Главная  Переработка нефти и газа 

Скачать эту книгу

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 [ 103 ] 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170

тем легирования сварочной ванны этими элементами. Чтобы предотвратить образование газовых пузырьков водяного пара и оксида углерода, сварочную ванну жидкого чугуна раскисляют Ti, Ai, Si. Вероятность образования пор снижается с уменьшением скорости кристаллизации жидкого чугуна. Поэтому при больших объемах ванны, характерных для сварки с предварительным подогревом, успевает пройти дегазация и поры не образуются.

Глав а 23. КОВКИЕ, ВЫСОКОПРОЧНЫЕ и ЛЕГИРОВАННЫЕ ЧУГУНЫ

(Грецкий Ю. Я., Метлицкий В. А.)

23.1. Состав и свойства

23.1.1. Классификация по составу и свойствам

Ковкие чугуны (КЧ), которые получают в результате отжига белого чугуна, характеризуются повышенной прочностью, пластичностью и ударной вязкостью вследствие образования прн отжиге хлопьевидного графита. Основные преимущества КЧ заключаются в однородности их свойств по сечению, практическом отсутствии напряжений в отливках, высоких механических свойствах и хорошей обрабатываемости.

Отличительной особенностью высокопрочных чугунов с шаровидным графитом (ЧШГ) являются еще более высокие прочностные свойства, обусловленные сферической формой графита, при которой в меньшей степени, чем при других формах графита, ослабляется рабочее сечение матрицы и гораздо ниже концентрация напряжений у графитовых включений.

Легированные чугуны обладают специальными свойствами, обеспечивающими длительную и надежную работу отливок в разнообразных условиях эксплуатации.

Ковкие чугуиы (ГОСТ 1215-79) получают ферритными или перлитными. Содержание основных элементов в КЧ составляет, %: С 2,3-3,0; Si 0,9-1,6; Мп 0,3-0,6 (при ферритной матрице) и до 1,2 (при перлитной матрице), Снижение содержания углерода в указанных пределах увеличивает прочность КЧ благодаря уменьшению количества и размеров графита, а также улучшению его формы. Фосфора и серы в КЧ меньше, чем в сером чугуне.

Чугуны с шаровидным графитом (ГОСТ 7293-85) различают на ферритиые, перлитио-ферритные, перлитные и бейнитные. Содержание основных элементов в ЧШГ составляет, %: С 3,2-3,8; Si 1,9-2,9 (в бейнитных- 3,4-3,6); Мп 0,4-0,9; Сг0,1. Примеси достигают, %: S0,02; Р<0,1, т. е. значительно ниже, чем в сером чугуне. Содержание магния - сферо-идизатора графита - колеблется от 0,03 до 0,08%.

Легированные хромовые чугуны подразделяются на жаростойкие, кор-розиоииостойкие и износостойкие и содержат до 36 % Сг; с увеличением хрома содержание С, Si, Мп уменьшается. Никелевые имеют в своем составе до 21 % Ni, кремнистые - до 18% Si, марганцевые - до 12% Мп, высоколегированные алюминиевые-до 31 % AI. Пра.ктически все легированные чугуны могут иметь как пластинчатую, так и шаровидную форму графита.

23.1.2. Основные марки, структура и свойства

Ковкий чугун маркируют буквами КЧ и цифровыми обозначениями в зависимости от механических свойств. Первые две цифры соответствуют временному сопротивлению, вторые - относительному удлинению (ферритиые - от КЧ 30-6 до КЧ 37-12, перлитные -от КЧ 45-6 до КЧ 63-2). Ферритиые КЧ имеют более высокую пластичность, а высокая твердость перлитного чугуна обеспечивает лучшую стойкость против износа КЧ с зернистым перлитом используют для изготовления отливок, подверженных знакопеременным (в том числе, ударным) нагрузкам при эксплуатации [ij

Аналогично ковким маркируются высокопрочные чугуны с шаровидным графитом: ферритиые (ВЧ 38-7 и ВЧ 42-12), перлитно-феррнтные (ВЧ 45-5 и ВЧ 50-2), перлитные (от ВЧ 60-2 до ВЧ 80-3), бейинтные (ВЧ 100-4 и ВЧ 120-4). ЧШГ обладают комплексом ценных свойств, значительно превосходящих те же характеристики серого чугуна: износостойкостью, жаростойкостью, коррозионной стойкостью и др. Многие свойства дополнительно повышаются в результате рационального легирования и термической обработки [1].

Промежуточными по свойствам между КЧ и ЧШГ являются чугуны с вермикулярным графитом, обозначаемые ЧВГ.

