Л. И. ЛЕВИ
докт. техн. наун npotbecoop
С. к. МАНТЕНИЙ
наид. техн. наук доцентЛИТЕЙНЫЕ СПЛАВЫДопущено
Министерством высшего и среднего
специального образования СССР
в качестве учевнина
для студентов вуеоа,
обучающихся по специальности
, «Машины и технология
литейного проиееодстм»ИЗДАТЕ/ЬСТВО
•ВЫСШАЯ ШКО.'Аі
МОСНВА-19А7
№3.41 : 6П4.17
УДК 669 :821.74Реценаентьс
Кафедра ^Лаимны и твінология
литейного проиааодстеаа Иосков-
с*ого автомеханического институ¬
та и докт, техн. наук профессор
В. М. Шестоп&л.г- ч-а
д»-вв
ПРЕДИСЛОВИЕXXIII съезд КПСС утвердил директивы по пятилетяему пла¬
ну развития народного хозяйства СССР на 1966—1970 гады.
В них изложена программа развития экономики СССР на бли¬
жайшие пять лет. В этой связи очень большое значение имеет
и развитие лнтейного производства.В настоящее время ист ни олпоП отрасли, которая бы пе потреб¬
ляла изделия из различных сплавов, изготовленных методом лктъя.
Десятки миллионов сложнейших фасонных литых изделий из раз*
личных металлических п пеметаллнческнх сплавов нплнются осно¬
вой конструкций разнообразнейших машни, приборов, нспольэуе»
мых в машиностроении» металлургии, химической прсмышлснности,
сельском хозяйстве, радиоэлектронике,' ракетной и ядерной тех*
нике и многих других областях производства п потребления.Используемые для изготопления литых изделий сплавы отли¬
чаются большим и сложным многообразием физических, фнэнко-
мсханнческих и физико-химических свойств. Номенклатура литей¬
ных сплавов по мере развития техники непрерывно растет. Наряду
с этим совершенствуются методы их производства и изыскиваются
эффективные способы улучшения свойств уже давно известных в тех¬
нике сплавов.До последнего времени изучение литейных сплавов в высших
учебных заведениях основывалось на использовании большого
числа литературных источников, изданных более 10—15 лет тому
назид.В связи с этим единственным удовлетворительным пособием при
изучении литейных сплавов являлся конспект прослушанных лек¬
ций.Отсутствие современного учебвнка ставило в исключительно
трудные условия большой контингент студентов вечерних и заочных
учебных заведений.Настоящий учебник рассчитан на студентов специальности
«Мишины и технология литейного производства» высших учебных
заведений всех видов обучении (дисоного. вечернего н заочного).Ввиду отсутствия В настоящее Ь|И?МЯ учебников и учебных
пособий по специальности «Литейное производство черных к цветных
металлов* он может быть использован в качестве учебного пособия
по всем видам обучения н специализаций этой специальности.1*Э
Авторы полегают, что учебник может быть также использовав
инженерно-техническими работниками н лицами других специаль¬
ностей, изучающими литейное производство.При написании учебника были отобраны и использованы пан*
более достоверные сведения и фактические данные. Алторы по воз-
ыожностн избегал)! изложения дискуссионных и недостаточно про¬
веренных материалов.Особое внимание в учебнике уделено более полному наложению
данных, относящихся к производству литейных сплавов, которые
используются в машиностроении, приборостроении, химической
промышленности, ракетной технике н других областях, определяю¬
щих на современном этапе прогресс техники н интенсификацию
производства сельскохозяйственных продуктов.Учитывал накопившийся теоретический материал и паличне
общих научных и теоретических основ производства литейных спла¬
вов, в отлнчие от установившихся традиций авторы сочли необ¬
ходимым выделить в отдельные главы рассмотрение общих физико-
металлургических осиов производства литейных сплавов и литей¬
ных свойств.Первая и третья главы написаны совместно Л. И. Леви
и С. К. Кантон и ком,Главы вторая, четвертая (§ 1V-I до IV-15 и IV-18). пятая, ше¬
стая, седьмая, восьмая, девятая написаны Л. И. Леви.Главы четвертая (§ IV-15, IV-16, IV-I7), десятая, одиннадцатая
и двенадцатая написаны С. К. Кантеннком.В учебнике принято обозначение единиц измерения различных
величин, соответствующее действующим стандартам. В сбязи с вве¬
дением Международной системы единиц данные лій пересчета часто
употребляемых допущенных в СССР единиц измерений на единицы
СИ приводятся на стр. 428.Авторы считают своим долгом выргзпть благодарность рецен¬
зентам учебника — коллективу кафедры «Д’.гшины и технология
литейного производства» Мсскогского автомеханического инсти¬
тута и в частности засл. деятелю науки и техн. РСФСР, докт.
техн. наук проф. П. Н. Аксенову, докт. техн. наук Л. С. Кон¬
стантинову, канд. техн. наук доц. И. В. Петровой, а также докт.
техн. наук проф. В. М. Шестопалу за ряд ценных замечаний, кото¬
рые были учтены при подготовке рукописи к изданию.Авторы с благодарностью примут критические замечания по
содержанию настоящего учебника и по возможности учтут ил при
его переиздании.Авторы
ГЛАВА ПЕРВАЯОБЩАЯ КЛАССИФИКАЦИЯ МЕТАЛЛОВ
И ЛИТЕЙНЫХ СПЛАВОВ| И. ПРОМЫШЛЕННАЯ КЛАССИФИКАЦИЯ МЕТАЛЛОВМеталлы, используемые в промышленности, принято делить не
‘IfpllUC Н ItMTIIhie.Черные металлы —промышленное название железа него сплавов.Цветные металлы — промышленное название всех без исключе¬
ния металлов и их сплавов. кроме железа н его сплавов.Промышленная классификация металлов & отличие от химиче¬
ской сложилась исторически и не имеет строгой научной основы.
Одиоко пня прочно сошла в технику, техническую литературу и
практику и породила широко распространенное деление н терми¬
нологию, которыми повседневно пользуются.,Необходимо отметить, что. несмотря на то, что железо называют
«черным металлом». оно характеризуется блестящим серебристо-
белым изломом. В то же время большинство металлов, кроне золота
н иедн. относимых к цветным, характеризуются таким же, как у же*
леча, изломом с различными оттенками серебристо-серого или крас-
Ш'иатімо цвета.Строго говоря только «желтое» золото и «розовую» медь можно
міияаті. iukthmmh металлами.Таким образом, названия «черные» н «цветные» металлы яв-
лиюттн лишь символами, которыми принято в промышленности
пбочиачать определенные группы металлов н сплавов.Пэ большой группы металлов, называемых цветными, принято
ииле.шть тяжелые н легкие. К тяжелым, напркмер. относят свиней,
медь. ннкель. олово и цинк Плотность их находится в пределах
7.1» — 11.34К легким металлам относят алюминий, магний, к&льинй, кэлнй.
ii.'iTpiifi. бапнА. бернллнЛ н литий. Их плотность находится в
пределах 0,53—3,5. Часто к легким металлам относят и титан,
плотность которого равна 4.5.Г^іп деление также условно и является следствием деления цвет¬
ных металлов на дне группы по способу получения, из которых одна
(тяжелые) получается, главным образом, в результате металлу рги¬
ческих процессов, а вторая (леї кие) — пугем электролиза расплав¬
ленных солей.»
Пгнн-мґпсшімг группы в числе цветных металлов заминают так
н.мии.и'мыг Гілні ородиые и редкоземельные металлы.И промышленности также различают первичные и вторичные
мшимы Игриичнымн называют те, которые получены из руд.
а ьюричными — полученные в результате переплава и переработки
лома н отходов.Литеґтос производство является крупнейшим потребителем как
первичных, так п вторичных цветных металлов и сплавов.§ 1-а. ЛИТЕЙНЫЕ СПЛАВЫ (ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА)Как нзпесгно, литейным производством, или просто литьем,
называется способ изготовления изделий, заключающийся в приго¬
товлении специальной формы и заполнении ее жидким металлом или
сплавом, который принимает очертания залитой формы во вре¬
мя затвердевания при охлаждении до температуры окружающей
среды.Отливками иазывают изделия, изготовленные одним из много¬
образных способов ЛИТЬЯ.Исходя из приведенного определения, к литейному производству
следует отнести не только изготовление фасонных изделий, как это
повсеместно принято, но н производство различного рода металли¬
ческих слитков, изготовление литых изделий из стекла, пластиче¬
ских масс, шлаков, гипса, керамики п т. л.К сплавам в широком смысле должны быть отнесены все системы,
полученные сплавлением металлов, неметаллов, окислов, сульфи¬
дов, солей, органических веществ.К литейным металлическим сплавам обычно относят системы,
состоящие нэ двух или нескольких металлов и неметаллов, которые
обладают характерными свойствами, присущими металлическому
состоянию (хорошая электро- и теплопроводность, отрицательный
температурный коэффициент электропроводности, хорошая отра¬
жательная способность светового излучения, повышенная пластич¬
ность и т. д.).Проявление металлических свойств, как это уже должно быть
известно, у металлов и металлических сплавов обусловлено нали¬
чием подвижных электронов, непрочно связанных с определенными
атомами.Практическое значение металлических сплавов определяется
тем, что они по некоторым важным для литых изделий свойствам
(прочности, твердости, пластичности, способности заполнять литей¬
ные формы, обрабатываемости режущим инструментом н т. п.)
превосходят чистые металлы. Применение сплавов и улучшение
тем или иным способом их свойств позволяют получать для
производства новые материалы с непрерывно улучшающимися
ценными качествами, отвечающими растущим потребностям тех¬
ники.
Литейное производство в этом плане является наиболее гибкой
<'і|іаг,іьіч iip'MUUi.iciiiKKiiiИ пасюищее нремя в текинке известно около 9000 отдельных
і n:i.iw)u. разная обработка которых дает десятки тысяч их вариан¬
том симок» различного назначения. Большое количество нз этих
сплатні используется дли изготовления фасонного литья.Cii.i;ii<u. цспчльзусыие длл лнтьп, должны удовлетворять треОо-
IWI1HHM техник» в отношении прочности, твердости, упругости,
нлнсшчности. сопротивления истираемости, хрупкости, вязкости,
жесткости. ползучести, усталости, свариваемости, обрабатывае¬
ма™, теплопроводности, теплового расширения, плапкостн. теп¬
лоемкости, жаропрочности, жаростойкости, электропроводности,
мектросопротнвленип, магнитных свойств, сопротивления воэ-
/ігГісиіню агрессивных сред, плотности н т. д.Кроме того, сплавы, применяемые в литейном производстве,
КПК и любые другие сплавы, должны иметь определенный химиче¬
ский состав. (Ьмимо обязательных компонентов, они содержат
ти к же то или иное количество примесей.И«с входящие в сплаи примеси в зависимости от того, каким
путем они попали в сплав, можно разделить на следующие группы:
постоянные. или неизбежные, легирующие я случайные.Піяпюяннымц, или неизбежными, примесями назынают те. ко-
ii'liMi' остаются в сплаве после выплавки я зависят от метвллур-
тчесиих особенностей. Например, в углеродистой стали такими
нрнмесими являются кремний и марганец, вводимые в нее для
рыскнсленпя, а также неизбежно остающиеся в ней сера и фо¬
сфор. Дк последние прнмссн попадают в металл еще при one-
сіяиовлсинн железа нз руды н производстве чугуна в доменных
печи*.Для многих сплаоов к группе постоянных примесей могут быть
тнессны гизы: азот, водород н кислород, являющиеся, как правило,
нежелательными..'/пирующими (>lih специальными) называют тс примеси, ко¬
торые в определенных количествах специально вводят (добавляют)
я сплавы, чтобы придать нм особые физические, физико-хнмнче-
гкие свойства, повысить прочность н т. д. Например, для стали и
чугуна такими примесями могут быть никель, хром, молибден,
вольфрам, тнтаи, медь, кобальт, ванадий, а также марганец. крем-
инГі и др.: для бронз и латуней—марганец, железо, алюминий,
никель, кремний, железо и др.*	Научной основой современного учення о елламх валяется физик»*
іпим'їгсжнЯ анализ. оскоаанны! Н. С. Куртковий. Рабоги. юторые легли
» ,K Ho«v изучения ляіейиих н других сплавов, лркнаалежат: П. П. Аносову,
,'1 К. ‘Ггриову, Н. С Курникову. А. А. Байкову. М. Г. Окнову я др. ^Россия),
V I’rtlrpic-Ауст»ну (Англия), Ф. Осиоиду н Л. Ле Щателъ* (Франция), Г. Там-
маму, t Пкоомпсжому (Герианвя), Г. Рыебоыу (Голландия), Д*. ГяМсу.
Юн. Роэгрн (QUA и др.7
Случайными являются примеси. попавшие н тот или иной сплав
случайно. Наличие елччанкых прнмесон не является характерным
для соогвотствуюпшх сплапов. Обычно их содержание і »• должно
превышать определенного предела, оговариваемого стандартом или
техническими условиями. Например, в углеродистых сталях или
обычном сором чугуне к случайным примесям ОТНОСЯТ НИКСЛІї (до0,3%). хром (до 0,2%). медь (до 0,1%). Необходимы отметшь, 410
один и те же элементы п сплавах на одной н той же основе п одном
случас могут быть полезными (например, легирующими), а в дру¬
гом, попав в сплав случайно, вредными и нежелательными.Нормы требований относительно химического состава сплаоовІстанзвлнвают соответствующие стандарты и технические условия,
(о этими документами не могут быть охвачены все примеси, при¬
сутствие которых возможно в том нл» ином сплаве. Так, современ¬
ные методы физико-химического анализа позволили обнаружить
в обычных сталях н чугунах наличке до 20 : 25 химических .мо¬
ментов, находящихся в них в виде мнкропримесей. Наличке этих
элементов, как правило, никакими техническими документами не
регламентируется. Между тем даже в микроскопических дозах
(тысячных, десятитысячных долях процента) они иногда оказы¬
вают существенное алнкнне на свойства сплавов, которое часто
превосходит влияние того или иного основного компонента.К отдельной группе следует отнести модификаторы.Модификаторами называют химические вещества, вводимые
в сплав в очень малых количествах с целью воздействия в желае¬
мом направлении на процесс кристаллизации и получения тех или
иных свойств. При помощи модифицирования можно добиться зна¬
чительного измельчения аустеннтных зерен в сталях. Белый или
половинчатый чугун, затвердевающий без модифицирования, после
модифицирования становится серым. Хрупкий, малолрочный серий
чугун с пластинчатым графитом с помощью поверхностно-активных
модификаторов (магния, церия н др.) превращается в пластичный,
высокопрочный.Модификаторы существенно улучшают свойства алюминиевых
и многих других сплавов.Получение литейных сплавов строго регламентированного со¬
става без вредных примесей и следов микроприыесей имеет большое
значение для таких отраслей, как радиоэлектроника, электротех¬
ника и др.В настоящее время известно два основных метода улучшения
свойств металлов и сплавов. Первый нз ннх заключается в получе¬
нии металлов н сплавов с максимальной степенью чистоты за счет
приближения металлов к бездефектному, нраиклыюму «томно-
кристаллическому строению. Этот путь в технике новый и полечил
развитие в последние годы.Второй прямо противоположен первому и заключается в увели¬
чении количества дефектов строения, т. е. в усилении степени иару-в
іііі'ііин томно-кристаллического строения металлов. В практике
ниоюмсния литейных сплавов к нему прибегают давно, н он поз-
тмил получить большую гамму высокопрочных литейных сплавов
II.І р.ІІ.НІЧИОҐ! оснопе.Таким образом, п зависимости от определенных условий дефекти
кристаллической решетки могут ослаблять нлн упрочнять металлы
и сил;>иы. Задачей инженера, занятого изысканием сплавов, яв-
,|нгкн научное предвидение п умелое использование этого единства
противоположностей. Необходимо при этом иметь в виду, что основ¬
ним условием, определяющим степень ослаблення нлн упрочнения,
чнлят-и количество дефектов. В том
гдиіао. когда дефектов очень мало,
оокжныы яачяетсн ослабляющее дей-
епше (рис. 1).П і рис. I следует, что практиче-
і мі реализуемая прочность металлов
и ітілавол далека от теоретически
ікчможиой.Современная техника в этом отно-
ІІ1ГІШН имеет большие практически
инктикасмые резервы.(Хгобог место в производстве отли¬
вок чаиимлют сплавы с особыми фп-
itiMtiKHMH ифнэнко-хиынческнмнсвой-
I IM.1MH j»ro сплавы со строго заданны¬
ми ІЧ,ЇЧ<ЧІННМН некоторых физических
(мектронроводность, термическое рас-
ііін|ч-ініе.ті'[)момектродвнжушаясила,м.		 проницаемость к др.) и				(жаропрочность.кмррсі.жоїшая стойкость н т. д.) свойств.Лли ітпП группы сплавов требуется строгое соблюдение заданного
міиіі'ііч кшо состава н всего технологического режима.значительно
пі.іи<і;іюпіегосн от обычно принятого при изготовлении отливок.
Ч.н'тс приготовление тахих сплавов производится нз нсключнтель-
н>| чистых исходных материалов в строго контролируемой среде
(и.мнка, энливка и термическая обработка в вакууме, среде того
н ій Иниго і ;і:іа н т. п.) и в очень узком температурном режиме. Эти
■планы прнинто называть также прецизионными сплавами.Последние годы характеризуются значительным расширением
діі.иі.'ииїм требований, предъявляемых к сплавам с особыми фнэн-
•и.кимк и физихо-хнмнческимн свойствами. Например, ядерная
«in оп тика требует материалы, особо устойчивые к воздействию
іфоїжкііющей радиации, которые обладают способностью к синтезу
ііінмніїїх ядер нлн нх делению В металлах и сплавах, используемых
н сич пінках н косміі'і еких кор «блях, должен сочетаться весь
необходимый сложный комплекс оптимальных механических, фи-Plll I лцисиместь сопротив¬
ление дсфорыипнн от колнчкт-
м дефгкгов крнстиллпчсскиго
строения метвл.юэ к сплавов9
зіічсских и фнанко-хнмичсскігх свойств. В частности эти металлы и
сплави должны, с одной стороны, сохранить прочность и пластич¬
ность при температурах до 2000 + 2500" С. а с другой. — не боть
хрупкими при температурах, блнпкнх к абсолютному нулю.Несмотря ка расширение номенклатуры сплавов с особыми фи¬
зическими и фнзнко-хнмнческнмн СВОЙСТЕШІН. вес они должны
удовлетворять общим требованиям ко всей сплавам — сохранение
постоянства структуры к свойств, технолог ичность в условиях мас¬
сового производства, взаимная совместимость п конструкциях (т. е.
оді'іі материал не должен ухудшать свойств других).і 13. ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ. ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К ЛИТЕЙНЫМ
СПЛАВАМФасонные литые изделии используют но всех без исключения
областях промышленности, строительства и быта. Десятки тысяч
наименований литых изделий, производимых из различных спла¬
вов, окружают нас в повседневной жнзин. Номенклатура литых
пзделнн настолько велика, что вряд ли се возможно точно учесть,
Исключительно велика роль отливок о машиностроении. ЛнгеПнос
производство является его основной заготовительной базой. Эго
иллюстрируется следующими цифрами. Доля -литых детален по
весу составляет (в %):Мсталлообрабатыеагнциг стане»Текстильные ыашины	Прокатные сипы	Тракторы			Паровые турбины	Электровозы	В средней на долю литых изделий приходится окаю полопниы
весе всех машин н механизмов. Стоимость лнтъя составляет 20—
25% от обшей стоимости машины.Большое количество литья используется в металлургической
промышленности, в строительстве, архитектуре и других областях
народного хозяйства.Общий объем выпуска литых изделий в СССР из года в год ра¬
стет. В дореволюционной России он соста&лял всего 0.5 млн. т,
а в 196) г. превысил 15 млн. т. В ближайшее время намечено до¬
вести только специализированные мощности по изготовлению чу¬
гунного и стального литья до 18—19 млн. т. На протяжении ряда
лет литейное производство в СССР опережает по выпуску отливок
производство всех стран Европы вместе взятых, а в последние годы
обогнало и США.Годовой выпуск отливок на душу населения в настоящее время
превышает 75 + 60 кг. что боле? чем в 20 раз превышает аналогичный
показатель дореволюционной России (3,5 кг).
Несмотря ка непрерывный абсолютный рост валового производ¬
ства отливок, необходимо отметать определенную тенденцию к сни¬
жению удельного всса отливок (п тоннах), приходящегося нп I млн.
руб стоимости ведущих отраслей машиностроения. Данные, харак¬
теризующие планируемое снижение удельного расхода отливок
(в тоннах} на 1 млн. стоимости продукции для некоторых отраслей
машиностроения, приведены в табл. 1.Тяжел»* ы.инннострх-иие:стальное литье 	Станкостроение-:Общее машиностроение;Изготовление тракторов и сг.н,« к'инмйствепиых ыашкм:чугунное литье 	стиьное лнтье	Лноновнлічтросшіс:сіїльнос лягье	I	1*6 г.Предусматриваемое снижение удельного расхода (в тоннах) ли¬
тых изделий может Сыть произведено за счет:я) повышения свойств н удельной прочности литейных сплавов;б)	уменьшения припусков на механическую обработку отливок к
расширения методов получения более точного литья и лучшей ча¬
стоти его поверхности •;в)	более широкого применения сварно-литых конструкций;г)	замены части лнтых металлических деталей изделиями хими¬
ческой промышленности (литымп к прессованными пл&стмассамн).Исходя нз вышесказанного, можно следующим образом сформу¬
лировать общие требования, предъявляемые к литейным сплавам:1.	Онн должны обеспечивать получение в отливках заданных фи¬
зических, физико-химических її химических свойств. Свойства »гн
должны быть равномерными во всех частях отлнвки.2.	Свойства сплавов должны быть такими, чтобы отходы при
производстве отливок нэ них были минимальными.3.	Литейные сплавы должны хорошо свариваться ь легко обра¬
батываться (режущим н огневым инструментами).4.	Свойства литейных сплавов в изделиях должны быть стабиль¬
ными и не меняться в условиях эксплуатации в худшую сторону.II
Б. ЛитеАиые сплавы должны обладать хорошими лнтейпыки
свойствами.Удовлетворение всех требований является очень трудной и не
всегда выполнимой в реальных условиях задачей. Обычно при вы*
боре литейного сплава для тех или иных изделий руководствуются
одним или группой основных требований, которым подчиняются
другие, имеющие для данных конкретних условии подчиненное
значение.В любой случае аесьыа важным является соблюдение условий,
при которых было бы обеспечено минимальное количество трудовых
затрат па приготовление сплава *. н использование для нзготовде-
ння сплавов дешевых н недефнцнтных исходных материалов.| М. ЛИТЕЙНЫЕ СПЛАВЫ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ В ПРОМЫШЛЕННОСТИНа рис. 2 приведена классификация литейных сплоиоо. Пан*
большее количество фасонных литых изделий для различных обла¬
стей промышленности наготавливаются на основе железа (сталн к
чугуиы), ыедя (бронзы н латуни), алюынння. магния, титана, ни¬
келя, кобальта, цинка, свинца н олова.На долю сплавов, основой которых имяется железо, прихо¬
дится 95+ 98% производимого в настоящее время лнтъя. Хотя о
последние годы и происходит интенсивный рост производства
литьи нэ некоторых цветных сплавов (главным образом на осно¬
ве алюынння. магния и яр ) значение литейных сплавов на осно¬
ве железа остается доминирующимИз сказанного не следует чтолнтейниссплапы на осново других
металлов имеют меньшее значение в технике. Несмотря на ти, что
некоторые нз них производятся в неизмеримо меньших количе¬
ствах уникальность их свойств придает им перпостопенное зна¬
чение для многих областей новой техники, без чего немыслим и
дальнейший прогресс техники.В последние годы во всех промышленных странах отмечается тен¬
денция к увеличению количества литья, производимого из цветных
сплавов н расширению номенклатуры »тоП группы сплавов. Так.
например в США за последнее десятилетие производство лнтьн из
алюминиевых сплавов увеличилось бплее чем па 50%. а из магние¬
вых сплавов более чем в 2.5 раза Бурио растст производство ти¬
тана н сплавов на его основе Впервые тнтаноиаи губка была
произведена в 1947 г. В 1956 г. только а США было >жс изготовлено
35 ллс. т титана. В 1960 г. производство титана дополнительно уве¬
личилось примерно ь 6 раз Такие же темны роста производства
литья характерны для многих других сплавоо с особыми физиче¬
скими и фнэнко-хнынческимн свойствами.*	В современно* литеАноы нромвоаетве ка долю трудовых затрат, сва-
ыиных с вышынкой н рвэлнввоД. орилоднкя в среднем 1Ь—20% от овии*
MTpat времени.U
Осімшіїими констр\мпюниыми материалами для изделий и при¬
борок мовнії Tt'xiiuiiii были к пока остоются металлы н металличе¬
ские силакы. Однако в последние годы удалось получить полимер*
иыг матгрналы с такими качествами, которые позволяют нм конку*
рнропать і- металлами и металлическими сплавами.Кроме IISIteCTHUX полимеров, уже широко используемых для
ИЭГОТОВЛОНИЯ pd-J.'lH4II1JX литых изделий, к их числу следует отне¬
сти стекла, стеклопластики, енталлм и шлакоепталлы.Уже сейчас миллионы метров труб из нержавеющих сталей н
цветных сплагоэ в технологически* трубопроводах химической,
пищевой, текстнлыт/1 и кожі-ііениой промышленности заменили
трубами из химически и термически стойкого стекла.Создание сшпа.иов — микрокристаллических материалов, полу¬
ченных путем управляемой кристаллизации, позволило получить
панболее перспективные жаропрочные неорганические материалы.Микрокристаллическая структура ситаллов обусловливает их
повышенную прочность (такую же или большую, чем у стилей).Снталлы могут обладять самыми разнообразными фнэнко-хнмп-
ческнмн свойствами. Одни нэ них могут отличаться жаростойкостью
большей, чем у самых жаростойких сталей, другие высокой хими¬
ческой устойчивостью, твердостью и износостойкостью, намного
превосходящими по этим свойствам легированные стали.Изделиям из ситаллов может быть придан такой комплекс
свойств, который нельзя получить у изделий ИЗ МЄ1 лллоп н их спла¬
вов.В ОХР предложены и разрабатываются методи получения очень
дешевых стекол и ситаллов ка базе доменных шлаков, являющихся
постоянно пополняемым, очень дешевым источником сырья.Намеченные Коммунистической партией и правительством планы
развития химической и других важных отраслей промышленности
несомненно припедут к открытию и использованию в народном хо¬
зяйстве новых сплавов как металлических, так н неметаллических.
ГЛАВА ВТОРАЯ
ФИЗИКО-МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ
ПРОИЗВОДСТВА ЛИТЕЙНЫХ СПЛАВОВ§ 11-1. ПЛАВЛЕНИЕПриготовление любого лнтейного сплава связано с процессом
плавления. Сущность этого процесса легче понять, чем сущность
процесса кристаллизации. Это объясняется тем,.что для плавлення
не требуется образования зародышей и что процесс перехода нэ
твердого состояния в жидкое начннаетсн сразу же, как только твер¬
дый металл или сплав будет нагрет до температуры начала плавления.Некоторый перегрев выше температуры плавления необходим
лишь дли того, чтобы расплавление кристалла началось внутри
него. Плавление относительно простой процесс еще и потому, что
жидкий расплав имеет строение, которое мало зависит от условий
сю образования.Наконец, перед расплавлением почти никакого пеінфаспродслс-
ння химического вещества в твердой плавящейся фазе не происхо¬
дит. В связи с этим бйлмиая часть трудностей, наблюдающалси при
затвердевании, на плавление не распространяется.Плавление — переход из кристаллического состояния п аморф¬
ное — представляет собой одни из видов фанокых переходов 1-го ро¬
да. характеризующихся разрывным изменением объем,1 н антропнії,
гли теплосодержания (при постоянном давлении).Кристаллическим телам свойственна строгая периодичность в рас¬
положении частиц. При плавлении нарушаются термодинамическак
устойчивость кристаллических решеток и характерный для твер¬
дого состояния порядок. При плавлении твердые кристаллические
тела теряют постоянство формы, происходит скачкообразное изме¬
нение (увеличение) внутренней энергии, объема, энтропии и неко¬
торых других физических свойств металлов и сплавов. Характерной
особенностью плаолення сплавов в отличие от плавлення однокомпо¬
нентного вещества является то, что они плавятся d некотором ин¬
тервале температур, зависящем от состава и даалення.Как чистые металлы, так и сплавы при плавлении прлтгрпспяют
резкое качественное изменение. Из тел кристаллических они прев¬
ращаются в аморфные с характерными для последних сшіЛстоамн.В плавильных агрегатах тепло, образующееся и результате того
или иного процесса, передается твердой металлической завалке.I»
При клгрсішіин происходит тепловое расширение, являющееся
|Н'1\л1.тзт1А1 унслирипаюшсгооя колебательного движения атомив
ні нгх нпмъно обычного раемопесного положення.С похищенном темгтерлтуры колебательные движения увелнчн-
паются и пердое тело, лрохоля через область неустор.чппых состоя-
и и її. прспрзіі:иі‘тси н жидкое. Дли того чтобы этот процесс мог за¬
вершиться полностью, п рабочее пространство печн должно посту¬
пать такое количество тепла, которое необходимо как для обеспе¬
чении отрыва атомов тела от обычного равновесного паюження,
тпк и дли компенсации различных потерь тепла для сопутствующих
плапленню процессов.Таким образом, процке плавления может рассматриваться как
переход из состояния, а котором атомы расположены прапильпым
образом, образуя кристаллическую решетку, в состояние, при ко¬
торцы решетка уничтожается, т. с. образуется аморфное тело. Сле¬
дует отмстить, что переход в жидкое состояние не всегда приводит
к полному уничтожению кристаллической структуры. Еще в 1921 г.
