Справочник по машиностроительным материалам - Сидуля П.Н.
Скачать (прямая ссылка):
10
в
1-
25 50
75%Fe-a
Фиг. I. Влияние полного графитизирующего отжига на снижение модуля упругости серого чугуна с пластинчатым графитом.
* См. гл. I
90
ПРОЧНОСТЬ ЧУГУНА И СПОСОБЫ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЗАГОТОВОК
образующих коралловидные образовать, вызывает резкое перерезывающее действие на силовые линии при нагружении чугуна. В конечном итоге получается, что основ-
Обшая деформация
20 40 60 80 Деформация е
а)
ЮОЮ
Остаточная деформация Общая деформация
123Ь 12 3 4
0
40 80 120 1Ь0*10-5% Деформация і
б)
Фиг. 2. Влияние внутренних надрезов на модуль упругости: а — при наличии искусствен У"шш',Дг?ЛОП2 Р/ стялыг?п пластине: / — Е 21 Ш*кПммг\ П — 18 200 кГ/мм*; Ш -Л0и кГ/мм ; IV — 9950 кГ/ммж: б — вследствие наличия графитовых включений в сером чугуне: / — Ь = 13 800 кГ/мм*; 2 —12 500 кГ/мм*, ^ — 11 600 кГ/мм2; 4 — И 450 кГ/мм*;
5 — 6900 кГ/мм*; г, — 7590 кГ/хмК
ную роль играет не размер отдельных лепестков графита, а величина эвтектического зерна.
Из данных фиг 3 видно, чао с размельчением зерна модуль упругости чугуна повышается [2], однако эта зависимость уменьшается с повышением прочности чугуна.
Химический состав чугунов 1—5 на фиг. 3 приведен в табл. 1
1. Химический состав чугунов с различным модулем упругости
ЛГо чугунов Содержание элементов п %
на фиг. 1 С Б1 Мл р
/ 3,33 2.86 0,76 0,08 0,18
2 3,53 1,70 0,54 0,О1 0,17
3 3,10 2,79 0,67 0,08 0,18
4 3,18 1,76 0,58 0,13 0,20
5 3,12 1,84 1,07 0.09 1,01
Придание графиту шаровидной формы модифицированием чугуна магнием резко снижает надрезывающее действие включений, в результате чего модуль упругости значительно повышается, приближаясь к модулю упругости стали (фиг. 4\ табл. 2). В отличие от серого чугуна с пластинчатым графитом с уменьшением размеров графитовых сфероидов в высокопрочном чугуне модуль упругости повышается, ибо каждое включение представляет собой одну эвтектическую колонию и полностью изолировано от соседних сфероидов.
КОНСТРУКЦИОННАЯ ПРОЧНОСТЬ ЧУГУНА 97
2. Модули упругости чугуна и стали (28)
Марка чугуна Состояние заготовки Модуль нормальной упругости в кГ/мм3 Модуль сдвига в кГ/млі1
Оптический метод Резонансный метод Оггтиче-ский метод Резонансный метод
ВЧ 40-10 Отожженное 15 730 16 930 7450 _
ВЧ 60-2 Нормализованное 15 300 17 950 — 7300
ВЧ 50-1.5 Литое —• 18 750 — —
ВЧ 50-1.5 Нормализованное 14 300 17 370 «— —
ВЧ 50-1,5 Литое 14 900 17 870 7760 «—
СЧ 21-40 Литое* 8 200 12 350 — —
Сталь 45 Литое 20 300 21 350
* При напряжении, равном 0,2, 0^ = 4,2 кГ/мм*.
Кривые растяжения обычного серого чугуна (фиг. 4) отличаются от кривых растяжения стали и высокопрочного чугуна не только меньшим наклоном, но и появлением кривизны, начиная с небольших напряжений, в результате увеличения остаточных деформаций с повышением нагрузки.
Фиг. 3. Влияние размера зерна па модуль Фиг. 4. Зависимость напряжений от дефор упругости серого чугуна с пластинчатым гра маций при растяжении образцов из чугуна
фитом. и стали: / - СЧ 21-40; 2 — ВЧ 42-10.
3 — ВЧ 50-1.5; 4 — сталь марки 45.
Возникновение остаточных деформаций даже при весьма низких напряжениях является результатом концентрации напряжений на кромках графитных включений, превышающих предел текучести стальной матрицы и приводящих к пластической деформации отдельных микрообъемов металлической основы На фиг. 5 показаны эпюры напряжений в стальных пластинах с круглым и острым надрезом. Здесь видно, что для круглых отверстий концентрация напряжений значительно меньше, чем для узких прорезей Этим и объясняется отсутствие остаточной деформации в высокопрочном чугуне с шаровидным графитом при его нагружении в области упруги х дефо рмапи й.
Вследствие возникновения пластически деформированных объемов при нагружении снятие растягивающей нагрузки (фиг. 6, а) приводит к сохранению остаточной
7 Справочник, т. 3 342
98
ПРОЧНОСТЬ ЧУГУНА И СПОСОБЫ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЗАГОТОВОК
деформации испытуемого материала в целом за счет возникновения в пластически деформированных микрообъемах сжимающих, а в упруго деформированных объемах растягивающих напряжений. При повторных нагружениях чугун ведет себя как и всякий внутренне напряженный материал, т. е. с образованием петли гистерезиса
на кривой растяжения (фиг. 6, а); в действительности же вследствие явления пол-зучести петля получается незамкнутой при повторном нагружении (фиг. 6, б), однако после большого числа циклов влияние ползучести становится исчезаю-ще малым и петля гистерезиса замыкается (фиг. 6, 6). При увеличении нагрузки
тах
О
/пах
растяжения до Р2 в «стабилизированном» при меньшей нагрузке Р\ чугуне вновь возникает остаточная деформация, которая снова уменьшается с каждым новым циклом нагружения и чугун вновь «стабилизируется» (пунктирные кривые на фиг. 6, 6). Наоборот, при нагрузках меньших, чем Р, (Р[, р'2, Р'г па фиг. 6, в), остаточная деформация в чугуне «стабилизированном» при Р\ не возникает. Таким образом, при нагружении в области упругих деформаций чугун ведет себя как нсупругпй материал, не подчиняющийся закону Гука. В связи с этим теряется физический смысл характеристики модуля упругости чугуна в том понимании, которое принято для стали и других упругих материалов.
