застосування чавуну
Застосування сірого чавуну в верстатобудуванні. До першого класу виливків відносяться базові, корпусні та інші деталі високої міцності або зносостійкості. Чавун в переважаючих по товщині ділянках виливків, які визначають в основному міцність і жорсткість деталей, повинен мати межу міцності на розтягання близько 25-30 кг / мм-і модуль пружності близько (1,15-1,35) 10 4. В залежності від конкретних товщини стінок для забезпечення в виливках цієї заданої міцності рекомендуються для кращого використання наступні марки сірого чавуну: СЧ 21-40, СЧ 28-48, СЧ 32-52.
Деталі, що відносяться до першого класу - це деталі, що несуть високі навантаження: кронштейни, зубчасті колеса. Деталі, до яких висуваються вимоги щодо стабільності геометричної форми і працюють на знос при терті ковзання в умовах великої забрудненості мастила, а також при терті кочення: станини з направляючими ковзання токарно-гвинторізних, револьверних, горизонтально-розточувальних, фрезерних та інших верстатів, а також координатно-розточувальних, шліфувальних з недостатнім захистом напрямних; станини координатно-розточувальних, різьбошліфувальних, шліфувальних верстатів з напрямними кочення; повзуни, поперечки, накладні напрямні; шабровочние і перевірочні плити і лінійки. Деталі, до яких пред'являються вимоги в частині герметичності при тиску понад 80 кг / см *: деталі гідро- і Пневмоапаратура - циліндри, корпуси насосів, золотників.
До відливок першого класу, які працюють в умовах зносу робочих поверхонь (напрямних), висуваються додаткові вимоги щодо твердості і мікроструктури. Твердість напрямних на глибині 3/4 припуску на механічну обробку повинна бути не нижче 180 НВ. Для важких виливків вагою понад 7000 кг або при товщині направляють 100 мм твердість може бути знижена до 170 НВ. Таке ж зниження твердості допускається, якщо напрямні ковзання добре захищені від забруднення (не виходять з контакту з направляючими сполучених деталей).
Для найбільш відповідальних деталей першого класу: базові, корпусні та інші деталі високої міцності і високої зносостійкості прецизійних верстатів, т. Е. Верстатів підвищеної, високої і особливо високої точності переважно застосування чавуну марки СЧ 32-52.
Високі показники міцності властивостей і твердості робочих поверхонь досягаються за рахунок легування чавуну нікелем, хромом і молібденом.
До другого класу виливків відносяться базові та корпусні деталі підвищеної міцності або зносостійкості. Для забезпечення необхідної міцності і жорсткості чавун в виливках (в переважаючих по товщині перетину ділянках) повинен мати межу міцності на розтягання близько 20-25 кг / мм 2 і модуль пружності близько (1,0-н +1,2) 10 4 кг / мм 2. залежно від товщини стінок виливків для забезпечення такої міцності рекомендується застосування наступних марок сірого чавуну: СЧ 15-32, СЧ 21-40 і СЧ 28-48.
Виливки другого класу - деталі, до яких висуваються вимоги щодо стабільності геометричної форми і не працюють на знос: станини і санчата з накладними напрямними револьверних, токарно-гвинторізних верстатів і багато-
резцових напівавтоматів; деталі, що працюють на знос в умовах тертя ковзання при незначній мірі забрудненості мастила: станини карусельних, поздовжньо-стругальних, координатно-розточувальних та інших верстатів з хорошим захистом напрямних, поперечки і стійки карусельних, координатно-розточувальних і поздовжньо-фрезерних верстатів, планшайби, столи з круговими напрямними, шпиндельні бабки, каретки токарних автоматів, розмічальні плити, косинці; деталі, до яких пред'являються вимоги герметичності в умовах тиску до 80 кг / см 2.