А. Д. Лебедев показал, что и в жидкостях может наблюдаться неко¬
торая упорядоченность расположения молекул, выражающаяся
в том. что и отдельных ультрахгикроскопнчееккх участках объема
молекулы сбразуют как бы ничтожно малые по размерам кристал¬
литы.У.тьтр<імнкроскопнческііе кристаллические образования в жидко¬
стях обнаруживаются при температурах, близких к температуре
плавлення. Геометрическая закономерность в расположении частий
в таких ультрамикроскопнческих образованиях оказывается такой
же, как в обычных кристаллах данного вещества. Для палкого
уничтожения остатков кристаллического строения необходимо
дальнейшее повышенно температуры, так как только при достаточно
высоких температурах ультрамикроскопические кристаллические
образования исчезают.Особенностью многих процессов плавки в литейном пролзподстк
является необходимость достижения температур, при которых твер¬
дая металлическая завалка превращается в такое состояние.когда
п максимально возможной степени уничтожаются остатки струк¬
туры твердого состояния. Создание таних условий обеспечивает,
например, получение высоких механических свойств в производстве
чугунного литья.ІЗ твердых кристаллах упорядоченность частиц характеризуется
существованием дальнего и ближнего порядков. Степень дальнего
порядка может быть выряжена отношениемгде Nt —число частиц, занимающих «свои» узлы п решетке;
N| — число частиц, занимающих «чужие» узлы;N —общее число частиц (Л' Nl + <V,).16
Величина g может изменяться от 1, когда fft *= 0, до 0. когда V, =-	Л',.При ближнем порядке обеспечивается правильность п рясиаложі
ннн смежных частіш; при этом имеется в виду, что только в негкч
редстпекиом окружении частий одпого шіда находятся частіть
другого вида.Степень ближнего порядка характеризуется отношениемгде	г — число разношенных соседей;г" — число одноименпых соседей;
г ■- г Н- г" — координационно; число решетки.Величина л. так же как н предыдущая величина изменяется в
пределах от 1 до 0.Плавление сопрооождается исчезновением дальнего порядка;
ближний же порядок утрачивается не полностью. Однако и он будет
тем больше нарушаться, яем дальше температура расплава отстоит
от температуры плавления.Наличие п жидких телах в определенных объемах частиц ближ¬
него порядка такого же типа, как н тот, который характеризует
дальшій порядок в расположении частиц в кристаллических телах,
был подтвержден ренті енографическны исследованием жидкостейПри плавлении происходит увеличение объема. У металлических
тел объем угелнч;ш«істск не более чем на 10% (чате всего нп 2 + 6%)
Поэтому скрытая теплота плавления металлов имеет небольшие
значение.Наблюдающееся увеличение объема тела при плавлении яв¬
ляется обязательной предпосылкой, обеспечивающей увеличение
подпнжносги частиц тела. Молекулярно-кинетическая модель жид¬
кою тела описывается следующей схемой. В течение некоторого
времени, называемого средним временем «оседлой жнзннг т. каждая
частица колеблется около одного и того же среднего положении
в окружении одних и ты же частиц. Затем в течение сравнительно
короткого времени, сравнимого с периодом колебаний, эта частіша
спорадически перескакивает из исходного положения равновесия
D соседнее и частично ыеняет свое окружение. В результате этого
частицы жидкости более или менее быстро перемешиваются. При
отсутствии аиешнего воздействия это перемешивание имеет беспо¬
рядочный характер.Состояние тела, твердость его нлн текучесть не являются абсо¬
лютными его свойствами и зависят от масштаба времени, определяе¬
мого средней длительностью сОСРЛЛПЙ жнчнн» Я ТРПЛПВПМ движении
его частиц. Используя это время в качестве сдикниы измерения,
можно считать данное тело твердым по отношению к бькгроколсб-
лющимсл процессам и жидким (текучны) по отношению к медлен¬
ным процессам.	• • * *«— j[ 1	- '' I	17
Согласно основный принципам статистической физики время т
представляет совой функцию температуры теле Т:где тв —некоторое относительно короткое время, приблизительно
равное по величине периоду колебаний каждой частицы
около временного положения равновесия;U — энергия активации, необходимая для перехода из одного
положения п соседнее;
k — постоянная Больцмана;
е—основание натуральных логарифмов.Из приведенной формулы следует, что среднее время «оседлой
жизни» т очень быстро уменьшается при повышении температуры
тела Т.Таким образом, тогда, когда температура литейного сплава
высока и далеко отстоит от температуры ликвидуса, строение его
в значительной степени удаляется от и&ердоподобиого» Например,
при изготовлении отливок из силумина, одного на лучших литейных
сплавов с температурой плавления около 570° С. часто производят
перегрев сплава до 800е С н выше. В атом случае строение жидкою
силумина нельзя назвать (твердоподобным*. В других случая*,
когда температура сплава не намного выше температуры плавления,
как это часто нмест место при изготовлении отливок из стали н не¬
которых других сплаоов. последние могут быть отнесены к ттвердо-
подобиыыв жидкостям. Здесь в ближайшем порядке проявляется
как бы стремление част.чы с се непосредственным окружением
копнровать элементарную ячейку кристаллической решетки.Рентгеновское исслсдоаание улаплнвает это » виде соответствую¬
щих интерференционных максимумов. Эти интерференционные мак¬
симумы сохраняются при значительной величине перегрева, но
чем выше температура жидкости по сравнению с точкой плапления,
тем менее они выражены. Таким образом, чем выше температура
перегрева жидкого расплаоа. тем меньше его сходство с кристалли¬
ческим состоянием.Следует подчеркнуть, что во многих случвях высокая степень
перегрева сплава является основным услопнем к предпосылкой про¬
изводства высококачественного лнтьн.Процесс плавлення может рассматриваться не как результат
нагревания тела, а как результат уоеличення объема при постоянной
температуре, а процесс кристаллизации — как процесс, осущест-
влнюшийск а результате сжатия жидкости при постоянной темпера¬
туре. Температура плавления «вляетгя функцией внешнего чамо
ІШЯ н имеет определенно? значение только ирн конкретном значении
внешне/о давления. Изменяй внешнее давление, можно менять и
температуру плавленії». Здесь имеет ішли полная аналогия с тем,
что наблюдается при кипении,1»
Теоретически можно создать такое давление (отрицательное),
при котором в условиях обычной температуры расплавится самый
тугои.-ыькнн металл млн сплав без использования плавильных агре¬
гатов, работающих благодаря подводу топлива.По данным В. И. Данилова, разного типа идеальные решетки
при плавленнн размываются в разной степени; более пасто сохра¬
няется блнжннй порядок после расплавления металлов с компакт¬
ными решетками (гексагональной, гранецситрнрованноб, кубиче¬
ской); сильнее сглаживаются интерференционные максимумы на
кривых рассеяния расплакленпых металлов с рыхлыми «идеаль¬
ными» упаковками, характеризующимися малыми координацион¬
ными числами. Резкое ослабление ближнего порядка после плав¬
лення металлов с рыхлыми упаковками объясняется тем. что
тепловое движение частиц стремится сделать размещение атомов наи¬
более компактным, т. е. стремится увеличить координацию атомоп.
В металлах с идеальными компактными решетками эта тенденция
теИлового движения, очевидно, влияет в меньшей степени, н у них
решетка после плавления размывается гораздо слабее.Рассматривая некоторые вопросы теории плавления, нельзя не
отмстить, что температура планлення очень мелких кристаллов
псегдл ниже, чем температура плавления обычных кристаллов. Это
явление объясняется усилением способности к выделению вещества
из данной фалы, вызываемое увеличением поверхности, и относится
к характерным поверхностным явлениям.Слсд\ет подчеркнуть, что существенное понижение температуры
плавления происходит только у очень мелких кристаллов.§ II Э. ПЛАВЛЕНИЕ И ДЫРОЧНАЯ ТЕОРИЯ СТРОЕНИЯ ЖИДКОСТЕЙ *С точки зрения электронной теории металлические тела как в
твердом, так и в жидком агрегатном состояниях состоят из поло¬
жительных ноиов, погруженных в сроду, состоящую II» коллектив)!-
энровеииых электронов наружных слоев. Эти электроны непрерывно
движутся между атомами н обеспечивают связь между ними. Ме¬
талл в жидком или твердом состоянии может рассматриваться как
сумма положительных ионов, плавающих в отрицательной жидко¬
сти, образованной коллективизированными электронами наружных
слоев. Движение электронов между нонами не связано с температу¬
рой, оно сохраняется при абсолютном нуле. От температуры зави¬
сит только скорость движения частиц. Опыт покалывает, что и не-
и<*т;іллнческос тело может приобрести металлические сьонстпа.
Д-i я этого нужно создать условия, при которых внешние электроны
были бы коллективизированы. Так. например, типичный металлоид
фосфор под влиянием давления в 3922,66 Мнім* (40 тысяч am)•	Дырочная теория сіроениі жядоств была развигі Я. Н. ФренкелейIB
уменьшается к объеме на 25% и приобретает металлическую про-
одимо. ть. коп»раи может быть объяснена коллективизацией ого
іаружньїх электронов. Под воздействием большого внешнего дав-
чиня расстояния между центрами соседних атомов становятся
■hjihiimuit. чем размеры наружных орбит, к а результате этого
.іроіісходпт ОбобШеСТВЛСННС (коллективизация) элсктронои ПІІЄМІІГН.Ч
слоев. Обычные свойства фосфора восстанавливаются при снятии
давления.Выше плавление объяснялось процессом растягнпгмня частиц
ікердогп тола и увеличением расстояния между атомами. Следствием
такого процесса янляетея нарушение правильного расположения
атомов, наблюдаемого в твердых металлических телах. В процессе
н после разрушения кристаллической решетки жидкость испытывает
местпые разрывы. Полный разрыв жидкости не происходит, питому
что каждый атом жидкости теряет свою связь только с одним из
своих соседей, сохраняя ее со всеми другими. Об|)ЛЭ\ юикіґіся разрыв
быстро ликвидируется, заменяясь новым в другом месте. Н жидком
металле в каждый данный момент таких кратковременных разрывов
может быть много. Количество их будет зависеть от темпера¬
туры.Увеличение объема жидкого металла по сравнению с объемом
в твердом состоянии может быть объяснено наличием этих постоянно
образующихся зародышевых разрывов-трещинок. Чём больше их
будет образовываться, тем большей будет разница между объемом
в жидком и твердом состояниях. В жидком металле в каждый данный
момент имеются места с таким же расположением атомов относи¬
тельно друг друга, как н в твердом состоянии; но наряду с этим
существуют области, в которых расстояние между атомами значи¬
тельно больше. Эти области могут быть названы раешмрешгымп.
содержащими «зародышевые трещинки», или «дырки». Понятие
«дырка» здесь имеет иной смысл, чем это принято при рассмотрении
вопроса о перемещении атомов в кристаллической решетке твердого
тела. Дырка п кристаллической решетке означает пустой узел,
окруженный атомами в соседних узлах, немного сместившихся
относительно нормального расположения вследствие отсутствия
центрального атома.Дополнительный объем жидкости может рассматриваться как
сумма объемов всех образующихся в ней в каждый данный момент
«дырок».Подтверждением теории «дырок» в жидкости являются следующие
экспериментальные данные: а) жндкостл по отношению к малым дав¬
лениям значительно более сжимаемы, чем по отношению к большим;
при малых давлениях коэффициент сжимаемости, выраженный
как функция давления, может быть в 15 раз больше, чем при
давлении порядка 49 • 10’—62 • 10т м!я* (5000+6000 в/и); б) не¬
смотря на наблюдаемую разницу в коэффициенте сжимаемости
при малых давлениях у различных жидкостей, ори больших дэв-20
ленпят у тех же жидкостей ох имеет практически одинаковое
значение.«Дырочная» теория проще, чем обычная, объясняет особенності
плавлення н в частности увеличения объема.Рассматривая ковкрстинй случай плавления металлов, необ
ходимо отмстить, что в расплавленных металлах размеры <дирок>
должны быть значительно меньше тех. которые образуются в неме¬
таллических расплавах. Это объясняется тем, что в расплавленном
металле малые нони перемещаются без участия наружных электро¬
нов. которые коллективизированы.Теория «дырок», объясняющая «рыхлую* структуру жидкого
состояния, подтверждается н рядом других косвенных данныхК сказанному выше следует добавить, что и жидкости. несмотрг
на обіисе падение плотности, ло сравнению с твердым состояние*
возможно и уплотнение вещества вокруг любой выбраиниА частицы
Это может быть объяснено тем, что «свободный» объем в ней распре
делен неравномерно по всей массе и образует «дырки» неодинаковы*
размеров. Таким образом, в жидкости наряду с дырками образуются
сгустки плотно упакованных частиц. Такой эффект наблюдается,
например, у германия. Известно, что в твердом состоянии этсп
элемент является полупроводником, имеющим решетку типа алмаз?
с расстояниями между ближайшими соседями в 2.43А. При плавле
нии свойства германия резко меняются. Так электропроводное^
у него возрастает в 13 раз и приобретает характер металлической
проводимости; имеет месго переход гомеополярних связей к метал
ли.ческим.С повышением температуры увеличиваются плотность и абсолют
ное значение проводимости у жидких ртути н висмута.Для большинства жидких металлов, на основе которых обра
эуются литейные сплавы, характерно повышение «дыряетостн
с ростом температуры.| Н-Э. ЖИДКИЕ РАСПЛАВЫИз трех возможных состояний вещества (твердого, жидкого и
газообразного) меньше других изучено жидкое. Обычно твердое
тело при нагреаанкн превращается в пар пе прямой возгонкой, а
последовательно, пройдя этапы плавления и испарения.Жидкость не обладает ни жесткостью твердого тела, ни лету¬
честью газа.Структура жидкого состояния, как уже отмечалось, более раз¬
мыта. чем твердого, н поэтому описать ее сложнее.Каковы характерные черты трех агрегатных состояний?Твердые тела характеризуются низким уровнем потен¬
циальной энергии вследствие мощных сил. удерживающих моле¬
кулы вместе обычно в упорядоченной структуре.81
Эти силы препятствуют всякому движению молекул, ля исклю¬
ченном колебаний малой амплитуды около средних положений рав¬
новесии.Га:<ы характеризуются малыми значениями потенциальных
энергий н слабыми силами сцепления. допускающими свободное
движение молекул и их хаотическое распределение.Жндк'остям с их промежуточными значениями потенци¬
альной энергии и умеренными силами сцепления нс свойственна ни
\ лорндоченность твердого тела, ни хаотичность газа Молекулы
жидкости не совершают колебаний окаю определенных положений
п пространстве, но я то же время и не могут беспрепятственно пере¬
мещаться по всему объему.В твердом теле средний свободный путь движения молекулы
меньше, а в газе больше линейного размера самой молекулы. В жид¬
кости средний свободный путь движения молекулы увеличивается
' ростом температуры от малых значений, не очень отличающихся
от свойственных твердому телу. ДО
значений, соизмеримых с диаметром
молекулы.Согласно примерной оценке отно¬
шение среднего свободного пути дви¬
жения молекулы к диаметру молекулы
в критической точке равноІ--І
at я •где X, — средний свободный путь мо¬
лекулы;
а, — диаметр молекулы.В классической физической хи¬
мии при рассмотрении перехода от
ЖНДКОС1Н к газу жидкость обычно сравнивали с паром п рассмат¬
ривали как очень сильно сжатие газы.Последние же исследования в области рентгеноструктурного
анализа п дифракции электронов дали возможность провести ана¬
логию между жидким и твердым состояниями. Выявилась определен¬
ная тенденция чрезмерного подчеркивания кристалличности жидко¬
стей к отнесения их к категории твердых тел с несколько ослаблен-
иыми внутренними связяыц. В действительности вопрос о том. кай
примирить эти две точки зрения, решается в зависимости от того,
насколько температура жидкости близка к точке плавления или
критической температуре.В тройной точке А (рис. 3) жидкость явно сохраняет многие ха¬
рактерные черты твердого тела, приобретая в то же время и неко¬
торые свойства газа.Основные фнзнко-хнмнчсскне различия между тремя агрегат¬
ними состояниями представлены в табл. 2.
YpOfttHh поіснцимьнпП«нсргив
Риишенне moicxv*ОіКОИІСНИС Среднего СВіьбодного му і н движе¬
ния молекулы к диа¬
метру молекулы
СізтікінкзНиэкиЯ . ПромсжуючішПУпорядоченное] Частично упоря¬
доченное
.Меньше ели- Порядка слинникПромежуточнаяЬлизкнА к irv-
Хаоїнческ^еРассмотрим некоторые из наиболее важных и характерных
свойств жидкостей, представляющих существенный интерес приме¬
нительно к литейным сплавам.Давление пара и испарение. Известно, что
при температуре выше абсолютного нуля есе etiufitmut utn(ip<t>omcMОбично под испарением понимают переход жидкости п паро
образное состояние.Испарение твердых тел называют сублимацией, или возгонкойИспарение возможно при любой температуре, но с возрастанием
ес скорость исларсння увеличивается.С точки зрения молекулярно-кинетической теории явление нспа
рения объясняется тем, что кинетическая анергия молекул или ато¬
мов в поверхностном слое жидкости или твердого тела превышает
среднюю для данной температуры кинетическую энергию молекул
или атомов во внутренних слоях.Те молекулы поверхностного слоя, которые имеют большую ско¬
рость. а следовательно, и большую кинетическую энергию, могут
при своем движении преодолеть силы сцепления между молекулами
и вырваться в пространство над жидкостью. В результате этого и
происходит процесс испарения жидкости.Если жидкость находится в замкнутом сосуде и не целиком сги
заполняет, то молекулы, удалившиеся из жидкости, могут после
многократных столкновений (между собой и степками сосуда) снова
возвратиться в жидкость. Через некоторое время установится рав¬
новесие. когда число молекул, вылетающих в единицу времени из
жидкости, сгниет равным числу молекул, возвращающихся в те¬
чение этого же времени в жидкость. Следовательно, над жидкостью
устанавливается некоторая постоянная концентрация пара (насы¬
щенный пар).Давление, которое производят насыщенный пар, называется
дарением (или упругостью) насыщенного пара жидкости. Далление
насыщенного пара зависит только от температуры, но не завысил г
от количества жидкости и от объема, занимаемого паром.83
С повышением температури давленії? насыщенного плр,і любого
вещества возрастает.Основной важнейшей характеристикой процесса іпіареинн яв¬
ляется скорость нспарскня v. которая определяется как масса жид¬
кости. испаряющаяся за единицу времени с иопгрхносп испарения
(г.'см*'сек). В условия к покоящеАсн жидкости к газовой среды над
ней скорость испарения определяется выражениемA pt + агде К — константа;р, — р — разность между давлением насыщенного пара при
дайной температуре н давлением пара над жидкостью
в газовой среде в данный момент иременн;D — коэффициент диффузии пара в данной среде;Л —толщина диффузионного слоя, в котором давление
пара над жидкостью падает от наибольшего значенії»
до значения в окружающей газовой среде;о	— барометрическое (атмосферное) давленье над жид¬
костью;а — некоторая константа, имеющая размерность давления
(малая по сравнению с атмосферным давлением).Величина а определяет наибольшую скорость нспарскня
достигаемую прл испарении жидкости или твердого тела в ваку¬
уме. т. е. при малых р3.Скорость испарения достигает наибольшего значения при усло¬
вии р — 0. т. е. прн непрерывном удалении испарившихся молекул
из среды, находящейся над поверхностью испаряющейся жидкости
или твердого тела.Скорость испарения металле в условиях достаточно глубокого
вакуума (меньше I мм рт. ст.), выраженная в оесе металла (г),
испаряющегося с І емг в I сек. может быть найдена вз следующей
формулы:где р — упругость паров металла (давление мм рт. ст.);Т — температура;М — молскулярныВ вес.Скорость испарения может быть значительно еннжеиа, если сво¬
бодную поверхность испаряющейся жидкости покрыть поверхно¬
стно-активным слоем достаточно большой толщины. Слой шлака на
жидком металле затрудняет испарение в поэтому является желатель¬
ным при обычной плавке. В условиях отгонки металлов в вакууме
или дегазации нх даже тонкая пленка шлака затрудняет испарение.
Еслн плавна ведется в открытом плавильном аппарате, то обра¬
зовавшиеся пары компонентов сплава уносится н окружающую
атмосферу вместе с продуктами горения или газами.
В большинстве случаев при получении литейных сплавов дав¬
ление пар он к л к пял тиердой (:і л авя гііеОся частью завалки), так
и пал жидким расплавом потла меньше равновесного.Только в закрытом плавильном пространстве, например в элек¬
трических печах, где производится плавка с применением защитной
атмосферы н поддерживаются шхтоянными давление и температура,
v.o^ci нйступип, соспшіьіе динамического равновесия жидкого
расилаоа м по насиненною мара. Удалению паров от поверхности
шпарення способствует постоянная вентиляция этой поверхности,
випынпемэя темн или шшмн смосибаын (движение пламени, продук¬
тов горения, подсос воздуха и т. п.). Чем большей будет турбулент¬
ность движения газового потока над испаряющимся телом, тем
больше испарившегося пара будет уноситься и скорее будет проте¬
кать ПрОЦССС НСИііреіІНЯ.Скорость испарения является функцией не тать ко температуры,
но н пненнкто давления постороннего газа, например воздуха илн
продуктов горения. С повышением давлення постороннего газа на
жидкость затрудняется диффузия пара из пограничного слоя, что
тормозит испарение.Однако упругость пара жидкости (или твердого тела) не зави¬
сит от лаплеинл находящегося над ней постороннего газа, инерт¬
ного но отношению к № пару, и количества испаряющегося вещества.
Упругость пара зависит только от природы, температуры и кривизны
поверхности тела. Испарение будет происходить независимо от при¬
сутствия н концентрации в окружающей среде других газов, но
скорость диффузии, которая определяет скорость испарения, на¬
ходится в обратной зависимости от давления постороннего газа.
Если давление насыщенного пара становится равным внешнему
давленню илн несколько его превышает, испарение идет не только
с поверхности жидкости, но и внутри нее; при этом образуются пу¬
зыри пара, быстрорастущие и поднимающиеся ка поверхность:
испарение переходит в кипение *.Рассмотрение физико-химических закономерностей испарения н
конденсации металлов н сплавов имеет баїьшос значение для ва¬
куумной металлургии, интенсивно развивающейся в последние годы.
Мспольэоаапие вакуума нозватяет успешно решить многие сложные
задачи производства металлов и сплавов с высокой степенью чи¬
стоты.При производстве литья из некоторых цветных сплавов, содер¬
жащих легко испаряющиеся компоненты, приходится считаться*	В практике производства стали л других еллаво* часто млеинси («ме¬
лом») нанимают процесс, происходящий во время окислені* углерод* в жвджои
металле. В данной случае расплав ж ингжт, а бурлит под аозасвстшен выде¬
ляющихся пузырьков пнися углерола Здесь имеет место волна* аналогия с т*м.
>ло иаблюдапсн в ствхане с газированной вдаоА Никто процесс образования
пуэырькоа углекислого гаи в вод? не отожметвляет с проветеон кипения нян
испарения воды. Само собой разумеется, что процесс, называемый в сплемр*-
нкн «килом», нельзя отождествлять с истинным киасняем.В
с нспареннем. Так, е поиерхпости нагретых кусков латуни н оловян¬
ной Лроиэы no BpevH плавления испаряются цинк и мель. Первый
в значительно болі-шнх количествах. В еще большей степени цннк
нсплряптя после рлеплавлоння. Замечено, что цннк испаряется
сильнее с tv'x кусков шихш, на которых былн масляные пятна.
Слой окислов и шлака задерживает испарение цинка. Угар металла
в рочультате испарения алементон является безаозиратпой потерей.
Заметное влияние на величину потерь прп испарении оказывает
атмосфера нечк. Так, например, особенно большая лстучосп. се¬
ребра замечена 8 атмосфере углекислого газа. Процесс испарения
связан с затратой тепла.Теплота испарения складывается нз энергии, затрачиваемой на
преодоление сил можмолскулярного притяжения в жидкости, назы¬
ваемой внутренней теп.ютой испарения, н энергии, расходуемой
на преодоление внешнего давлении при выделении пара, называемой
metuNrO теп.ю/ппй (или работой) испарения, Внешняя теплота всегда
значительно меньше внутренней.В том случае, когда молекулы жидкости должны для испарения
преодолеть большой энергетический барьер, теплота испарения
имеет большое значение, и испарение такой жидкости затруднено.В условиях применения вакуума нлк при плавке легко испаряю¬
щихся литейных сплавов (или сплавов, содержащих летучие ком¬
поненты). а также в процессах отгонки металлов в вакууме испаре¬
ние и сопутствующие ему явлення должны непременно учитываться.В табл. 3 приведены данные об относительной летучести неко¬
торых металлов по отношению к алюминию (Ме АІ) мри 800” С
(по Раулю).Ртуть		B.V10"НатриЯ		4,0-10*М«пінЛ		3,0-101Цліік	 • 10'Литий		2,8-10*Кальций		1,8 10*Млріаняі		71S0Алюминий		1.0Медь		0.15КрснниЯ		0,11Жемм	 1,8 • №-■Следует иметь в виду, что на пряктякр припрлринкк* я тяЛл Л
данные о летучести могут быть н другими в случае образования
между компонентами в твердом состоянии соединений, сохраняю*
тих и в расплавленном состоянии некоторую упорядоченность
(ассоциацию) в расположении атомов.
Вязкость (или внутреннее тренне) • — свойство жидко¬
стей (и газов) оказывать сопротивление при перемещении одном
части жидкости относительно другой. Это свойство жидкостей и
газов качественно характеризуется коэффициентом вязкости.Величина, обратная вязкости, называется текучестью.С точки зрения молекулярной теории вязкость объясняется дви¬
жением молекул н наличном молекулярных сил.В жидкостях расстояние между отдельными частицами много
меньше, чем в газах. Поэтому второе обстоятельство — действие
молекулярных сил в жидкостях — имеет первостепенное значение.При постоянной температуре вязкость представляет собий для
данной жидкости постоянную величину, не зависящую от градиента
скорости. Вязкость жндкнх расплавов зависит от температуры. Для
определения зависимости вязкости от температуры для простых
жидкостей определенного химического состава в некотором интер¬
вале температур может быть использована формула Я П. Френкеля,
выведенная на основе молекулярно-кинетической теории:= »г.
где Т — абсолютная температура;А — постоянная для данной жидкости величина;к — постоянная Больцмана; .О—так называемая энергия активации течения молекул
жидкости.Величина вязкости зависит также от давлення.В коллоидных растворах и других дисперсных системах (сус¬
пензии и эмульсин) могут нметь место аномалия вязкости н упру*
гость формы, свойственная твердым телам. Аномалия вязкости
проявляется в отклонении от закона Ньютона **.*	Пометке івнутреннее трение», но в иной интерпретации относят н к твер-
дым металлам и силами В этом случае внутренним греннем н.пн демпфирующей
способностью называют способность материала рассеивать энергию хими¬
ческих колебаний образца. Это свойство имеетбольшое значение при коиґіру кро-
паи и» машип, в отдельных узлах которых возникает еабраии». До педаниесо
временя не Оы.чн в технике известны сплавы с высокой демпфирующей спо¬
собностью. Механическая энергия колеблющегося іе.іа довольно быстро пре¬
вращается в тепло, лаже ссли тело нолкостыо изолировано от внешней ермы.
