Длительный нагрев при высоких температурах (отжиг) отливок из белого чугуна приводит к образованию графита в форме хлопьев. Полученный чугун называют чугуном с хлопьевидным графитом или ковким.

Дата: 2025-06-14; Просмотры: 1

Оценка:

0.00 из 5.00 — оценок

Скачиваний: 0

Скачать

Чугун можно рассматривать как сталь, пронизанную графитом, который играет роль надрезов (трещин), ослабляющих металлическую основу структуры. Вариацией металлической основы (феррит, феррит+перлит, перлит) и формы включений графита (пластины, хлопья, глобулы) можно в относительно широких пределах изменять прочность и вязкость литых изделий из чугуна. Наличие графита придает чугунам высокую обрабатываемость резанием, уменьшает коэффициент трения скольжения, т.е. делает чугун антифрикционным материалом.

Серые технические чугуны представляют собой, по существу, тройные сплавы Fe-Si-C с постоянными примесями Mn, P, S. Легированием чугуна можно добиться придания ему специальных эксплуатационных и физических свойств – жаростойкости (окалиностойкости), коррозионной стойкости, жаропрочности, ростоустойчивости (неизменности размеров чугунного изделия при многократных нагревах и охлаждениях), парамагнетизма (немагнитности).

В ряде случаев белые и половинчатые чугуны также используются в качестве конструкционного материала. Их преимущество – высокая твердость, обусловленная мартенситной металлической основой и включениями цементита или специальных карбидов. Именно высокая твердость обеспечивает изделиям из этих чугунов важное эксплуатационное свойство – износостойкость, или способность противостоять абразивному, абразивно-ударному и абразивно-коррозионному изнашиванию.

Все перечисленные классы и конкретные названия серых и белых чугунов систематизированы в двух классификационных схемах: «Общая классификация чугунов» на рис. 2 и «Классификация литейных чугунов» на рис. 3. Изучение фазовых превращений в чугунах и опора на указанные схемы позволит лучше уяснить правила маркировки отдельных классов чугунов.

2.2. Маркировка чугунов различных классов

2.2.1. Обыкновенные нелегированные серые чугуны

В марке обыкновенных нелегированных серых чугунов прямо отражается информация о форме графитных включений. Буквосочетание «СЧ» применяется к чугунам с пластинчатым (и вермикулярным) графитом, «КЧ» – к ковким, а «ВЧ» – к высокопрочным с шаровидным графитом. В указанной последовательности возрастает вязкость чугуна, которую можно грубо оценить такой характеристикой стандартных механических свойств, как относительное удлинение. О строении металлической основы косвенно судят по величине предела прочности (временного сопротивления). Он уменьшается по мере графитизации цементита перлита.

Марка серого чугуна с пластинчатым графитом по ГОСТ 1412-85 образуется буквосочетанием «СЧ» – серый чугун, – за которым через пробел следует число, в десять раз меньшее предела прочности при растяжении (временного сопротивления), измеренного в МПа (мегапаскалях):

СЧ .

Примеры: СЧ 45 (с перлитной металлической основой),

СЧ 21 (с феррито-перлитной металлической основой),

СЧ 15 (с ферритной металлической основой).

Марка ковкого чугуна с хлопьевидным графитом по ГОСТ 1215-79 образуется буквосочетанием «КЧ» – ковкий чугун, – за которым через пробел следует число, в десять раз меньшее предела прочности при растяжении (временного сопротивления), измеренного в МПа (мегапаскалях) и далее через дефис число, показывающее относительное удлинение в %:

КЧ .

Примеры: КЧ 63-2 (с перлитной металлической основой),

КЧ 50-4 (с феррито-перлитной металлической основой),

КЧ 30-6 (с ферритной металлической основой).

Марка высокопрочного чугуна с шаровидным графитом по ГОСТ 7293-79 образуется буквосочетанием «ВЧ» – высокопрочный чугун, – за которым через пробел следует число, в десять раз меньшее предела прочности при растяжении (временного сопротивления), измеренного в МПа (мегапаскалях) и далее через дефис число, показывающее относительное удлинение в %:

ВЧ .

Примеры: ВЧ 120-4 (с перлитной металлической основой),

ВЧ 45-5 (с феррито-перлитной металлической основой),

ВЧ 38-17 (с ферритной металлической основой).

В 1985 г. введен новый ГОСТ 7293-85, где высокопрочный чугун маркируется только числом, указывающим предел прочности (ВЧ 120, ВЧ 45, ВЧ 38).

Все сказанное дополнительно иллюстрируется данными табл. 2.1.

