки
- Ножи для измельчителя
- Поворотные кулаки
- Колеса тележки
- Износостойкие пластины и направляющие
- Направляющие для проволоки
Сложна ли обработка закаленного высокопрочного чугуна?
Обработка A.Д.И. вообще говоря, возможно, используя обычные методы обработки. Только нарезание резьбы отверстий небольшого диаметра (особенно глухих) и соскабливание самых мягких типов очень затруднено из-за наклепа. Однако обычной практикой является обработка почти до конечного размера, а затем термообработка. Это возможно, потому что термообработка считается «мягкой», и последующие изменения объема незначительны и предсказуемы с объемным расширением только 0,2% — 0,4%.
Дополнительную информацию можно также найти в нашем информационном бюллетене по применению высокопрочного ковкого чугуна .
Для получения дополнительной информации об использовании и выборе закаленного высокопрочного чугуна свяжитесь с вашим представителем Willman или свяжитесь с нашим техническим персоналом по телефону:
Willman Industries, Inc.
338 South Main St
Cedar Grove, WI 53013
Тел .: (920) 668-8526
Факс: (920) 668-8998
Электронная почта: [email protected]
Веб-сайт: www.willmanind.com
Дробеструйная обработка закаленного высокопрочного чугуна
1.Введение
По сравнению с другими черными металлами, ковкий чугун после закалки (ADI) имеет заметные экономические преимущества, такие как низкая температура плавления, низкая усадка, отличная литье, хорошая обрабатываемость и высокая демпфирующая способность. Его универсальность и широкий спектр свойств делают его широко используемым в транспортной промышленности, оборонной промышленности, тяжелой и сельскохозяйственной технике, а также в общем машиностроении. ADI может конкурировать со сталью по соображениям прочности при заданном уровне пластичности.Однако некоторые легированные и закаленные стали обладают лучшими свойствами, чем ADI, и использование ADI ограничено, когда требуется экстремальный предел прочности на разрыв. В качестве сырья ADI дешевле стали. Он также имеет более низкую стоимость изготовления из-за возможности отливки компонентов до почти чистой формы. По стоимости и весу ADI на единицу предела текучести может конкурировать с литым и кованым алюминием, а также с кованной сталью. ADI демонстрирует более высокие демпфирующие характеристики, чем сталь, что приводит к более низкому уровню шума и вибрации.Присутствие графита в ADI гасит вибрации на 40% быстрее, чем в стальных зубчатых колесах, а также приводит к снижению плотности на 10% по сравнению со сталью.
ADI — это тип чугуна, более часто называемого высокопрочным чугуном, для которого применяется процесс термической обработки с закалкой. Он состоит из графитовых конкреций в матрице игольчатого феррита и остаточного аустенита, часто называемого аусферритом (рис. 1). Оптимальные свойства достигаются при тщательном контроле химического состава сплава, микроструктуры затвердевания и параметров термообработки.Цикл аустенитной термообработки (рис. 2) состоит из первой аустенитизации высокопрочного чугуна до температур от 850 до 1000 ° C с последующей закалкой в солевой или масляной ванне. В ванне поддерживают от 230 до 450 ° C, температуру выше начальной температуры мартенсита Ms , и оставляют там на время, достаточное для превращения аустенита в аусферрит. Затем следует охлаждение до комнатной температуры.
Рисунок 1.
Типичная микроструктура ADI (аустенизация при 900 ° C в течение 2 часов, аустенизация при 360 ° C в течение 1 часа) [1].
Рис. 2.
(a) График зависимости температуры от времени для типичной обработки при аустепаринге и (b) обработка при аустепаринге, наложенная на диаграмму изотермического превращения [2].
Механические свойства ADI зависят от параметров процесса аустемперирования, которые определяют морфологию феррита, объемную долю остаточного аустенита, содержание углерода в остаточном аустените, а также наличие или отсутствие мартенсита и карбидов железа в аустенит или феррит.В общем, предел прочности на разрыв ADI варьируется от примерно 1500 МПа с соответствующим удлинением на 1% до более низких значений прочности на разрыв (900–1200 МПа) и более высоких соответствующих удлинений до 12%. Первая группа ADI производится при более низких температурах отпуска 230–330 ° C и обладает высокой твердостью (~ 50–54 HRC), но ограниченной пластичностью. Они используются для приложений, требующих высокой устойчивости к контактным нагрузкам. ADI с более низким пределом прочности на разрыв, которые производятся при более высоких температурах закалки (350–400 ° C), имеют более низкую твердость в диапазоне от 23 до 34 HRC, но обладают высокой вязкостью и пластичностью [3].Этот диапазон ADI состоит из структур с большим количеством аустенита ( Vγ ), с высоким содержанием углерода ( Cγ ) и обеспечивает усталостную прочность при изгибе в диапазоне от 200 до 500 МПа, как сообщалось в различных исследованиях, проведенных как на легированные и нелегированные АДИ [4, 5, 6, 7, 8].
