«Материаловедение. Технология конструкционных материалов» (стр. 4 из 8)

Прочность серого чугуна зависит от вида нагружения: при растяжении σв имеет наименьшее значение; наибольшее значение прочности серые чугуны имеют при сжатии. При кручении τв и изгибе σu ниже, сжатии, но выше чем при растяжении. Усталостная прочность характеризуется по пределам выносливости (σ-1, τ-1, σ-1С и σ-1u), значения которых почти равны при различных видах нагружения (таблица 1.2). От предела выносливости зависит долговечность картера шестерен.

Пластические свойства ферритных чугунов СЧ 15 и СЧ 18 зависят от вида нагруженного состояния: при сжатии φ наиболее высокое, при кручении и изгибе пластичность меньше и при растяжении еще меньше (δ = 0,2...1,0).

Ударная вязкость выявляет склонность к хрупкому разрушению и определяется работой распространения трещины, чем больше KCU, тем меньше возможность внезапного хрупкого разрушения. Ударная вязкость серого чугуна зависит от пластичности[2].

Твердость чугуна почти полностью зависит от структуры металлической основы, а модуль упругости зависит от графита[10].

Физические свойства серого чугуна (плотность, тепловые свойства) зависят от состава и структуры, а именно от марки чугуна (таблица1.3). Наименьшая плотность у СЧ 15 и большая и СЧ 20. Это объясняется тем, что у СЧ 20 уменьшается содержание углерода и графита. В жидком состоянии плотность можно принять для серого чугуна γ = 6,7..7,1 г/

.

Коэффициент линейного расширения (α), теплоемкость (с) и теплопроводность (λ) зависят также от состава и структуры чугуна, но главным влияющим фактором является температура, с повышением которой с и α увеличиваются, а λ понижается[6].

Таблица 1.3 – Физические свойства серых чугунов, применяемых для изготовления картера шестерен

Марка чугуна	γ, г/	, 1/ºC	, калл/(см•с•ºC)	, Дж/кг•ºC	tл, ºС
СЧ 15	7,0	10...11	0,11...0,13	586...628	1160...1200
СЧ 18	7,2	10...11	0,11...0,13	586...628	1160...1200
СЧ 20	7,0...7,2	10...11	0,10...0,12	586...628	1200...1240

Коррозионная стойкость серого чугуна повышается по мерее измельчения графита и уменьшения его количества, при однофазной структуре матрицы, а также при уменьшении Si, S и P. В чистой атмосфере металла составляют 0,025 мм/год, в городской атмосфере – 0,125 мм/год, в воде – < 0,125 мм/год, в почве – 0,13...0,60 мм/год. Термостойкость серого чугуна определяется механическими свойствами, теплопроводностью и коэффициентом расширения. Чем больше α, δ и σв, меньше Е, тем выше термостойкость[6].

Технологические свойства – обрабатываемость чугуна определяются его составом и структурой. Обрабатываемость серого чугуна связана с его твердостью НВ обратной зависимостью. Присутствие графита при механической обработке делает структуру ломкой и давление на инструмент уменьшается. Обрабатываемость оценивается стойкостью инструмента или по эквивалентной скорости резания. При 150 НВ – Vэкв = 1,0; при 180 НВ – Vэкв = 0,65 и при 200 НВ – Vэкв = 0,55[6].

Литейные свойства характеризуются по жидкотекучести, которая определяется по спиральной пробе, отливаемой в песчаной форме. Жидкотекучесть (λж) повышается с увеличением углеродного потенциала и температуры заливки. Чем ниже марка чугуна и выше содержание P, тем больше λж. При высоком значении λж уменьшается вероятность образования спаев, газовых раковин, усадочной пористости[6].

На механические свойства влияют графитные включения. Наличие пластинчатого графита в сером чугуне делает его практически не чувствительным к надрезам, что позволяет ему конкурировать с более прочной сталью по сопротивлению усталости и пределу выносливости.