Этот перенос энергии ■ последующее затухание колебания ЄСТЬ ІфОЯКЛІІИІіе
того, тго называет внутренним трением п металловедении. Метод внутреннего
лрений, как очень чувствительный, применяется для исслпдонаниЛ tn.unon
н металлов в металловедении и физике металлов.•* Основной закон вязкого течения Ньютона шражается уравнениемгде V, В В|—гиоросіи слоев жидкости, расстояние ueaav которыми ровне,ь - и;S — площадь слоев жиддолі, по которой происходи! сдвиг;F — внешняя сие, перемещающая давний слов жидкости.*7
Вязкость жидкости может в значительной степени изменяться
,рн наличии в ней мелко диспергированных частиц, особенно колло-
ідлого размера. Такого рода частицы почти всегда присутствуют
і литейных сплавах, находящихся в расплавленном состоянии. Для
определении вязкости очень разбавленных суспензий н лиофобных
шлей А. Эйнштейном была предложена следующая формула:Л,-4.(1+ 2.50),
где I), — вязкость всей дисперсной системы;
ти — вязкость чистой дисперсной среды;
ф — отношение объема диспергированных частиц к общему
объему дисперсной среди.Вязкость является важным свойством жидких расплавов, с ко¬
торым связаны их жидкотекучесть, очистка от посторонних вклю¬
чений, теплоотдача и ряд других свойств, определяющих нх физико¬
химическое взаимодействие с различными веществами,В табл. 4 приведены значения динамической вязкости некоторых
жидкостей н литейных сплавов.Воде при 20’ С	Ртуть выше іемпературн пл»в*ения	Сталь (0,3»/»С) "Р« темпермуре 1535'С	То же, при темперітуре 1йо5'С	То же, при температуре 1610" С	Ковкий чугун (3.1 V.0 при температуре 1340' С .То же, При температуре MOV С	Серый чугун (4,rt»/*C> при температуре 12SO* С . .СерыП чугун при температуре 1425 С	Жидкий им»к	Олово	Поверхностное натяжение. При получении и
кристаллизации литейных сплавов многие процессы совершаются
на границах раздела фаз. В этом случае большое значение имеет
изучение явлений, непосредственно или косвенно связанных с по¬
верхностным натяжением жидких расплавов.Молекулы внутренних слоев жидкости окружены со всех сторон
такими же молекулами, и, следовательно, силы нритнженнн, дейст¬
вующие на данную молекулу с разных сторон, взаимно уравновеши¬
ваются .В поверхностном слое действуют только силы нритнженпн со
стороны НІІЖІІИХ слоев, оследетоне чего молекули ипешт-го с.юп
как бм втягиваются внутрь «нзкостм (рис 4] Молекула М на¬
ходящаяся на расстоянии от поверхности, большей радиуса ден-34
ствня молекулярных сил р, окружена со всея сторон притягиваю¬
щими ее молекулами, и поэтому равнодействующая всех сил, ле(1
сгоующнх на псе. равна нулю (рис. 4. а). .Молекула М расположена
на расстояннн от поверхности, меньшем р (рис. 4, 6). а молекулы
в :юие ABC отсутствуют, поэтому равнодействующая D не равна
нулю п стремится втянуть молекулу внутрь жидкости, чем н обус¬
ловлено стремление жидкости к сокращению поверхности.Таким образом, к молекулам поверхностного слоя жидкости
перпендикулярно поверхности приложена сила, направленная
внутрь жидкости.Естественно, что силы межиолекулярного взаимодействия между
ыолекулдмн поверхностного слоя, направленные вдоль поверхности,
взаимно уравновешиваются.Нормальная сила, приложенная к поверхностному слою, создаст
так называемое молекулярное
да&кние.Для создания новых поверх¬
ностей в жидкости, т. е. для
того чтобы разорвать жндхость
на две части и создать две новые
поверхности, надо совершить ра¬
боту против сил молекулярного
сиеплеиия.Следовательно, поверхность
жидкости обладает запасом энер¬
гии. равной половине работы раз¬
рыва жидкости по соответствую¬
щей поверхности.Величина, численно равная работе обратимого изотермического
образования единицы поверхности твердого или жидкого тела, на¬
зывается коэффициентом поверхностного натяжения, или удельной
снободной поверхностной мергией в.Коэффициент поверхностного натяжения (или поверхностное
натяжение, как его часто называют) имеет размерность1	н/м *= 1 дж/мг = 10* зрг,'см* = J.U2 Г/см.М с ж ф а э и о е натяже кие отличается от поверхност¬
ного натяжения тем. что оно относится к поверхности раздела двух
жидкостей. Существование поверхностного н межфаэного натяже¬
ний объясняет стремление жидкостей при условии действия одних
только молекулярных сил сократить свою поверхность до мини¬
мума.Поэтому, когда влияние силы тяжести становится неощутимым
(при уменьшении размеров капель, или их свободном падении,
или чрн погружении жидкости о другую жидкость том же ПЛОТ-
ниотщ. Аіі -кілів принимает форму шара—тела с минимальной
поверхностью при данном объеме.Рнс. 4 Действие молекулярных сил
ва иодеку.пы внутри ЖИДКОСТИ Н Б 110-
верхпостиои слое
Вода	Х.10рис1ыП її
Сіннш . . .
О лоно....
Сгребро . .
Меяь ....
Же.1«Кнхгль	X.iopiu наїрн*	Глинозем 	Лдюипиіій	Магний	С«рый чугун	Высокоарочный чугун . ■ ■
МоДНфНПЯреММШЙ 4VIMI.
КоїкиП чугун (2,.% С) . .
Ртуть в ітосферс їаздум
Ртуть ■ «тмосфсрс азпта .При этом толщина поверхностного слоя обычно не превышает10	7 см, т. е. соответствует толщине слоя в несколько молекул,
П табл. 5 приведены по различ¬
ным опитним данным значения по¬
верхностного натяжения для некото¬
рых жидкостей н литейных сплавов.Поверхностное натя¬
же н не н тем порату р я. Для
любой жидкости поверхностное натя¬
жение с повышением температуры
понижается.В критической точке поверхность
раздела жидкость — пар (мениск) ис¬
чезает к поверхностное натяжение
становится равным нулю.Краевой угол смачи¬
вания н поверхностное
натяжение. Заливка жидкого расплава в твердую форму
характеризуется некоторыми особенностями, к которым относятся
смачиваемость формы металлов н краевой угол смачивания.Рассмотрим эти особенности. Пусть на твердой поверхности 3
находится капля жидкости I (рис. 5). Обе поверхности I к У грани*
чат с газовой фазой 2.Угол, образуемый касяті-льиой к капле жидкости 1 с твердойаРис 3. Краснов угол швчика-
поверхностью 3, называется краевым уг.юм смачивания 0. Согласно
yp;iiunMimo Лапласа величина косинуса краевого угла смачиввння
связала с межфаэнымн поверхностными натяжениями следующий
соотношением:соЛ-їя^.Оцг лі' гг і, — поверхностное натяжение* на границе раздела жидкой
и пиообраэноА фаз;°л — поверхностное натяжение на гра*
пице раздела твердой н жидкой фаз;я» — поверхностное натяжение на грани¬
це раздела твердой и газообразной
фаз.Если равновесный угол 0 меньше 90\ то
кппля имеет сравнительно плоскую форму И
как бы растекается по твердой поверхности.Очевидно, металлический расплав с таким
краевым углом смачнвання литейной формы
будет ее лучше заполнять. В случае при
0 — 0 смачлеаиие будет полным, так как
капля будет иметь плоскую форыу. Можно
сказать, что в этом случае поверхность фор¬
мы будет металлофильной (с точки зрения
возможности образования пригара наотливках
такой случай вряд лн приомлеы для практики).Если краевой угаї емнчнпанпя 0 больше
90°, то капля жидкого металла но форме при¬
ближается к сферической. В этом случае по- ( _	^
ВерХНСКТЬ ЗаПОЛНЯеМОЙ форми ПОЛНОСТЬЮ Мі- ' or.i!“5/7’- mrtr/ТІЯ
таллофобна.Особенности направлення молекулярных сил для различных
поверхностей показаны на рис. 6. Из рис. 6 следует, тго молекулы
жидкости I могут легче перейти в пар, чем молекулы жидкости II,
и тем более чем молекулы жидкости ill. Из рис. 6 также следует,
что давление пара жидкости на выпуклой поверхности больше, а на
вогнутой меньше, чем нормальное даыенне пара на плоской по¬
верхности жидкости.Рис. в. Направление
молекулярных сил
для различных по-
ьерхкостеА:Эта закономерность выражается уравнением Томсона
Ьр 2аМДр _-	относительное изменение давленая насыщевного пара
но сравнению с нормальным;М — молекулярный вес;
г — радиус капилляра или капли жидкости;
о — поверхностное натяжение;
р — плотность жидкости.
Из уравнения Томсона следует, что. напрнмср, для капель воды
сг = 10"“ (.и уппугосіь пара на 10"о выше, чем дли поды с плоской
поверхностью. (Уравнение Томсона показывает, что если н замкну¬
той системе одновременно содержатся крупные к мелкие кгплн, то
последние будут перегоняться к первым. Оно же объясняет и (ділОС
высокую растворимость мелких твердых члетнц по сраииению
с крупными, явление капиллярной конденсации пара и узких капил¬
лярах или порах, смачниаемых данной жидкостью, и ряд других
явленнП, имеющих большое значение на границе металл-форма.)Прообразованное (преобразование упускаем) уравнение Томсона
для случаи кристаллизации из переохлажденного расплава поз¬
воляет определить величину равно-
лесного кристаллическою зароды¬
ша сферической или мбичсскоА
формы. Эта величина, обозначаемая
к, составляетгде М — молекулярный вес;о — поверхностное натяже¬
ние на границе зародыша
с расплагом:Т, — температура плавлення;
р — плотность зародыша;L — теплота плавления,Д Т — переохлаждение.Это уравнение показывает, что с увеличением переохлаждения устой¬
чивыми становятся зародыши все меньших и меньших размеров.Чем больше поверхностное натяжение, тем большие размеры
должен иметь равновесный зародыш кристалла для начала кри¬
сталлизации при данном переохлаждении. (Следует отметить, что
уравнение справедливо при небольших переохлаждениях.)Из вышесказанного следует, что поверхностное натяжение в ус*
ловнях производства отливок может проявить ссбя при смачивании
(или несмачиванни, так как лнтеАиая форма метоллофобна) метал¬
лом или сплавом литейной формы н при образовании различного
краевого ума смачнвання (рис. 7).От поверхностного натяжения и краевого угла смачкванкя за-
вж:нт прошіканне жидкого расплава в поверхностные слон формы.
Эта зависимость выражается следующим ураяненнем:р — — 25. еда в(где р—давление (усилие) проникання)о	— поверхностиое натяжение;
г — эффективный радиус пор формы)
в — краевой угол смачивания.Рис. 7 Образование ямичного
краевого угла смахигання’4) вогнул** VftTBCIi (Си I.: 1-ї ЖЩХЬСТЪ
Пош-рхиостнос натяжение прояснится также и при продувке
мг1...ч.и1чгск*1.т ]>асплаиоа газами.Раздробление струи жидкого расплава при продувке газами ві
премя вакуумнровання в струс и при обработке распльва неннрню
ішімкел в них модификаторами (например, натрия о сил\«пне
иагнил в чугуне и т. п.) приводит к образованию новых поверхно¬
стей, что илечс-т за собой дополнительное охлажлешіе распла¬
ва н евнлн е затратой тепла на образиоаине новых поверхностей
при адиабатном проведении процесса и др.Наконец, поверхностное натяжение ыожет оказать решающее
влияние на рост кристаллов.Кристалл, как известно, растет, присоединял к себе атомы і»
окружающей среды.Способ присоединения атомов к твердой фазе определяется стро
гнием поверхности раздела фаз, распределением и количеством де¬
фектов на 9той поверхности.Кристаллическое тело может расти из расплава, пара, раствора
(или лаже твердого тела).Характер кристаллизации зависит от среды, где происходит рост
кристалла, поверхностного натяжения сиыого кристалла и среды,
в также других факторов, таких, как температура Т, давление р.
концентрации сит. п.. которье определяют скгрость перемещений
атомов.	*Необходимо подчеркнуть, что поверхностное натяжение и крае¬
вой угол смачиваннн прн определенных условиях зависят ОТ CBOflCTD
данного расплава.Краевой угол смачивания литейных расплавов с песчаной формой
и другими огнеупорными материалами значительно превышает 90”
и в большинстве случаев находится о пределах 130—150 .Поверхностное натяжение у жидких металлов и сплавов дости¬
гает 1935 мдх/м*, <гто намного больше поверхностного натяжения
воды (72 мдж!м5), расплавов окислов (300 + 700 мдж,‘мг) н других
веществ.Металлы н сплавы нрн таком высоком запасе поверхностной
энергии отличаются весьма высокой степенью чувствительности
к наличию даже ничтожного количества примео-м.D том случае, когда вводимые в расплав примеси понижают
поверхностное натяжение, их называют поверхноепшоак/пиоными.
Такие вещества, подобранные для соответствующих сплавов, моди¬
фицируют их.% 11-4. СПЛАВЫ, КАК КОЛЛОИДНЫЕ СИСТЕМЫРеальные литейные сплавы, как правило, являются сложными
многокомпонентными системами. Они отличаются от р^стиоров
ПрсДСТаНЛЯЮЩИХ СОФОЙ ГОМОІ'ЄНН>К1 CV.eCb ДІ)ПЛИ ОоЛсС МСШССіВ(в газообразном, жидкой нлн твердой состоянии).2	Ліпшим* cu<»w
Часто жидкое состояние сплавов называют расплавом. Но впер¬
вые это понятие было применено к жидкой фазе чистого вещества,
которое при обычных температурах находится и твердом состоянии.
Затем этот термин стали относить и к гомогенным жидким смесям
двух нли более веществ, которые при охлаждении затвердевают.
Когда говорят о лктейнмх расплавах, необходимо иметь о внлу, что
в них всегда можно обнаружить определенное количество приме¬
сей, находящихся во взвешенном состоянии. Это же относи і си к
твердому состоянию литейных сплавов. Таким образом, литейные
сплавы как в жидком, так и в твердом состоянии следует отнести
к коллоидным системам.Основной особенностью коллоидного состояния является гете¬
рогенность дисперсных систем, состоящих на двух и более фаз;
одна фаза состоит из отдельных весьма мелких частиц (дисперсная
фаза), распределенных в другой фазе — дисперсионной среде.
Гетерогенность системы характеризуется двумя признаками: раз¬
личием свойств в некоторых областях пространства, занимаемого
системой, и существованием реальных поверхностей раздела между
этими областями.В коллоидных системах предельно высокая дисперсность при¬
водит х образованию очень большой поверхности раздела между
.шсперсной фазой и дисперсионной средой. Чем меньше частицы
дисперсной фазы, тем больше внутренняя поверхность раздела
между фазами, заметнее роль граничных слоев и связанных с ними
поверхностных явлений. Дисперсность системы характеризуется
удельной поверхностью X, под которой понимают отношение обшей
поверхности 5 дисперсной фазы к общему ес объему VУсловные границы размеров частиц коллоидов лежат в области
от 10" * до 10 7 см (от 0,1 мк до 1 ммк).Одной из особенностей коллоидных систем, отличающих их от
молекулярно-дисперсных, является малая скорость диффузии. От
груболнслерсных коллоидные системы отличаются достаточной ус*
тойчнвостью по отношению к самопроизвольному расслаиванию
(оседанию илн всплыванию частиц).Агрегатквяая устойчивость коллоидных частиц обусловлена
определенной сольватной оболочкой н величиной влектрнческого
заряда частниы по отношению к дисперсионной среде. Эти
факторы препятствуют непосредственному сближению частиц н
образованию из них агрегатов, т. е. сложению честна, состоящих
из нескольких первичных честна.Коллоидные системы характеризуются определенными своеоб¬
разными физико-химическими свойств&мн которые обусловлены
наличием весьма развитой поверхности раздела на границе дис¬
персная фаза — дисперсионная среда н, следовательно, большим
запасом поверхностной энергии. В коллоидных растворах частицы
дисперсной фазы оказываются прочно связанными непосредственно
или же посредством адсорбционного слоя третьего вещества —
стабилизатора с молекулами дисперсионной среды, образующей
иикруг частиц так называемые сольватные оболочки. Такие соль-
вотированные частицы называются мице.ыами.Можно считать, что ни одни нз реальных сплавов не является
физически «прозрачным». Все они содержат ббльціее нлн меньшее
количество дисперсных частиц коллоидного размера.В коллоидных растворах дисперсная фаза может состоять нэ части¬
чек одинакового или разного размера. В первом случае коллоидные
системы называют монодисперсными, а во втором—полидисперсными.Металлические сплавы должны быть отнесены к полидисперсным
коллоидным системам.Представление о возможной величине поверхности внутри кол¬
лоидных систем даст следующий пример: если взять 1 см* веществе
кубической формы, то величина его поверхности составляет 6 см*.
Этот же объем цсщестьа с ребром в 1СГ1 см будет иметь иоверхность
В -10 с*1; уменьшение длины ребра до 10~* см (I мк) приведет к
увеличению поверхности до 6 • І04 см*. Наконец, дальнейшее умень¬
шение длины ребра до 1СГ см (I ммк) даст поверхность в 6 • 1СГ ел*.Нетрудно себе представить, какоЛ большой должна бить поверх*
ность твердых частиц (например, оксидов, нитридов, сульфидов,
графита и др.) в сталях, чугунах к других литейных сплавах.Сплавы не являются устойчивыми коллоидными системами со
стабильными свойствами.Изменение условий, в которых находится сплав, может привести
к большему или меньшему диспергированию частиц дисперсной
фалы (пептнэацнн) или, наоборот, к объединению дисперсных ча¬
стиц под влиянием молекулярных сил сцепления в агрегаты (к ко-
л'уляции или прн полном исчезновении поверхностей раздела к
яниссценции). Мельчайшие частицы твердых фаз в коллоидно-
дисперсном состоянии обычно обладают кристаллическим строением
и могут быть центра»» кристаллизации в затвердевающем сплаве.Вероятно, большое значение в сплавах должно иметь изучение
явлення тиксотропного структурообразованкя (тиксотропии), г. е.
ибратнчого образования пространственных сеток в результате коагу¬
ляционного сцепления частиц, разрушающегося под влиянием дис¬
пергирования и вновь постепенно возникающего в покое в резуль-
иге броуновского движения.§ ll-а. НЕКОТОРЫЕ ОСНОВНЫЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ
ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ГАЗОВ С МЕТАЛЛАМИ И СПЛАВАМИГазы в металлах. Элементы, существующие в обычных
условиях и природе в газообразном состоянии, в металлах и метал¬
лических иілаоах встречаются в виде:
а)	газовых включений (раковий и сферических пузырей);б)	твердых химических соединений с элементами, входящими в
состав сплава (окислов, нитридов гидридов);о)	жидких н твердых растворов. В этом случае атомы газообраз¬
ных элементов могут быть расположены между атомами основного
металла или могут войти (внедриться) в его кристаллическую ре¬
шетку;г)	тонких слоев, адсорбированных на поверхности металла или
сплава. Например, в чугуне адсорбция газов может наблюдаться
и на поверхности графитовых включении, расположенных в таї іде
металлической матрицы.По своей природе и свойствам растворы газов в обычных жидко¬
стях ничем не отличаются or других обычных жидких растворов.
В большинстве случаев концентрация газов в растворах незна¬
чительна.Свойства растворов с малой концентрацией растворимого веще¬
ства, как правило, мало отличаются от свойств чистого раствори¬
теля.Растворимость в значительной степени зависит от вида н свойств
газа, природы растворителя, от температуры н давления.На растворимость газа большое влияние оказывает его моле¬
кулярное и итомнос строение. Известно, что вращение электро¬
нов в атомах происходит с гораздо большей частотой, чем коле¬
бания атомов в молекуле, поэтому сближение атомов оказывает
влияние на движение элсктропои в атомах: электроны в двух сбли¬
женных атомах движутся в такг, так как только в этом случае
будет иметь место меньший запас энергии системы и обеспечено
взаимное притяжение молекул. Такое взаимодействие называется
дисперсионным (название произошло от того, что количественная
теория взаимодействии тесно связана с теорией дисперсии света),
Энергия дисперсионного взаимодействия	не зависит от тем¬пературы її обратно пропорциональна шестой степени расстояния
между молекулами Напртгер. энергия дисперсионного взаимодей¬
ствия молекул адота значительно [в 5,5 раза) превышает такую энер¬
гию водорода. Водород в омнчне от азота значительно легче ра¬
створяется п чистых металлах н многих литейных спллиах. Для того
чтобы заставить молекулярный азот перейти в металлический рас¬
плав в количестве большем рзшкженого, его необходимо перевести
в активное или атомарное состояние.Исли исключить область высоких давлений, то влияние давления
на растворимость хорошо выражается приближенным законом Генри,
который формулируется следующим образом:при постоянной температуре растворимость данного гоэа в дан•
ном растворите.!? прямо пропорциони.іьни Оипжнит иного еом пав
растворителем.Закон Генри приметім и обычных условиях при малых концен¬
трациях раствора. Он считается более применимым к равновесию
»
в гомогенных растворах, чем к равновесию между жидкими или
твердыми растворами н газамиПри растворении смеси газов растнорнмость каждого ни них он
рсделяется его парциальным давлением н равна растворимости
этого газа в чистом виде при лаплеикн. равном «.то парциальному
давлению в газовой смеси.В обычных жидкостях повышение температуры приводит к умень¬
шению растворимости газов В жидких расплавах металлов н ме¬
таллических сплавов растворимость газов с повышением темпера¬
туры может повышаться.Используя значения активности и молярной "оля растворимого
компонента, можно закон Генри выразить в виде
а„ = кМ„,
где ая — активность компонента п;N„ — молярная доля компонента;к — коэффициент.Адсорбция. Процесс растворения газов в металлах и
сплавах начинается с адсорбции.Различают два вида адсорбции: физическую и активированную.
Физическая адсорбция является частным случаем сорбции —
явления поглощения газов твердыми или жидкими телами.Адсорбция определяется количественно, как увеличение кон¬
центрации адсорбируемого газа на поверхности адсорбента (твер¬
дого или жидкого) по сравнению с его равновесной концентрацией
в растворе или газовой фазе.При некоторой значении концентрации адсорбируемого вещества
достигается предельна* величина адсорбции, зависящая от своііств
дансого адсорбента. адсорбмруел:ого вещества и температурыI	Ьвышение температуры, усиливая тепловое движение молекул,
уменьшает адсорбциюЯвление адсорбции обусловлено наличием силового поля у
атомов или молекул адсорбента, находящихся на поверхности я
связанных лишь частично с атомами или молекулами слоев, отда-
лгнных от поверхности. В зависимости от интенсивности этого ноля
но адсорбирующей поверхности могут обра:ювываться адсорбиро¬
ванные слон толщиной в одну (ыономолекулярные). две (бимоле¬
кулярные) нлн несколько молекул (пол«молекулярные) На по¬
верхности твердого адсорбента адсорбируются вещества, понижаю¬
щие поверхностное натяжение его относительно окружающей среди.При адсорбции растворенных псщестн адсорбируемое всшестоо
понижает поверхностное натяжение на границе раздела: жидкость —
rat (или жидкость — жидкость для системы из двух песмсщнваю-
шкхся жнакостоЛ).Различают положительную адсорбцию, когла содержание рас-
творенного веи.еетнз п поиер::і:остсо!л слое стш:ос:гтся зишс. чем во
внутренних слоях раствора, и отрицательную, когда содержание37
растворенного вещества ниже в поверхностном слое, чем во ви у
тренннх слоях раствора.Поверхностная физическая адсорбция лаляется первоначальной
стадией сорбционных процессов для большинства случаен взанмо-
действия в системах жидкость — raj.С повышением температуры получает развитие процесс так на¬
зываемой активированной адсорбции, которая является предвари¬
тельной стадией диффузии газов в металл. Этот пнд адсорбции, ха¬
рактерный для большинства систем металл — газ, в отличие от
обычной характеризуется увеличенном количества адсорбирован¬
ного газа на поверхности адсорбента с повышением температуры.Теплота активированной адсорбции значительно превышает со¬
ответствующие величины физической адсорбции и приближается
к величинам теплоты химических реакций. Очевидно, что в случае
активированной адсорбции молекулы адсорбируемого газа на по¬
верхности адсорбента диссоциируют и частично вступают с нны в
химическое взаимодействие.Большое развитие получают процессы активированной адсорб¬
ции в системах металл— водород.Диффузия газов. Газы, адсорбируемые поверхностью
металла в атомарном состоянии, диффундируют в металл.В соответствии с I законом А. Ф и к а количество вещества,
диффундирующего в направлении убывания концентрации, может
быть определено нз выраженияdeгд* с — градиент концентрация вдоль направлення *■— •
s—площадка, перпендикулярная к направленню;D — коэффициент днффуэян вещества, диффундирующего че>
реэ единичную площадку за время t — 1 при градиенте
концентрации, равном I (коэффициент диффузии имеет
размерность смЧсек).Знак «минус» в приведенной формуле указывает, что днффузпя
происходит в сторону уменьшающейся концентрации. (Закон Фнкя
аналогичен закону Фурье, выражающему пропорциональность
потока тепла градиенту температуры, и закону Ома, выражающему
пропорциональность силы тока градиенту электрического потен¬
циала.)II	закон Ф и к а, выводимый нэ первого, определяет накопле¬
ние вещества в определенной точке как функцию времениat и d.y* ■Законы Ф и к а абсолютно справедливы лишь для ииэкнх кон¬
центрация н малых градиентов. Они предполагают гомогенность30
срсди II поэтому неприменимы Х1Я описания диффузии вдоль Гра¬
ні:!! -дерен, тли как послшугие характеризуются гетерогенностью.Диффузии н.і»та и водорода в железо при широком интервале
температур удовлетворительно описывается уравнением Ричард¬
сона. 11 к киля н II а р и е л л аl‘,-7V~pfc-T,гдо Р, -- постоянная проницаемости;
d — толщина слоя металла;
р — давление;Т — температура;А и Ь — постоянные.XЕсли пренебречь в уравнении членом Т2 для постоянной про¬
ницаемости, то получим упрощенную формулуРг — *- V р е ~т .Кроме температуры н давлення, процесс днффуэнн регулируется
адсорбцией, келнчнна которой о свою очередь зависит от состояния
поверхности н структуры металла-адсорбента.Чей больше активная поверхность адсорбента, тем больший будет
и количество диффундирующего газа.Растворимость газов в металлах. Уже от¬
мечалось, чго растворимость (абсорбция) газообразных всщестп в
металлах и металлических сплавах зависит от природы газов, ирн-
рюы и состояния метиллоо и еллапов, а при прочих равных усло¬
виях от температуры и парциального давлення газа. Например,
и нн'стно, что инертные гали растворяются в металлах в неизмеримо
милых количествах. В заметных количествах растворяются в метал¬
лах и металлических сплавах (твердых и жидких) бимолекулярные
rum, п частности водород. кислород н азот. Но и растворы этих га¬
ти о металлах п металлических сплавах являются сильно разбав¬
ленным».II	отличие от обычных жидкостей в твердых и жидких металлах
рштиорнмость газов, как правило, увеличивается с повышением
температуры. Эго можно объяснить тем, что растворение газов в
мі-тііллах является эндотермическим процессом.К некоторых случаях растворимость газов в металлах с повы¬
шением температуры уменьшается. Так, например, установлено,
«ні ристворимость водорода в таких металлах, как іитан, цнрко-
niifi, панаднй к др., при повышении температуры уменьшается.Процесс растворения газов в этих случаях является жзьтерми-ЧЄіМіЛі.Например, установлено, что растворимость азота в жидком
»)п>мс с повышенна! температуры уменьшается. В данном случае■
это явление может быть объяснено образованном ц жидком хроме
нитрила OjN.С и в с р т с и ого сотрудники установили, что растворимость
газов в металлах не подчиняется закину Г с и р и («закону прямой
пропорциональности»). По Снвертсу, растворимость газов п метал¬
лах при дамгон температуре пропорциональна квадришому корню
нэ величины парциального давления данного r.rja нал металлом.