Обозначение легированных чугунов разнообразное. Согласно ГОСТ 7769-82 и 11849-76 жаростойкие хромовые чугуны обозначают ЖЧХ, а коррозионностойкие - ЧХ, после чего ставят цифры, указывающие содержание Сг. Износостойкие чугуны обозначают ИЧХ и далее цифры содержания Сг и других элементов (как при обозначении сталей, например, ИЧХ13ГЗМ). Пример обозначения никелевого чугуна: ЧН15Д7Х2. Если графит имеет шаровидную форму, добавляется буква Ш. Аналогично обоз"-начение кремнистых чугунов, обладающих окалино-, росто- и коррозионно-стойкостью (ЖЧС5, ЖЧЮ7Х2, ЧС15М4); алюминиевых жаропрочных (ЖЧЮ7Х2) и марганцевых износостойких чуГунов (ИЧХ4Г7Д).

Характерными структурными составляющими матрицы легированных чугунов являются: феррит, перлит, аустенит, карбиды. Условие образования аустенита в никелевом чугуне (содержащем 2,3-3,6% С и до 2% Si): Ni-f2,5 Mn--Cu>18 [1].

23.2. Свариваемость чугунов

23.2.1, Склонность к образованию треиин

Склонность сварных соединений к образованию трещин в ЗТВ у ЧШГ значительно выше по сравнению с обычными серыми чугунами при одинаковых содержаниях С, Si и Мп. В то же время требование высокой прочности, предъявляемое к сварным соединениям ЧШГ, является одним из основных при изготовлении и ремонте деталей. Только выполнение сварки с высоким предварительным подогревом всей детали или местным, если позволяет конструкция, способствует исключению трещин, а получение наплавленного металла в виде ЧШГ дает полную равнопрочность сварных соединений с основным металлом.

Свариваемость легированных чугунов (в первую очередь, стойкость против образования трещин) ухудшается с ростом содержания легирующих элементов. Особенно свойственно это хромовым, кремнистым и марганцевым чугунам вследствие уве-

личения в их структуре количества карбидов Сг, Si, Мп. Исключение составляют чугуны с аустенитной основой: никелевые, марганцевые и более сложного состава, которые обладают удовлетворительной свариваемостью. С другой стороны, высоконикелевые чугуны, хорошо противостоящие появлению холодных трещин, склонны к образованию ГТ из-за эвтектик, образующихся в шве и ЗТВ сварного соединения.

23.2.2. Влияние химического состава и структуры.

Термический цикл, которому повергаются КЧ и ЧШГ в процессе сварки плавлением, ухудшает механические свойства основного металла в ЗТВ. Это происходит из-за наличия структурно-свободного углерода, который при высоких температурах интенсивно растворяется в аустенитной матрице. Вследствие протекающей диффузии углерода от хлопьевидных или шаровидных включений графита в аустенитную матрицу понижается температура плавления матрицы в приграничных микрообъемах и происходит ее расплавление в зонах вокруг графитных включений. В условиях последующего быстрого охлаждения эта фаза, обогащенная углеродом, затвердевает с образованием ледебурита. Присутствие в ЗТВ игл первичного цементита, ледебурита и мартенсита охрупчивает металл околошовной зоны и облегчает появление трещин [4].

Увеличение содержания углерода в КЧ и ЧШГ способствует более полной графнтизации металла шва и ЗТВ, снижению твердости соединения и уменьшению опасности образования трещин.

Модифицирующие элементы (Mg, РЗМ, Y и др.), глобуляри-зирующие графитную фазу в ЧШГ, одновременно способствуют переохлаждению и кристаллизации с образованием цементита и ледебурита. Поскольку в условиях сварки это явление усиливается, всегда существует опасность образования оторочки вокруг шва, содержащей в структуре карбиды и мартенсит и вызывающей появление трещин [4].

Сера и фосфор снижают механические свойства сварных соединений из-за образования в металле шва участков, обогащенных сернистыми и фосфидными эвтектиками на основе железа. Содержание этих вредных примесей ограничено стандартами в КЧ, %: S0,12-0,18 и Р0,12-0,2, а в ЧШГ, %; 80,02 и Р0,1. Чистыми по этим элементам должны быть и компоненты электродных материалов.

Структура основы КЧ и ЧШГ оказывает меньшее влияние на свариваемость, чем химический состав. Чугуны с ферритной матрицей более стойкие против образования трещин, чем перлитные, благодаря запасу пластичности и вязкости, но уровень прочности сварных соединений у них ниже.