Графитные включения оказывают сильное влияние на прочность при изгибе. Благодаря большому количеству надрезов металлической основы графитными включениями серый чугун имеет хорошую демпфирующую способность, возрастающую с повышением числа включений графита. Углерод в виде графита оказывает большое влияние на поведение картера шестерен при трении и на величину износа.

Необходимая прочность и твердость серого чугуна достигается изменением содержания углерода и кремния. Структура серого чугуна в первую очередь зависит от суммарного содержания углерода и кремния. Углерод и кремний способствуют графитизации чугуна. Чем меньше содержание углерода, тем меньше графита и выше прочность чугуна. При увеличении содержания связанного углерода увеличивается σв, НВ, Е. При увеличении содержания Si общая твердость чугуна уменьшается[7].

Марганец положительно влияет на механические свойства чугуна, но затрудняет процесс графитизации или способствует его отбеливанию.

Сера – вредная примесь, снижает механические и литейные свойства чугуна и повышает склонность к образованию трещин.

Учитывая химический состав, механические, технологические и физические свойства можно отметить, что СЧ 15 содержит большее количество углерода и кремния, следовательно, прочность СЧ 15 меньше, чем СЧ 18 и СЧ 20, но жидкотекучесть СЧ 15 выше, чем СЧ 18 и СЧ20. Кроме того, СЧ 15 имеет выше пластичность при сжатии и ударную вязкость. Однако, при более низкой твердости серый ферритный чугун СЧ 15 обладает более низкой износостойкостью, чем СЧ 18 и СЧ 20.

Серый чугун СЧ 18 и СЧ 20 имеют одинаковую твердость, предел прочности при кручении и пластичность при вибрации. Но СЧ 18 имеет хорошие механические свойства при высокой пластичности при сжатии (φ = 35%) и достаточно высокой усталостной прочности (σ-1 = 70 МПа, σ-1С = 90 МПа, τ-1 = 80 МПа и σ-1u = 66МПа). Серые чугуны СЧ 18 и СЧ 20 имеют одинаковую износостойкость, но СЧ 20 более хрупкий, чем СЧ 18 и СЧ 15, его ударная вязкость KCU = 40 Дж/

.

Демпфирующая способность у СЧ 15 и СЧ 18 одинаковая и выше чем у СЧ 20.

Для картера распределительных шестерен, испытывающего при работе статические нагрузки, целесообразно рекомендовать серый чугун СЧ 18, который обладает хорошим комплексом прочностных и технологических свойств, обеспечивающих надежность и долговечность детали. Отливка из СЧ 18 имеет низкую стоимость, способна выдерживать значительные статические нагрузки. Серый чугун СЧ 18 имеет хорошие литейные свойства и обрабатываемость резанием. Отливка картера шестерен из СЧ 18 не склонна к короблению и трещинообразованию. Наличие в структуре этого чугуна свободного углерода в виде пластинчатого графита придает ему хорошие эксплуатационные качества[7].

1.3 Обоснование технологии термической обработки первичной заготовки и детали

Первичная заготовка картера шестерен получается методом литья в песчаную форму. После охлаждения отливку выбивают из опок, осуществляют очистку, обрубку и зачистку отливок.

Очистка отливок дробью основана на абразивном и скалывающем действии потока дроби на поверхностный слой отливки, покрытой коркой пригара и окислов.

Обрубка отливки проводится воздушно-дуговой резкой (наиболее широко применяется чугунных отливок).

Зачистка отливок производится шлифовальными кругами (абразивная обработка), металлическими (зачистка трением) и металлическими с подводом электрического тока (электроконтактная зачистка)[6].

В отливке в процессе затвердевания и последующего охлаждения возникают напряжения, которые классифицируются как механические, температурные, фазовые. Причем некоторые из них являются временными, другие остаточные. Возникающие напряжения являются причиной образования горячих и холодных трещин и искривления отливок.