Контрольная работа по «Теории литейных сплавов»

 

Износостойкие чугуны. Износостойкость чугуна повышается при увеличении в структуре количества карбидов  как простых (цементита), так и специальных (карбидов хрома, вольфрама, ванадия и т.д.).  Металлическая матрица должна прочно удерживать  твердую составляющую (карбиды) и предотвращать  ее хрупкое разрушение. Характерным представителем износостойких чугунов является высокохромистый износостойкий чугун ИЧХ20М2Г3Н2.

Средний химический состав высокохромистого чугуна: С = 2,6-3 %, Si = 0,3-1,4%, Mn = 0,5-5,5% Cr = 12-30%, Mo=0,4-4%, Ni = 0-3% , S≤0,08% , P≤0,1%.

 Износостойкость высокохромистого  чугуна превышает сталь Ст20 от 6 до 14 раз. В условиях гидрообразивного износа стойкость высокохромистого чугуна превышает, износостойкость высокомарганцевой стали Г13Л в 6 раз. Существуют и другие виды износостойких чугунов (белый низколегированный, ОИ-1, ИЧХ4Г7Д, нихард и т.д.), но они уступают высокохромистому по износостойкости и поэтому применяются реже.

Жаростойкие чугуны.

Жаростойкие чугуны используются для изготовления деталей работающих в газовой, воздушной, щелочной средах при температурах 500-1100°С. Жаростойкостью чугуна по ГОСТ 7769-85 называется способность сопротивляться росту и окалинообразованию при заданной температуре. Сопротивление окислению чугуна  обусловлено наличием на поверхности плотных защитных окисных пленок (окислы Al , Si,  Cr) , которые предохраняют металл от последующего  окисления при  высоких температурах. Жаростойкие чугуны бывают хромистые, кремнистые и алюминиевые.

Средний химический состав жаростойких чугунов: С=2,0-3,9%,  Si=1,5-6,0%,  Mn=0,4-1,0%, Cr=0,5-32%,  Al=19-25%. Структура хромистого чугуна состоит из ферроидизированного перлита, отдельных включений карбидов и графита. В высокохромистом сплаве (26-30%  Cr ) структура состоит из твердого раствора хрома в α-железе и карбидов в виде карбидной эвтектики ( при С>2% ) . При содержании Cr от 3-10% отливки получаются с высокой хрупкостью и твердостью, делающей невозможной обработку резанием. Поэтому такие чугуны находят ограниченное применение. Кремнистые чугуны отличаются хорошей обрабатываемостью резанием, так как  получается ферритная структура металлической матрицы. Алюминиевые чугуны даже с содержанием алюминия 8% имеют такое же сопротивление окислению, как нихром- сплав с 80% Ni и 20% Сr и  жаростойкостью 800°С. При легировании алюминиевого чугуна хромом (~30% )и  кремнием (~6%) жаростойкость возрастает до 1200° С при одновременном повышении прочности и сохранении литейных свойств.                           

 

Жаропрочные чугуны.

Жаропрочные чугуны применяются для изготовления деталей, работающих под нагрузкой при повышенных температурах ( до 600°С ).  Марки жаропрочных чугунов обозначаются буквой «Ч», остальные обозначения такие же, как у всех остальных. Буква «Ш» в конце обозначения означает «с шаровидным графитом». Наиболее  высоким уровнем жаропрочных свойств обладает аустенитный чугун с шаровидной формой графита. Отличительной особенностью структуры аустенитного чугуна, легированного хромом и магнием, является наличие в структуре карбидной составляющей, количество которой составляет 50%. Мелкодисперсные структуры показывают более высокую жаропрочность, поэтому жаропрочные чугуны подвергают специальной термообработке - гомогенизирующему отжигу.  (1050° С- 4 часа)

Аустенитный жаропрочный чугун имеет следующий состав: С=2,5-3,0%, Si=1,8-2,5%, Mn=1,0-8,0%, Cr=1,0-3,5% ,Ni=10-20%, S≤0,05%, P≤0,03%.   

 

Коррозионностойкие чугуны.

