Справочник по машиностроительным материалам - Сидуля П.Н.
Скачать (прямая ссылка):
Легирование цементита и феррита перлита и соответствующее повышение прочности каждого из них в отдельности имеет подчиненное значение, практически не учитываемое.
Не меньшее значение при опенке прочностных свойств чугуна имеет структура графита, играющего роль внутренних надрезов. Чем меньше абсолютные размеры
ПРОЧНОСТЬ ЧУГУНА И СПОСОБЫ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЗАГОТОВОК
графитных включений и чем меньше их количество, тем выше прочность чугуна. Так. например, несмотря на меньшую прочность феррита пи сравнению с перлитом, прочность фсррптиых ковких и высокопрочных чугунов с шаровидным графитом в среднем выше, чем перлитных серых чугунов с пластинчатым графитом.
Как это было показано выше, решающую роль играют не абсолютная величина графитовых пластинок и их кажущаяся степень изолированности в поле шлифа, а размеры эвтектической колонии графитовых лепестков, т. е. величина зерна.
Ферри и Маржсри [2] установили между пределом прочности при растяжении и числом зерен п на длине 1 см экспоненциальную зависимость
ер
где С — константа; а — показатель степени, равный 0,2—0,4 для чугунов с содержанием фосфора около 0,2% и 0,6 при содержании фосфора до 1%.
Указанная зависимость, установленная для чугунов с различным содержанием углерода и кремния, приведена в графической форме на фиг. 22.
Условный модуль упругости чугуна практически не зависит от структуры металлической основы и отображает главным образом строение графитной фазы. Твердость чугуна, наоборот, мало зависит от строения графита и отображает структуру металлической основы. Прочность же чугуна зависит как от строения графита, так и от структуры металлической основы. Поэтому Колло [5] предложил следующую зависимость между прочностью чугуна, модулем упругости и твердостью'
2 3 4
5 6 S 10 20 30 405060 30 П Число зерен на 1 см
Фиг. 22. Влияние размера зерна на предел прочности при растяжении серых чугунов состава: /—3.68% С; 2,82% 8к 0,66% Мп; 0,0«% 5;
31; 0.58% Мп:
0.18% Р; 2—3.18% С: 1,75%
0,13% S; 0.20% Р.
вр
кЕН
где Е — модуль упругости в к!'!мм2\ И? — твердость по Бринелю; k — коэффициент, равный 10—7 для серого ферритного чугуна, 1,25-10—7 для серого перлитного чугуна, 1,55—1,6- Ю-7 для ковкого чугуна. 1,6—1,65« 10—7 для высокопрочного чугуна с шаровидным графитом и 1,7-10~~7 для стали (21; в последнем случае мы получаем известную формулу Сер — 0,ЗШ?.
Между значениями предела прочности при растяжении и твердости для отливок различного диаметра или толщины (принимая условную толщину равной половине диаметра) Колло установил зависимость
+ 1.57(1erIglr7z;]3ll)
»
где х — диаметр отливки в мм при диаметре пробы 30 мм.
На основании этой зависимости построена диаграмма Колло*. Для практических целей удобней пользоваться созданной на ее базе номограммой Колло (фиг. 23) [13], [ 1-1], в которой введена зависимость предела прочности при растяжении образцов диаметром 30 мм от степени эвтектичности чугуна:
5 в__C_
с Л 23 0.312SI - О.ЗЗР + 0.18 (Мп ~ 1 76S) %
¦ См. фиг. G4. гл. 1, стр- 34.
КОНСТРУКЦИОННАЯ ПРОЧНОСТЬ ЧУГУНА 107
108
ПРОЧНОСТЬ ЧУГУНА и СПОСОБЫ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЗАГОТОВОК
На фиг. 24 приведена диаграмма Зилпа [15|, иллюстрирующая указанную зависимость. По данным [16] между пределом прочности чугуна и толщиной стенки отливки имеется полулогарифмическая зависимость. По данным [2] (фиг. 25), эта зависимость действительна только для чугунов с повышенным содержанием кремния (кривые 1а и 2а). Для чугунов с пониженным содержанием кремния (кривые 16 и 26) наблюдается уменьшение нарастания прочности с уменьшением диаметра пробы и даже некоторое понижение прочности в пробе 26, Последнее объясняется образованием структуры точечного графита и аномального феррита в низкокремннстых чугунах, затвердевших при скоростях, близких к критическим, вызывающим отбел.
Для ориентировочных расчетов можно принять следующие показатели относительной прочности обычного серого чугуна в отливках с различной толщиной стенки:
Относительная прочность
1.0 0,9 0,8 0,7
Толщина стенки в мм
15-
20-
30-50-
¦20 30 50 75
В табл. 4—6 приведены соответствующие данные ГОСТ 1412-54, справочника А5ТМ и проекта шведского стандарта, иллюстрирующие влияние диаметра пробы или толщины стенки отливки на предел прочности и твердость чугуна
Изменение механических свойств серого чугуна с увеличением диаметра образца (приложение к ГОСТ 1412-54)
Марка чугуна Диаметр заготовки в мм
30 50 | 100 200
°вп в кГ/ммг в кГ/мм* в к//мм7 в ЧПмм*
СЧ 24-41 СЧ 28-48 СЧ 32-52 СЧ 35-56 СЧ 38-60 24 28 32 35 38 187—217 170—241 170 —241 197—255 197—255 23 27 30 34 36 187—217 170—241 170—241 197—255 197—255 22 26 28 30 32 163—207 170—229 170—229 197—255 197—255 20 25 26 26 27 143—187 170—217 170—229 197—211 197—255
Примечание. Припсденные данные ориентировочные.
5. Влияние толщины стенки отливох
Толщина стенки отливки в мм
<12,7 12.8—25,4 25.5—50,8
Класс чугуна
20
25
ер
ей
Б
ер
ей
в к! і мм*
189 14 0 П.2
37 Л
35 0 28.0