2.2.2. Специальные (легированные) серые чугуны

Антифрикционные чугуны, применяемые для изготовления деталей подшипников скольжения, маркируются буквосочетаниями «АЧС», «АЧК» или «АЧВ», за которыми через дефис указывается порядковый номер марки – 1, 2 или 3. Буквы обозначают следующее: А – антифрикционный; Ч – чугун; С, К или В – указание на форму графитных включений по аналогии с серым, ковким и высокопрочным чугунами.

Примеры марок: АЧС-1, АЧС-2, АЧС-3.

Специальные легированные жаростойкие, коррозионностойкие и жаропрочные чугуны маркируются буквой «Ч», за которой без пробела по правилам маркировки легированных сталей следует (-ют) пара (-ы) символов, обозначающих легирующий элемент и целое число его процентов:

Ч .

Примеры марок специальных серых легированных чугунов приведены в табл. 2.2.

Таблица 2.2

ПРИМЕРЫ МАРОК СПЕЦИАЛЬНЫХ СЕРЫХ ЧУГУНОВ

2.2.3. Белые износостойкие легированные чугуны

Чугуны указанного класса маркируются буквосочетанием «ИЧ» – износостойкий чугун, – за которым следует трехзначное число сотых долей процента углерода и далее пара (-ы) символов, обозначающих легирующий элемент и целое число его процентов:

ИЧ .

Примеры марок белых износостойких легированных чугунов приведены в табл. 2.3.

Таблица 2.3

ПРИМЕРЫ МАРОК БЕЛЫХ ИЗНОСОСТОЙКИХ

ЛЕГИРОВАННЫХ ЧУГУНОВ [8]

ЧАСТЬ 3. КЛАССИФИКАЦИЯ И МАРКИРОВКА

СПЛАВОВ ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ

На примере развитой системы маркировки сталей можно убедиться, что марка материала тем информативней, чем большее число его характеристик в ней отражается. В материаловедении существуют развитые системы маркировки и других классов материалов, В частности и цветных сплавов, марка которых сообщает о классе материала, его химическом составе и способе получения изделий из него. На рис. приведена классификация наиболее известных сплавов цветных металлов, к которым относят сплавы на основе меди, алюминия, титана и магния.

КЛАССИФИКАЦИЯ СПЛАВОВ ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ

Рис.

3.1. Классификация и маркировка сплавов меди.

Медь – один из первых элементов, с которым впервые познакомился человек. Это обусловлено тем, что медь чаще, чем другие металлы, встречается в природе в виде самородков, иногда весьма больших по размеру.

Свойства чистой меди в значительной степени зависят от наличия в ней ряда примесей, главным образом висмута, сурьмы, свинца, серы и кислорода. В зависимости от чистоты техническую медь подразделяют на несколько сортов: М00, М0, М0б, М1б, М1, М1р, М2, М2р, М3, М3р, (где б – бескислородная медь, а р – раскисленная медь). Содержание примесей наименьшее в меди марки М00 (99,99% Cu) и наибольшее в М3 (99,5%Cu).

В меди марок М1, М2 и М3 содержание кислорода составляет 0,05…0, 08%. Раскисленная медь отличается от обычны марок пониженным содержанием кислорода (не более 0,01%), хотя его и больше, чем в бескислородной меди (≤0,001% О₂) [13].

Сплавы меди с цинком называют латунями, при этом выделяют томпаки (до 10% Zn) и полутомпаки (от 10 до 20% Zn). Все остальные сплавы меди, за исключение сплавов с никелем, называют бронзами. Таким образом, все сплавы меди принято классифицировать по трём группам:

Латуни – это двойные ли многокомпонентные сплавы меди, в которых основным компонентом является цинк (Zn). Если латунь является двухкомпонентным сплавом – только меди и цинка, – её считают нелегированной.

Бронзы – это сплавы меди с любыми другими элементами в числе которых. Но только наряду с другими, может быть и цинк. Двухкомпонентные бронзы, как правило, имеют названия, производные от названия второго компонента: оловянные, алюминиевые, кремнистые, бериллиевые, свинцовистые и т.д. При дополнительном легировании название каждого из упомянутых классов бронз сохраняется.

Медно-никелевые – это сплавы, в которых основным легирующим элементом является никель. Как правило, это двойные, чаще более сложные сплавы, в которых наряду с никелем дополнительно присутствуют Fe, Mn, Zn, Al и другие элементы. В зависимости от системы легирования, каждая группа медно-никелевых сплавов имеет своё название (Рис. …).

По технологическому признаку все сплавы меди относят к классу либо литейных, либо деформируемых.

3.1.1. Маркировка латуней

Двухкомпонентные (Cu + Zn) деформируемые латуни обозначают буквой Л и цифрой, указывающей массовое содержание меди в процентах:

Л .