Эта зависимость получила название закона Сиосртса или «закона
квадратного корня»5 = kVР .Закон квадратного корня действителен о тех случаях, когда
двухатомный газ. адсорбируемый металлом, предварительно под¬
вергается диссоциации е образованием двух атомов, растворяю¬
щихся независимо друг от друга, причем образуется раствор илн
химическое соединение с одним атомом растворяющегося вещества
в молекуле.Закон Снвертса не может применяться для газов, присутствую¬
щих я металле а виде иедиссоцинрованных химических соединений,
в молекулы которых входит бол»*' одного атома растворяющегося
газа Это же относится и к случаю, когда молекула, растворяясь
в металле или взаимодействуя с ним, распадается на большое число
атомов.Например, растворимость сернистого газа в чистой медн может
быть определена из уравнения изотермы5 = k Ур .Такая закономерность, выражаемая «законом кубического корня»,
объясняется тек что при растворении в меди молекула ссрннстого
газа как би распадается не три частицы: на один атом серы н два
атоме кислородаі Си + SO, = Cu,S + 2Си,0.Существенное ял.чяние на растворимость газов в металлах ока¬
зывают размерный фактор и пглнчнна электроотрицательности ато¬
мов металла и растворяющегося газаС этим, например, слизывается различная растворимость в ме¬
таллах и сплавах азота и оодорола Азот от водорода отличается
большими размерами атомов :< большим значением первого иони¬
зационного потенциала. Азот, как правило растворяется в тех
меиылая, с которыми он образуеч хитрили	1Скорость растворения газов в металла* зависит от агрегатного
состояния металла илн сплава., его кристаллической структуры,
интенсивности перемешивании п плавильном ягр*гал\ характер*
движения потока жидкого металла и т и Так скорость растворе
имя газа в жидком металле больше, чем в твердом.40
При движении металла мелкими струйками или каплями в га-
эояоЛ с реле растпорнется больше газа, чем при движении поток»
газа над риамиилеииым металлом, находящимся поз слоем шлака
Турбулентний поток жидкого металла захватывает и растеюриет
при прочих равных условиях больше газа, чем ламинарныйБарботаж жидкого металла газом в одних случаях приводні
к увеличению содержания газов, а а других способствует дегазации
расплава.Фазовые превращения и изменения агрегатного состояния ме¬
таллов н сплавов могут сопровождаться скачкообразным измене¬
нием растворимости газов.Для многих систем газ -- металл экспериментально установлена
зависимость1„ *'і _<>|„ «. _ *н іТ,-Г,\,л -2|пї,~	Тк г,Г, )•где Кк и /С, — константы;S,	и Sj — ргстворнмость газа при температурах Г, и Г,
(в СК). слМОО г.Для растворимости двухатомных газов найдена зависимостьЮв..тг!“ в.где А и В — константы;р — давление, нм рт. ст.Растворимость при атмосфгрмоч давлении Iкоторая чаще всего
употребляется) может быть найдена нз уравнения1ой,#5;<в = — у 4- В + 1.-140.В табл. б приведены значения коэффициентов Диви раствори¬
мости водорода в некоторых металлах41
Т » «.і« а « 7P.tiuop.i.Kit . w,.™,e«ut-IOfSm\аLI, К», К. Rb.Cs .h. p.Ворохіно p. OepJivcr
ноиныг шдрнаы— RllН,0 вероят¬
но U. Р-Сиii. p.Г.Си/.)вероятно р.16Agїї. p.P-Аиii. p.ll. p.-Be-Вороніжі u. p.-ПиMg-?•-Се, Sr. В*-Образуют ионные ша¬
рили RH,.
Всроитпи м. p.RO
вероятно р.Zn, Cdii. p.Вероятно в. р.-НеK. p.и. р.и. р.ЖеSe, V
(Ляятаноням)-е. p.-RH,-1110В-Образует КОВЭДеНТГШе
гидриды,
Вероятно к. р.-АІH. p.р-н. р.0*, Jn, Те-и. р.-НаТі, Zr, Hf, Thc. p.-RN
или R.N,с р. - RH,
ни RH,е. р.Si-06pftjei ковалентные
пирнлы SiH,.
Вероятно в. р.-1V6ОсОбрдаует ковілентнис
гидриды ОеИі.
Вероятно и. р.-Sn, Pbш. p."■ ?■SnO, &ЬО
tMIl•oiop«M«иі»*иVeV, Nb. Tie p. — RN«. p - RH,-VflI», As Sb. Br-Образует ковалентные
гидриды RH(.
Вероятно и. p.-Via' Cf, M.., WKN
м. p.н. p.-UP-Образует UH,-VilaMnМпЛ'і P'Р--Ге, Co, Nip. n F*?*ii Cop.RO р.VillaRu, Rh, l>d..p.Р--Os, Jr, И"Растворяй В р{и. р.U j> а ■ t ч « и и с. В ia&j. 7 рршпш yo:oeaut o4ejn«»o«M: p. — расгэофвн: н. p. — «
1>асг«ф*а; с. - сильно расгапрн»: о. р. — члзс ркпофшс^Паютрирмама pKtaop.6u.>« ir*»fTic.u р«»чок?сим рапмрняосгь, *	^	** <». «т«В табл. 7 приводятся оОщне данные о растворимости азота, воло-
рода и кислорода в металлах различных групп периодической си¬
стемы элементов Д. И. Менделеева.Из рис. в показана растворимость азота
в желез*, на рис. 9 — влияние некоторых эле¬
ментов на растворимость азота в железе н па
рис. 10 — зависимость растворимости водоро¬
да от температуры в различных металлах.Содержание газов в металлах может быть
виражено в следующих единицах:(7 — % массы;V'g — см' на 1 г металла;S — г.** на 100 г металла;Vg ел3 но единицу объема металла;X —мг raja на 100 г металла;
п — микромолях газа ва 100 г металла.Чшцс всего количество газов в металлах определяется в процентах по
млгсс(вес. %) н числе см* на 100 г металла. Взаимный пересчет пере¬
численных иыше единиц измерения количества газов, содержащихся43гу[чS *
8 металлах или сплавах, может быть произведен по формулам:S 10QIV.V, = V> =
с_ х-24< .5 = —її--
X ^ 4,461-10 *5/И;С= 1О-*х = 4.4СМ0 “i'vH;
п = 44,615,где р н М — соответственно плотность н атомный вес металла.Образование газовых раковин н пор. Из
жнлкого металла газы могут выделиться в том случае, если общее
внешнее дамские, препятствующее выделению газов нї раствора,
будет меньше общего давления газов в данной части жидкого рас*
плава, т. е.Р....где	— сумма внешних давлений. состоящая из давления га-зообра^ной фазы нал металлом р„, ф ,, гидростатичес¬
кого давления металла р.„ и поверхностного натя¬
жения металла рцм „ (лаыення поверхностной пленки
металла на газовый пузырь).44
Если в жидком металле растворяются гази А, Л, С. D и т. п.,
то условием образования тиаых рахопмн. или по[> япляекн£Л« - и>л +■ Рч + 1'С + Рп + • • •) > £ ''.й. д =“ (Р,и. *■ и "Г + Р,-<ш. к)-Так как p„t, « рА, а	”где |> — плотность жидкого металла;
h — высота столба жидкого металла:о	-- поверхностное натяжение металла;
г — радиус образующегося пузыри,
то приведенная выше формула может быть предгтгплена в следую¬
щем виде:£ (Рл Рп +■ Рс •!' Рп -S- - • •) > £ 7’rov ф. - -г ph -Г 7) •Прн атмосферном давлении рг11 ф,» — Я.і«-Такнм образом, при прочих равных условиях повышенное дав¬
ление а газовой фазе над металлом преплтствует удалению газов из
раствора н образовашпо газовых раковин, пузырей и пористости.
Точно так же действует и увеличение гидростатического лапоро.
Прн кристаллизации в вакууме пузыри образуются легче.Чем больше разность Р.„ — 1\„ тем энергичнее газы выде¬
ляются из раствора в жидком металле.Так же как и повышенное давление в газовой фазе, над металлом
действует повышенная скорость охлаждения.Чем выше скорость кристаллизации, тс.м больше газов может
быть зафиксировано а растворе в затвердевшем метвлле.Обычно газовые раковнпы н пористость обнаруживаются во
внутренних частях отливок или в тепловых узлах, Рассмотрим
механизм »того явления.После залнвкн кристаллизация начинается у стенок формы и
идет по направлению к центральной части отливки. Вследствие
того, что растворимость газов в твердом сплаве ниже растворимости
в жидком состоянии, из затвердевающей части интенсивно выде¬
ляются газы, которые имеют возможность диффундировать в неза-
хрнсталлкзовавшуюся часть. В этой части отливки быстро увели¬
чивается степень пересищенностн газами и происходит образованно
газових нузырсА н пористости. Если нсэа кристалл изовавшаяси
часть отливкн сообщается с прибылью, куда свободно могут выхо¬
дить газы и удаляться нз отливки, то отлнпка окажется плошоА,
несмотря на то, что расплав содержал значительное количество газов.Однако не все металлы и сплавы, кристаллизующиеся в описан¬
ной выше последовательности, в одинаковой степени способны ос-
нойождаться от газов за счет диффузии и всплывания их в прибыль¬
ную часть отливкн, а оттуда в атмосферу. Такому переходу газов45
за пределы отливки препятствуют плотные окиелме плен ни на по¬
верхности расплава (как это имеет, например, місто н алюминии
н его сплавах), малопроннцаемые для газов.Выход газоа нэ отливки в атмосферу тем больше затруднен, чем
шире интервал кристаллизации сплава. Выделяющиеся в этом слу¬
чае газы по мере продвижения фронта кристаллизации переходят
в остаточную жидкость. К тому моменту, когда содержание газов
в этой части отливки достигнет критического, при котором окажется
возможным образование газовых пузырей, во внутренних слоях
отлнвкн накапливается большое количество твердой фазы к она будет
представлять собой кашеобразную смесь, из которой выход обра¬
зовавшийся газовых пузырей затруднен нлн даже невозможен.Большое влияние на выделение газов из растворенного состояния
оказывает характер движения расплава. При турбулентном вихре¬
вом движении расплав приобретает повышенную способность к вы¬
делению гвза. Турбулентное движенве расплава встречается при
литье очень часто. Оно имеет место при выпуске расплава из пла¬
вильной печн в разливочные ковши, может возникнуть во время
эаливкн н при движении расплава по каналам литниковой системы
н полостям формы Перемещение остаточной жидкой фазы в можден-
дрнтмых каналах во время кристаллизации, обеспечипаюіцес запол¬
нение усадочных пустот, также происходит с бэль'иой скоростью.
И в этом случае может нмсть место турбулентность, которая наряду
со снижением температуры способствует выделению растворенных
газов в вид? газовых пузырьков.Газовые пузыри, возникают не в объеме жидкости, а на поверх¬
ностях раздела. Поэтому выделение их облегчается в тех случаях,
когда нарушается непрерывность строения жидкого металла.Местами зарождения газовых пузырей могут быть взвешенные
неметаллические включения, возникающие в металле, и вновь ис¬
чезающие кристаллики, лозина и стенки плавильного агрегата,
копнльиика. а также стенкн желоба литейного ковша, формы и т. п.Размер газового пузыря в момент отрыва его от поверхности за¬
рождения может быть определен на основе теории капиллярности
по формуле	___і. - 0.02«где tL — диаметр пузырьков в момент их отрыва от поверхности, я;
6—краевой угол смачивания;
р' — плотность жидкости, кг/м*;
р" — плотность газа. кг/н*\
а — коэффициент поверхностного натяжения жидкости, кг/м,Прн наиболее выгодных больших краевых углах смачивания
работа образования зародышей пузырьков минимальна, н, следо¬
вательно, интенсивность нх зарождения в жидком металле возра¬
стает.46
При образовании газового пузыря на ровной горизонтальной
поверхности форма его определяется соотношением межфаэных на*
тяженнЛ на границах твердого тела с жидким расплавом о1В и
с газом а, ,, а также газд с жидким расплавом си г.Рис. 11 иллюстрирует два возможных случая. В первом (9 90\
рис. П. и) жидкий расплав смачивает твердое тело лучше, чем газ,
т.*е. а, , > а, во втором (9 ]> 90°, рис. 11,6) имеет место обратное
соотношение о, г < а, я.В образовавшийся пузырь из одного газа могут диффундировать
в атомарном состоянии другие газы, так как нх парциальное лав*
ление в образовавшемся пу¬
зыре практически равно пулю.Внутри пузыря атоиы га¬
зов могут ассоциировать в мо¬
лекулы, чем обусловливается
дальнейшая диффузия этих
газов внутрь пузыря. Достиг¬
нув определенного размера,
пузырь отрывается от места
зарождения и всплывает вверх.Всплывающие пузырьки,
барботнруя жидкий металл,
способствуют увеличению по¬
верхности раздела фаз с высо¬
кой активностью и служат центрами газовшкленин. Отдельные
пузьГрькн газа при столкновении друг с другом соединяются и
увеличиваются в размере, что способствует увеличению скорости
их всплывания.Понижение температуры жнакого металла во время кристал¬
лизации приводит х уменьшению растворимости газов в нем н по¬
вышению скорости дегазации. Но происходящее наряду с этим уве¬
личение вязкости жидкого металла затрудняет подъем н удаление
газов.Введение в расплавы поверхностно-активных веществ ыожет ока¬
зать большое влияние как на величину поверхностного натяжения,
так н на межфазную энергию на поверхностях раздела. Эго вызы¬
вает изменение краевого угла смачивания 6 н сказывается на зарож¬
дении к росте газовых пузырей.На рис. 12, 13, 14 и 15 показаны дефекты в отливках, являю*
шнеся результатом повышенного содержания газов в расплаве
или проникновения их нз внешней среды.Основные меры по предупреждению чрез¬
мерного содержании газон, образован к я
газовых раковнн и пористости в отливках.
Существует определенная значительная группа металлов и литей-
иы.т сплавов, применение которых для изготовления отливок воз¬
можно только тогда, когда олн не содержат измеримых количества)	6)Рис, И. Формы газовых пузырей, обра¬
зующихся на границе горизонтальной
поверхности и жидкого расплава:
в) аамаї ріеллі» симакет тігрдую поьрі-
аостъ лучше Гам: 6) га» скачкмгг ткраув
RMfptaom	«адютгн; / — тв-тмо* к.«о;47
Рис. Il XlplXTtp
раковин в п*рагщ<с.кііи«>4
СТАЛИРн«. її «Ситаидіи»» по-
РИСІ ОСТІ* В СТВЛЬМОЙ от-
лм«к< fc-ік роультаг го-
Bwuciuiuro roj.-pa.inna.waofoiaHue. 14. Характер
рівомв. обрию-М»0:ИХС« В ОТЛИВ-кг велгдетвие про-
рым гам* из фор-
газов или их следов. К ним, папрнмер, относятся титан, цнрконнй,
молибден, тантал, пол'ьфрлм. бериллий, уран и некоторые другие.
Применение чтих металлов и сплавов на их осново онзпано быстрым
развитием отраслей производств, святіших с созданием ндерпых
реакторов, газовых турбин, мощных ракетных к авиационных дви¬
гателем, электровакуумных приборов, изделий радиоэлектроники
и Др.Новые качественные характеристики сплавов, используемых
в перечисленных выше случаях, совершенно исключают наличие
в них подорода, кислорода и азота.В другой группе обычных высококачественных литейпы* сила-
пои допускается наличие пелмачительнмх количеств газов, но
при этом должны быть созданы условия, предупреждающие вы¬
деление их из раствора и образование газовых раковин к по¬
ристости.Особое внимание во многих процессах приготовления литейных
-сплаїюн должно быть обращено на чистоту исходных шихтовых
материалов. В процессе выплавки стали большое количество водо¬
рода вносится в сталь с ржавой шихтой. Достаточно иметь в шихтеI	% ржавчины, чтобы в плавильный агрегат вкосилось около 2,5 .«’
водорода на 1 т стали. Многие ферросплавы трудно освободить от
водорода даже при высокотемпературном прокаливании. Так. фер¬
ромарганец нрн температуре охшіо 1000"'С может содержать до
30 г.н’. 100 г водорода. Ферросилиций прн этой же температур** мо¬
жет содержать до 60 с.ч3/10Г) г водорода. Никель и хром соответ¬
ственно 8 н ІЧ-2 см*.100 г.Меры, обеспечивающие минимальное содержание газов и преду¬
преждение образования газовых раковин и пористости в отливках,
могут быть разделены па три группы:1)	дегазация исходных шихтовых материалов, а также преду¬
преждение поглощения газов во время плавки, при выпуске н
ковш, лалнпке в литейные формы н в процессе формирования от¬
ливки и форме;2)	дегазация жидкого расплава перед заливкой в формы;3)	предупреждение выделения газов нэ раствора в процессе кри¬
сталлизации металла в литейной форме.Первая группа мер охватывает практически веси производствен¬
ный цикл приготовления жидкого расплава, заливки и крнсталлн*
эиции. Она должка учитывать состояние шихтових материалов,
свойства расплава в жидком к твердом состоинних, обеспечение
ведения процесса плавки по оптимальному режиму, оптимальную
«инструкцию литниковой системы, свойства формы и т. п.+ГІІ vippt.i являются общими дли всех сплавов, ло практическое
применение их должно быть дифференцировано для разных литей¬
ных сплавов в зависимости от требований, предъявляемых к литью,
и также от склонности сплава к газопоглощеиию н разности раство¬
римости в нем газоа в твердой н жидкой состояниях. К этой группе
мер относят: подготовку я подбор качественных шихтовых мате¬
риалов, сушку и пакуумнрованне их до загрузки в плавильный
агрегат, деление плавки в условиях той нли ичоГі цхлы (вакуум,
восстановительная, окислительная нли иная атмосфер;:), приме¬
нение различных методов дегазации в процессе плавки м перед
выпуском готового расплава из плавильной печи в коиш.Вторая группа мер предусматривает созданн« условии для дега¬
зации расплавов вне плавильного агрегата. К ним следует отнести:
векууинроаанне расплава вне плавильного агрегата (в ковше нли
во время раыквкн), разливку в вакууме, выдержку перед разливкой
с медленным охлаждением и последующим быстрым подогревом,
обычную выдержку, фильтрацию, введение в расплав элементов,
реагирующих с растворенным газом и образующих негазообраэные
продукты реакции, продувку расплава газами (например, аргоном,
хлором, молекулярным азотом), ультразвуковую обработку и дру¬
гие методы физического воздействия.В процессах приготовления специальных тугоплавких сплавов
и сталей используется комплекс мер, относящихся к первой н вто¬
рой группам (вакуумная плавка, различные методы вакуумной
дегазации, разливка в вакууме и т. п.). Для этого используют спе¬
циально сконструированное вакуумное металлургическое оборудо¬
вание.Из мер первой группы в этом случае особый интерес предстаиляет
ороиесс дуговой плавки с расходуемым электродом. Процесс дега¬
зации при этом следующий: жндкнй металл, отделяясь от электрода
под действием силового электромагнитного паля, распадается па
отдельные капли, нз которых в вакууме интенсивно выделяются
газы благодаря большой поверхности образовавшихся капель к
высокой температуре в зоне дуги. Несмотря на значительную дега¬
зацию расплава .р вакууме, отсутствие регулирования времени пре¬
бывания в нем расплавленных капель металла исключает возмож¬
ность полного удаления газов.Другой спекюб приготовления более чистых металлов по содер¬
жанию в них газов заключается в том, что внутри специально
сконструированного индуктора помещаются металлы которые оод-
держнваются во взвешенном состоянии в электромагнитном поле
н нагреваются токами высокой частоты до плавления, причем жнд¬
кнй металл ьмеет форму капли Особая ценность такого метода
плавки заключается в том. что металл можно не только расплавить
в вакууме без контакта с тиглем, но и сразу залить в фирму н из¬
готовить фасонную отливку, чего нельзя осущестиить в луговой
лечи.Для плавки больших порций ответственных сп іяпля угпмнно
используют высоковакуумные индукционные печи, в которых в
процессе плавкк происходит дегазация. Успешному удалению газов
способствует наряду с вакуумом и энергичное перемешивание рас¬
плава под действием электромагнитного поля.Ю
К первой группе мер относят плавку в условиях контролируемой
атмосферы, которая, например, широко используется при выплавке
некоторых сплавов на основе молк.Определенные мероприятия, целью которых являются дегазация
и удаление нежелательных неметаллических включений, воиїлн
органически в технологические процессы плавки. (Например, рас¬
кисление при выплавке сталей и многих цэстних сплавов, «кипение*
при выплавке стали, «дразнение* при выставке меди, выдержке
расплава в печи н в ковше н т. д.).К третьей группе мер относится распространенный прн изготов¬
лении отливок ил легких сплаиов метод кристаллизации пол Давле¬
нием. разработанный в СССР А. С. Бочваром и А. Г. Спасским. Этот
метод получения плотного литья основан на том. что прн повышен¬
ном давлении (4+5 от), создаваемом над кристаллизующимся в
литейной форме сплавом, в растворенном состоянии может остаться
больше газов, чем прн атмосферной давіешш. Поэтому над формами
посте заливки в автоклаве создают повышенное давление, поддер¬
живаемое до окончания затвердевания металла.Аналогично высокому давлению прн кристаллизации действует
ускоренное охлаждение. Повышенная скорость охлаждения а ин¬
тервале кристаллизации позволяет затержать газовыдоленне из рас¬
твора до перехода в твердое состояние к предупредить образование
газовых рокооин в отливках. В этом случае, кроме того, часть
газов не успеет выделиться из раствора, повышенная скорость
охлаждения является благоприятной еще н потому, что обеспе¬
чивает большой температурный градиент но ссченню отливки а
период кристаллизации. Это уменьшает слой, в котором протекает
кристаллизация в данный момент, и поэтому газы, успевшие вы¬
делиться из раствора, могут легче и быстрее переместиться в
области, где сосредоточены усадочные раковины, которые прн
правильном технологическом процессе выводятся в прибыли.§ ll-в. НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИЙ ВКЛЮЧЕНИЯНеметаллические включення в затвердевшем сплаве являются
телами, нарушающими сплошность н единообразие структуры.Твердые неметаллические включения часто имеют острые углы
и края, которые вызывают значительные концентрации напряжений
в местах ослаблення структуры. Тугоплавкие для данного сплаве
включения, температура плавления которых превышает темпера¬
туру плавления данного сплаве, обычно располагаются внутри
кристаллов. Легкоплавкие включения входят D эвтектические
«геткн* її располагаются по границам зерен,.часто вызывая хруп¬
кость илн красноломкость. Неметаллические включения могут не¬
благоприятно сказаться к на вторичной кристаллизации.Паличне в сплаве некоторых включений обычно понижает хи¬
мическую стойкость сплавов, так как они образуют с основнымII
металлом спляпа коррозионные гальванические элементы, что
способствует развитию процессом электрохимичсскоП кор¬
розии.В абсолютном большинстве случаев наличие неметаллических
включений в отливках является нежелательным.Но, кроме этих включений, имеются и определенные включения,
специально вводимые в те нлн иные сплавы нлн образование которых
стимулируется соответствующим ведением технологического про¬
цесса. Эти включення являются желательными вследствие положи¬
тельного влияния их на конечные свойства сплавов.Можно назвать грл основных источника появления неметалли¬
ческих включений и металлах н сплавах.Во-первых, неметаллические включення мигут возникать вслед-
стене тех ила иных особенностей технологических процессов при¬
готовления сплавов и их последующей кристаллизации. Панрнмер,
растворимость веществ, образующих включении, зависит от тем¬
пературы: чем она выше, тем больше их концентрация а растворе.
При понижении температуры и кристаллизации эти всдоства выде¬
ляются из раствора в виде мельчайших частичек и самостоятельно
нлн, соединившись с другими компонентами расплава, образуют
неметаллические включения.Вэ-вторых. источником неметаллических включений могут быть
химические реакции, происходящие в расплаве в результате целе¬
направленного процесса удаления нежелательных примесей (на¬
пример, реакции раскисления н г. п.) В результате таких реакций
могут образоваться нерастворимые в расплаве вещества (например,
окислы, нитрилы н др.)В-третьнх. источником неметаллических включений в отливках
могут быть частицы шлака, разрушенных огнеупоров футеровки
печей, выпускных желобов ковшей, а также размытых при заливке
частей литниковой системы и литейпой формы.Неметаллические включения первых двух источников принято
называть природними, нлн эндогенными.Включения, попавшие в отливку из внешней среды, посте при¬
готовления жидкого расплава называют посторонними, или экзо¬
генными.Часть эндогенных неметаллических включений удаляется нз
расплава в плавильной нечн и в разливочном ковше. Не исключена
возможность н всплывания их в прибыль во время кристалли¬
зации.Часть экюгемнух включений при наличии благоприятных ус¬
ловий может вгплип, н прибыльную часть нлн сконцентрироваться
в верхних горизонтальных частях отливок, удаляемых при после-
іуюіцей механической обработке.Неметаллические включения в материале отливок обычно иссле¬
дуют или определяют следующими метолами анализа: металлогра¬
фическими, химическими и электролитическими.52
Металлографический метод заключается в исследовании вклю¬
чений с помощью микроскопа на плоскости шлифа. Этим метолом
можно только качественно выявить характер включений, но нельзя
узнать их количество н химический состав.Химический и электролитический методы определения неметал¬
лических включений являются более точными н в комплексе с ме¬
таллографическим могут дать более полное представление о коли¬
честве н физико-химической природе включений.Необходимо подчеркнуть, что каждый метод определения неме¬
таллических включений имеет определенные границы применения
в зависимости от прнролы анализируемого сплава н характера самих
включений.Всплывание не\»еталлнческнх включений в жидком расплаве
происходит под действием силы, равной/ - ?	—Р„,).где	г — радиус всплывающей частини;Р**т и риз — плотности расплава н включений.Скорость всплывания зависит от сопроткпления среды «тому
процессуСопротнялсине среды движению малых сферических частиц
(условно можно считать, что неметаллические включення в распла¬
вах имеют сферическую форму) определяется законом СтоксаS = 6 nrv —,
g ‘где v — скорость всплывания, см'сек;ц — вязкость, г/см -сек;JJ — ускорение силы тяжести, см'сек*.Определяя скорость всплывания нз условия равенства S * f,
можно получитьоткуда"-S'* (р——p«j-Иэ последнего уравнения следует, чіи скорость всплывания,
пропорциональная квадрату радиуса включений, растет с уменьше¬
нием плотности частиц включений и падает с повышением вяз¬
кости расплава.Так как вязкость расплава понижается с повышением
температуры, то повышение последней будет благоприятствовать
удалению неметаллических включений,63
В реальных условиях плавки большое внимание уделяется та¬
кому веденшо процесса, которое обеспечило бы получение укруп¬
ненных частиц включений н образование их комплексов с более
ннзкой температурой плавлення, чем температура плавления про¬
стых соединений. Для этой цели, например, в производстве стали
используют так называемые комплексные раскис.иїтели.СаО		г’>ПА1.0,	 20S0ЗАІ.О, І-Ю. mv.niu1		|Ri.*>MnO			I7K5SIO,		1713MnS		J<W02МіЮ • SiO, (тгфрокі)		13202TcO-SiO, (ipalbi.iin)		UaSJVS		1190:*втстик« Pe -Fi-S 	 flWЭффективными мерами для удаления in расплавов неметалли¬
ческих включений являются продувка их нейтральными газами и
фильтрация.При продувке расплавов нейтральным газом пузырьки его при¬
липают к поверхности частиц неметаллических включений н облег¬
чают всплывание нх на поверхность. Кроме этого, всплътание не¬
металлических включении ускоряется н за счет эффекта барботнро-
вання. Количество удаляемых неметаллических включений при
продувке расплава исГггральным газом будет тем большим, чем
мельче пузырьки продуваемого газа.При фильтрации расплав пропускается сквозь пористую среду,
которая может либо просто отфильтровывать неметаллические вклю¬
чення, либо задерживать нх вследствие химического взаимодей¬
ствия с ними. Эффективность фильтрации будет большей тогда, когда
расплав проходит сквозь поры фильтра при ламннарпом движении.
Скорость фильтрации должна при этом удовлетворять закону
ДарсиV-K/,где К — эмпирический коэффициент фильтрации;/ — гидравлический уклон (градиент) фильтрации, равный
ЛвГ'ha> — напор, теряемый по длнне пути фильтрации;L— длина пути фильтрации.Скорость фильтрации меньше действительной средней скорости
расплава (это же относится и к газу) в порах, так как движение
происходит только через ту часть площади сечения и, которая за¬
нята порами.и
Коэффициент фильтрации в уравнении Дарсн характсризуеі
фильтрационные свинства пористо/1 среды. Ом зависит от пористости
фильтрующей среды и других ее геометрических характеристик, а
также от вязкости и плотности фильтрующейен жидкости (пли газа).Экспериментально установлено эффективное действие фильтра¬
ции при освобождении от неметаллических включений и газов
у некоторых легких сплавов в случае, когда удельные леса неме¬
таллических включении мало отличаются от удельного веса расплава.Для успешного осуществления процесса фильтрации необхо¬
дим предварительный подогрев материала фильтра.Еще успешнее протекает процесс фильтрации лрн создании нал
фильтрующимся расплавом вакуума.В качестве материалов для фильтра при фильтрации легких
сплавов применяют синтетический корунд, глинозем, обожженный
чистий магнезит, циркон, карбид кремния и т. п.Фильтрация может быть совмещена с продувкой расплава ней¬
тральным газом. В этом случае наряду с удалением неметал,тчес-
кнх■ включений достигается и определенная степень дегазации.При фильтрации алюминиевых сплавив эффективность действия
фильтра может быть повышена за счет использования в качество ма¬
териала для него щамота или обожженной глины, пропитанной
смесью фтористых солей кальция и магния (в отношении ! : 1).