Для виливків другого класу, що працюють в умовах зносу робочих поверхонь (напрямних), висуваються додаткові вимоги щодо твердості і мікроструктури. Твердість робочих поверхонь повинна бути не менше 180 НВ. Твердість треба перевіряти на попередньо оброблених поверхнях з глибиною обробки не менше 3-4 від величини припуску на механічну обробку. Для важких виливків масою понад 7000 кг або при товщині литий направляючої понад 100 мм допускається зниження твердості до 170 НВ, а для особливо важких виливків до 160 НВ. Мікроструктура для виливків масою до 4000 кг або товщиною литих направляють до 60 мм повинна складатися з перліту в кількості більше 98% і включень пластинчастого графіту розміром від 10 до 250 мкм, ізольованого або у вигляді колоній малої і середньої ступені ізольованості. Виливки з більшою масою або більшою товщиною напрямних повинні мати перліту більш 90%.
До третього класу виливків відносяться базові, корпусні та інші деталі з невеликими вимогами щодо міцності. Слабо навантажені деталі, жорсткість і викривлення яких не позначаються на точності роботи верстата: подмотор-ні плити, важелі управління, шківи, маховички; деталі, до яких пред'являються вимоги стабільності геометричної форми, які відчувають напруги до 1 кг / мм 2. підстави більшості верстатів, фундаментні плити, великогабаритні станини складної конфігурації з накладними напрямними, підкладні плити; деталі, до яких пред'являються вимоги герметичності в умовах атмосферного тиску: резервуари для масла, охолоджувальної рідини, корита, корпуси фільтрів, наливні баки, фланці і кришки.
Сірий чавун в виливках для цих деталей (з урахуванням переважної товщини стінки) повинен мати міцність близько 15-20 кг / мм 2 і модуль пружності близько (0,8-1,05) 10 4 кг / мм 2. Для виливків деталей третього класу рекомендуються дві марки сірого чавуну: СЧ 15-32 і СЧ 21-40.
До четвертого класу виливків відносяться маловідповідальних декоративні та інші деталі, що не несуть навантажень і не схильні до зносу, або знос яких не має значення. Це деталі типу кришок, кожухів, патрубків, вантажів і т. П. Міцність чавуну у виливках лежить в межах 10-15 кг / мм 2. а модуль пружності повинен дорівнювати (0,6-0,85) 10 4 кг / мм 2. Для виготовлення подібного роду виливків рекомендується сірий чавун СЧ 12-28.
Застосування сірого чавуну в авто- і тракторобудування (канд. Техн. Наук Шер-ман А. Д.). Блоки циліндрів. Структура чавуну в блоках і особливо в негільзованних, повинна бути перлитной з невеликою кількістю (до 5%) фериту і окремими включеннями фосфідную евтектики. Дуже важливо також, щоб графіт в чавуні був середньо- і мелкопластінчатим, неорієнтований.
Для отримання потрібної структури виробник насамперед вибирає залежно від товщини стінки виливки відповідні межі по вуглецю і кремнію. Введення легуючих елементів (хрому, нікелю, титану, міді) дозволяє підвищити стійкість перліту, його дисперсність і до певної міри нейтралізувати вплив нестабільності технологічних факторів (відхилень в хімскладу, змін температури заливки).
Деякі елементи, наприклад олово, дозволяють отримувати перлитную структуру у всіх перетинах виливків (товстих і тонких), що в інших випадках буває досить важко.
Для блоків циліндрів важко навантажених двигунів (в основному дизельних) в чавун вводять молібден, що дозволяє помітно підвищити міцність і жаростійкість чавуну.
За механічними властивостями чавун, застосовуваний для лиття блоків, відповідає маркам СЧ 18-36, СЧ 21-40 і СЧ 24-44.
На надійність, довговічність і економічність роботи двигуна великий вплив робить деформація блоку в процесі експлуатації. При деформації (викривлення) блоку спотворюється геометрія циліндрів, опор підшипників, збільшується їх знос, підвищується витрата палива і масла.
Для зведення до мінімуму викривлення блоків в процесі експлуатації рекомендується проводити штучне старіння виливків при 550-600 ° С.