Когда конструкционные компоненты ADI требуют высокой прочности и пластичности в основе компонента в сочетании с высокой усталостной прочностью на изгиб и хорошими трибологическими характеристиками на поверхности, ADI может быть сначала подвергнут отпуску в более высоком температурном диапазоне 350–400 ° C для получения верхний аусферрит.Впоследствии он был разработан для улучшения свойств поверхности и получения усталостных и трибологических характеристик, необходимых для предполагаемого применения, с использованием таких процессов, как дробеструйное упрочнение.
2. Дробеструйная обработка
Дробеструйная обработка (SP) — это обычная механическая обработка поверхности, во время которой поверхность материала бомбардируется сферической средой (так называемая дробь ), поступающей с высокой скоростью и в контролируемых условиях. Во время SP выстрелы ускоряются к поверхности с помощью давления воздуха и сопла или центробежного колеса.Выстрелы передают силы, образующие углубление за счет пластической деформации и радиального растяжения материала. Многочисленные углубления на поверхности создают несколько таких пластически деформированных полусфер, в то время как упруго напряженная область пытается вернуться в полностью ненагруженное состояние. Эти неоднородные упруго-пластические деформации вызывают высокое остаточное напряжение сжатия и высокую плотность дислокаций на поверхности на глубине около 120–500 мкм [9]. Их величина зависит от механических свойств материала мишени и равна по крайней мере половине предела текучести упрочняемого материала [10].
Основные параметры процесса SP можно разделить на три группы: дробь (форма, твердость и размер), заготовка (твердость, химический состав, кристаллическая структура, геометрия) и параметры потока (скорость дроби, угол удара, массовый расход , время упрочнения, покрытие). Эти параметры необходимо тщательно контролировать, чтобы добиться равномерного распределения сжимающих напряжений на поверхности детали.
Индуцированный слой сжатия и наклеп повышают сопротивление возникновению и распространению трещин, что, в свою очередь, продлевает срок службы компонентов.Фактически, SP использовался в течение многих лет для продления усталостной долговечности при изгибе различных инженерных компонентов в транспортной отрасли, в основном для деталей автомобилей и самолетов. К таким компонентам относятся шестерни, оси, пружины, шатуны, коленчатые валы, двутавровые балки в тяжелых условиях, компрессоры, роторы турбин и валы. SP может применяться ко всему компоненту или просто ограничиваться частями компонента, которые, как ожидается, будут подвергаться сильной нагрузке. Например, в зубчатых колесах можно выполнить SP весь зуб шестерни или, альтернативно, сфокусировать SP только на галтелях корня зуба, которые подвергаются наибольшему напряжению.
Хотя SP не является новым процессом, он по-прежнему очень популярен и претерпел значительные изменения в конце двадцатого и начале двадцать первого веков. Было проведено большое количество исследований для изучения воздействия SP на обрабатываемые материалы, включая металлургические, механические и геометрические эффекты, а также влияние SP на механические свойства, трибологические характеристики и коррозионную стойкость широкого диапазона металлы и сплавы [11]. В последнее время передовые технологии модификации поверхности демонстрируют использование вариантов традиционного процесса SP, четыре из которых показаны в этом выпуске, а именно ультразвуковой SP, тяжелый SP (SSP), обработка поверхностным механическим истиранием (SMAT) и дуплексный SP.В литературе можно найти другие варианты SP, в том числе лазерную ударную обработку (LSP), микропрочнение, кавитационную бесшумную обработку и полирование шариком или роликом.
3. Дробеструйная обработка ADI
Высокие деформации, возникающие при ударе дроби под высоким давлением на поверхность ADI, превышают предел текучести материала, и как феррит, так и аустенит подвергаются пластической деформации. Феррит деформируется с увеличением плотности дислокаций, в то время как аустенит имеет способность к холодной деформации и локально превращаться в мартенсит при высокой пластической деформации.Явление индуцированной трансформации пластичности (TRIP) изучалось различными исследователями [12, 13] и было показано, что оно зависит от содержания углерода в аустените, его размера, морфологии и распределения в структуре.