значительно энергичнее адсорбирующих окислы злюининя,На результаты фильтрации большое влияние оказывают тол¬
щина фильтра и размеры пор, которые должны быть подобраны ис¬
ходя нз особенностей природы фильтруемых расплавов. Так. на¬
пример. прн очистке сплавов алюминия от тонких включений гли¬
нозема получают положительные результаты при использовании
пористого шамотного фильтра нз кусочкоа шамота размером около
3 мм.§ 11-7. ЗАТВЕРДЕВАНИЕ И КРИСТАЛЛИЗАЦИЯКак известно, твердые тела могут быть кристаллическими ил я
аморфными. Кристаллическое состояние отличается от аморфного
расположением молекул, атомов ялн ионов в определенном н стро¬
гом порядке. То или иное их расположение характеризуется соот¬
ветствующей пространственной решеткой. Современными методами
рентгеноструктуркого анализа было показано, что многие вещества,
которые когда-то относились к аморфным, характеризуются пра¬
вильным расположением молекул; понятие же кристаллическое
состояние чаще всего применяют для характеристики высокой сте¬
пени внутренней упорядоченности, приводящей к образованию
опрсаелсшшл наружных граней кристалла.Истинный твердый кристалл имеет пространственную решетку, в
узлах которой расположение молекул атомов или ионов характерно
для каждого вещества. В процессе роста кристаллов образуются
гладкие поверхности, плоскости которых параллельны атомный
плоскостям в решетке. Вместе с тем следует отметить, что любые
ива кристалла данного вещества очень редко бывают похожими.
Oiiii могут отличаться друг от друга и рачмерами, н наружной фор¬
мой. но при этом цг.чл между соответственными гранями всех кри¬
сталлов данного вещества постоянны. Эти углы служат основной
характеристикой данного кристаллического вещества.Понятия затвердевание н кристаллизация часто используются
как синонимы. Но в связи с тем, <гто фазовое превращение сплэпов
при переходе из жидкого состонння в твердо* удобнее рассматривать
раздельно с количественной к качественной сторон, условились
процесс превращения называть з а т ве р до ьап кем хан коли¬
чественной характеристики. Затвердевание образующейся пк-рдой
фазы во времени безотносительно к расположению и форме кри¬
сталлов или кристаллитов.Понятие кристаллизация используется для характе¬
ристики процесса формирования структуры сплава. Этот процесс
определяется не только теплотехническим, по и большим количест¬
вом разнообразных физических н физико-химических факторов.Затвердевание. Изучение процессов затвердевания свя¬
зано с необходимостью изыскания путей расчета продолжительности
затвердевания отливок. Кинетика затвердевания в общем случае
описывается зависимостьюЕгде 6 — толщина затвердевшей коркн нлн соответствующая тол¬
щина собранной вместе твердой фазы, см или м;
k — константа затвердевания, см /сек' ■ нлн ji.V'*;
т — время, считая с начала процесса, сек нлн ч.Теплотехнический расчет кинетики затвердевания по прнведен-
ной формуле возможен только в простейших случаях, так как в
реальных условиях затвердевания сложных фасонных отливок при¬
ходится считаться с многочисленными факторами, по разному рлняю-
щнмя на кинетику затвердевания отливки в тех нлн иных специфи¬
ческих условиях.Константа затвердевания k связана с коэффициентом темпера¬
туропроводности[а — коэффициент температуропроводности, н*'сек\
к — коэффициенттеплопроводности, em/{>-2pa<ty (кал 'см сек-
нлн ккль’м-ч-^С);
с — теплоемкость. д*/кг (кал!г ■0 С или kmliikT -^С)]
следующей зависимостью:где Кш — критерий константы затвердевания.ае
Значення константи эагпердевання k и критерия константи
затвердевшим К, для данною сплава и лапнон формы можно опре¬
делить по значенням критерия теплоты кристаллизации Кк и кри¬
терия тепловой активности формы и отливкн Кь, которые опреде¬
ляются соответственно из виражений:К, * *.= -£■где /. — теплота кристаллизации, джкг (кал!Г или ккал'кГ)\
с — средняя теплоемкость в интервале от температуры среды
до приведенной критической температури /,р;О*,, - избыточная критическая температуре кристаллизации;
Ь4 — коэффициент тепловой активности, нлн аккумуляции теп¬
ла формы, от м* •ч' ■ (кал,см9 *0 -сек' • или юсаі м* ч' •);
Ьх — ко'аффиинент тепловой активности отливки, втім* ■ С
(коа с.4J • или ККЛ-1М* -ч1")Наряду с теплофнзнческнми свойствами сплава и лнтсЛпоЛ форми
на скорость ззтвердеїшіия окалывают влияние перегрев сплава,
зазор, образующийся в процессе затвердевания между отливкой
м формой, конфигурация отливкн, величина интервала между точ¬
ками ликвидус н солндус н некоторые другие факторы.С учетом факторов, имеющих наибольшее значение, выражение
для определения продолжительности затвердевания может быть
представлено следующим образом:т = (I "Г e)* "jjT ер • |Lu» ■ Ц|«|Ігде	в — линейная усадка отливкн;R — приведенная толщина, представляющая со¬
бой отношение у, см нлн м (где V —
объем. смя нлн F — теплоотводяшая
нлн тепловоспрннимеющая поверхность, см*ИЛИ х*);
k — константа затвердевания;Цг,р «•..». и»о, — попрапочные коэффициенты не перегрев, за¬
зор и конфигурацию отливкн.Поправочный коэффициент на перегрев цп#р определяется выра¬
жениемМ.,-1+2-^^,где сж — теплоемкость для жидкого состояния, дж/(кг-лС)
(кол г Т нлн кш«'Х)|—	температура перегрева;С — теплота кристаллизации дж’кг (кал'г или ккал!кг).
Влияние перегрена па скорость затвердевания количественно
различно в зависимости от тех нлн иных условий. Эго влияние будет67
тем бальи», чем мепьше развое литья и тоньше сечение стопок от¬
ливки. Оно сильнее сказывается прн затаергеваини сплава п мало-
теплопроводных песчаных и керамических формах пи ерлинешно
с металлическими.Влияние перегрева на уменьшение скорости затвердевания за-
ключается т* только d повышении тегіло^одержаїпін жидкого ме¬
талла, но н в Солсе высокой температуре нагрела форми. Вместе с
тем величина перегрева 8 относительно малой степени сказывается
на скорости охлаждения уже затвердевшей отливки.Поправочный коэффициент па зазор ji3J1 выражается следующим
образом:ц і ■ д-ан»-со' 		!	К»И»» “ ' • * і	^ _0,07 1+Кь'f»t*t 'где X,|U <01 — коэффициент теплопроводности в (інтервале ликви¬
дус— солндус, вт’{м ■ СС) (кал см -сек ■ еС илн
клал!* -ч ■ 'C);I—определяющий размер, см или я\Чрс — коэффициент теплопроводности краски, от'(м ■• Q
(кол ем • сек-*С или ккал/н *ч •rCi;
itpte—определяющий размер краски, см или м.Поправочный коэффициент на зазор может быть также опреде¬
лен по формулеЦмз -= I + "ВГ •где BI — критерий Бно, характеризующий интенсивность тепло¬
обмена между телом н средой (Bi => ^, где а — коэффициент теп¬
лоотдачи; I — определяющий размер; ).т — коэффициент теплопро¬
водности).Прн очень .малом зазоре Ві > 1,0 и |і,„ «а 1. В этом случае
учитывать поправку на зазор не нужно.Попраоочный коэффициент на конфигурацию отливки ц„1М сан
зависит от скорости затвердевания. Обычно с учетом этой зависи¬
мости он определяется по соответствующим расчетным графикам.На рис. 16—16 показано, кзк влияют некоторые теплофизяческне
факторы на затвердевание отливок в литейных формах.Кристаллизация. Под кристаллизацией подразуме¬
вается процесс образования кристаллов и сплавов прн переходе из
жидкого или газообразного состояния в твердое, а также при пре¬
вращении одной фазы 8 другую в процессе остывания затвердевшего
металла или сплава. Образование кристаллов прн переходе нз жид¬
кого илн газообразного состояния в твердое принято называть пер¬
вичной кристаллизацией; изменение формы кристаллов при поли¬
морфных превращениях, происходящих в твердом состоянии, на¬
зывают вторичной кристаллизацией.М
Рис.. It). >1іл«ря тепла ОТкрыЮЛ houepiHOCTbiU |і,и.І.іч:ш\ о:.„.ьои U
ваиисичости от теплоаккумулкрующсА способности фириы. Тс;июнм-
ляаяолныЙ слой для случая (<5) характеризуется причетно такими же
«оиетаитамн, что к nine. (Диаметр у иысота отлнвкя равны около&ПС,^ / J чц**'<дв
4да>*ubjJ',’Рис 1< Иргии полного э.и^с.лсва-
II*я слитков иэ различных сплавов
с пми же размерами, что н ка рис. 16.
при открытой нрхыс'А чести фориы (и)
к закрытой (6)Рис. 16. Ход элтмрдгвания отлиекк
размером300 x 200 мм на углеродистой
стали (0.2—С), авлитой в форму,
половина псенкетфэ которой была
металлической и половина песчаной, определении!) методо» выливания (тонки*
дяпи» — млі,г} ри затвердевшей стали чр/itu указанные промежутки времени,
толстые luprtw.HT-.ibnni' лнинн показывает толщину аатаердсашеги металла;
10. А. Иехеидэн к J1. И. Лени)Шу/ШуЛ
Характер кристаллизации оказывает большое влияние на свой¬
ства отливок. Первичная структура в отливках практически ни¬
какой сложной термической обработкой не может быть полностью
уничтожена Поэтому для отливок первичная кристаллизация име¬
ет исключительно большое значение и в значительной степени пред*
определяет многие их свойства.В твердом состоянии металлы и сплави представляют собой
христаллнчесхие тела, состоящие m большого числа кристалликов
того или и кого вида и размера.В настоящее время металлический кристалл рассматривается
как состоящий из правильно расположенных по¬
ложительных ионов, удерживаемых совме¬
стно путем притяжения находящихся меж¬
ду ними электронов.Используемые для изготовления отливок сплави, как правило,
относятся к паликрист&иическим телам.Обычно промышленные сплавы, состоящие из большого числа
кристаллов, кристаллические решетки которых различно ориенти¬
рованы в пространстве, характеризуются кажущейся независимо¬
стью свойств от направления, называемой кеалтэотропностыо.Условия кристаллизации окбзыплкгт влияние па количество
образующихся в елнгице поликристаллов к характер их грлннц.Обычно границы между этими кристаллами являются областями
с аномальными межатомными расстояниями и приставляют собой
зоны с искаженной пространственной решеткой, свободная энергия
которых увеличивает общую энергию рассматриваемого тела.Вследствие определенных условии кристаллы в поликристалл!!-
чсском теле во время их образования и роста сталкиваются и гра¬
ницы их раздела характеризуются криныинейнсктью. Такие кри¬
сталлы принято называть кристалмтами. или зернами Величина
зерен в отливках определяет их многие croilcuaКристаллизация сплакив в литгСных формах направляется та¬
ким образом, чтобы была обеспечена »акі'іі%гльі гм степень квази-
изотропности.Условия кристаллизации и природа сплава в nirvrrwofl степени
предопределяют получение тех нлн иных шрукщ.рно чуьствшпсль'
ныл • или сіЬруктурнс нечасты mtM.hu» •* сгоГ.пвФизические нарушения (дефекты) в твердых металлах и сплавах
обусловлены наличной отклонений от правильного идеально регу¬
лярного расположения атомов в пространственной кристаллической
решетке.Кристаллита реальных металлов и сплапов характеризуются
большим количеством различных несовершенств ^ти несовершенства*	Структурно чупствнтслышчи ИЯЭЫН»»Т те PftOfiCtOJ. КОТО|>ЫР IIЧМГ И Я ЮЇ*
СІ В МВЇСИЧОСТИ ОТ фкііІЧССКН» няр)<пгння лф'Ш'-и** Структурно не^ипимтрльиымн цагывшо! ті сь'-Гічвії,	нс зави¬сят от структурных нарушений.«О
определяют многие реальпые свойства металлов к сплавов н их по¬
ведение в различных процессах обработки.Многообразие требований современной техники вызывает необ¬
ходимость получения в отливках преимущественно однотипней ори¬
ентировки кристаллитов, называемой в общем случае текстурой.
Получение заданной текстуры о отливках также связано с умелым
упраплскнем процессом кристаллизации.Как известно, реальные кристаллы характеризуются блочной,
или мохичной, структурой, являющейся одним нз видов физичес¬
ких нссовершенстн, повышающих граничную (поверхностно) ьнер-
гию металла. Величина граничной зиергкн н структурно чувстви¬
тельные сіюґіства зависят от ха,-,ктсра мозаичной структуры. К
другим несовершенствам относят.и несовершенства, называемые
точечными и линейными.К перным откосят вакансии (дырки) и атомы, смещспныс
в междуузлия (дислоцированные атомы), а ко вторым — дисло¬
кации.Точечные пссоосріїкмістпа появляются в результате определен-
них условий :і;л верлі'оання, недостаточно высокой чистоты металлов
и сплавов. неравномерного распределения энергии ыежлуяттаии
кристаллической решетки и т. и Вакансии играют определенную
рать при раззнтіш диффузииОбычно нагреняние до температуры плавления приводит к уве¬
личению числа вакансий, н пяоСюрот, понижение температуры
уменьшает их число Нснример, нагревание до температуры ид,по¬
лей пи приводит к увеличению числа оакансин до 1+2%, что со¬
ставляет величину порядка Ю:о вакансий u I с.«*.Дислоцированный атом образуется вследствие того, что атом
(млн ион) выходит нз споегп регулярного положения в узле решеткя
и «перекочевывает^ п ближайшее соседнее междуузлкс. Обычно
концентрация пакинснй больше. чем концентрация дислоцирован¬
ных атомов.К основным видам дислокации относят кроете (линейные) и
винтоеье. Дислокации характеризуются сьоей протяженностью а
одном измерении при малых размерах в двух других. Система дис¬
локаций может образоваться на цбгроницах блоков. В ряде случаев
дислокации могут быть выявлены металлографическим путем в ре¬
зультате подобранного метода травления исследуемой поперхно-
сти. Повышенная трапимость мест расположения дислокаций объяс¬
няется тем, чго эти места характеризуются повышенной энергией
и скоплением чужеродных атомов, имеющихся в данном .металле или
сплаве примесей *.Как известно, для каждого металла характерна своя темпера¬
тура, при которой гуч^чтует трриотииямнчлекпе равновесие меж чу
твердой н жидкой фазами При понижении температуры жидкого*	Такое скоплснмс называют и$лш&м Кштргллз,61
металла ниже температуры такого равновесия образуются зародыши
кристаллов н начинается кристаллизация.При прочих равных условиях строение затвердевшего металла
зависит от скоростей зарождения (с. я.) н роста (с. р ) кристаллов.Скорость образования зародышей кристаллов зависит от ве¬
личини переохлаждения металла в литейной форме (см. рис. 19).
Такое гомогенное зарождение имеет место только d том слу¬
чае, если металл абсолютно чист н не содержит пртчтей.Зародыш будет расти, если его радиус г больше или равен кри¬
тическому гж для данного переохлаждения.Рмс. 19. Кривые охлаждения истого металла;в) — 0*1 о*р*оыамдмаа; в) с мртлимнаКритический радиус зародыша определяется нз уравнениягде Т, — температура переохлаждения;о - величина поверхностного натяжения;Q тепловой эффект затвердевания ка единицу объема;ДГ — величина переохлаждения.Из приведенного уравнения видно, что скорость образования
зародышей определяется не только температурным фактором, но и
величиной иоверхиостного патяження.Для реальных сплавов характерно наличие нерастворимых
примесей, которые существенно влияют на величину переохлажде¬
ния. Благодаря нх влиянию переохлаждение в отливках обычно не
обнаруживается.Реальные литейные сплавы в отлнчне от чистых металлов харак¬
теризуются гетерогенным зарождением кристаллов. Эго
является решающим в определении конечного строения затвердев¬
шей отлнвки.Включениями, оказывающими олняннс не гетерогенное зарож¬
дение кристаллизации, кроме нерастворимых примести, содержа¬
щихся в сплаве, могут быть специально иводимые перед заливкой
в расплав вещества, стенки формы н т. ц.фон*
Гетерогенное зарождение начинается прн меньшем переохлаж¬
дении, чем гомогенное. В этом случае поверхностное натяжение ак
на границе жидкой фазы н включения должно быть меньше поверх¬
ностного натяжения а, на границе твердой фазы н включения,
т. с. аг > о,.При наличии в сплаве включений, пространстпсннав решетка
которых близка по своему строении» к решетке затвердевающих
кристаллов, поверхностное натяжение на границе металл — вклю¬
чение будет иметь относительно небольшую величину, что поме¬
чет за собой уменьшение критического радиуса гщ н увеличение
числа зародышей о единице объема кристаллизующегося сплава.Число зародышей в единице объема кристаллизующегося сплава
может быть увеличено и при гомогенном зарождении путем умень¬
шения поверхностного натяжения а. Это может быть достигнуто
введением в расплав небольшого количества растворимых поверх¬
ностно-активных примесей.Установлено, что существуют дисперсные примеси двух родов:
с наведенной н с естественной активностью.Примеси с наведенной активностью приобретают активные
свойства в результате длительного их пребывания в контакте с кри¬
сталлической фазой вещества, на кристаллизацию которого онн
влияют. Примеси с наведенной активностью могут быть частично
нлн полностью дезактивированы перегревом сплава и находящихся
в нем примесей выше температуры плавлення.Естественная активность примесей не исчезает прн перегреве
расплава.Зависимость между фазовым состоянием, температурой и соста¬
вом сплава описывается диаграммами * состояния (равновесия).Первичная кристаллизация металлов н сплавов
в литейных формах зависит от многих факторов: температуры на¬
грева жидкого металла в плавильном агрегате, продолжительности
выдержки расплава прн температурах выше температуры плавления,
температуры расплава прн залпвке форм, способа заливки, состава
сплава, его обработки в жидкой состоянии, условий теплоотвода
в форме в период затвердевания, физического воздействия на сплав
во время затвердевания и т. п.В реальных условиях изготовления фасонных отливок большое
влияние на процесс кристаллизации оказывают факторы, опреде¬
ляющие теплоотвод от формирующейся отливки, Который в свою
очередь предопределяется теплоотводящей способностью формы н
тепловыми свойствами металла или сплава.В зависимости от количества отводимого тепла определяется
объемная скорость кристаллизации Продолжительность криспы-
лнзацни будет тем больше, чем балыие приведенная толщина отливки*	С*.: М t (їліінтср. Мстиллиисдрние и гсрмичесхвя обработв*. Маогнэ,
1063, н Б. Г. Лившиц. Металлография. Металлурги эаат. 1963.•Э
R, объемная теплоємкості. су. перегрев над температурой кристал¬
лизации Л Т. отношение теплоти кристаллизации к теплоемкости 1-е н
чем меньше личсиня избыточной температури 0.J, II коэффициента
тепловой активности или аккумуляции тепла литейной формы bt.
Процесс кристаллизации, зависящий от перечисленных фактороп
при охлаждении жидкого металла в литейной форме, не мо;мт быть
изотермическим.Скорость роста зерен ь отличие от объемной скорости кристалл!!-
ааціш находится в зависимости от числа зародышей.При рассмотрении кристаллизации принято различать объем¬
ную, т. ч. равномерно протекающую по всему сечению (о6ьсму>,
к последовательную с резко очерченной границей между твердой и
жидкой фазами.В реальных условиях названные типы кристаллизации не на¬
блюдаются н фактически имеет место промежуточный тин.Особенности кристаллизации оказывают большое влияние на
мекростроопнс отливки. Обычно в макростроеинн отливок можно
различить следующие три зоны: 1) внешнюю с мелкозернистыми без¬
различно ориентированными кристаллитами; 2} среднюю со столб¬
чатой структурой, с кристаллитами, ориентированными по тепло¬
вому потоку: 3) центральную с крупными равновесными безразлично
ориентированными кристаллитами.Внешняя зона образуется вследствие значительного переохлаж¬
дения н появления большого количества зародышей, возникающих
кз-за интенсивного охлаждения и развитой поверхности жидкий
металл — форма; средняя — вследствие перепала температур по те¬
чению отливки и относительно свободного роста кристаллитов но
направлению к пептру отливки; центральная — в результате вы¬
равнивания теу.пературы в центральных зонах отлпеки н объем¬
ного затвердевания в условиях отсутствия перепала температур
в них.В зависимости от состава сплава, конфигурации отливки, ус¬
ловий заливки и кристаллизации в отливках или отдельных те се¬
чениях те нлн иная зона может отсутствовать из-за большего разви¬
тия других зон.Форма кристаллита является -результатом различных скоростей
роста различных граней, так как в реальных условиях кристалли¬
зации сплавов в литейных формах различные грани кристаллитов,
как правило, растут с резкой скоростью.В качестве иллюстрации на рнс. 20 н 21 показано влияние тем¬
пературы эалникн на характер макростроення литой стели, выплав¬
ленной в конверторе на чистом кислородном дутьеСкорость роста кристаллов при данной температуре в постоян¬
ных условиях пересыщения может значительно изменяться при пе¬
ремещении крн'-таллюуюни.тосн жидкого хи-тал та Ня ’«том осно¬
вано приметане различных методов фи::і\ссм» и ьшменсіиііи хпя
регулирования процесса кристаллизации.Ы
В любом реальной расплав*, кристаллизующемся в литейной
форме, вследствие понижения температуры и изменения условий
соответствующих равновесий могут происходить те или иные хи¬
мические реакции с выделением твердых веществ Выселение твер¬
дого вещества в результате химической реакции между газами илиРис. 21 Дмирктно* «роение гтадъ
ной отлив» «С «• 0.І6Ч). Темпе¬
ратур* *мяус«» — ІІИГС. темпера-
іур« млянан — 1500* С (Л И Леи)жидкостями (т. е. кристиыиэация а результате химической реак¬
ции) — это обычный метод получении МНОГИХ промышленных хи¬
мических продуктов. Аналогичный процесс, часто наблюдае¬
мый в кристаллизующихся металлах, может быть использо¬
ван и для регулирования процесса кристаллизации литейные
сплавов.При рассмотрении особенностей первичной кристаллизации ос*
(ккиаимся на одном из очень важных явлений, связанных с возник-
ичы пнсм новой фам
Во псех случаях новая фаза (например. выделение растворенного
вещества нз переохлажденного расплава н т. и.) вошнкнет первонв-
чально в виде частиц очень малого размера.Термодинамическое исследование процесса выделения новой
фазы покапывает, что всякое вещество, находясь в виде частий очень
малого размера, обладает значительно более высокой активностью
как и отношении химического взаимодействия, так и в отношении
перехода в другую фазу Так, например, очень мелкие капли жид¬
кости обладают более высоким давлением насыщенного пара, чей
жидкость с плоской поверхностью; очень мелкие кристаллы, вы¬
деляющиеся из жидкого расплава, обладают большей химической
активностью, немного более низкой температурой плавления, боль¬
шей растворимостью, чел» крупные кристаллы н т. п.По этой причине раствор, насыщенный по отношению к круп¬
ным кристаллам, является ненасыщенным по отношению к очень
мелким.При рассмотрении особенностей процесса кристаллизации необ¬
ходимо подчеркнуть, что ни один металл не может быть приготовлен
в абсолютно чистом состоянии. Хотя новые методы плавки н очи¬
стки металлов достигли значительного совершенства, но и они не
ноэполяют получить в промышленных масштабах абсолютно чистые
элементы (например, ечнетотий, превышающей 99,999ч 99.99999%).
Обычно технически (чнетне* металлы содержат то нлн иное коли¬
чество примесей Чаще всего такнмн примесями являются углерод,
азот, водород и кислород.Когда атомы примеси намного меньше атомов металла раствори¬
теля. то они располагаются в решетке растворителя по междууэ-
іням, или пустотам.Образование таких твердых растворов внедрения сопровождается
расширением решетки растворителя, к в районе расположения каж¬
дого растворенного атома имеется локальное искажение решеткиВ том случае, когда атомы примеси н растворителя имеют при¬
близительно одинаковые размеры, образуется твердый раствор за-
меняны», и котором атомы растворенного элемента занимают места
в узлах решетки И в этих случаях вокруг каждого растворенного
атома имеется искаженная область, но в зависимости от относитель¬
ных размеров атомов металла растпорнтеля и атомов растворенного
алеменга решетка искажается.Для большей чести металлов твердые растворы внедрения об¬
разуют водород. бор, углерод, азот н кислород.Уже отмечалось, что границы между кристаллами являются
областями с аномальными межатомными расстояниями. По этой
причине они растворяют аточы примесей легче, чем неискаженные
области кристалловДаже в очень чистых металлах (а поликрксталлнческнх образ¬
цах) большая часть атомоа прнмесей концентрируется на границах
зерен и вблизи дислокаций, концентрация же нрныесных атомов в66
основной масс? кристаллов может быть намного меньше, чем в целом
для данного образца.Количество примсси, необходимое для насыщения искаженных
областей (т. е. границ зерен н днелока цил). очень мало н может из¬
меняться от 0.-5 до 0.001 ат.% и меньше. Оно зависит от размероо
зерен н совершенства кристаллов.Прн увеличении содержания примесей растворенные атомы вхо-
дят в основную массу кристалла, но н в этом случае будет иметь
место избытох содержания примесей n<j гранниам зерен н вокруг
дислокаций.Когда содержание прнмесн превышает предел растворимости,
иояьляется новая фаза, которая может представлять собой или ра¬
створенное вещество, нлн промежуточную фазу, или соединение.Кристаллизация и растворение. Замечено,
что скорость кристаллизации и скорость растворения тех же кри¬
сталлов прн данной температуре н прн одниакопых движущих силах,
т. е. при одинаковом отклонении от равновесных насыщенных cq-
стояниЛ. различны, тогда как казалось бы исе грани кристаллов
должны расти н растворяться с одинаковой скорооью.Этот факт. наблюдаемый в большинстве случаев на практике,
привел к предположительному выводу, что прн кристаллизации
диффузия сопровождается поверхностной реакцией на грани расту¬
щего кристалла.По другим предположениям кристалл растворяется быстрее, чем
растет, так какоткрытыетвердые поверхности прн этом неоиннакопы
В том случае, когда он растет, гранн его плоские, а когда растворя¬
ется, грани его могу? быть испещрены «ямками*, что приводит к
увеличению плошали контакта между жилкой и твердой фазами.Особенности первичной кристаллизации предопределяют не
только макростроение металла в отлкяке. но и развитие дефектов
усадочного происхождения, ликвацию, содержание гагшв, коли¬
чество н природу неметаллических включений и др.От особенностей кристаллизации, как это было показано выше,
зависит также н количество тех или иных примесей, остающихся
в твердом растворе.S И-8 ЛЕГИРОВАНИЕЛегированием принято называть введение в расплавленные нлн
твердые металлы легирующих материалов, чтобы получить сплав
заданного химического состава и придать ему определенные тре¬
буемые механические, физические или хнмиии-кио свойства.Когда легирующие материалы нводнген в жидкий металл, ле¬
гирование называют обиуїм (объемным), а когда е поверхностные
слон затвердевшей или заївердевающей отлнвкн, легирование назы-
иают поверхностным.
С развитием процессов легирования было введено понятие микро-
легирование, под которым понимают введение в аїлав легирующих
материалов, остаточное содержание которых не превышает 0.1%.Те нли иные легированные сплавы могут быть получены не
только специальным введением легирующих материалов (элементов),
но и применением определенных шихтовых материалов, в состав
которых входят легирующие элементы. Такие сплавы называют
пригюднолегированными.Так, лапрнмер, природиолсгированнымн называют чугуны, в ко¬
торые легирующие элементы вносятся из руды при восстсновленни
железа. Эти элементы могут сохраняться при последующем переделечугуна в сталь нли при переплавке чугуна в других плавильных
агрегатах. И в этом случае стали и чугуны называют природналеги-
рованными.Общая схема промышленных методов легирования представлена
на рис. 22.Легирующими материалами называют технически чистые хими¬
ческие элементы, преимущественно металлы, вводимые в состав
сплавов XIв придания последним определенных свойств. Основными
легирующими элементами является: для сталей и чугуна — хром,
никель, марганец, кремний, молибден, вольфрам, ванадий, титан,
алюминий, ниобий, кобальт, медь, бор и др.; для алюминиевых
сплавов — кремний, медь, магний, никель, хром, кобальт, цинк
и др., для мгдных сплооос цинк, олово, свинец, алюминий, мар¬
ганец, железо, никель, бериллий и др.; для магниевых сплавов —
алюминий, цинк и др.; для свинцовых сплавов — олово, цинк,
сурьма и др.