Гільзи блоку циліндрів (табл. 35-37). Зносостійкість гільз з сірого чавуну і їх здатність протистояти задирам визначається мікроструктурою чавуну, яка залежить від хімічного складу чавуну, перетину виливка і технології її виготовлення.
Чавун для гільз можна класифікувати в такий спосіб.
Залежно від умов роботи двигуна, його конструкції і навантаженості для виготовлення гільз застосовують низьколегований чавун наступних різновидів:
а) Гільзи автомобільних карбюраторних двигунів машин середньої навантаженості відливають з низьколегованого чавуну, що містить 0,3-0,5% Сг, 0,2- 0,3% Ni, до 0,6% Сі, 0,3-0,6% Мо, 0,1-0,6% Р. Твердість цих гільз 187- 241 кг / мм 2 при литті в землю і 230-260 кг / мм 2 при литті відцентровим способом в нефутерованних металевих виливницях.
в) Чавунні гільзи для дизельних і деяких форсованих карбюраторних двигунів вантажних автомобілів піддають гарту з подальшим відпуском. При цьому підвищується твердість і зносостійкість робочої поверхні гільз.
В литому стані твердість гільз з такого чавуну не перевищує 217- 241 кг / мм 2. Після гарту і відпустки твердість на дзеркалі гільз становить 42-52 HRC.
г) Чавунні гільзи особливо відповідальних двигунів спецмашин піддають азотуванню. Чавун азотіруемих гільз повинен містити 1,4-1,6% Сг і 1,0 1,5% А1. Твердість дзеркала гільз після азотування 800-900 HRC.
В. Високолегований сірий чавун. Для істотного підвищення зносостійкості гільз циліндрів автомобільних карбюраторних двигунів часто застосовують аустенітний чавун. Широке застосування у вітчизняному автомобілебудуванні знайшов аустенітний нікельмедісто-хромовий чавун типу нірезіст. До складу цього чавуну входить до 18% Ni, 8% Сі, 3% Сг, 0,6% Р. З огляду на дефіцитності і дорожнечі нірезіста з нього виготовляють втулки, якими гільзи верхню, найбільш изнашиваемую частина циліндрів (в блоці або гільзі). При цьому конструктивно гільзу виконують комбінованої (попередньо оброблену вставку з нірезіста запресовують в попередньо оброблену основну гільзу з сірого чавуну) чи біметалічної (в гільзі з сірого чавуну протачивают поясок шириною 50 мм і глибиною 5 мм; гільзу затискають в патрон, поміщають в індуктор і нагрівають т. в. ч. до 700-800 ° с; в поясок обертається нагрітої гільзи поміщають дозу флюсу, наприклад, бури, а потім заливають дозу розплавленого чавуну - нірезіста; залитий метал міцно зв'язується з металом основно гільзи). Гільзи зі вставкою (або наплавленням) з нірезіста застосовують на двигунах ЗИЛ, ГАЗ, МЗМА.
Високу зносостійкість мають гільзи з хромокремністого сплаву, що містить до 15% Сг. Після відпалу при 980-1000 ° С протягом 3 год твердість гільз з цього чавуну складає 28-32 HRC. Однак гільзи з хромокремністого сплаву схильні до утворення задирів, що вимагає спеціальних заходів щодо їх попередження.
Виливки гільз, так само як і виливки блоків, рекомендується піддавати штучному старінню при 550- 600 ° С для попередження їх подальшого викривлення в експлуатації. Найбільш повно знімаються напруги, якщо термообробку виробляти після попередньої механічної обробки.
Поршневі кільця (табл. 38). В даний час в автотракторних двигунах застосовують такі види кілець з сірого чавуну.
2. Кільця, структура яких формується шляхом термообробки, підрозділяються на наступні три групи:
в) Кільця, чавун яких після виливки виходить білим або половинчастим. Для їх відливання застосовують як легований, так і нелегований чавун. Термічна обробка таких кілець - високотемпературний відпал з метою розкладання карбідів. Якщо після відпалу кільця піддають додаткової термообработку-