2. Сплави чорні I кольорові, деформовані й ливарні, їх структура, область використання

Основними матеріалами машинобудування є металеві сплави, які мають ряд переваг у порівнянні з чистими металами:

• більш високу міцність,

• здатність змінювати властивості при зміні хімічного складу,

• здатність поліпшувати властивості під впливом термічної обробки,

• більш низьку температуру плавлення,

• велику рідкотекучість у розплавленому стані

• меншу усадку.

3. Характеристика сталі, чавуну.

3.1. Сірий, високоміцний і ковкий чавуни

Сірий чавун. Це сплав заліза з вуглецем, у якому міститься 2,8—3,5% вуглецю, 1,8—2,5% кремнію, 0,5— 0,8% марганцю, до 0,6% фосфору і до 0,12% сірки. Вуглець, кремній і марганець поліпшують механічні і ливарні властивості сплаву, а фосфор і сірка є шкідливими домішками. Фосфор додає чавуну крихкість, а сірка викликає вітбілення у тонких частинах відливки і знижує рідкотекучість розплаву. Тому їхній вміст у сплаві повинен бути мінімальним. Але необхідно мати на увазі, що фосфор підвищує рідкотекучість сірого чавуна. Тому при одержанні тонкостінних і художніх чавунних відливок його вміст підвищують до 1,0% і більш.

Сірий чавун широко застосовують у машинобудуванні, тому що він дешевий, добре обробляється різцем, має високі ливарні і механічні властивості. Однак він має низьку в'язкість, і тому відлиті з чавуна деталі не повинні піддаватися ударному впливу. Механічна міцність сірого чавуна залежить від форми, величини і розподілу графітових включень, а також від міцності основної металевої маси — структури.

Феритний сірий чавун (мал. 2.2., а) складається з дуже в’язкої основи — фериту і великих пластинок графіту, що обумовлює його низьку міцність. Такий чавун застосовують для виробництва невідповідальних відливок.

Перлито-феритний сірий чавун (мал. 2.2., б) складається з перліту, фериту і графіту. Такий чавун має досить високу міцність, вартість його в порівнянні з перлітним сірим чавуном менше, тому його широко застосовують у машинобудуванні.

Перлітний сірий чавун (мал. 2.2., в) має високу міцність, помірну твердість і добре обробляється різцем. Висока міцність цього чавуна порозумівається присутністю в його структурі тільки перліту і дрібних пластинок графіту. В'язкість і гарна оброблюваність із-за того, що цементит знаходиться не у вільному стані, як у білому чавуні (див. мал. 2.3., а), а в сполученні з в’язким феритом, який входить до складу перліту. Так як перлітний чавун дорогий, то використовується тільки на одержання відповідальних литих деталей машин і верстатів.

Високоміцний сірий чавун. З огляду на істотний недолік сірого чавуна, який полягає в його крихкості (обумовленої наявністю пластинчастого графіту), розроблено нову технологію, яка дозволяє знизити крихкість і різко підвищити механічні властивості чавуна. Це досягається обробкою розплаву сірого чавуна спеціальними речовинами - модифікаторами (магній, його сплави й ін.), при якій пластинчастий графіт приймає кулясту форму. Отриманий у результаті такої обробки чавун прийнято називати високоміцним, а процес його одержанням – модифікуванням.

По своїх механічних властивостях високоміцний чавун наближається до сталі. У порівнянні зі звичайним сірим чавуном він має трохи гірші технологічні властивості, але зате має більшу міцність і пластичність, а також менше схильний до вітбілу. Крім того, високоміцний чавун має більш високу гідрощільність, більш жаростійкий, тому що зберігає свою міцність при нагріванні до 500° С. Через наявність кулястого графіту високоміцний чавун має меншу чутливість до надрізів.

З урахуванням металевої основи високоміцні чавуни діляться на перлито-феритні (мал. 2.2., г) і перлітні (мал. 2.2., д). Перші відрізняються більшою в'язкістю, а другі — більшою міцністю. З огляду на їхні високі показники міцності і в'язкості, у даний час багато відповідальних деталей металургійного устаткування, колінчаті вали різних двигунів і інші (раніше одержувані литтям, куванням і штампуванням зі сталі) відливаються з високоміцного чавуна. Приймаючи до уваги більш низьку вартість і кращі ливарні властивості високоміцного чавуна в порівнянні зі сталями, така заміна дозволяє знизити собівартість і трудомісткість виробництва машин.

Ковкий чавун. Він являє собою сплав заліза з вуглецем у якому міститься 2,6—2,8% вуглецю, 1,1—1,3% кремнію, 0,4- 0,6% марганцю, до 0,2% фосфору і до 0,1% сірки. Назва «ковкий» варто розуміти лише в тому, що цей чавун у порівнянні із сірим є більш в’язким і пластичним. Завдяки цим властивостям ковкий чавун широко застосовують для виготовлення машинобудівних деталей, які випробують у роботі на ударні навантаження.

В иробництво відливок з ковкого чавуна більш складно і довгостроково, чим із сірого, тому що технологія їхнього одержання включає дві стадії – одержання відливок з білого чавуна й відпал відливок.

Технологічні особливості цього процесу обумовлюються більш низьким (у порівнянні сірим чавуном) вмістом у білому чавуні вуглецю (2,6—2,8%) і кремнію (1,1—1,3%). Знижений зміст вуглецю в чавуні ускладнює процес готування розплаву: замість однієї плавильної печі-вагранки, застосовуваної для плавки сірого чавуна, приходиться застосовувати дуплекс-процес, тобто плавку в двох послідовно використовуваних агрегатах у вагранці (для розплавлювання шихти) і дугової електричної печі (для доведення чавунного розплаву до необхідного хімічного складу).

Одночасно з цим білий чавун відрізняється підвищеною (1,8%) у порівнянні із сірим чавуном (1%) усадкою, що є причиною утворення у виливках усадочних раковин і гарячих тріщин.