Легирукмчие Клименты можно вводить в сллавы в виде тел ни
чески чисты* элементов, сплавов {лигатур нлн ферросплавов) к со¬
лей, в состав которых они входят.Сплавы легирующих элементов вместо отдельных технически чи¬
стых элементов для приготовления литейных сплавов применяют
в следующих случаях: когда по условиям производства допустимо
н выгодно одновременное введение в легируемый солав двух и
более элементов; когда необходимо обойти ряд технологических
трудностей, связанных с большой разницей в температурах
плавления нлн в плотностях компонентов, нлн с другими свой¬
ствами сплавляемых элементов (возгораемостью, окнеляемоегью
и т. п.).Лигатурами называют вспомогательные сплавы, которые слу¬
жат для введения в расплавленный металл или сплав и необходимы
для легирования нлн раскисления элементов. U последнем случае
нх чаще называют роскис.штелями. В качестве основного компо¬
нента лигатуры, как правило, используют тот же металл, которым
образует основу легируемого сплава.В большинстве случаев лигатуры легкоплавких металлов пол)
чают путем непосредственного их сплачення, а лигатуры тугоплав¬
ких металлов — путем восстановления полиметаллической руды
нлн совместного восстановления нескольких руд обычными метал¬
лургическими способами.Иногда лигатуры получают путем совмещения способов сплаалс
ния металлов н восстановления руды.Используемые в технике производства стали и чугуна ферро¬
сплавы по существу являются разновидностью лигатур, в которых
наличие железа облегчает как нх получение, так и последующе*
применение.Кроме того, лигатурами называют также металлы, которые вводят
в благородные металлы (золото, серебро, платину), чтобы сообщить
последним некоторые свойства (например, твердость) или удеше
внтъ изделия из них (таково двойное назначение меди в ювелирном
деле). В этом случае не принято говорить о легировании золота,
платины или серебра, хоти существо действия вводимого элемента
с фнзнко-хнмкческой стороны не меняется. Стоимость основного
металла от таких добавок снижается, чего нет при обычном легиро-
ианни, где легирующие примеси, изменяя те илк иные свойства
как правило, также повышают и стоимость сплава.Ферросплавы, применяемые в производстве легированных сталей
н чу гунов, значительно дешевле, чем чистые элементы, н їго является
решающим фактором, определяющим их использование.В км случае, когда лигатуры и ферросплавы одновременно
используются для легнроминя рлекнелыши. иба процесса совме¬
щаются.Наконец, следуеі иметь в виду, что в практике литейного про-
юводстаа лигатуры применяют также для улучшения н придания•в
определенных с помете металлу или сплаву в жидком состоянии (нл -
пример, для повышения жндхотехучестн).Несмотря на разнообразие сплавов н методом легирования, можно
рассматривать лишь два принципиально различных случая влияния
легирующих элементов на свойства сплавов: первый, когда леги¬
рующие прнчесн остаются в твердом раствора, и второй, когда при¬
меси. помимо растіюра, образуют включення, имеющие поверхность
раздела.Влияние легирующих элементов на структуру н свойства сплава
в первую очередь енпзано с тем, в каком соответствии находятся
кристаллические решетки легирующего элемента н металла яв¬
ляющегося основой сплава.Если атомный объем легирующего момента, тип н параметры
его кристаллической решетки подобны этим же характеристикам
основного элемента сплава, то возможен первый случай, т. е. обра¬
зование твердых растворов с большим интервалом концентрации
легирующего элемента. Так составлено большинство сплавов,
используемых о литеЛном производстве (например, сталь, чугун,
бронзы, латуни, силумины н др.) к представляющих различные
твердые растворы легирующего элемента в основном элементе сплава
(железе, меди, алюминии).Легирующие элементы могут образовывать с основой сплава
нлн другими присутствующими в нем элементами особые химиче¬
ские соединения (карбидные, оксидные, нитридные, карбонятрндные
н т. д.). обладающие многими ценными качествами: большой твер¬
достью. высокой прочностью н пластичностью (вместе нлн отдельно),
хорошей химической стойкостью, магнитными (антимагнитными)
свойствами, жаропрочностью и т. п.Равномерно н в достаточной степени распределенные в твердом
растворе (нлн в качестве самостоятельной фазы) эти соединения
придают сплавам необходимый для соответствующих условий
эксплуатации комплекс свойств.Если основной элемент сплава (например, железо) подвержен
в твердом состоянии полиморфным прсоращениим (а. у- А), то
влияние легирующих элементов определяет изменение свойств, по¬
лучаемых в результаті* термической обработки соответствующих
сплавов.Легирующие элементы могут расширить нлн уменьшать TV или
иные области, представляемые диаграммами состояния. Так. па-
пример, никель и марганец расширяют область твердого рас¬
твора — у в сплавах железо — углерод, н после быстрого охлажде¬
ния с высокой температуры никелевая или марганцевая сталь при
соответствующем содержании указанных элементов обладает яяз-
коїі iicMofiitiTiiofi аустгкнтпой струкіурий с высокой температурой
рекристаллизации.Другие легирующие элементы, например хром, кремний, воль¬
фрам. молибден н нанаднй, суживают облааь твердого раствора у
го
й способствуют напученню ферритной структуры с високими маг¬
нитными свойствами и коррозионной стойкостью.Условия растворении легирующих веществ определяются как
общими законами растворов. тнк н диффузионными, определяющими
условия проникновения легирующих веществ в затвердевающую и
затвердевшую поверхность отлив кн.Характерной особенностью элементов, используемых для мнкро-
легмроваиия, является нх высокая химическая активность, т. е.
способность непосредственно а расплаие пзаимодейстеооато с кисло¬
родом. азотом, водородом, серой н некоторыми другими нежела¬
тельными примесями. содержащимися в расплаве, и таким образом
нейтрализовать нх вредное влияние.К числу таких элементов, характеризующихся при малых до¬
бавках высокой активностью, могут быть отнесены 39 элементов
(I—IV группы), расположенных в левой части периодической системы
элементов, н в том числе 14 редкоземельных элементов.Уже отмечалось, что наибольшей прочностью отличаются ме¬
таллы нанвысшей чистоты. В настоящее время интенсивно разви¬
вается производство получения металлов в виде нитевидных метал¬
лических криспиьыиков — у сое, CBOiiCTD.'l которых значительно пре¬
восходят свойства технических металлов к сплавов Нанвысшаи.
близкая к теоретически возможной прочность в этом случае дости¬
гается вследствие приближения металлов к бездефектному, почти
идеально правильному атомно-кристалличсскому строениюСовременные, наиболее прочные конструкционные высоколеги¬
рованные стали, которые иногда называют сверхпрочными, характе¬
ризуются пределом прочности при растяжении в 1745-: 21(Ю /Мил*
(1в0 ч- 220 кГ нм*). Эта прочность в 4-т-5 раз выше прочности наи¬
более часто используемых углеродистых сталей дли фасонного литья.Прочность в нитевидных кристаллах чистого железа состяиляст
13106,2 Мн.'м* 0^36 кГ:ммг). т. е. показатель, превышающий биле*
чем в 6 раз прочность так называемых сйсрхпрочных сталей.Прочность меди в нитевидных кристаллах составляет
2962.6 Мн:м* (302 кГ-’мм*) иротнв прочности технической меди
в 215,8 Мн:м* (22 кГ/мм*).Как следует из вышеизложенного, легирование прямо противо¬
положно получению особо чистых металлов. Оно предусматривает
увеличение количества дефектов строения, иначе говоря, нм усили¬
вается степень нарушения атом но-кристаллического строения ме¬
таллов§ М-9. МОДИФИЦИРОВАНИЕМодифицированием называют процесс преднамеренного измсие-
нення структуры литого металла и сплава под воздействием очень
малых количеств спсиналыю вводимых добавок.Вводимые при этом добавки называют модификаторами71
Как правило, введение н металлы и сплавы модификаторов спо¬
собствует кристаллизации структурных составляющих в округлой
форме, значительному их измельчению и равномерному распределе¬
нию по вссму объему.В одних случаях мелкозернистая структура, получаемая ирн
модифицировании, связана с воздействием модификаторов на число
зародышей, в других она является следствием уменьшения скорости
роста кристаллов. Модифицирование - мощное средство воздей¬
ствия на различные свойствн литейных сплавов как в жидком со¬
стоянии, так и noc.w ттвердевония.В носледнес время найдены эффективные способы модифициро¬
вания всех важнейших литейных сплавов: чугунов, сталей, алюми¬
ниевых. магниевых, медных н др. Значительное улучшение качества
структуры литых сплавов, достигаемое в (хіультате модифициро¬
вания. позволило в ряде случаев повысить степень легирования не¬
которых важных сплавов и создать новые высокопрочные и жаро¬
прочные сплавы.Во многих процессах модифицирования действие модификаторов
часто является кратковременным (тгны. в частости, они отличаются
от элементов, используемых при мнкролегнроианяи). В результате
этого после некоторой выдержки в жидком состоянии эффект моди¬
фицирования ослабляется и даже полностью исчезает.Для некоторых сплавов было замечено, что наличие в них ни¬
чтожно малых количеств тех или иных химических элементов тор¬
мозит процесс модифицирования. Например, наличие в чугунах
титана, висмута, свинца, сурьмы, мышьяка, олова к некоторых
других элементов препятствует образованию шаровидного графита
при модифицировании магнием. Такие элементы предложено
(А. А. Горшковым) называть демодификаторами.Если а чугун, который был лемодифицнрован в результате до¬
бавки демодификаторов, ввести некоторые другие элементы третьего
типа, например, лантан, цернй, торий, иттрий и другие, действие
демодификаторов может быть подавлено и эффект модифицирующего
влияния модификатора может быть восстановлен. Такие элементы
предложено (А. А. Горшковым) называть ремодификаторами.Сложность н разнообразие процессов модифицирования затруд¬
няет создание едяной общепризнанной теории модифицирования,
Ранее было показано, что до начала процесса кристаллизации
реальные литейные сплавы представляют собой коллоидно-днсперс-
пые системы, т. е. системы, состоящие НЗ ЖИДКОСТИ с находящимися
в ней очень мелкими будущими зародышами кристаллизации. Соот¬
ветствующим воздействием ка эти зародыши можно тем или ипым
образом повлиять на строение сплава после затвердевания,Модифицировать структуру металлов и сплавов при ні кристал¬
лизации можно введением:1)	тугоплавких частиц, которые должны служить «затравками»
и искусственно увеличивать число зародышей при кристаллизации;?а
2)	поверхностно-активных элементов, которые могут адсорбн-
роытъ на гранях растущих кристаллов. При атом будет создан
«барьер» между растущими кристаллами к жидкостью, препятствую¬
щей росту кристаллов;3)	добавок, вступающих в химическую реакцию с темн нлн иными
элементами, находящимися в расплаве. Образующиеся в сплаве
химические вещества (оставаясь в нем или удаляясь из неги) могут
изменить как его фиэнко-химнческую природу. так и кристаллиза¬
ционную способность.Следует ответить, что s результате модифицировании могут нмет:.
место рахінчіше структурные изменения, а именно изменение раз
меров первичных зерсн-декдрнтов н других продуктов первично/'
кристаллизации, изменение внутреннего строения нерпичннх лг
реи дендрита» и изменение структуры эвтскткк.В основе каждого из указанных видов изменений могут быть со
вершенно различные фнзико-хнмнческне процессы. Наряду с этим
а ряде случаев для получения одннх и тех же структурных измене
няй могут быть использованы совершенно различные средства. D за
виснмостм от физико-химической природы используемых модифика¬
торов, характера их взаимодействия с основными компонентами
сплава илн находящимися в нем примесями возможна разработка
различных вариантов процесса модифицированияТеоретически эффективность модификатора может быть оценена
по нэмененкю нм величины поверхностного натяжения на граница
жндкоЙ к твердой фаз.Интенсивность, нлн вероятность, образования новых иеитроі-
кристаллизации по Максвеллу — Больцману можно выразить еле
дующим уравнением:S » АеГ™,где е — основание натуральных логарифмов;и> — работа образования критического зародыша;
k — постоянная Больцмана;А — прсдэкслонспипалышй коэффициент, величина которого
определяется скоростью обмена молекулами между заро¬
дышем н старой фазой.Для случая кристаллизации жидкости величина А может быт'-
найдена нз следующего выражения:А ^ ktt *г.где ft, ~ константа вещества, по порядку величины мало отлнчак.
щяяся от числа молекул в рассматриваемом объеме;U — некоторая энергия активности.Работа образования зародыша со а свою очередь зависит от по
верхностного натяжения на границе фаз ол , и от размера крити¬
ческого зародыша.»
где Г — поверхность зародыша.Если считать, что зародыш имеет сферическую форму, то после
некоторых термодинамических преобразований (которые опу¬
скаются) можно получить уравнениеS	- Vгде В - константа материала;ДТ — величина переохлаждения;Т — температура превращения.Из приведенной формулы следует, что интенсивность образова¬
ния зародім шей лаяцсит от двух факторов: величины поверхностною
натяжения о* , (в куЛе) н степени переохлаждения &Т (в.квад¬
рате).В настоящее оремя еще не известны надежные способы определе¬
ния поверхностного натяжении на границе жидкой и твердой фаз
ом ,. Поэтому приходится пользоваться зависимостью между о* ,
н ож (о* может быть инрелслепа экспериментально).Зависимость между о* , и оЛ устанавливается уравнением
Лапласая*. і = с, — п«. сел 8,где а, — поверхностная энергия твердой фазы на границе с газом;
оа — поверхностное натяжение жидкой фазы на границе с га-8 — краевой угол (угол смачивания).Прн зарождении кристаллов, т. е. в условиях нанлучокго сма¬
чивания. краевой угол 0 = 0. В этом случае уравнение Лапласа
примет следующий внд:°я. г = О, -О*.Если модификатор повышает поверхностное натяжение жидкой
фазы од и. следовательно, понижает величину ом то работа обра¬
зования трехмерного зародыша критических размеров уменьшается,
что благоприятствует увеличению скорости зарождения центров
кристаллизации.Таким образом, вводя в расплав те или иные вещества, влияю¬
щие на величину позерхностного натяжения, можно изменять ско¬
рость зарождения центров кристаллизации и этим глыыы лпЛн-
воться определенного эффекта воздействия на первичную кристал¬
лизацию.Предложено (11. А. Рёбнидероы) делить модификаторы на дм
основные группы.
Модификаторы первого рола поверхностно-ак¬
тивные '|'0.и!*иг\'лы1ые по В. К. Ссченчеико). Эти модификаторы
избирательно адсорбируются на гранях зародышей, замедляют рост
зерен и препятствуют их слиянию, Они действуют в момент,
когда частицы твердой фазы имеют коллоидные размеры. (Они
являются как бы пептнзаторами и предотвращают в процессе
перехода жидкого расплава в твердое состояние как слияние, так
и коагуляцию мелких кристалликов.) Модификаторы рассматривае¬
мой группы должны обладал, очень малой растворимостью в той
жидкой фазе, из которой они адсорбируются. По всей вероятности
в адсорбционных явлениях определенную роль должна играть н
нзоморфность структур, так как в процессе адсорбции происходит
как бы стыкование (сопряжение) двух кристаллических решеток
различных веществ.К модификаторам первого рода применительно к некоторым ли*
тейным сплавам, например относят лнтнй. натриЛ, цинк, магний,
кальций, алюминий, олово, нисмут и др.Модификаторы второго рода увеличивают число
центров кристаллизации, уменьшая работу образования зародышей
и увеличивая их число.Модификаторами второго рода в отличие т модификаторов пер¬
вого рода могут быть очень тугоплавкие металлы или соединения,
вводимые в расплав (нлн образующиеся в расплаве) в высокоднспере¬
нт состоянии нлн в виде коллоидно-дисперсной «взвеси» Частицы
такой взвеси могут служить зародышами, «округ которых обра¬
зуются и растут кристаллы.В свое время П. Д. Данков развил принцип ориентационного и
размерного соответствия, согласно которому не веяная твердая
частица может служить «подкладкой* — готовим центром для обра¬
зования зерен кристаллизирующегося вещества. Роль такого центра
может, по П. Д. Данкову, играть только вещество, кристаллическая
решетка которого сопрягалась бы с кристаллической р^шеткой кри¬
сталлизующейся фазы нлн минимально отличалась бы от нее.Чем ближе кристаллическая структура обоих веществ, тем лучше
одно вещество растет на гранях другого. II. Д. Данковым было
также установлено, что при подобии плоских атомных сетон срастаю¬
щихся граней и прн близких величинах атомных радиусов (если
разница не превышает 12%) такое явление может наблюдаться не
только для одинаковых по структуре металлов, но и дли кристал¬
лов с разными решетками.Модификаторами второго рода являются дія алюминиевых спла¬
вов титан, тантал, бор, цирконий, дія медных сплавов комплексные
присадки памолил, вольфраме, титана и цмркопня с бором.Центрами кристаллизации могут служить также и образующиеся
в сплавах нктерметаллцды.Побочным явлением, имеющим часто место при модифицирова¬
нии и являющимся следствием изменении поверхностного нятяже-7Б
huh жидкого расплав*, является tuucueuiie смачиваемости Умень¬
шение поверхностного патяження приводит х улучшению смачи¬
ваемости и рястехдомостк сплава. Увеличение смачиваемости к pi-
стскаемости с технологической точки зрения является весьма жела¬
тельным. поскольку плохая смачиваемость и раст£каемость приво¬
дят к худшему заполнению полости литейных форм. Таким образом,
применение положительных (поверхностно-активных) модификато¬
ров должно привести к улучшению жндкотекучести и формовое-
производимое™.Отрицательным в этом случае может быть увеличение проникно¬
вения жидкого металла в поры рабочей поверхности литейкой
формы и, как следствие этого, увеличение опасности образования
пригара.Приведенное выше деление модификаторов яаляется условным и
охватывающим далеко не всю сложную и разнообразную по своей
физической к фкзнко-хнмнчсской сущности проблему модифициро¬
вания рапнчных сплавов, которые наряду с общими чертами имеют
не меньшее количество признаков, отличающих их друг от друга.§ 11-10. ФИЗИЧЕСКИЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ЖИДКИЕ РАСПЛАВЫ
И ПРОЦЕССЫ КРИСТАЛЛИЗАЦИИВозможные- методы низ действия. Некоторые
виды физического виэдейстэня на жидкие расплавы приводят к тему
же эффекту, что и модифицирование.Рассмотрим результаты воздействия на жидкие металлические
расплавы следующих видов физической обработки:ультразвуком, вибрацией, переменным электрическим полем,
магнитным полем, электромагнитным полем.Обработка ультразвуком. Человеческое ухо способно слы¬
шать звук* с чистотой приблизительно от 15 во ]5<Ю0 колебали А (герц) в секунду.В природе существует и могут быть искусственно созданы колебания
других частот, в частности Оолес высоких — ультразвуковых.Теоретически область ультразвуковых колебаний должна простираться
лі> частот 101’ + 10" гн. выше кагоры* распространение упруги* вапн невозмо¬
жно, так как длина волпи становится сравнимой с размерами ыежчолекуляриых
р.ІССТОйИкП в тверды* телаи и жидкостях нлн с длиной свободного пробега моле¬
кулы и Ганс Обычно ультразвуковым* наэыиаюг упругие колебаний
ч.іститоЛ 16 • 10* + 11115 гц.CX-.iacn. частот выше 10'° называют гиперзвуком.Экспериментально нсследовлть всю область ультразвука пока не удалось.Наиболее высокие ультразвуки, искусственно возбужденные а кристалле,
удалхь набл.одать на частоте око.то 10* іцПрн п ведении п обрабатываемую ультразвуком металлическую пли н.іую
i-jcjy источника кілі^ілнмЛ п ней устанавливается ультразвуковое поле Харак¬
теристики г«го паї* з.чвпеят от параметров нілучателя колебаний и or свойств
обрабатываемого ыап-рняла.В ультразвуковой поле создастся большие удельные анергии оказывающие
необратимое воздействие на обрабатываемый объект. Основними характерне™-
каыв ультразвукового поля являются скорость распространении упругих коле-
баний, авуконо* давление волны, нолновля жесткость к волновое сдаротоя.Ч
кас.В тяердым телах скорость ультразвука, так же как н скорость звука, опре
делается модулем продольной упругости (модулем Юнга) прн опрёдедевной
температуре к плотностьюС» ~ JljttK (CM/ter) tгде Е — к оду л к провальной упругости, I -10*' ч,.я* (дим/ел1);t — плотность, 1-Ю'* кг;я* (г'см*).В тадкнх телах скорость звука определяете» нэ соотношения’~Vrh •".■"""'/'"і.где Р — сжимаемость яри постоянной температуре, 1-10 *%'н (елЧдим).
Давление полны характеризуется выражением
р ** РщАретстш,
где р* — давление окружавшей атмосферы;А — амплитуда смещения максимального значения, входящая в выра¬
жение, определяющее смещение частиц среды относительно положе¬
ния покоя a— dsin »/;» — угловая частота;/ — координата времени.Волновав жесткость реи и полипное сопротивление ре определяются
соответственно на следующих выракеннА:реи - £ • 1 • 10» «/«’ {дин/с*):
р« ■ £ • I • 10* и • сек/м’ (дим ■ ttKjca*)Намерение скорости ультразвука а расплавленных металлах сопряжем
е Onpeae.JCHItblUK Трудностями. Вместе С тем установлено, ЧТО ОНЭ ЗНЛЧНТеЛЬНО
отличается от скоросгя ультразвука в воде я для некоторых металлов сос-•	С	м.'акВисмут f300) — 1661;Сякнеп (327) — 1730 ± 1S:Олово (232) — 2270 ± 20;Олово (300) — 24&5В различных средах можно наблюдать ультразвуковые волны нескольких
тноов:а) в газах и жидкостях распространяются продольные волпы. В вязких
жидкостях, к которым относятся расплавленные металлы, образуются так**
и поперечные волны;0) в твердых ттлэх. обладающих упругостью сдвига,наряду с продсигыгымн
наблюдаются поперечные и поверхностные волны.Возбуждепне ультразвуковых воли п расплавленных металлах произво¬
дится с помощью аоляомдов. получающих энергию от ультразвукового гене¬
ратора (ряс 23).Наличие fajbuurx переменных давлений и обрабатываемой ультраэвухоч
жидкости приколнт к появлению кавитации (от лаг. cavila» — пустота), т. г.
разрывов аиоимости жидкости в виде ммнеких пузырышвКавитационные пузырьки образуются за счет присутствующих в жндяосіхП
Попроси.сввэлнниескаяитваией, іребуютслсоизльмого изучения, С inn
яг.і. тем jo сих юр связано много загадок В одних жидкостях хаввгааия
раївквается легко, м других слабо.Панрнчер, найдено. что кясгоровое мзсло практически иг кавитирует.
II металлических расплавах язблюдас7ся интенсивная ияенташіи.иозиноіомнпе кавктаиик затрушено, сели жидкость не содержит газов
нлн находится пса большим постоянным давлением
Некоторл? повышение температуры. наоборот,
облегчает образованно каеитгшіоінГих пузырькои.Установлено, ЧТО ДЯЖС в довольно однородной
звуковом поле каантлция ПРОИСХОДИТ не ио всему
объему. а своеобразными сгустками, емеюшими
паукообразную форму с расходящимися ни все сю-При нтом в некоторых точкях жидкости пузырь¬
ки образуются кг врекк: один эахлопиазется, по
тут же образуется другой я т. д. Эти .наиболее «сла¬
бые» участки жидкости при него илзыоягь кавитаци-
апныли зародышами.Эжспсричентвлиио усгаиое.Теио. чп> такими за¬
рплатами могут служить мельчайшие пузырьки гм*К посторонние СК.1ЮЧЄНКП.Кавнтаивя бывает по крайней мере двух гниов:
Первый шил - кавнтяшсониые пуэырькк сущест¬
вуют всего около половины периода колебаний, ибра-
пшшисл в мо.ыент р<істкжения. они захлолидеются
с чрихидои фазы сжатии, создавая ударную волну.Второй тип — долесяизущие кавитационные пу-
>фми; зтн лузырькн жинуг в течение десятков и
ІІЗЖЄ COICJI периодов ультразвуковых колебаний.Эя нрехя своего существования они успевают
всосать п себя довольно много гзюв и паров н вы¬
растают до разыерои ОКОЛО I JLU. Но затем ОМИ без
каких видимых причин резко захлопываются, также
образуя ударную волну.ГІо данным исследований * жидкостях с большой
Рис л' Схеча ueDx упругостью паров кавитационные пузырьки захлопы-
пего птіоіаVті TD33Bv' Ыйгск сравнительно небольшим разрушительным
ковых колебаний ямі- «И**™- • добавление • жидкость «.оверхностмь
таїлический оаснлав- активных пещестя увеличивает интенсивность ударной
'	волны, образующейся при захлопыяа>1ян пузырьков.t - ««дни» рмпла»: і—	По разному влияет из зтот процесс продувание"т1а'"тг'гпг"<*-'вЙмо*- Ч*Р*,Ї ЖИДКОСТЬ рОЗЛНЧНЫХ ГвЗОВ Н Т. Д.>1 кміуідгиіія '/1<и| -	Это обстоятельство п ЗІІИЧІІТГЛЬИОЙ С№П»НИ опре-неы»1&»ж|И_ н гюл- де.тнет не только физические действия ультразвука,
»»'«гЛт‘иі!"*лмімп~ псі- 11 гго влияние на ход шинческиі реакций.*ЛрлЮв*м.1Ь	П результате значительной интенсивности ульт-разпукопых пучков в них сильно выражены так на¬
зываемые эффекты второго порядка: давление яуха.
■чдомм) лгічгр>, представляющий с ибо# эффект переноса жидкой среди по пв-
нравлению распространения ультразвука, я т. д.При наденхн ульгразпуха внутри жидкости на ес поверхности образуется
Аоит.щ. иысота которого может достигать нескольких десятков сантииетроп.
Но-пнднмииу. псе эти пгорнчиые эффекты нярпду си значительными ускоре¬
ниями определяют действие ультразвука ия ф*пнко-хнчичсскне процессы,
в чястностн на гетерогеніте процессы, происходящие на границе фазе раз шчкых
жидкостях и мргяллмчегхих р.челлапах большое плияпне капитасня окяаымст
нj диспергирование, д<-глгшнт к другие явлення. ниеюшне большое значение
к процессах приготовлении /.шейных сплавов.7в
О	процессе приготовления сплавов ультразвук может быть эффек¬
тивно использован при воздействии на первичную кристаллизацию,
ультразвуковом легированна н модифицирован и и. получении новых
сплавов, производство которых недоступно обычными методами, при
удалении газов и неметаллических включений нз жидкого расплава,
воздействии на вторичную кристаллизацию и аллотропические пре¬
вращения, а также на процессы химико-термнческоЛ обработки.Рассмотрим некоторые нэ перечисленных воздействий ультра¬
звуком.Воздействие ультразвука на первичную криетамизацип. В на'
стоящее время установлено, что наблюдаемые эффекты воздействия
упругих колебаний па кристаллизацию различных металлических
расплавов имеют место в большом диапазоне частот, по характер
этих явлений в пределах от 5000 до 1 ООО ООО іц не меняется.В первом приближении сущность кинетики воздействии ультра¬
звука на формирование структуры расплава спялаиа со следую
щнми обстоятельствами:1)	помимо колебательны* дви¬
жений в расплаве, ультразвук
вызывает в нем бурные кавита¬
ционные явления и интенсивное
переменшвалне вследствие не-
ранномериости создаваемого
ультразвукового ноля;2)	кавитационные пузырьки
в расплаве легче всего возникают
на поверхностях раздела и в пер¬
вую очередь на нэлуяаюшей поверхности волноподоп и ка поверх¬
ностях. близко к ней расположенных;3)	в процессе кристаллизации возникающие кавитационные
пузырьки захлопываются; образующаяся при захлопывании («пэры
«•*) ударная волна деформирует поверхность твердой фазы и вызы¬
вает ее разрыхление:4)	в образовавшиеся мнкронадрывы поверхности твердой фазы
внедряется расплав; и расплаве, находящемся в надрыве, также про¬
текают ка&итацноиные явления, которые в коппе концов приводят
к разрушению (выкалыванию, раскалыванию, диспергированию)
твердой фазы (рис. 24);5)	частицы диспергированной твердой фазы разносятся по
объему жидкого расплава и равномерно ло нему распределяются,
таким образом обеспечивается интенсивная объемная кристаллиза¬
ция с образованием мелких кристаллов; я условиях такой кристал¬
лизации образуются в отливках и слитках мелкозернистая струк¬
тура и распределенная равномерно мнкроиористості.;6	) различные нрнмесн распределяются равномерно по объему
н нибчкиш-тся минимальная ликвация. т. е. происходит своеобраз¬
ная гомогенизация чщого металлато
В комплекте обрабоїк.і ультразвуком дает следующие изменения
структуры: а) уменьшение средней величины зерна; б) устранение
столбчатой структуры; в) изменение характера распределения фаз:
г) повышение однородности структуры, устранение ликваций;
л) измельчение и равномерное распределение неметаллических вклю¬
чений н нерастворимых примесей.гиг*36:47
45'7о
43.4-І-48Л
40.0-ЇЗІ5
43.0 f-40.0,V);S0
15-20
3,3 4-7,8
litfl-21723Гб-;-чв,5Г p > ■ > 11 ■ > і. І «Г и1 iwtMKnj>i • CH точив t,WMS « It	Ivh ■ ta6><RUti ■ mm м«ммиупт£« иимиї и»»імпиі. toontKn^mni jettnyntuaaУльтразвуковое легирование и модифицирование. При исследова¬
нии процессов кристаллизации с применением ультразвука уста¬
новлено, что под воздействием кавнтвцни происходит разрушение
волноводов. Количество и сила микровэрывов на волноводе зависят
при прочих равных условиях от частоты ультразвука. Один и тот
же волновод в разных расплавах разрушается с различной интен¬
сивностью. Так, например, стальной волновод интенсивно разру¬
шается в расплавленной алюминии н значительно меныио в рас¬
плаве свинца.Это явление, которое в определенных условиях является отри¬
цательным, может быть использовано для мнкролегнровання н мо¬
дифицирования. Напркмер, таким образом легко легировать титаном
алюминиевые и другие сплавы.Применение ультразвука резко повышает в расплавах раствори¬
мость тугоплавких металлов. В чугун (С —4,8%) при 1400 С
был введен вольфрамовый волновод и выдержан без ультразвуковой
обработки 5 мин. За это время содержание вольфрама составило
2,7%. При малой интенсивности ультразвуковой обработки за то
же время растворилось 4,7% вольфрама, а при интенсивной обра¬
ботке ультразвуком содержание вольфрама составило 9,4%, т. е.