Примеры: Л96, Л70, Л63, …

Если латунь легирована, т.е. кроме цинка содержит другие элементы, то после буквы Л ставят подряд, без пробелов условные буквенные обозначения этих элементов, кроме цинка. За ними без пробела следует серия целых чисел, первое из которых показывает массовое содержание меди, а другие, разделяемые черточками – массовое содержание легирующих элементов в соответствии с последовательностью их символов. Например, марка ЛАН59-3-2 означает, что латунь деформируемая, легированная, содержит 59 целых массовых процентов меди, около 3 мас.% алюминия и около 2 мас.% никеля, а цинк – остальное. Другие примеры марок легированных деформируемых латуней: ЛАЖ60-1-1, ЛЖМц59-1-1, ЛА77-2, ЛмцА57-3-1, …

Условные обозначения компонентов и наиболее распространенных легирующих элементов сплавах меди показаны в табл. 3.1. Обратите внимание, что некоторые из них отличаются от условных обозначений этих же элементов в марках сталей.

Таблица 3.1

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ КОМПОНЕНТОВ И ЛЕГИРУЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ В МАРКАХ СПЛАВОВ НА ОСНОВЕ МЕДИ

Маркировка литейных латуней осуществляется иначе. Марка литейной латуни также начинается с буквы Л, но за ней следует без пробела символ второго главного компонента – цинка – и также без пробела и черточки целое число его процентов.

ЛЦ .

Примером таких марок двухкомпонентных литейных латуней могли бы быть следующие: ЛЦ40, ЛЦ30, … . Однако в арсенале современных сплавов меди все литейные латуни имеют более сложный химический состав, т.е. являются легированными. Поэтому в марке за символом Ц и целым числом массовых процентов цинка следуют поочередно без пробелов и черточек символы других легирующих элементов с указанием их концентрации также в виде целого числа массовых процентов. Если концентрация легирующего элемента округленно равны одному массовому проценту, цифра 1 после буквенного символа данного элемента не ставится. Подобный принцип описания химического состава уже известен в маркировке легированных сталей. Примеры марок легированных литейных латуней: ЛЦ23А6Ж3Мц2, ЛЦ40Мц3Ж, ЛЦ40С, ЛЦ16К4, …

3.1.2. Маркировка бронз

Марка любой бронзы начинается с буквосочетания Бр, после которого точка не ставится. Далее для деформируемых и литейных бронз, как и при маркировке латуней, реализуются различные правила маркировки.

В марке деформируемой бронзы за буквосочетанием Бр без пробелов указывается последовательность символов легирующих элементов (табл. 3.1), а за ней также без пробела начинается последовательность целых или дробных чисел (с точностью до одной десятой), между собой разделяемых черточками и указывающих концентрацию элементов в массовых процентах.

Примеры: БрОФ6,5-0,4; БрОЦС4-4-2,5; БрОЦ4-3; БрСуН6-2;

БрСуНЦФ3,5-3,5-3,5-20-0,2

В марке литейной бронзы за буквосочетанием Бр следуют поочередно без пробелов и черточек символ легирующего элемента и сразу за ним целое или дробное число, указывающее концентрацию в массовых процентах.

Примеры: БрО3Ц12С5; БрО3Ц7С5Н1; БрО10Ф1; БрБ2,5; БрХ0,5.

3.1.3. Маркировка медно-никелевых сплавов.

Марка любого медно-никелевого сплава начинается с буквы М, за которой следует обозначение и содержание легирующих элементов как в деформируемых латунях и бронзах (табл.3.1).

К конструкционным медно-никелевым относя сплавы следующих систем легирования, обладающие повышенной прочностью и высокой коррозионной стойкостью:

Мельхиоры – двойные (Cu – Ni) и более сложных систем (Cu, Ni, Te, Mn), например МН19, МНЖМц 30-1-1.

Неийзильберы – сплавы на основе системы (Cu, Ni, Zn), например МКЦ15-20 или сплавов со свинцом МНЦС16-29-1,8.

КУНИАЛИ – сплавы на основе системы (Cu, Ni, Al). Если перд маркировкой куниали стоит буква А – то её используют для изготовления изделий повышенной прочности, (АМНА 13-3), а если буква Б – то для ответственных упругих элементов (БМНА6-1,5).

Для нужд электротехнической промышленности разработаны специальные медно-никелевые сплавы, которые помимо высокого электрического сопротивления обладают малым температурным коэффициентом электросопротивления (незначительное повышение электросопротивления с ростом температуры).

