Классификация гипотез о природе зародышей графита, определяющих формообразование графита.

основные гипотезы формообразования графита:

1. теория газовых пузырьков.

Суть: графит выделяется в пузырьках магния, затем под давлением заполняет полость до центра и продолжает расти, увеличиваясь и сохраняя форму шарика. Согласно этой теории, пузырьки могут формироваться за счет паров магния, водорода и других газов.

“-“ теории: а)не указывает на то, какая часть магния находится в пузырьках в том случае, когда шаровидный графит образуется в чугуне, содержащем 0,04-0,3% Mg, и почему пузырьки не уменьшают плотность чугуна. Расчет показывает, что с выделением 0,01 % Mg в виде пузырьков существенно снижается плотность чугуна (на несколько процентов).б) шаровидный графит кристаллизуется в чугуне, находящемся под давлением, в условиях, когда пузырьков магния не должно быть.в) не учитывает закономерностей роста кристаллов. г) Эта теория не подкреплена экспериментами и не объясняет образования других форм графита, в частности пластинчатой.

2. Карбидная теория.

Эта теория вообще не объясняет образования формы графита. Не объясняет она и образования шаровидного графита в чистых Fe-Si-C сплавах, не обоснована термодинамическими расчетами, не имеет экспериментальных доказательств. Карбидная теория, как и пузырьковая, совершенно не учитывает достижений науки в области кристаллизации.

3. Теория поверхностного натяжения

Согласно теории увеличение поверхностного натяжения по термодинамическим требованиям должно приводить к получению шаровидных форм, характеризующихся минимальной поверхностной энергией. Обязательным условием кристаллизации шаровидного графита, согласно этой теории, является переохлаждение чугуна.

“-“ теории: а) теория не объясняет образования пластинчатого графита в чугуне при высоком поверхностном натяжении расплава. Б) Теория не учитывает внутреннего строения графита. В) Не объясняет она образования других форм графита.

4. теория, учитывающая рафинирование чугуна при модифицировании и самодиффузионные процессы.

Суть: при модифицировании расплав очищается от серы, кислорода и других элементов и происходит равномерная диффузия вакансий к графиту, лимитирующая процесс графитизации и рост полости для графита. Графит же занимает образующуюся из вакансий полость и приобретает форму полости.

“-“ теории: а) этой теории не учитываются свойства графита и их проявления при кристаллизации.

5. Дислокационная теория

Суть: роль модифицирования и модифицирующих элементов заключается в очистке базисных граней кристалла от серы, кислорода и других поверхностно-активных элементов, сдерживающих рост спиральных выступов.

6. Теория межфазной энергии

Согласно этим представлениям скорость роста грани кристалла гра фита определяется величиной межфазной энергии на этой грани. Величина межфазной энергии определяется природой грани кристалла графита и наличием на ней адсорбированных поверхностно-активных элементов. Согласно этим исследованиям графит шаровидной формы кристаллизуется тогда, когда межфазное натяжение и межфазная энергия базисной грани графита с расплавом меньше, чем межфазная энергия призменной грани при одновременно высоком поверхностном натяжении чугуна.

9. Серый чугун с пластинчатым графитом

На долю отливок из серого чугуна с пластинчатым графитом приходится от 80 до 90 % всего чугунного литья. Установлены девять основных марок серого чу­гуна. Основным критерием, по которому чугун делится на марки, является временное сопротивление чугуна (предел прочности при растяжении).

К другим характеристикам, которые регламентирует ГОСТ, кроме а_в, относятся предел прочности при изгибе и твердость. Как видно, с увеличением степени эвтектичности механические свойства снижаются (за исключением демпфирующей способности). В заэвтектических чугунах (СЧ10, СЧ15) формируется основном ферритная металлическая матрица с образованием "большего количества пластинчатого графита прямолинейной или игольчатой формы. Наилучшим комплексом механических свойств обладают доэвтектические чугуны СЧ20, СЧ25, СЧЗО, СЧ35 практически с перлитной основой, которые нашли широкое применение для изготовления сложных и ответственных отливок в автом­обильной промышленности (блоки цилиндров, гильзы), в станкостроении и др.