В результате наклепа и фазового превращения твердость на поверхности после SP ADI увеличивается примерно на 40–60% [11, 14, 15, 16, 17, 18, 19]. Помимо увеличения твердости поверхности, SP также приводит к созданию сжимающих остаточных напряжений порядка 700–1000 МПа [15, 16, 17, 18, 19].Остаточные сжимающие напряжения, вызванные SP, увеличивают плотность дислокаций, препятствуя их движению. Преобразование аустенита в мартенсит, вызванное напряжением, также приводит к объемному расширению, дополнительно создавая локальные сжимающие напряжения.
3.1. Влияние дробеструйной обработки на усталостную прочность при изгибе ADI
Известно, что дробеструйная обработка улучшает усталостные свойства при изгибе ADI [14, 15, 20, 21]. Повышение сопротивления усталости при изгибе после SP происходит за счет образования сжатого слоя под поверхностью SP-компонента.Трещины, как правило, не возникают и не распространяются на поверхностях, на которые действует сжимающая сила. Возникающие сжимающие напряжения сдвигают зарождение трещин к подповерхностной поверхности и препятствуют распространению усталостной трещины на поверхности. Помимо упрочнения поверхности, SP также устраняет микроскопические дефекты, следы обработки и дефекты шлифования. Это также увеличивает усталостную прочность на изгиб. Однако Uematsu et al. [22] показали, что чугун SP, содержащий сфероидальные карбиды ванадия (ВК), диспергированные в мартенситной матрице, не устраняет большие литейные пустоты.Эти пустоты и скопления ВК служили источниками зарождения трещин, и, следовательно, SP не улучшил усталостную прочность на изгиб в данном конкретном случае.
3.2. Влияние дробеструйной обработки на трибологические характеристики ADI
Износ материалов — сложное явление, которое зависит от условий эксплуатации и свойств материалов трибопары. SP должен способствовать снижению скорости износа из-за высокой твердости из-за наклепа, превращения аустенита в мартенсит, вызванного напряжением, и остаточных сжимающих напряжений на поверхности [10, 23, 24].Напряжения сжатия предотвращают образование микротрещин, тем самым предотвращая точечную коррозию или выкрашивание. Кобаяси и Хасегава [25] показали, что это верно для зубчатых колес из науглероженной стали. Это было связано с напряжением сжатия, подавляющим растрескивание и задерживающим рост трещин. Champaigne [10], Townsend и Zaretsky [26] сообщили об улучшении контактной усталостной долговечности стальных шестерен SP примерно в 1,5 раза. В другом исследовании Townsend [27] сообщил, что более высокая интенсивность упрочнения (0,38–0,43 ммA) приводит к более высоким сжимающим напряжениям и, следовательно, приводит к 10% усталостной долговечности контакта качения ( L10 ), равной 2.В 15 раз больше, чем науглероженные зубчатые колеса, подвергнутые упрочнению с интенсивностью 0,18–0,23 ммА. Адамович и др. [28] исследовали характеристики износа при скольжении шлифованной стали и стали SP при граничной смазке и сообщили о небольшом снижении коэффициента трения и увеличении износостойкости на 30% после SP.
О влиянии шероховатых поверхностей SP на трибологические свойства сообщалось в ряде статей. Поверхность с углублениями иногда считается благоприятной для контакта со смазкой, которая действует как резервуары, способствующие удержанию смазки и поддержанию полной толщины пленки между зубьями зацепления.Лучшая смазка снижает трение, шум, выкрашивание, задиры и рабочую температуру за счет уменьшения трения. Тем не менее, Vaxevanidis et al. [29] до сих пор сообщают об улучшенном сопротивлении скольжению инструментальной стали SP, испытанной в сухих условиях. В начале испытания сообщалось о более высоком коэффициенте трения, но по мере продвижения испытания он снижался до более низкого значения, чем у образцов, которые не были SP. Это можно объяснить сплющиванием шероховатых поверхностей во время испытания на износ.
Напротив, исследования других исследователей не показывают улучшения трибологических характеристик поверхностей после SP [30, 31, 32]. Причина этого заключается в том, что придание шероховатости поверхности уравновешивает положительные эффекты сжимающих напряжений и упрочнения, вызванные SP.
Было проведено очень мало работ по изучению трибологического поведения SP ADI [30, 31]. Работа Шарма [31] показала, что при данной нагрузке контактная усталостная долговечность SP Mo-Ni ADI, отпущенного при 230 ° C, на 35–45% ниже, чем у цементированной стали.
