МАТЕРИАЛЫ И ИХ ПОВЕДЕНИЕ ПРИ СВАРКЕ

Состав, структуры и основные свойства чугунов

Согласно диаграмме состояния область чугунов ох­ватывает сплавы железа, содержащие свыше 2,14% уг­лерода.

В процессе кристаллизации и последующего охлаж­дения чугуна, как следует из рис 3 8 (пунктирные ли­нии SE, ECF, CD), избыточный углерод выделяется в виде включений графита или цементита (карбида желе­за). Количество выделившегося графита, форма, разме­ры и характер распределения его в металлической мат­рице оказывает существенное влияние на механические свойства чугунов. По этим признакам чугуны, как из­вестно, разделяются на следующие группы: серый, бе­лый, ковкий высокопрочный и легированный. Наибо­лее широкое применение получили в технике серые доэвтектические чугуны, содержащие 2,4...3,8% С, как обладающие благоприятным комплексом литейных и механических свойств.

На структуру чугуна и его свойства оказывает боль­шое влияние кремний, которого в сером чугуне обыч­но содержится 1,2...3,5%. Поэтому при изучении струк- турообразования в техническом (сером) чугуне удобнее

пользоваться тройной диаграммой состояния Fe-C-Si, анализ которой подробно представлен в работе [1].

В реальных условиях неравновесного (ускоренного) охлаждения структура чугунов отличается от равновесной и поэтому удобнее рассматривать структурное строение чутунов в зависимости от химического состава (содержа­ния Si) и скорости охлаждения (толщины отливки), по­казанной на рис. 7.1. Как видно из рисунка, при посто­янном содержании углерода увеличение количества кремния и снижение скорости охлаждения приводит к более полному протеканию процессов графитизации.

Содержание марганца в чугуне не превышает

1,25.. .1,4%. Он препятствует графитизации и способ­ствует отбеливанию. Сера заметно тормозит процесс графитизации и является вредной примесью, ухудшаю­щей механические и литейные свойства чугуна. Поэто­му ее ограничивают в пределах 0,1...0,12%. Содержание фосфора в сером чугуне составляет « 0,2%, хотя допус­кают и до 0,4...0,5%. Улучшая жидкотекучесть, фосфор вызывает образование двойной (Ре3Р-аустенит) или

тройной (Fe3C-Fe3P-aycTeHMT) эвтектики, охрупчиваю - щей чугун. По структуре серые чугуны, как видно из рис. 7.1, могут быть ферритными, феррито-перлитны­ми и перлитными. К последним относятся так называ­емые сталистые и модифицированные чутуньт. Скорость охлаждения во многом определяет размеры структурных составляющих: чем меньше скорость охлаждения, тем крупнее графитные включения, крупнее зерно металли­ческой основы, а следовательно, меньше прочность и твердость.

В соответствии с ГОСТ 1412—85 серые чугуны мар­кируются буквами СЧ и двузначными цифрами, обозна чающими величину предела прочности вЮ'1 МПа при растяжении: СЧ 10, СЧ 15, СЧ 45. Из белого чугуна пу тем отжига получают ковкий чугун, характеризующий­ся повышенной прочностью, пластичностью и ударной вязкостью. Такие свойства обеспечиваются образовани­ем хлопьевидной формы включений графита. По струк­туре эти чугуны являются ферритными и перлитными. По ГОСТ 1215—79 они обозначаются: КЧ 30—6, КЧ 37— 12, КЧ 95—6 и т. д.

Высокопрочные чугуны — это серые чугуны, в кото­рых за счет добавок магния (0,03...0,07%) в процессе кристаллизации графит принимает не пластинчатую, а шарообразную форму, что меньше ослабляет металли­ческую основу чугуна и повышает его механические свойства. Высокопрочные чугуны в соответствии с ГОСТ 7293-85 разделяются по структуре на ферритные, перлито-ферритные, перлитные и бейнитные. Они мар­кируются двумя буквами и следующими за ними двумя цифрами, обозначающими среднее значение временно­го сопротивления на разрыв (ранее обозначалось и от­носительное удлинение): ВЧ 35, ВЧ 40, ВЧ 50. Указан­ные выше составы, структуры и свойства различных марок чугунов определили различные области примене-

ния чугунов от фундаментных плит и литых малонагру - женных деталей сельскохозяйственных машин и авто­мобилей до станин мощных станков, прессов, деталей турбин и металлургического оборудования, работающих в условиях износа и ударного нагружения.

Стали для отливок отличаются от обыкновенных по­вышенным содержанием серы (0,045%) и фосфора (0,04%). По химическому составу они классифицируют­ся на конструкционные углеродистые и легированные (ГОСТ 977—75) и высоколегированные со специальны­ми свойствами (ГОСТ 2176—77). По назначению они разделяются на три группы:

1) для отливок общего назначения;

2) для отливок ответственного назначения;

3) для отливок особо ответственного назначения.

К конструкционным углеродистым относятся стали 15JI, 20JT, 25J1, ЗОЛ, 40Л, 50Л и 55Л, а к конструкционным легированным 351 Л, ЗОГСЛ, 35ХМЛ, 35ХГСЛ, 08ГДНФЛ. К литым высоколегированным сталям со специальными свойства'и относятся стали 20Х13Л, 10Х14НДЛ (мар - тенситного класса), 08Х14Н7МЛ, 14Х18НЧГЧЛ (аусте - нитнс-маргенситного класса), 12Х25Н5ТМФЛ, 20Х20Н1ЧС2Л (аустенитно ферритного класса) и 10X18Н9Л, 18Х25Н9сл (аустенитного класса).

Для литых сталей нормируемыми показателями ме­ханических свойств являются предел текучести или вре­менное сопротивление на разрыв, относительное удли­нение и ударная вязкость.

Как правило, свойства литейных сталей хуже, чем у чу­гуна. Стали характеризуются большой литеиной усадкой (2,3...2,8%), что существенно сказывается на точности ли­тых деталей. Стали весьма чувствительны к термическим циклам обработки. Все это является причиной образова­ния в литых стальных деталях и сварных соединениях из 3’ 67

них таких дефектов, как раковины, пористость, трещи­ны, коробление и т. п.