Чугуны с графитом являются хрупкими материалами, деформационные свойства которых характеризуются в основном упругой деформацией. Относительное остаточное же удлинение при растяжении образцов является малым и составляет максимально, как уже выше было отмечено 2...0,75%.

Особенную роль для чугунных базовых деталей, особенно стан­ков, играет релаксационная стойкость.Под релаксацией понимается самопроизвольное умень­шение напряжений в нагруженной детали из-за перехода упругой деформации в пластическую. Релаксация характерна для многих сплавов и деталей из них. Все чугуны с графитом по пределу выносливости приближаются к сталям, а высокопрочный чугун даже превосходит стали. В том числе именно поэтому коленчатые валы в настоящее время изготовляют из высокопрочного чугуна.

Пути повышения прочностных свойств серого чугуна. Когда тре­буется сделать выбор из двух соседних марок чугуна, например СЧ20 и СЧ25, то по сути решается вопрос о том, как обеспечить увеличение прочности. Здесь у технологов существует несколько возможностей.

Первый путь можно установить, анализируя данные ГОСТ 1412—85, согласно которым для увеличения прочно­сти и твердости необходимо уменьшить содержание углерода, а следовательно, графита в.чугуне. При этом уменьшается углерод­ный эквивалент С_экв и суммарное содержание C + Si (немного ^уменьшается и содержание кремния). Из структурных диаграмм известно, что с уменьшением содержания C + Si растет вероят­ность отбела, поэтому второй путь повышения прочности — модифицирование. Высокие марки чугуна, начиная с СЧ25, не­возможно получить без модифицирования. Третий путь повы­шения прочности — легирование главным образом хромом и ни­келем. В чугунах марок СЧ25 и выше наблюдается в основном пер­литная структура. Легирование перлита естественно повышает проч­ность. И, наконец, четвертый путь — снижение содержания S и Р как вредных примесей.

Особенности литейных свойств.Жидкотекучесть серых чугунов, как правило, выше, чем углеродистых сталей.Серые чугуны при введении в их состав до 1,0 % фосфора при­меняются для художественного литья (примером являются кас­линские художественные отливки).

При несколько меньшем (до 0,6 %) содержании фосфора из серого чугуна индивидуально отливают поршневые кольца с тол­щиной стенки около 3 мм. Отливка тонкостенных отливок из се­рого чугуна в металлические формы представляет значительные сложности, главным образом, из-за отбела.

Эвтектические и околоэвтектические чугуны к усадочным ра­ковинам и пористости практически не склонны, и отливки из них изготовляются без прибылей благодаря расширению чугуна вследствие выделения графита в некотором интервале температур после затвердевания.

Доэвтектические чугуны, особенно чугуны высоких марок, склонны к образованию усадочных дефектов, и отливки из них изготовляются с небольшими прибылями. Число прибылей мини­мальное, так как расстояние, на которое действует прибыль, до­стигает более 1,5 м.

Отливки из серого чугуна к горячим трещинам практически не склонны, так как при температурах вблизи интервала крис­таллизации отливки расширяются, расширение происходит в уже затвердевшей корке, и растягивающие механические напряже­ния в интервале температур кристаллизации практически не воз­никают. Однако при последующем охлаждении проявляется боль­шая склонность отливок из серого чугуна к холодным трещи­нам, поэтому их стараются как можно раньше выбивать из ме­таллических форм.

Из-за склонности серого чугуна к холодным трещинам круп­ные отливки выбивают при температурах около 200 °С.

Склонность чугуна к насыщению газами и образованию газоусадочной пористости следует признать умеренной. Основные про­блемы связаны с образованием газовых раковин, которые образу­ются при выделении газов из форм и стержней, а также в случае неправильно сконструированной литниковой системы, в которой происходит подсос газов и их захват.

Аналогично, склонность к ликвации и неметаллическим вклю­чениям также не создает особых проблем, исключая шлаковые и песчаные включения, которые часто попадают в отливку.

В то же время, серый чугун является одним из самых чувствительных сплавов к изменению механических свойств в зависимо­сти от толщины стенки.

Следует обратить внимание на больший коэффициент теплопроводности X серого чугуна по сравнению с другими чугунами.

Поэтому температурные напряжения в сером чугуне также будут меньше из-за уменьшения перепадов температур.

10. Легированные чугуны

Дата добавления: 2015-07-20