Холодная пластическая деформация

Холодную пластическую деформацию применяют для придания изделиям вида листов, фольги, прутков, проволоки и т. д. с помощью штамповки, прокатки и других операций. При холодной пластической деформации меняется не только форма изделий, но и структура материала, растет плотность дислокаций. Следствием этого является изменение свойств: увеличение твердости, прочности, упругость и уменьшение пластичности. Такое явление называется наклепом или нагартовкой. Материал приобретает преимущественную ориентацию зерен — текстуру, в результате чего становится анизотропным. Изменяются и другие свойства, например, увеличиваются удельное электросопротивление, коэрцитивная сила и т. д.

Изменения структуры и свойств, приобретенные материалом при холодной пластической деформации, можно устранить отжигом.

Чугуны

Сплавы железа с углеродом, содержащие свыше 2,14% С, называются чугунами. Углерод в чугуне может содержаться в виде цементита и графита.

Чугуны подразделяются на белые, серые (по цвету излома, который обусловлен структурой углерода в чугуне в виде карбида железа или свободного графита), ковкие и высокопрочные. Они содержат постоянные примеси (Si, Mn, S, Р), иногда легирующие элементы (Cr, Ni, V, А1 и др.).

В зависимости от содержания углерода серый чугун называется доэвтектическим (2,14—4,3% С), эвтектическим (4,3%) или заэвтектиче- ским (4,3—6,67%). Состав сплава влияет на структуру материала. Чугун хорошо обрабатывается резанием, образуя высококачественную поверхность для узлов трения и неподвижных соединений.

Белый чугун. Вид чугуна, в котором углерод содержится в связанном состоянии в виде цементита, в изломе имеет белый цвет и металлический блеск. В структуре такого чугуна отсутствуют видимые включения графита и лишь незначительная его часть (0,03—0,30%) обнаруживается тонкими методами химического анализа или визуально при больших увеличениях. Основная металлическая масса белого чугуна состоит из цементитной эвтектики, вторичного и эвгектоидного цементита, а легированного белого чугуна — из сложных карбидов и легированного феррита.

Отливки белого чугуна износостойки, относительно жаростойки и кор- розионно стойки. Прочность белого чугуна снижается с увеличением содержания в нем углерода и, следовательно, карбидов.

Твердость такого чугуна возрастает с ростом доли карбидов в его структуре, а значит, с увеличением содержания углерода. Наивысшую твердость имеет белый чугун с мартенситной структурой основной металлической массы. При растворении в карбиде железа примесей и образовании сложных карбидов твердость белого чугуна повышается. По интенсивности влияния на его твердость основные и легирующие элементы располагаются в следующем порядке: С, Ni, Р, Mn, Cr, Mo, V, Si, Al, Си, Ti, S. Добавки никеля и марганца, хрома и молибдена влияют на образование мартенситно-карбидной структуры и обеспечивают максимальную твердость.

Белый чугун используют для изготовления деталей, работающих в условиях износа при очень высоких удельных давлениях и преимущественно без смазки. Лучшей износостойкостью обладает белый чугун с тонким строением основной металлической массы, в которой в виде отдельных мелких и равномерно распределенных включений или в виде тонкой сетки расположены карбиды, фосфиды и пр.

Структура основной металлической массы определяет и специальные свойства легированного чугуна: коррозионную стойкость, жаропрочность, электросопротивление. В зависимости от состава и концентрации легирующих элементов основная металлическая масса легированного белого чугуна может быть карбидо-аустенитной, карбидо-перлитной и помимо этого содержать легированный феррит.

Основным легирующим элементом является хром, образующий карбиды хрома и сложные карбиды хрома и железа. Возникающие на поверхности высокохромистого белого чугуна защитные пленки оксидов хрома определяют его повышенную коррозионную стойкость. При наличии хрома как дополнительного компонента существенно повышается температурная стойкость карбидов в связи со значительным замедлением диффузионных процессов при комплексном легировании.

Эти характерные особенности легированного белого чугуна определили области его использования в зависимости от структуры: в качестве нержавеющего и магнитного чугуна, чугуна с высоким электросопротивлением и т. д.

Серый чугун. Сплав железа с графитом, который присутствует в виде пластинчатого или волокнистого графита. Кроме углерода в состав серого чугуна всегда входят другие элементы. Важнейшие из них — кремний и марганец. В большинстве марок серого чугуна содержится: углерода 2,4—3,8%, кремния 1—4% и марганца до 1,4%.