Этим условием удовлетворяют медно-никелевые сплавы с марганцем: константан МНМц 40 – 1,5 (40 % Ni,1,5 % Mn, остальное Cu); копель МНМц 43-0,5 и манганит МНМц 3 – 12.

3.2. Классификация и маркировка сплавов алюминия.

В промышленности алюминия используется как в чистом виде, так и в виде различных сплавов. Маркировка алюминия начинается с буквы А, затем идет цифра, указывающая содержание алюминия в сотых долях процента. Например, алюминий марка А97 содержит алюминия 99,97 %, остальное – контролируемые примеси [14].

Постоянные примеси алюминия – Fe, Si, Cu, Zn и Ti. В зависимости от содержания примесей первичный алюминий подразделяют на три класса:

- особой чистоты марки А999;

- химически чистый марок А995, А99, А97, А95;

- механически чистый марок А85, А8, А7, А6, А5, А0 и А.

В электротехнике применяют алюминий марок А7Е, А6Е, А5Е и АЕ, где буква Е указывает на его электротехническое назначение. Технический алюминий, выпускаемый в виде деформируемого полуфабриката (листы, профили, прутки и др.) маркируют АД0 и АД1. Алюминиевую проволоку, в зависимости от исходных механических свойств, выпускающих нескольких сортов, которые маркируют АТП, АТ, АПТ и АМ – соответственно твердая повышенной прочности, твердая, полутвердая и мягкая.

Ввиду низкой прочности и незначительной упрочняемости при холодной пластической деформации чистый алюминий как конструкционный материал применяют сравнительно редко. Более широко используют сплавы алюминия, которые характеризуются высокой удельной прочностью, способностью сопротивляться инерционным и динамическим нагрузкам, в том числе и при повышенных температурах, отличаются хорошей технологичностью. Классификация наиболее известных алюминиевых сплавов приведена на рис.4.

Основными легирующими элементами алюминиевых сплавов является Cu, Mg, si, Mn, Zn реже Li, Ni, Ti [15]. Такие элементы, как Cu, Zn, Mg, Ni, Fe и Mn участвуют в формировании прочностных свойств, причем Mn одновременно повышает коррозионную стойкость. Кремний является основным легирующим элементов в ряде литейных сплавов (силуминов), поскольку он участвует в образовании эвтектики. Такие элементы, как Ni, Ti, Cr, Fe повышают жаропрочность сплавов, затормаживая процессы диффузии и образуя стабильные сложнолегированные упрочняющие фазы. Литий в сплавах способствует возрастанию их модуля упругости. Вместе с тем магний и марганец снижают тепло- и электропроводность алюминия, а железо – его коррозионную стойкость.

Алюминиевые сплавы можно условно разделить на конструкционные и электротехнические.

Маркировка конструкционных алюминиевых сплавов. В настоящее время одновременно действуют две маркировки сплавов: старая буквенно-цифровая (табл 3.2.) и новая цифровая (рис. 5). Разные организации, присваивали буквенно-цифровые марки сплавам, руководствовались разными принципами. Есть марки, которые характеризуют состав сплава, например Амг2 (алюминий + 2% магния), Амц (алюминий + 1% марганца).другие марки отражают технологию получения изделий: АЛ2, АЛ4, АЛ7, где буквы Ал показывают что сплав алюминиевый литейный, а цифры после букв – порядковые номера сплавов, не несущие никакой полезной информации о сплаве; АК4, АК6 – алюминиевые сплавы для ковки. В марках многих сплавов отражена организация – разработчик: ВАЛ8, ВАЛ10, ВАЛ14 – литейные сплавы, разработанные в ВИАМе*, ВАД1, ВАД3 – деформируемые сплавы, разработанные в ВИАМе.

Таблица 3.2.

Буквенно-цифровая маркировка алюминиевых сплавов

начиная с 1970 г. для маркировки любых алюминиевых сплавов была введена единая цифровая система [13].

В соответствии с цифровой маркировкой первая цифра показывает основу сплава (для алюминия 1), вторая цифра обозначает систему легирования (показывает основные легирующие компоненты), третья и четвертая цифры – порядковый номер сплава и технологию получения изделий.

Рис. 5 Принципы цифровой маркировки алюминиевых сплавов

При этом для деформируемых сплавов последняя цифра должна быть 0 или нечетное число, а для литейных – нечетное число. Таким образом, главная информация о составе сплава определяется второй цифрой марки. Для цифр, стоящих в марке на втором месте, приняты следующие обозначения:

0 – легирующих элементов нет, есть только примеси, т.е. обозначение разных сортов алюминия;

1 – сплавы системы Al-cu-Mg и al-Mg-Fe-Ni;

2 – сплавы системы Al-cu-Mn и al-Li-Cd-Mn;