скорость растворения его возросла в 3,5 раза.М
Весьма перспективно применение ультразвука совместно с мо
дифицнрованяем.Были установлено, что влияние упругих колебаний на струк¬
туру и свойства металла боле* эффективно при чалнчии в расплаве
лаже малых каїичеств примесей.В связи с этны было произведено исследование ряде вопросов,
слизанных с наличием н преднамеренным вводом в расплав различ¬
ных растворимых к нерастворимых примесей.Установлено, что совместное воздействие модификаторов и упру¬
гих колебаний значительно превосходит воздействие каждого ни
этих факторов в отдельности. Замечено также, что совместное при¬
менение ультразвуковой обработки и модифицирования расширяем
влияние модификаторов на улучшение свойств сплавов.Получение новых сплавов. Ультразвук может быть использован
для получения таких сплавов, которые обычными методами полу¬
чить нельзя. Например, удалось получить серию новых сплавов,
п которых частицы вводимого компонента не растворяются нн
в жидком, нн в твердом состоянии. Если ИЗГОТОРИТЬ нз него волно¬
вод, то он в процессе обработки ультразвуком будет раздроблен до
дисперсного состояния н распределится в вид» взвеси по всему
объему затвердевшего расплава.Такнм путем были получены сплавы евнниа с карбидом воль¬
фрама и евннца с феррованадием, алюминия с вольфрамом н дрНерастворимый компонент может быть ввелен в расплав прн
обработке ультразвуком н в внде порошка.Сплавы, полученные такнм путем, можно условно назвать
сплавами — взвесями. Сплавы-взвеси, нлн дисперсные сплавы, яв¬
ляются новым видом материала н несомненно найдут применение
как антифрикционные, неметаллические, электротехнические, ра¬
диотехнические, строительные и другие сплавы.Уда.гение га:юв и немталшчеекмх бк.ночемий. Установлено, что
прн облучении жидкости мощным ультразвуковым полем пузырьки
газа, содержащиеся в жидкости, быс-тпе- всплывают па поверхность
Происходит это потому, что под воздействием ультразвука очень
мелкие пузырьки, которые в обычных условиях находятся во взве¬
шенном состоянии и практически не могут всплыть, устремляются
друг к другу, соединяются и укрупняются в пузыри достаточно
большого для быстрого всплытия размера.Наибольшее количество опытов по ультразвуковой дегазации
было пропелено на различных алюминиевых сплавах.В результате проведенных опытов была установлена возмож¬
ность снижения содержания водорода с 0,25 н 0,5 сяМОО г до
0,06 : 0,12 с**'100 с. что примерно ссюівси.ча>«г пределу раство
рнмосгн водорода в алюминии в твердом состоянии.Прн использовании титановых волноводов одновременно
с дегазацией повысилось в сплаве и содержание титана (на
0,01+0,03%).tl
Этого достаточно, чтобы окаитъ модифицирующее действие mj
сплів и заметно смыться на его микрострукту ре и физико-мсханн
веских свойствах.▼).*»м noc.iv р*^нп*ро»аі'ч»Рис. 25—27 иллюстрируют эффективность применения ульт¬
развука, вводимого в металл с помощью титанових волново¬
дов дія дегазации алюминиевыхП сплавов.Обработка вибрацией
Обмчио вибрацией нязмяапт колеба-
пив, происходящие с частотой отI	колебания в секунду (приблизитель¬
но) и выше при наличии к колеба¬
тельной системе упрут* элементов.
Приложение вибрации к жидким рас¬
плавам в ряде случаев положительно
сказывается на их свойствах после
затвердевания, •Были исследованы стальные от¬
ливки. на которые действовала виб¬
рация (100 периодов о секунду), осу¬
ществленная с помощью соленоида,
возбужденного от сети переменного
тока при резонансі- с максимальной
амплитудой ■ 1.27 и» г*т»» кееяелляя-
ния показали возможность разрушения крупной дендритной
кристаллизации в стальных отливках. Вибрирование сложно-
легированных Сталиных отливок значительно уменьшило микрп-
лнкваціооР*е, 27. Слиток алюиимис*оп>СП.13М (ГИЛЯК.! «АЩМ ІО«и) НОС¬
ЯТ r«l»«1KJ Tnnft '«’.рЛЧищ
у.Птрия)кочм
На чугун вибрация може? оказать действие подобное моэмфн
иироадниюБольшое- значеній* имеет вибрация прн выращивании кристаллом
бинарных систем. обладающих полупроводниковыми свойствами
Ыалрниср. Gr—Si. liiSb GaSh).Йспачыовамнс вибраций. приложенных к растущему кристаллу•	поправлении оси выращивания. позволяет » ряде случае» а не-Р»с VI» lllatiK' МСр«ЦвИ (6и IIMMO* • Iот») •<> макри-(іс.г-) и имір<АТ.-)кт)(>) П50)
лггуым:
а) € мЛ^-чч* W «■, »«н«исколько раї увеличить допустимые скороон роста Вибрация поя¬
во, і #ет также добиться большей равномерности состава кристалів
и уменьшения ликвацнонных явлений.На рис 28 показано влияние вибрации на структуру и свойства
свнииовмстоЛ латуни, дли улучшения которой пока не имеется
Других эффективных методов. При «ом Сило получено следующее
изменение свойств:Ь#| kV*'» I С 1»Чк»1Мр^га пр»ч«ппи при раетяжтті, 4Г’.*.*' | Д.* і .’УИ|*ООМГ1Ь»М- УДЯвнотг. %	 -	..	4J	**Нцмер *p*a. ММ		 . .	3J	11,11Пі рис 29 мокддаио влияние па макро- и микроструктуру сплава
обработки ультразвуком и вибрацией Мсхеиичесмк* свойства
сплава следующием
llptaea op-xroocte, к Г мм'Опюсятезык* )длп«иііг.Ромер »rpM«. MMВибрация при кристаллизации облегчает у дал гине лозород» ка
стали и других сплдео*. а в условиях специальных методов литья
обеспечивает лучшую фпрчоополияемость Наиболее эффективна
аибраиня при литье из чистых металлов и сплавов. представляющихР»С Я. Вляаиаг o6f *<Ч»тяя см.чи «люнимяЯ — магииВ —
uuu y.tatpatayaou • аяОрапис* ч ма*р»(х0.4). ьааро-
сгруятуру (84$)<> ойічйетх» • *-. П‘*м/«о» Cl •ввеыч»: •: «о •/*»0«t«eсобой простые твердые растворы В более сложных сплавах вибра¬
ция может оказаться малоэффективной, д в некоторых случаях
нежелательной Ома используется н для снятия внутренних на¬
пряженийИоэдеЯствие переменного электрического
поля. При кристаллизации под действием переменного электри¬
ческого поля происходит сдвш температурной кривой скорости
«рождения кристаллом в сторону низких температур (больших
переохлаждений) Опытным путем било установлено, что для дан-
ного естества скорость появления новых центров кристаллизации
прямо пропорциональна пересыщению и квадрату напряженности
поля.Воздействие магнитного поля. Опыты по изуче¬
нию влияния магнитного поля на кристаллизацию показали, что
такое воздействие может представить практический интерес, так как
оно приводит к такому же эффекту, как и обработка расплавов
ультразвуком, и, видимо, в некоторых случаях является техноло¬
гически более простым.Установлено, что если поместить литейную форму с жидким ме¬
таллом я область воздействия вращающегося магнитного поля,
то в металле индуктируются токи, взаимодействующие с магнитным
полем и создающие силы, направленные в сторону его вращения.
В этом случае происходит измельчение дендрнтов и улучшение
свойств сплава.ВоэлсПстенеэлсктромагкитногополн. Если
над жидким расплавом поместить индуктор и подключить его
к однофазному переменному току, то в жидком кристаллизующемся
металле появится электродвижущая енла и возникнет электрический
ток. В результате взаимодействия электромагнитных полей тока
индуктора н тока, возникшего в расплаве, в жидком металле по¬
явятся электродинамические усилия, которые приведут в движение
металл.'Опыты, проведенные при кристаллизации алюминия, алюминие¬
вых н магниевых сплавов при полунепрерывном литье, показали,
что в результате воздействия электромагнитного поля происходит
интенсивное перемешивание расплава в кристаллизаторе и заметное
измельчение строения затвердевшего в таких условиях металла..Механизм воздействия электромагнитного поля может быть
представлен следующим образом: при наложении электромагнит¬
ного поля происходит перемешивание расплава в кристаллизаторе;
это перемешивание способствует образованию однородного темпера¬
турного поля, в результате чего создаются условия для образования
равноосных кристаллов. Рост столбчатых кристаллов по направле¬
нню от стенок кристаллизатора к центру нарушается тем, что они
во время перемешивания обламываются. Падающие вниз обломки
кристаллов, увлекаемые электродинамическими силами с поверх¬
ности внутрь расплава, могут служить дополнительными центрами
кристаллизации.Слитки, затвердевшие в зоне воздействия электромагнитного
поля, характеризуются не только большей однородностью, ко и
более высокими показателями механических свойств.
ГЛАВА ТРЕТЬЯ
ЛИТЕЙНЫЕ СВОЙСТВА| (11 1 О&ЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯНе все известные сплавы в одинаковой степени улобны для изго¬
товления нз них фасонных отливок. Иэ одних сплавов (оловянной
бронзы, силумина, серого чугуна н др.) без особого труда можно
получить фасонное литье заданной конфигурации и соответствую¬
щих свойств, нз других (титанопых. легированных сталей, специаль¬
ных бронз и латуней) получение; отливок сопряжено с большими
технологическими трудностями.Из определенной группы сплавов либо нельзя изготовить фасон¬
ные отливкн, либо для решения этой задачи требуется применение
специальных мер (например, литье я вакууме, применение защитных
атмосфер, высокое давление и др.).Возможность и трудности получения иэ металлов и сплавов до¬
брокачественных тонкостенных отливок, сложных по форме или
крупных по размерам, без раковин, трещин, пригара и других ли¬
тейных пороков, предопределяются их литейными свойствами.■ В общем случае лігтейнце свойства представляют собой показа¬
тели или величины, характеризующие поведение металлов и спла¬
вов прн изготовлении нз них отливок.Таким образом, литейн/ями свойствами являются такие техно-
іагические свойства металлов и сплавов, которые прямо и непосред¬
ственно влияют на получение качественных отливок заданной кон¬
фигурации на эксплуатационные показатели и получение поверх¬
ностей необходимого качества.Значение литейных свойств очень велико и определяется сле¬
дующим :1)	прн изыскании и разработке новых литейных сплавов следует
останавливаться на таких композициях, которые обеспечивают наи¬
более благоприятное сочетание рабочих и литейных свойств;2)	лнтеЛиыс свойства сплавов должны учитываться всякий раз
прн конкретной разработке технологического процесса отливкн:
во всех случаях ігри прочих ранных условия* Cvirayei 01 даваї ь пред¬
почтение сплавам с лучшими литейными свойствами:3)	в процессах создвкня и проектирования разнообразных кон¬
струкций и деталей необходимо «меть в виду, что надежность
и долговечность изделий н значительной степени нредопреае-
ляются литейными свойствами испо.іьзуеиого ДЛЯ ИТ изготовле
мня сплавеЛитейные свойства проявляются в области жидкого состояния,
прн затвердевании, в жндко-твердой и твердо-жидкой областях и
в твердом состоянии.Номенклатура литейных свойств в зависимости от уровня про¬
изводства литейных сплавов к общего развития техники может со
временем меняться *.Лнтгнные свойства, с одной стороны, могут совпадать с физиче¬
скими нлн химическими свойствами сплава (например, температуры
ликвидуса и солидуса. вязкость, склонность к поглощению гаэоп
и др.), а с другой, — они могут представлять собой тот или иной
сложный комплекс физических и химических свойств '(например,
жндкотекучесть, трен;шюустоґічпвосіь, ликвация н др.).Некоторые литейные свойства сплавов должны рассматриваться
я связи со свойствами литейной формы, так как дли одного н того
же сплава литгйные свойства в зависимости от свойств формы могут
проявляться по-разному.Нижеперечисленные физические н химические свойства сплавов
к литейных форм непосредственно связаны с литейными свойствами:1)	критические температуры (ликвидуса, лернтехтических пре¬
вращений. солидуса, образования эвтектики, иитерметаллндных
фаз, фазовых превращений); тип диаграммы состояния;2)	плотность и удельные объемы (в жидком состоянии, в усло¬
виях покоя, массо- н теплоперскоса; при затвердевании, в условиях
двухфазного состояния и питания, при остывании и др.);3)	коэффициент объемного и линейного расширения н сжатия
(в жидком и твердом состояниях и др.);4)	динамическая н кинематическая вязкость в жидком н жидко-
твердом состояниях (в условиях покоя, а танже в условиях лами¬
нарного н турбулентного движения);5j поверхностное и межфазпое натяжение (в ^кидком и жндко-
твердом состояниях, на поверхности раздела с маточным раствором,
различными металлическими н неметаллическими поверхностями);С) скрытая теплота кристаллизации и смешения, а также фазо¬
вых превращений в твердом состоянии;7)	теплоемкость (для сплавов в жидком состоянии, прн затвер¬
девании н остывании, для материалов литейных форм прн различ¬
ных температуре н плотности);8)	коэффициент теплопроводности (для сплавов в жидком со¬
стоянии я условиях покои н различной степени развития коияскткв-*	!1|Ш .ЧсждуиарилшЯ ийщсстм литеГпцнхоа и различных яаинональны!
научно-инженррних аЯіцесівах, в том числе н в СССР, нкеюкя постоянна
действующие специальные комиссии по .штейны* свойства* сплавов. Эти
комиссии эанныаюгсм рлраЛоткой п уточнением номенклатуры лнтеАкых
свойств, ныраЛоткой рекомендаций по оЛщнч методикам м.х определения. а так¬
же установлением сити между рямн'ишкн показателями свойств и т. о.$7
ных потоков; лри затвердевании н остывании для материалов литей¬
ных форы при различной температуре н плотности, а также амнмо-
лействкя со сплавом);9)	коэффициент температуропроводности, теплоаккумуляцнн и
тепловой активности (для сплавов, как известные произведения
плотности, теплоемкости, теплопроводности в различных условиях,
а для формы также в зависимости н от температуры заливки, тол¬
щины стенок отливкн н формы и др.);10)	модуль упругости (при остывании от области твгрдо-жндкого
состояния до нормальной температуры);11)	пластичность и сопротивление пластическим деформациям
сплавов (при остывании от области твердо-жидкого состояния до
нормальной температуры) к фнэнко-мсханкческнг свойства форм;t2) электропроводность нлн электросопротивление <в области
«идкого н твердого состояний);13) магнитная восприимчивость (в области жидкого н твердого
состояний);И) плотность и скорость распространения ультразвука.Номенклатура литейных свойств. Ниже при¬
водится номенклатура литейных свойств металлов н сплавов. Эти
свойства являются решающими при оценке сплава в качестве ма¬
териала для изготовления литых изделий соответствующей конфи¬
гурации тем нлн иным методом:1)	жкдкотскучесть (она предопределяет способность металлов
н сплавов заполнять полость литейной формы и точно воспроизво¬
дить в отливке ее очертания. С ней связаны и другие явления, имею¬
щие место в процессе формирования отливкн);2)	усадка (объемная в области жидкого и жидко-твердого со¬
стояния; объемная при фазовых изменениях, объемная к линейная,
литейная в области твердо-жидкого и твердого состояний) и склон¬
ность к образованию усадочных раковнн и газоусадочкой пори¬
стости (включая герметичность сплава и протяженность питания;
объем, форму н расположение раковнн и пор, к которым также от¬
носят субмикроскопнчсскнс норы н др.*):3)	склонность к поглощению га юв п образованию газовых вклю¬
чений (имеется в виду предрасположенность к поглощению г;иои
при плавке н разливки на воздухе э различных средах, под дэпле
ннем и разрежением, а также пленообраэооанне) *•;4)	склонность к образованию неметаллических включений (со¬
став, количество, форма и расположение в отливке, характер вклю¬
чений в зависимости от природы сплава, условий плавки, раз -
лнвкн и др.);*	Склонность к оОрааоианию усадочных раковин и гаэоуодочиой пори
СТССТИ ИНОГДА ВЫХе.ЛиЮТ в санштоятгльнпе .1НТСЙи ос свойство.** Вопросы кристаллизации, віанчод«мс:піія четал.юн к еллл.пъ с газачи,
а также образования іісчги.і.'.ич« кн« включений били разобраны во второй
глав* ы ниже повторяться не будут.«
5)	особенности строения первичной и вторичной кристаллизации
ыакро- и микроструктуры (влияние состава сплава, условия плавки
и разливки, модифицирования и других видов обработки);6)	трещкноустойчивость и трещинопоражаемость (при затвер¬
девании кристаллизации, остывании и термической обработке);7)	образование литейных напряжений *;8)	склонность к ликвации (имеется в виду химическая неодно¬
родность пах в макро-, так и в микрообъемах, формирующаяся в об¬
ласти интервала затвердевания и сстывания, а также прн термиче¬
ской обработке).В связи с расширяющимся првмеиеннем для изготовления от¬
ливок различных сплавов с повышенной химической реакционной
способностью предложено ввести в номенклатуру литейных свойств
активность взаимодействия cruaeos со средой и формой (в области
жидкого состояния, затвердевания, остывания и прн термической
обработке).( 111-2. ЖИДКОТЕНУЧЕСТЬЖидкотекучестыо принято называть способность металлов и
сплавов в жидком состоянии течь по литейной форме и заполнять
ее полости, образующие отливку.Хорошая жидкотекучесть не тать ко имеет значение для воспро¬
изведения в отливке литейной формы, но н способствует проведению
всего комплекса мероприятий по получению плотных высококаче¬
ственных отливок (улучшает условия вывода за пределы отлнвкн
усадочных раковин, уменьшает опасность образования всех видов
пористости, трещин и т д.).Прн сравнении жндкотекучсстн различных металлов и сплавов
предложено (Ю. А. Нехендзн) различать истинную и практическую
жкдкотекучесть.Истинная жидкотекучесть — зги та, которая определяется для
разных металлов и сплавов прн одинаковой величине перегрева
над температурами наступления нулевой жнлпотокучестн.Нулевая жидкотекучесть наступает тогда, когда металл или
сплав перестает течь, находясь только под металлостатическим
напором.Для сплавов нулевая жидкотекучесть наступает в интервале
лихвндус — сол иду с, в момент, когда вязкость резко возрастает
из-за образования некоторого количества твердой фазы.Практическая жидкотекучесть — это та, которая измеряется
прн одинаковых температурах заливки независимо от величины
перегрева выше температур нулевой жндкотекучести и ликвидуса.В производственных условиях трудно установить температуру
наступления нулевой жндкотекучестн В этом случае для сравнения*	Часто рассматривается соимсстго с вопросим трещіноустиічімсти
м ірс.'іданопоі‘л*4ечосп<.
улобнсе определять ЖНДКОК'КучеСТЬ П^Я Одинаково)!^ перегреве
нал температурой ликвидуса. Жн^киШ^гчссть, измеренную и таких
условиях, называют уе.ювно истинной жидкотеї^ісстію.Природа жидкотекучести очень сложна и зрбіїчт от многих фак¬
торов. Эти факторы могут быть условна! разделены на три группы.К первой группе относятся факторы, связанные си свойствами
н строенном металлов н сплавов в жидком состоянии (природа сплава,
внзкость. поверхностное иатнженне, наличие включений, особен¬
ности кристаллизации и строение образующейся твердой фазы,
теплоемкость, теплопроводность и др.).Вторая группа охватывает ряд факторов, непосредственно свя¬
занных со свойствами формы.К третьей группе можно отнести факторы, определяющие усло¬
вия заливки, подвода жидкого металла к полости формы и внешнего
воздействия на форму во время заливки.В общем случае анализ условий заполнения литейкой формы рас-
планом приводит к следующей зависимости *:'где с — теплоемкость жидкого расплава;Тш — температура перегрева над температурой ликвидуса;
7", — средняя температура расплава за период заливки
формы;7".р -- средняя температура формы;// — теплота крнсталлнзгцни, выделенная на единицу
объема прн охлаждении до температуры 7",,.Tt — температура, при которой наступает пулевая жидко-
текучесть;о	— средний коэффициент теплоотдачи с поверхности рас¬
плава;
р — периметр есчсння;—	средний объем пробы на жндкотекучесть;
р — плотность.Приведенная выше формула даст качественную характеристику
влияния различных факторов на жидкотекучесть.Существенное значение имеет выяснение времени, в течение
которого жидкий металл нлн сплав сохраняет способность к дви¬
жению.В зависимости от температуры эаливкн и толщины стеики расчет
этого времени можно производить по формуле Ь Б Гуляеват ^ARVST.' Подробнее си : А А Рыжикои. Гсорет>ч«скне основы ліітсімюги про-
юаодстни Машгн), 1961.90
где ї — допустимая продолжительность течения металла в фор
ме, сек,А — постоянная для данного сплава величина;
р _ радиус, или полонина толщины стенки, отливки;ДТ -- перегрев над температурой ликвидуса. "С.Если поток жидкого металла будет течь по полости технологи¬
ческой пробы для определения жндкотекучестн, то мерой величины
жндкотекучестн может быть длила прутка L, которая была запол¬
нена ДО OCT8HODK1I течения (рнс. 30).При рассмотрении технологической пробы можно замеліть, что
на некоторой части в копне пробы сечение затвердевшего металле
оказывается суженным на длине /.Длину L — /, на которой не наблюдается сужения сечения
иногда называют мерой 4 ормоэа по am не мости, или формоеоспроиэво
димости, Г.Формозаполннемость Г
можно оценивать как отноше¬
ние (в процентах длины участ¬
ка L — 0 к общей длине L.
на которой прекратилось дви¬
жение расплаваF =1-і100%.Определенной зависимости между жндкотскучестью и формоза-
лолняемостью не установлено.Жидко текучесть и характер крнсталлк-
з а ц и и. Механизм течения >< остановки металлов и сплавов для
условий образования различных кристаллов представлен на
рнс. 31—34. Из сравнения схем затвердевания различны! сплавов
следует, что при нктенешшом развитии дендритной кристаллизации
прекращение жндкотекучестн наступает даже при незначительном
количестве выделившейся твердой фазы.Количество твердой фазы, при которой наступает нулевая жид-
китекучесті., может быть различным в зависимости от строения и
размеров первичных кристаллов Например, в обычных условиях
заливки нулевая жидкотекучесть у стали н чугуна наступает соот-
вететиенно при 20 и 30% твердой фазы (Ю. А. Иехендзн). Дли тече¬
ния сплавок, содержащих несколько компонентов, характерно на¬
личие tvx же 1 зон. что н при течении чистых металлов (см. рнс. 32).
Ялина I зоны зависит от степени перегрева, зоны И — от времени.
а течение которого расплав проходит зону I. По этой причине
псрегрсо эффективно повышает жндкотекучссть таких сплавов, ко¬
торые характеризуются высокой жидкотекучестью при температуре
ликвидуса (например, для эвтектических сплавов). Здесь перегрев
увеличивает зону I и зону II, так как в ней происходит нкгеиенв-•I
иое расплавление образующихся у стенок кристаллов твердой фазы
Наоборот, для вязких сплавов, характеризующихся невысокой жнд-
котекучестью прн температуре ликвидуса, зона I может быть такой
же. как н в предыдущем случае, но зона II мала.Чнстые металлы и большинство эвтектических сплавов затверде¬
вают с резко очерченных фронтом кристаллизации и характери¬
зуются лучшей жнлкотекучестью. чем сплавы, образующие твердые
растворы н кристаллизующиеся в интервале температур.У тройных сплавов эвтектического состава отмечается большая
жндкотекучесть. чем у двойных эвтектических сплавов.Наличие в металлах и сплавах примесей может в одних случаях
ухудшать жндкотекучесть, а в других улучшать се. Модифициро¬
вание в некоторых случаях значительно улучшает жндкотекучесть.Вместе с тем есть сплавы, у которых модифицирование умень¬
шает жндкотекучесть (например, сплавы системы А*—Si). Наличие
в алюминии незначительных количеств железу, кремния и тктана
приводит х заметному ухудшению жндкотекучести, а паличне
в силаве легкоплавких звтеклік улучшает жндкотекучесть.Иногда величина жндкотекучести связывается со степенью пе¬
реохлаждения Установлено. что при заливке в металлические
формы заэмекткческнх алюминиевых сплавов наблюдается боль¬
шая жидкотекучгсть. чем у эвтектических.Улучшение жидкотскучссти серого чугуна с увеличением содер¬
жания фосфора связывается не только с увеличением количества
тройной фосфндиой эвтектики, но и с увеличением степени переохла¬
жден И В чугуна, что соответствует увеличению времени течения
чугуна в виде идеальной жидкости.Жндкотекучесть и вязкость Текучесть почти
любой жидкости связана с вязкостью обратной зависимостьюКак было показано выше, прн прочих равных условиях вязкостьVжидкости в свою очередь зависит от температуры (ц = Не іт\
я от наличия я ней суспендированных частиц (для металлических
литейных расплавов такими частицами могут быть графит, окислы,
карбиды, нитриды я т. л ).Вязкость жидкости повышается линейно с количеством (объемом)
суспензий и не зависит от размера самих частиц (см. стр. 28).Следует отметить, что сама no себе вязкость жидкости не мешает
формозаполняемости Известно, чти весьма вязкий алебастр и почти
твердые смолы н пластмассы могут хороню заполнять формы, в ко¬
торых они растекаются поз лейетаием свогги собственного веса.
Для этого требуется лишь некоторое иремя. Металлические расплавы
в момент заливки в литейные формы имеют вязкость, мало отличаю¬
щуюся от вязкости воды при обычной температуре. Однако благо¬
ві
ларя больший ■теплоотдаче жнлкнА расплав бистря становится
более вязким, к это приводит к уменьшению скорости его движения
в литейной форме. Если бы удалось поддерживать высокую темпе¬
ратуру перегрева расплава в течение всего времени движения его
ло каналам формы, то нетрудно било бы получить и з относительно
вязких литейных расплавов очень тонкие отливки.Экспериментально било установлено, что ц отличие <тт текучести
жидкотскучесть не зависит от вязкости и определяется, главным
обрезом, интервалов кристаллизации.Жидкотскучесть и поверхности о с- натя¬
жение. Способность металлических расплавов заполнять полости
формы связана и с поверхностным натяжением.Чем больше поверхностное натяжение, тем меньшей жндкотеку-
честью будет характеризоваться расплав. Значение поверхностного
натяжения проявляется тем в большей степени, чем тоньше полость
литейной формы.Ж и д к о т с к у ч с с г ь и характер движения,
расплава. Жидкотскучесть зависит от характера движения
потоки. Прн турбулентном движении она будет меньшей, чем при
ламинарном. Как известно, потеря расплавом способности лами¬
нарного движения прн прочих равных условиях зависит от чиеда
Рейнольдса Re. Это число является безразмерным и характеризует
течение жидкости. Оно зависит от характерной скорости и данной
жидкости, от ее плотности jj, динамического коэффициента вязкости
р и характерного линейного размера /:Ламинарное движение переходит в турбулентное, если число Рей¬
нольдса превосходит некоторый критический предел:где d — диаметр канала:v = — кинематический коэффициент вязкости.Чем меньше значение числа Рейнольдса у литейного сплава,
тем он легче переходит из ламинарного в турбулентное движение.