Коррозионностойкие чугуны применяются для изготовления деталей с высокой  коррозионной стойкостью в различных рабочих средах (морской воде, растворах кислот, расплавах солей, в перегретом водяном паре, в сернистых газах и т. д.). Для повышения  коррозионной стойкости чугун легируется  в основном Cr , Ni, Cu и другими элементами, которые создают на поверхности чугуна защитные (пассивирующие) пленки, а так же легируют металлическую матрицу (преимущественно, феррит) образуя химические соединения с высоким химическим потенциалом. Происходящее при этом измельчение структуры понижает  число  микропор и уменьшает разность потенциалов между отдельными структурными составляющими.        

Коррозионностойкие чугуны делятся на следующие группы:      

- низколегированные чугуны (Cr до 1%, Ni до 1%);      

-высококремнистые чугуны (ферросилиды);      

-кремнемолибденовые чугуны (антихлоры);      

-аустенитные никелевые чугуны (нирезист);      

-высокохромистые чугуны.   

Каждая группа чугунов применяется в особых, специфических условиях, для которых и была специально разработана. Коррозионностойкие чугуны широко применяются в химическом машиностроении, на железнодорожном транспорте для перевозки продуктов химической промышленности , в металлургическом машиностроении и др.

 

Антифрикционные чугуны. Антифрикционные чугуны (ГОСТ 1585-85) применяются для изготовления подшипников скольжения, работающих в присутствии смазки. Из антифрикционного чугуна изготавливаются цилиндры, поршни, станины, зубчатые колеса, втулки, вкладыши подшипников и т.д. Наиболее важными свойствами антифрикционного чугуна являются высокая износостойкость, хорошие литейные свойства и низкая стоимость. Главный недостаток антифрикционного чугуна – пониженная  по сравнению с бронзой прирабатываемость. Средний химический состав антифрикционного чугуна: С=2,5-3,8 %, Si=0,8-2,7 %, Мп=0,3-1,2 %, Р<0,15 %, S<0,03 %, Cr=0,2-0,4 %, Ni=0,2-0,4 %, Ti=0,1 %, Cu=0,3-0,7 %. (ГОСТ 1585-85).       Антифрикционные чугуны легируются хромом, никелем, титаном и  медью, что позволяет получить мелкодисперсную структуру перлит+феррит. Маркируется антифрикционный чугун буквами АСЧ, АВЧ, АКЧ, что означает антифрикционный серый, антифрикционный высокопрочный или антифрикционный ковкий. Последний (АКЧ) применяется с термообработкой, остальные без термообработки.  
4. Сплавы на основе систем алюминий-медь, алюминий-магний, их классификация, свойства, применение.

Алюминий – легкий металл с плотностью 2,7 г/см3 и температурой плавления 660oС. Имеет гранецентрированную кубическую решетку. Обладает высокой тепло- и электропроводностью. Химически активен, но образующаяся плотная пленка оксида алюминия Al2O3, предохраняет его от коррозии.

Механические свойства: предел прочности 150 МПа, относительное удлинение 50 %, модуль упругости 7000 МПа.

Алюминий высокой чистоты маркируется А99 (99,999 % Al), А8, А7, А6, А5, А0 (содержание алюминия от 99,85 % до 99 %).

Технический алюминий хорошо сваривается, имеет высокую пластичность. Из него изготавливают строительные конструкции, малонагруженные детали машин, используют в качестве электротехнического материала для кабелей, проводов.

 

Алюминиевые сплавы.

Принцип маркировки алюминиевых сплавов. В начале указывается тип сплава: Д – сплавы типа дюралюминов; А – технический алюминий; АК – ковкие алюминиевые сплавы; В – высокопрочные сплавы; АЛ – литейные сплавы.

Далее указывается условный номер сплава. За условным номером следует обозначение, характеризующее состояние сплава: М – мягкий (отожженный); Т – термически обработанный (закалка плюс старение); Н – нагартованный; П – полунагартованный

По технологическим свойствам сплавы подразделяются на три группы:

- деформируемые сплавы, не упрочняемые термической обработкой:

- деформируемые сплавы, упрочняемые термической обработкой;

- литейные сплавы.

