6. Воспользуйтесь справочником и выберите марку материала, удовлетворяющего составленному Вами профилю свойств.

Рекомендуем марку серого чугуна СЧ 10.

7. Обоснуйте выбор марки чугуна.

СЧ10 (цифра показывает предел прочности при растяжении) относится к классу ферритных чугунов, предназначенных для слабонагруженных и средненагруженных деталей. Данная марка имеет слудующий химический состав:

С – 3,5÷3,7%, Si – 2,2÷2,6%, Mn - 0,5÷0,8%, Р не более 0,3%,

S не более 0,15%. В этом чугуне весь углерод находится в виде графита, имеющего форму пластинок. Кремний обладает сильным графитизирующим действием; способствует выделению графита в процессе затвердевания чугуна и разложению выделившегося цементита. Фосфор в количестве до 0,3% растворяется в феррите.

Прочность чугуна существенно зависит от толщины стенки отливки. Указанное в марке значение σ_в соответствует отливкам с толщиной стен­ки 15 мм. При увеличении толщины стенки от 15 до 150 мм прочность и твердость чугуна уменьшаются почти в два раза.

Графит, ухудшая механические свойства, в то же время придает чугунам ряд ценных свойств. Он измельчает стружку при обработке ре­занием, оказывает смягчающее действие и, следовательно, повышает из­носостойкость чугунов, придает им демпфирующую способность. Кроме того, пластинчатый графит обеспечивает малую чувствительность чугу­нов к дефектам поверхности. Благодаря этому сопротивления усталости чугунных и стальных деталей соизмеримы.

Номенклатура отливок из серого чугуна и их масса разнообразны: от деталей в несколько граммов {поршневые кольца двигателей) до отливок в 100 т и более (станины станков). Выбор марки чугуна для конкретных условий работы определяется совокупностью технологических и механи­ческих свойств.

8. Выберите по справочнику вид и режим термической обработки.

Кроме химического состава структура чугуна и его свойства зави­сят от технологических факторов, главным из которых является скорость охлаждения. С уменьшением скорости охлаждения возрастает количество графита, а с ее увеличением – количество химически связанного углеро­да. При выборе скорости охлаждения принимают во внимание толщину стенки отливки. Чем она больше, тем меньше скорость охлаждения и полнее протекает процесс графитизации.

В чугунах с высоким содержанием кремния при медлен-ном охлажде­нии отливки первичная кристаллизация происходит в соответствии со стабильной диаграммой Fe-C; в этом случае графит по­является непосредственно из жидкой фазы. С увеличением скорости охла­ждения создаются условия для первичной кристаллизации в соответствии с метастабильной диаграммой Fe-Fе₃С; из жидкой фазы выделяется цементит, а графит образуется вследствие его распада при дальнейшем охлаждении. Иногда ледебурит не разлагается и остается в структуре.

При нагружении чугуна графитовые включения, являясь «надрезами», сни­жают его прочность и пластичность. Это происходит, во-первых, вследствие некоторого уменьшения живого сече­ния металлической основы из-за поло­стей, занятых графитом, имеющим не­большую прочность на разрыв, и, во-вторых, что наиболее важно, из-за высокой концентрации напряжений, возникающей в местах графитовых включений, особенно при пластинча­той форме графита. Чем длиннее пластинки графита, тем больше коэф­фициент концентрации напряжений. Все это приводит к резкой локализа­ции пластических деформаций в ме­таллической основе, исчерпанию пла­стичности материала в этих местах, развитию трещин и в итоге – к ква­зихрупкому разрушению материала при средних напряжениях и показате­лях пластичности, более низких, чем прочность и пластичность металличе­ской основы чугуна.

Кроме того, из-за разного коэффи­циента термического расширения гра­фита и металлической основы при охлаждении отливок, в чугуне возникают структурные на­пряжения II рода, которые, постепенно возрастая, достигают предела упру­гости материала в местах концентра­ции напряжений (при пластинчатой форме графита). Поэтому дополни­тельная внешняя нагрузка любой ве­личины вызывает необратимые пласти­ческие деформации в материале, и чугун с пластинчатым графитом в ли­том состоянии, по существу, не имеет предела упругости. Однако он может приобрести это свойство в ре­зультате «тренировки» различными на­грузками, приводящими к упрочнению металлической основы в местах кон­центрации напряжений. Этой же цели могут служить различные варианты термомеханической или термоцикли­ческой обработки.

Упрочнение металлической основы в местах концентрации напряжений происходит при естественном старе­нии отливок из чугуна с пластинчатым графитом (вылеживании) даже при отсутствии напряжений I рода, из-за протекания релаксационных процессов высоких напряжений II рода. В ре­зультате возрастает сопротивляемость образованию пластических деформаций при нагружении небольшими нагруз­ками. Указанный процесс интенсифи­цируется при вылеживании отливок на воздухе, когда добавляется термо­циклическое воздействие изменений по­годных условий. Модуль упругости чугуна из-за графитовых включений ниже, чем у его металлической основы, так как образуются дополнительные обратимые деформации полостей, занятых графи­том, особенно заметные при больших нагрузках.

Все отмеченные явления становятся менее заметными при увеличении дис­персности пластинчатого графита до 100 - 200 мкм. Наличие графитовых включений де­лает чугун, особенно с пластинчатым графитом, практически не чувстви­тельным к надрезам, что позволяет конкурировать ему с более прочной сталью по сопротивлению усталости и пределу выносливости.