Аналитическое и графическое определение состава чугуна для получения заданных механических свойств

21.10.2019

В литературе предложено много способов определения состава чугуна, обеспечивающих получение заданных механических свойств. Очевидно, что все эти формулы и диаграммы ни в какой мере не являются универсальными и имеют ограниченное применение только для тех условий и технологических параметров, на основе которых они созданы. Несмотря на это, сделанные рекомендации представляют несомненный теоретический и практический интерес, так как дают представление об относительном влиянии разных факторов и в качестве первого приближения могут все же служить для практических расчетов. Таковы, например, формулы, выведенные на основе статистической обработки большого количества данных для серого чугуна при колебании состава в пределах 2,6—3,8% С; 0,9—7,8% Si; 0,1—1,3% Mn; 0,1—0,9% Р; 0,02—0,08%S:

Однако отрицательное влияние на прочность чугуна фосфора даже при малых его концентрациях, согласно формуле (III.55), противоречит другим данным. Следует также указать, что не меньшую точность представляют более простые для применения на практике формулы, устанавливающие связь между прочностью и эвтектичностью. Некоторые из этих формул были уже приведены ранее, например (III.39), (III.40). В других случаях (как это сделано В. Паттерсоном), кроме химического состава, учитывается величина зерна или размер графита, например:

где Sэ — эвтектичность;

N — число зерен на 1 см длины.

Еще сложнее формулы, предложенные Р. Циглером и Е. Hexтелбергером, учитывающие не только величину эвтектического зерна, но и основные характеристики графита (количество, расположение, величину). Однако такие формулы не могут быть расчетными, так как величина зерна и графита заранее неизвестна. Поэтому большее значение (как расчетные формулы) имеют выражения, учитывающие перегрев чугуна или связанную с ним поправку на черное тело — S:

Весьма важны формулы, учитывающие толщину отливки или в более общем виде — скорость затвердевания или охлаждения, как это представлено в формулах (III.46), (III.47) и (III.48).

Ряд формул (на основе уравнении регрессии) предложен для высокопрочного чугуна, в частности для состава в пределах 3,34— 4,08% С; 2,15—3,17% Si; 0,34—0,90% Ni; 0,17—0,59% Mn; 0,038—0,088% Cr; 0,010—0,029% Р; 0,08—0,12% Cu; 0,03—0,109% Mg;

1) для сырого состояния

2) для отожженного состояния

Сравнивая приведенные формулы для чугуна в сыром и отожженном состояниях, можно оценить разницу во влиянии элементов, в частности, видно, что кремний, как уже раньше указывалось, понижает прочность чугуна в сыром состоянии вследствие ферритизации, но повышает в отожженном состоянии вследствие легирования. Данные формулы не учитывают влияния фосфора и серы, так как колебания в содержании этих элементов были невелики. Интересны также попытки оценить формулами порог хрупкости (Tкр) и ударную вязкость высокопрочного чугуна:

1) при наличии надреза

2) при отсутствии надреза

где Si, Р, Mn — содержание соответствующих элементов в %;

П — количество перлита в %.

В этих формулах принято, что влияние элементов начинается только с некоторой величины. Поэтому при получении отрицательных значений для выражений в скобках их следует принимать за ноль и исключать из расчета.

Еще многообразнее графические методы расчета, однако соответствующие прочностные диаграммы построены почти исключительно для серого чугуна, так как механические свойства ковкого и высокопрочного чугунов зависят от термической обработки в большей степени, чем от состава металла. Наиболее простые из них представляют собой структурные диаграммы с обозначением на них равнопрочных областей. На рис. 252 эти области разграничены прямыми линиями, как на диаграмме Маурера, причем показано расширение области чугунов высокой прочности при повышении перегрева. Однако прямолинейность границ между областями является, конечно, грубым допущением, опровергаемым всеми последующими исследованиями. И действительно, как видно из диаграмм Ухлича—Апнеля (рис. 253), Н.Г. Гиршовича и А.Я. Иоффе (рис. 254) и из других данных, границы областей с разной прочностью представляют кривые линии. При пользовании этими диаграммами следует иметь в виду, что они построены и справедливы для цилиндрических 30-миллиметровых образцов (R = 7,5 мм), которые согласно ГОСТу 1412—54 приняты для испытания. Анализ этих диаграмм показывает, что наклон кривых очень близок к 0,3. Таким образом, одинаковая прочность получается примерно при сумме С + 0,3 Si, которая и является главным определяющим фактором прочности серого чугуна (рис. 200). Для пересчета прочности с 30-миллиметровых образцов на другие толщины отливок можно пользоваться приведенными ранее формулами (III.44), (III.45). Некоторые же диаграммы, в том числе диаграмма Колло (рис. 255), дают возможность прямого определения прочности и твердости в зависимости от эвтектичности и толщины отливки. Ряд исследователей подтвердил правильность этой диаграммы, в особенности для низкофосфористых чугунов, что наиболее характерно для литейной промышленности России. На основе всех этих данных построены комбинированные диаграммы и номограммы для определения структуры и механических свойств чугуна в зависимости от состава металла и толщины отливок.



Имя:*
E-Mail:
Комментарий:
Информационный некоммерческий ресурс fccland.ru © 2019
При цитировании и использовании любых материалов ссылка на сайт обязательна