Методами порошковой металлургии изготовляют спеченные алюминиевые сплавы (САС) испеченные алюминиевые порошковые сплавы (САП).

 

Деформируемые сплавы, не упрочняемые термической обработкой.

 

Прочность алюминия можно повысить легированием. В сплавы, не упрочняемые термической обработкой, вводят марганец или магний. Атомы этих элементов существенно повышают его прочность, снижая пластичность. Обозначаются сплавы: с марганцем – АМц, с магнием – АМг; после обозначения элемента указывается его содержание (АМг3).

Магний действует только как упрочнитель, марганец упрочняет и повышает коррозионную стойкость.

Прочность сплавов повышается только в результате деформации в холодном состоянии. Чем больше степень деформации, тем значительнее растет прочность и снижается пластичность. В зависимости от степени упрочнения различают сплавы нагартованные и полунагартованные (АМг3П).

Эти сплавы применяют для изготовления различных сварных емкостей для горючего, азотной и других кислот, мало- и средненагруженных конструкций.

 

Деформируемые сплавы, упрочняемые термической обработкой.

 

К таким сплавам относятся дюралюмины ( сложные сплавы систем алюминий – медь –магний или алюминий – медь – магний – цинк). Они имеют пониженную коррозионную стойкость, для повышения которой вводится марганец.

Дюралюмины обычно подвергаются закалке с температуры 500oС и естественному старению, которому предшествует двух-, трехчасовой инкубационный период. Максимальная прочность достигается через 4…5 суток.

Широкое применение дюралюмины находят в авиастроении, автомобилестроении, строительстве.

Высокопрочными стареющими сплавами являются сплавы, которые кроме меди и магния содержат цинк. Сплавы В95, В96 имеют предел прочности около 650 МПа. Основной потребитель – авиастроение (обшивка, стрингеры, лонжероны).

Ковочные алюминиевые сплавы АК:, АК8 применяются для изготовления поковок. Поковки изготавливаются при температуре 380…450oС, подвергаются закалке от температуры 500…560oС и старению при 150…165oС в течение 6…15 часов.

В состав алюминиевых сплавов дополнительно вводят никель, железо, титан, которые повышают температуру рекристаллизации и жаропрочность до 300oС.

Изготавливают поршни, лопатки и диски осевых компрессоров, турбореактивных двигателей.

 

Литейные алюминиевые сплавы.

 

К литейным сплавам относятся сплавы системы алюминий – кремний (силумины), содержащие 10…13 % кремния.

Присадка к силуминам магния, меди содействует эффекту упрочнения литейных сплавов при старении. Титан и цирконий измельчают зерно. Марганец повышает антикоррозионные свойства. Никель и железо повышают жаропрочность.

Литейные сплавы маркируются от АЛ2 до АЛ20. Силумины широко применяют для изготовления литых деталей приборов и других средне- и малонагруженных деталей, в том числе тонкостенных отливок сложной формы.

 

Список  литературы

1. Трухов А.П. Литейные сплавы и плавка: Учебник для студ.высш.учебн. заведений / А.П. Трухов, А.И. Маляров, - М.: Издательский центр «Академия», 2004. – 336 с.
2. Воздвиженский В.М. и др. Литейные сплавы и технология их плавки в машиностроении: Учебное пособие для машиностроительных вузов по специальности «Машины и технология литейного производства» / В.М. Воздвиженский, В.А. Грачев, В.В. Спаский. – М.: Машиностроение, 1984. – 432с.
3. Кисиленко Л.Е.   Литейные сплавы и плавка . Железоуглеродистые сплавы. Литейные сплавы цветных металлов: лаб. практикум 14-8.  / Михайлов Д.П. -  М.:  МГИУ,  2008 
4. Граблев А.Н.   Литейные сплавы, применяемые в машиностроении: учеб. пособие для вузов.  / Болдин А.Н. -  М.:  МГИУ,  2007   Гриф УМО. 
5. Граблев А.Н.   Литейные цветные сплавы и их плавка: учеб. пособие.  / Кисиленко Л.Е., Михайлов Д.П. -  М.:  МГИУ,  2007.