Серый чугун обладает высокими литейными свойствами (низкой температурой кристаллизации, текучестью в жидком состоянии, малой усадкой) и служит основным материалом для литья. Он широко применяется в машиностроении для отливки станин станков и механизмов, поршней, цилиндров.

Высокопрочный чугун. Имеет включения графита сфероидальной формы. У такого графита меньшее отношение поверхности к объему, что определяет наибольшую сплошность металлической основы, а следовательно, и прочность чугуна.

Структура металлической основы чугунов с шаровидным (сфероидальным) графитом такая же, как и у серого чугуна, т. е. в зависимости от химического состава, скорости охлаждения (толщины стенки отливки) могут быть получены чугуны со следующей структурой: феррит + шаровидный графит (ферритный высокопрочный чугун), феррит + перлит + шаровидный графит (феррито-перлитный высокопрочный чугун), перлит + шаровидный графит (перлитный высокопрочный чугун).

Высокопрочный чугун наиболее часто используется для изготовления изделий ответственного назначения в машиностроении, а также для производства высокопрочных труб (водоснабжение, водоотведение, газо-, нефтепроводы). Изделия из этого вида чугуна отличаются высокой прочностью, долговечностью, высокими эксплуатационными свойствами.

Ковкий чугун. Получается из белого чугуна отливкой с последующей термообработкой — графитизируюшим отжигом, в результате которого происходит распад цементита с образованием графита. Ковкий чугун, подобно серому, содержит углерод в виде графита, но графитовые включения в нем имеют форму хлопьев и изолированы друг от друга, в результате чего металлическая основа менее разобщена, и чугун обладает вязкостью и пластичностью.

По составу белый чугун, подвергающийся отжигу на ковкий чугун, является доэвтектическим и имеет структуру ледебурит + вторичный цементит + перлит. Для получения структуры феррит + графит в процессе отжига должны быть разложены цементит ледебурита, вторичный цементит и эв- тектоидный цементит (входящий в перлит). Разложение цементита ледебурита и вторичного цементита происходит на первой стадии графитиза- ции, которую проводят при температуре выше критической (950—1000 °С); разложение эвтектоидного цементита на второй стадии графитизации, которую проводят путем выдержки при температуре ниже критической (740—720 °С) или при медленном охлаждении в интервале критических температур (760—720 °С).

Коррозионностойкие чугуны. К коррозионностойким сплавам системы «железо—углерод» кроме рассмотренных выше сталей относятся некоторые чугуны. Серые чугуны, содержащие 5—10% Si и 5,5—7,0% А1, стойки к окислению до температуры 850 °С (жаростойки). Чугуны, легированные никелем и кремнием (13—20% Ni, 5—7% Si), устойчивы в горячих растворах щелочей; легированные никелем и медью (12—15% Ni, 5—8% Си) — в растворах H₂S0₄, НС1, пресной воде; аустенитные хромистые и хромоникелевые чугуны с шаровидным графитом — в окислительных и нейтральных средах, морской воде. Коррозионной и жаростойкостью обладают белые высококремнистые чугуны (14—18% Si); они устойчивы также в холодных растворах H₂S0₄, HN0₃, Н₃Р0₄, НС1 и при повышенных температурах в органических кислотах.

Чугун бывает литейным (для дальнейшего производства отливок) и передельным.

Маркировка чугуна. В промышленности разновидности чугуна маркируются следующим образом:

• • литейный— Л 1—Л6;
• • литейный, рафинированный магнием, — ЛР1— ЛР6;
• • передельный — П1, П2;
• • передельный для отливок — ПЛ1, ПЛ2;
• • передельный фосфористый — ПФ1, ПФ2, ПФЗ;
• • передельный высококачественный — ПВК1, ПВК2, ПВКЗ;
• • с пластинчатым графитом — СЧ (цифры после букв «СЧ» обозначают величину временного сопротивления разрыву в кгс/мм²);
• • антифрикционный серый — АЧС;
• • антифрикционный высокопрочный — АЧВ;
• • антифрикционный ковкий — АЧК;
• • с шаровидным графитом для отливок — ВЧ (цифры после букв «ВЧ» означают временное сопротивление разрыву в кгс/мм²);
• • чугун легированный со специальными свойствами — Ч.