Число Re для стали в два рпэа меньше числа Re для чугуна.
Из этого следует, что сталь может перейтн из ламинарного в тур¬
булентное движение легче чугуна..Методы определения жндкотекучести.
В практике лля определения жидкотекучестн металлов и сплавов
MfHiui'HBirrr &vh-iu<*h> колнчіспю ра.т-ничных проб. Всі- эти проби
можно свести к т|х-м основный тнпау. а именно:1)	пробы с постоянным сечением каналов в виде прутков нлн
клиньев;М
2)	пробы, имеющие каналы сложного сечения в виде U- и Ш-об-
раэных, винтовых н т. п.;3)	пробы с каналами переменного сечения в в иле клиньев и др.
К первому типу проб относится спиральная проба (рис. 36),получившая наибольшее распространение для определения жилко-
текучести стали, чугуна и сплавов цветных металлов. Она состоит
из чаши /, через которую н форму заливается металл, фильтру 2,деления жидкотекучесга	для определения жкдкотгк)--лической форые {Ю А. Не-
х?ндз». А А- Сахарин,' С. К. Кактевик!стояка 3. металлолрнемниха 4 и спирального канала 5 трапецеи¬
дального сечения с небольшими выступами 6.О	величине жндкотекучестн cy.irfr по пути, пройденному жидким
металлом ло затвердевания, т. с. по длине прутка. Небольшие вы¬
ступы 6, нанесенные через 50 мм, облегчают измерение спирали
(прутка). Спиральный канал позволяет получить длинные прутки
п сравнительно небольших по габаритам формах.Ко второму типу проб откосится 1)-обраэная (рис. 36). выпол¬
ненная в металлической форме.Металлическая форма пробы имеет рид существенных преиму¬
ществ по сравнению с формами, наготовленными из песчано-глини¬
стых формовочных смесей. Эти преимуществе особенно сильно см¬
аиваются при применении ее для определения жндкотенучестк
стали непосредственно на рабочей площадке сталеплавильной
нечн, когда приходится делать много определений, что потробоиало
бы изготовления большого количества неудобных в обращении
песчаных форм из одинаковых по качеству ма¬
териалов, Канал металлической формы подк-р.
гают механической обработке, что обеспечивает
хорошую гладкую поверхность его. Металличе¬
ская проба может при правильной ее яксплуата-
цнн выдержать несколько сотен залннок.Высота подъема металла я канале пробы яв¬
ляется количественной характеристикой жидко
текучести.К этому же типу проб относится проба с при*
мснснием вакуума. Она состоит из стальной труб¬
ки, диаметр отверстия которой 6 мм1, но трубке
металл поднимается вследствие созданного в ней
разрежения (90 мм рт. ст.). По высоте подъема
металла судят о жндкотекучестн. Этот метод
имеет преимущество по сравнению с обычными
метолами заполнения металлом различных по
форме и сечению каналов а том. что отсутствует
влияние первоначальной скорости заливки на
точность и поспроизведсннс результатов.В ЦНИИТМАШс разработана и при опреде¬
ленных условиях с успехом применена для оп¬
ределения жндкотекучестн стали винтовая проба,
отбираемая непосредственно из печи погруже¬
нием в ковш или в форму с одновременным изме¬
рен «ем температуры. Такая проба (рис. 37) вы¬
полняется в виде стержня I с винтовыми кана¬
лами 2 трапецеидального сечения 4x8*7 нэ
нссчано-глнннотой смеси на жидком стекле. В се¬
редине стержня пропускается термопара 3, обес¬
печивающая одновременное определение темпе¬
ратуры. Величина жндкотекучестн устанавли¬
вается в зависимости от пути, пройденного металлом по винтовому
каналу пробы. К преимущестпам данной пробы следует отнести
хорошее воспроизведение результатов, высокую чувствительность,
позволяющую определить жидкотекучесть ниже температуры ли¬
квидуса вплоть до нулевой жндкотекучестн.К третьему типу проб относится клиновая пробл; сущность
определения жндкотекучестн по этим пробам сводится к следую¬
щему: полость формы в виде клина (рис. 38) заполняется жидким
металлом, который проникает в зависимости от жндкотекучестн на
определенное расстояние Ііока^зпііеи жидкогекучееіи іиа рнс.Рис. 3). Виїїіивая
проба для опреде¬
ления жадкогеку-
чести стали (В. Г.Грузим)
обозначено /) является зазор, образующийся между вершиной ко¬
нуса формы и закругленной вершиной затвердевшего металла.На рис. 39 показана собранная металлическая шариковая проба,
состоящая из двух половинок /, шарика 2 диаметром 20 мм н клино¬
образной ііланкн 3. Металл заливается
через воронку 4 н поступает в полость
формы через литниковый канал 5, за¬
полняет полость формы и подтекает в
пространство между пленкой J к шари¬
ком 2, по не заполняет всего простран¬
ства, оставляя отверстие. Жкдкотеку-
честь характеризуется в этом случае или
площадью отверстия, нлн диаметром его.По сраинеиию со спиральной пробой
эта проба имеет некоторые преимущества,
к которым относятся;1)	постоянство объема жидкого металла, подвергающегося испы¬
танию. так как объемом, подтекающий под шарик, можно пре¬
небречь:2)	возможен подогрев формы, благодаря чему можно исключить,
особенно для сплавов с низкой температурой плавления, мнение%3d. Меновая проб*
определенна шндкоте-на показатель жилкотекучестн процесса кригтдллтямни при чя-
полиеннн полости формы;3)	дает наглядное представление о толщине сечения отливок,
которое может быть заполнено прн данных условиях, а также поза»
ляет сравнивать способность заполнения тонких рельефов.97
По большинству нз »тнд проб можно судить к о фор.чоэапол-
няемости.Рассмотренные способы определения жидкотекучести не сравни¬
ваются количественно: каждый из них является самостоятельным.
Но качественная характеристика, т. е. хорошая нлн плохая (высо¬
кая нлн низкая) жидкотекучесть металла нлн сплава, может быть
дана. Например, при намерении жидкотекучести углеродистой
стали были получены максимальные показатели 180 мм, наряду
с этим получились минимальные показатели отдельных замеров
в дО—100 мм. Прн намерении жидкотекучести той же стали по спи¬
ральной пробе были получены показатели соответственно 450 мл
и 130 мм. В том и другом случае первые измерения дают возмож¬
ность судить о хорошей жидкотекучести. во втором - о плохой.Заслуживает внимания комплексная проба (Ю А. Нсхсидэн),
являющаяся развитием U-образноА формы. Эта проба поэполяет
определять одновременно жидкотекучесть, свободную и затруднен¬
ную линейную усадку, склонность к трещпнообразованию. остаточ¬
ные литейные напряжения и объем усадочных раковин н газоусадоч-
ной пористости.В табл. 9 приведены данные о рекомендуемых типах проб на
жидкотекучесть для основных литейных сплавов.Серый чугун
К'оькнй чугун
Углеродистая сталь
Легированная стальМагниевые сплавиБронзы оловянные
Бронзы беэоловянные
Лагуни обычные
Латунм специальныеПрутковая, L'-обрзэкая, Ш-обраіная
I,'-образная, аннтоаая, вакуумная,
прутковая
Спиральная, винтовая, вакуумная иСпиральная, клиновая, шариковая яСпиральная, клиновая
СпиральнаяСпиральная, шариковая и др.| Ill-З. УСАДКАУсадкой называют сокращение линейных размеров н объема
материалов вследствие потерь влаги, уплотнения, затвердевания и
других процессов.Применительно к отливкам усадкой принято называть процесс
уменьшения линейных размеров и объема прн нх охлаждении, на*
чипая с некоторой температуры жидкого металл* в литейной форме
до температуры окружающей среды.Усадка относится к числу важнейших литсАных свойств, так
как с ней связаны основные технологические трудности в производ¬
стве фасонных отливок.Следует различать три основных периода усадки:.1) в жидком
состоянии до наступления температуры кристаллизации; 2) при
датвердееонии в процессе кристаллизации (в температурном интер¬
вале ликвидус — солндус); 3) е твердом состоянии.Принято также различать линейную t„a и объемную ev, усадку.
Обычно линейную и объемную усадка выражают ие в абсолютных
вивченнях, а в относительных процентах:где U — соответствующий линейный размер литейной формы;<о — размер отливки после затвердевания но тому жі* направ*
лению прн обычной температуре;—	объем формы;Vt — объем отливки при обычной температуре.Линейная усадка. В процессе охлаждения жидкого
металла или сплава в литейной форме образуется корка (прн после¬
довательном эатеердеминн) или скелет из кристаллов (при объем¬
ном затвердевании). По мере отдачи тепла в окружаюиіую среду
температура затвердевшей корки нлн скелета кристаллов пони*
жается н в результате этого происходит сокращение линейных раз¬
меров отлнвкн.В некоторых металлах н сплавах прн определенных условиях
могут иметь место фазовые превращения (например, у чугуна —
графктнзацня), выделение газов (иапример. у стали и других сплавов
вследствие резкого уменьшения растворимости выделяется водород)
и другие явления, которые сопровождаются ростом объема к увели¬
чением линейных размеров отлнвкн. Такое увеличение размеров на¬
зывают предусакнным расширением.Величина линейной усадки (илн расширения) определяется изме¬
нением температуры, коэффициентом линейного расширения и коэф¬
фициентом. характеризующим изменение обтема твердой корки
в процессе фазового перехода (если он происходит!.Выше было показано, что интенсивность охлаждении отливки
определяется критерием Био. В случае относительно малой интен¬
сивности теплообмена (Ві < I) перепад температуры по сечению
отлнвки ничтожно мал и усадка полностью определяется коэффи¬
циентом лннейного расширения металла или сплава.При относительно большой интенсивности теплообмена (Ві I)
к концу затвердевания в отливке возникнут большие перепады тем¬
пературы. Только в последующее время произойдет выравнивание
температуры к перепады исчезнут. Вследствие перепада температуры
усадка ранных частей отливкн будет протекать различно. Резуль¬
татом этого будет образование остаточных напряжений, которые
могут привести к короблению н изменению величины усадки.С увеличением интенсивности теплообмена линейная усадка от¬
ливки' заметно возрастает.Интенсивность охлаждения отливкн определяется геометриче¬
скими н термофнзическимн свойствами литейной формы. Наиболь¬
шая интенсивность имеет место при использовании тонкостенных
металлических волоохлажлаемых форм (в условиях кипения волы),
затем следуют обычные металлические формы, металлические формы,
покрытые краской, смрые песчаные м сухие песчаные формы.Обычно усадка сопровождается образованием зазора между от¬
ливкой и стенками литейной формы. Такой зазор, заполненный го¬
рячим газом, может сильно снизить интенсивность теплообмена.Таким образом, с увеличением начальной интенсивности тепло¬
обмена скорость падения интенсивности теплообмена в процессе
уса.пкн возрастает.При малой интенсивности теплообмена усадка практически не
оказывает влияния на ннтенснвностъ теплообмена.Существенное влияние на величину линейной усадки оказываю?
величина температурного ннтерввла кристаллизации, пластичность
сплава и многие другие факторы.Установлено (А. А. Бочвар, Ю. А. Нехендэн), чти линейная
усадка начинается не с моменте полного затвердевания отливки,
а несколько раныие, когда образуется достаточно прочный скелет
ил соприкасающихся дендритов, способный противостоять давлению
жидкого металла.Следовательно, температура начала линейной усадкн находится
между температурами ликвидуса и солндуса.Только для чистых металлов начало линейной усадкн совпадает
с критической температурой.Применительно к сплавам, затвердевающим в интервале темпе¬
ратур, установлено, что усадка начинается тогда, когда процесс
первичной кристаллизации прошел примерно на 75 + 95%, т. е.
когда количество оставшейся жидкой фазы составляет 25 ■+■ 5%.Ту часть температурного интервала кристаллизации между ли¬
ниями ликвидуса и солндуса, при котором начинается линейная
усадка, наливают эффективным интервалом. Усадка. развиваю¬
щаяся выше эффсктноного интервала в виде линейной усадкн. не
реализуется.Предцеадччние расширение пожег существенно сказаться на ве¬
личине усадки. Особенно большое значение оно имеет у высокоугле-
родиешх сплавов. когда имеет место процесс графитиэацин. Наблю¬
дается оно н у мноіііх легированных, а также средне- и высокоугле¬
родистых сталей.100
Величина предусадочного расширения у зтнх сплавов заметно
уменьшается, если их подвергнуть вакуумкрованню. чтобы удалить
газы.Предусадочное расширение оказывает влияние на объем уте-
лопиых раковин и склонность сплава к образованию трещин. С уве¬
личением предусадочного расширения объем усадочных раковин и
склонность к образованию трещин уменьшаются.ЛнтеПная усадка. Литейной усадкой называют раз¬
ницу между линейными размерами модели 1и н отливкиел = • 100*/,.Литейная усадка отличается от лннейвой, так как ока зависит
не только от свойств и состояния металла или сплава, но н от кон¬
струкции ҐГТЛІІВХН, консфукцнн формы и некоторых других фак¬
торов.Сопротивление свободному уменьшению линейных размеров
может оказывать литейная форма. Оно связано с наличием трения
отливки и стенок формы, наличием различных выступающих чаетеfi
отливки и т. п. Такое торможение усадки называют механически*.
Наряду с механическим отливки могут испытывать термическое
торможение усадки, которое обусловлено различными скоростями
охлаждения отдельных частей отливки.Обычно сложные по конфигураилн отливки подвергаются сов¬
местному воздействию механического и термического торможения.В связи с наличием торможения принято различать своЛоднут
или затр!гдненні/ю усадку.Полная объемная усадка. Патан ибьемиаи усалка
любого металла или сплава при формировании отливки из
расплава, залитого в литейную форму, складывается нз усадки
металла в жидком состоянии tVi!, усадки при затвердевании е1л,
когда происходит понижение температуры от ликвидуса досолидуса.
и усадки в твердом состоянии eVt:*уп<>дI “ ь\'ш + *1', + 8П •Усадка металла в жидком состоянии определяется по формуле
»п.я«у. (*• -!.)■1-^0 пгв — средний объемный коэффициент усадки металла в жид¬
ком СОСТОЯНИИ.1Ж — температура жидкого металла или сплава;
t, — температура ликвидуса.Объемная усадка в интервале температур кристаллизации
>.хладиі«стся из усадкн при образовании іьсрдой фазы. т. е. в ре-
пльтате изменения агрегатного состояния усадки еще екчаю-
шейся жидкости и усадки образовавшейся твердой фазы ► ;,.101
Такни обрааом, усадка сплава в интервале мтверлеваяня можвг
быть выражена формулойеи “ *» + + *Vt-В связи с тем, что прн охлаждении сплава в интервале затверде¬
вания количество жидкой фазы меняется от единицы до нуля, а
твердой от нуля до единицы, условно можно считать, что во всем
интервале ликвидус — солндус (от /, до tj претерпевает усадку
половина общего объема сплава в жидком состоянии я половина
в твердой состоянии, т. е.*	Ги + ® Vt — - *** 3	— (lt — fc)-где ауж — средний коэффициент усадки жидкой частн сплвм в ин¬
тервале кристаллизации;
ov, — средний коэффициент усадки затвердевшей части сплава
в интервале кристаллизации;
ta — температура ликвидуса;
tc — температура солидуса.Усадка в твердом состоянии составляет
—/0),где —средний коэффициент объемного изменения в твердомсостоянии.Если пренебречь температурой воздуха и условно принять ее
равной нулю, то усадка в твердом состоянии составит«и = аи*«-Прн налнчни прсдусадочиого расширения усадка в твердом со¬
стоянии еи уменьшается тем больше, чем больше значение преду-
садочного расширении.Значения коэффициентов объемной усадки у различных сплавов
заметно различаются.Так, например, коэффициент объемной усадки жидкой стали
равен 0.9-|0*на Iе С, для жидкой меди эта величина равна 1,69*
ХІ0 4 на Г С. При затвердевании эти величины для стали и меди
соответственно составят 0,034 на 1 см9 и 3,9] • 10'* на 1 см?.Угадку при затвердевании для стали принимают равной 2,7 ■+■
+■ 3,0% от объема при нормальной температуре. В то же время
считают, что прн затвердевании серого чугуна усадки не проис¬
ходит.Усадка при затвердевании и полная объемная усадка сталн за¬
висят от содержания углерода. С повышением гпдгржанна углерода
они увеличиваются.Между линейной и объемной угадками существует определенная
заоиснмист!.. Она может быть установлена из следующего простого
выпода. Предположим, что происходит бесконечно медленное м-101
твердеаание куба с ребром, ранным 1 с.м. н что обминая усадка
проявится только в линейном изменении размеров по всем трем
осям куба. В этом случае после усадки размер каждого ребра будет
меньше 1 см на величину усадки е, т. е. он будет раней (1 — е).
После усадки объем куба будет меньше 1 см* и может Сыть найден
при возведении в кубическую степень величины (I—в):Величина уелдкн а представляет собой весьма малую дробь.
Квадратом н кубом этой дроби можно пренебречь. В этом случае
объем куба после усадки может быть принят равный
1-Зе.Вычитая эту величину яэ первоначального объема куба до усадки,
получаем величину, характеризующую изменение объема в резуль¬
тате объемной усадки:1	— (1 — Зе)-3б,т. е. объемная усадка в рассмотренном случае равна утроенной
линейной усадке.Физический процесс изменения объема с изменением темпера¬
туры является обратимым. При остывании жидкого расплава и пе¬
реходе его о твердое состояние происходит процесс, обратный тому,
который наблюдается при нагревании. На рис. 40 представлены
кривые, иллюстрирующие два случая изменении объема металла
при затвердевании. Первый (рис. 40, б), когда затвердевание со¬
провождается уменьшением объема во время кристаллизации, и
второй (рис. 40, в), когда уменьшение объема происходит только
в жидком и твердим сисюнниях, а во время кристаллизации объем
увеличивается. В реальных условиях кристаллизации литейных
шлавов наблюдаются оба случая.Усадочные раковины. Усадочная раковина — это
полость в металлическом слитке, фасонной отливке нлн прибыли.(1 — е)а ~ I + Зе -j- 3«* —е*.•фа**»	—— Объем	—Рис. 40. Кривые мтвердсыния металлов:(вьем103
образующаяся при нх затвердевании в реэулыате некомнснсируе-
мой объемной усадки.Большинство металлов н сплавов характеризуются в жидком
состоянии большим удельным объемом, чей в твердом. Если бы во
время формирования отлнвкн в литейной форме уменьшение удель¬
ного объема происходило во всех частях отливки одновременно,
то следствием усадки было бы только уменьшение размеров отливки
на пелнчнну. завлекшую от разницы удельных объемов в жидком
н твердом состояниях.В реальных условиях затвердевание некоторых частей отлквкн
в форме происходит неравномерно. Теплоотдача в окружающую
среду будет различной в зависимости от сечении отливок, времени
с момента начала кристаллизации и ряда лрупіх факторов. Когда
наружные слон отливки затвердеют к изменят удельный объем н
размеры, внутренние части могут быть еще в жидком состоянии.
В этой части отлнвкн, если она изолирована от источнике пополне¬
ния ее до полного затвердевания, в жидком металле образуется
усадочная раковина.Прн непрерывном лнтьс, охлаждении в кристаллизаторе к не¬
прерывной связи затвердевающей части слитка с источником жид¬
кости расплава, компенсирующим убыль жидкого металла в ре¬
зультате усадки, усадочная раковина не образуется п результатом
усадки будет равномерное изменение только наружных размеров.В том случае, когда в отлнвкс в результате усадки образуются
местные наружные уменьшения объема с образованием впадин и
вмятин снаружи (главным образом в верхней части), имеют дело
с внешними сосредоточенными (концентрированными) усадочными
раковинами (рнс. 41)Если усадочная раковнна расположена внутри отлквкн и со¬
средоточена преимущественно в одном месте, ее называют внутрен¬
ней сосредоточенной усадочной ракооиной (рис- 42).Иногда в слитках и отливках наблюдаются две (н Солсе) изоли-5оьа]|пыр друг от друга усадочные раковниы (см. рнс. 42 и 53, б).
'садочную раковину, расположенную под верхней (первичной).
называют вторичной. Вторичные усадочные раковины образуются
в местах отлнвкн, затвердевающих медленнее, чем те. которые
расположены выше.Относительный объем усадочной раковины может быть определен
по следующей формуле:V'p ” «и. + «v, — (»Wt — ««)•Учитывая приведенное выражение н выведенную выше связь
коэффициентов объемной усадки жидких металлов при затперлс-
ванин и в твердом состоянии с температурой жидкого металла
в форме к концу ззлнвкн, средней температурой к моменту образо¬
вания затвердевшей корки, ликвидуса и солндуса. можно прийти
к следующим выводам:н»
1)	размер усадочной раковины зависит от козффшшаїта усадки
металла или сплава а жилкой состоянии ок.я, который мпжет
изменяться а зависимости от природы н химического состава
сплава;2)	sew выше температура жидкого металла twin сплава к началу
затвердевания отливки (моменту образования поверхностной корки),
тем больше размер образующейся усадочной ракоанни. Эта темпе-Риг «7 Ниутргшаа сотри»
гоагпндя усааьоиа ра*ов»н1•	стальмом слитке. получекпом
к яимбпиароалчмпЯ dopwr
НО А Мс«тпп» к Л И Леви).Рис 41 Пімшняч cMptaotix»*-
ил усадочная рааолм »cr».»h-
ІІОИ СЛКТКЄ. ООЛуясИВОМ В КОИ
биимровікпо* £opvc. no»onapi
(Mpavetp* которой Сила метал-
ла<исяои. а «тора* іюдоааав аы
іголмиа с ломщью сухого ос<-
чаїсого егеряия (Ю A Н»іеа>-
дія «ЛИ. Леья):а) мороч» гтакої *»<Т« фср**.Єї (І«ч>м М(ШП<<НІ <u<raрвтура в свою очереди зависит от ряда факторов (теплопроводное™
самою сплава, температуры заливки. оіг-одоЛ скорости заполнения
форми, интенсивности теплоотвода);3)	величина усадки при затвердевании aVJ мвисит только о*
природы и состава сплава и не поддается никакому внешнему техно
логическому воздействию;4)	чем интенсивнее охлаждение отливки в твердом состоянии,
тем меньшей будет средняя температура затвердевшего металл* или
силам к моменту затвердевания последнею объема жидкости и.
как следствие, объем усадочной раковины уменьшается.IU6
Как правило, в условиях реального производства в одной и той
же отливке можно встретиться с различными видами проявления
объемной усадки.В идентичных условиях производства при одинаковой конструк¬
ции отливок характер усадочных раковин для разных сплавов раз¬
личен (рис. 43).Прн большой гаэосодержаинн
сплава и образовании газовом по¬
ристости усадочная раковина может
и не проявиться.На рис. 44 показана связь теп-
лофнзическнх свойств сплавов н
формы со скоростью затвердевания
н. как следствие этого, различное
проявление в отливках объемной
усадки.Характер усадочных дефек¬
тов, проявляющихся в отливках
в виде усадочных раковин н по¬
ристости, определяется характером
кристаллизации и положением
сплавов на диаграммах состояния.
В тех случаях, когда затвердевание
отливки происходит сплошными не¬
большими слоями малорааветвлен-
ных дехдрнтоя, жидкий расплав
а течение большей части време¬
ни кристаллизации имеет доступ
к любому месту в кристаллизую¬
щемся слое. В результате этого
затвердевающие слон будут плот¬
ными, а убыль металла в отливке
вследствие уменьшения объема в
процессе усадки выявится в виде
отдельных концентрированных уса¬
дочных раковин в местах, затвердевающих последними.По мере увеличения толщины затвердевающего в единицу вре¬
мени слоя ветви соприкасающихся денлрнтов будут препятствовать
доступу жидкой фазы в образующиеся междендрнтные пустоты.
Через некоторый отрезок времени наступит момент, когда обра¬
зуется полная изоляция жидкой фазы от основного объема затвер¬
девающего металла. Этот объем, лишенный «питания», окон¬
чательно затвердевает с образованием маленькой усадочной
раковины.Металлы и эвтектические сплавы, затвердевающие при постоян¬
ной температуре, как правило, образуют сосредоточенные усадоч¬
ные ракоиины н получить нэ них плотные отливки легче, чем изтРис 43. Характер усадочных ра¬
ковим а одних в тех жсотлкнмх и»
различных сплавов:
сплавов. аапердеааюшнх в большом интервале температур, более
склонных к образованию многих мост с мелкими усадочными рако¬
винами (усадочной пористостью
и рыхлотоА).Прн обычном осмотре отлив¬
ки из таких сплавов могут ка¬
заться плотными, вез сосредото¬
ченных усадочных раковин По
более тщательное исследование
макроструктуры позволяет всег¬
да обнаружить междендритные-
усадочные поры, соединяющиеся
между собой и приводящие к
потере герметичности. Ия этого
следует для практики производ¬
ства отливок сделать важный вы¬
вод, злключающнйся в том, чго
применение таких сплавт для
отливок, от которых требуется
повышенная герметичность, не
желательно.Большое влияние ха условия
формировании усадочных рако¬
вії» оказывает давление. Рас¬
смотрим условия влияния давле
ння на точки / и 2 в отливке,
представленной на рис. 45.Если на поверхности затвер¬
девающей отлнвкн не образуется
заївердевишя корка, то точки /
її 2 будут испытывать общее дав¬
ление г^щ. складывающееся из
давления на кристаллизующийся
расплав petp ср (атмосферное нлн
большее) и давления столба жид¬
кого расплапаPetm = Awf.tp +Рм.мї-Чем ближе расположены в
ОТЛНВКЄ участки К поверхности. МО; t - 1 — літуїь iwft Си в 40%
тем МСН ЬШНЧ будет давлен не на-за	сталь* I »’*•"« - «исмоугл*^уменьшения p^.w Очевидно, да-	(в S^'mIVвлелне НА точку / бупет ПО Vmft « -	■ п... С»>;причине большим, чемдадление ' «'’S'»»* а<): // Срони
на точку 2.Вместе с тем, чем больше давление PoSm, испытываемое данным
участком отливки в момент кристаллизации, тем с большей силой» 7 3 6 і 6 Г 8 S С нРис. 44. Продолжителынхть затверди
мина отливок (квадратного ссчвння
размером oKD.no 180* ІвО мм) трал-
личных сплавов а пкчаних и кетал-
лктсекмх формах (Брандт, Бишоп.Пеллкки):и) »р**>
f»> ЛГ r ПрНЖНМІІЬСИ Ж К Д кий pcrn.ua к кр«стяллюуюшеууся слом
и тем благоприятнее будут условия ал я ваполнеиия металлом уса¬
дочных пустотЧей бОЛЫНГ скорость ОДЛВЖДСНИЯ. тем MCHbUJCC давление потре¬
буется дли получения плотноА отливки без усадочных раковин
н пор Аналогично влияет н интервал кри-
сталлммцин чем он «тыл*, гем также мгнь-
ШНМ должно быть давление, иужииг дли по¬
лучения плотной отливкиНа отлквках часто наблюдается прогиба-
кис верхней корки ытвердевше/о нал уса
точной раковиной металла (рис 46). Это ■»
ляется следствием разности даплем.іП: боль-
шего атмосферного и меньшего вмутрн при¬
были Подобные немжеш'ч контуров отлнакн
часто иабіюляюгея н на других плоскостях
Использован но внешнего давлении являет
с* олпоА лз наиболее эффективных мер полу¬
чения плотных отливок и а сплавов, крисіаллизуттмхся в Лцлииом
интервале температурОпределенное мняние на образование усадочных ракояни
•жа^влют |аэы. выделяющиеся в процессе крнсталлпмиш на рас
ал а во. Эти іаіьі в огличне от тех. ко-
mpuc. успели, выделиться н* жидкого
расплава до начала кристаллизации, уда¬
ляются г большим трудом. Даже про^
івижеиие нх в образующиеся усадочные
рлковнны О известной степени затруд¬
няется неводящимися щ ця пути вет-
пямн декдрнтоо Но наряду с «тим сле¬
дует отмстить, что образование
них раковин н пор. • которых
пор давление того нлн иного
ЧОЛЫ1ЫЙ момент равно
•ует выделению я этих
растворенных вкрнсталлнзующс^я рас¬
плаве. По мере повышения давления
гам» в усадочных раковинах и пора*
затрудняется доступ • них жидкого
металла и ухудшаются условия пату-
чей ни плотных отливокI	Li-u пузырьков газа, находящихся я кристаллизующихся
областях отлиоки, объем. остающийся жидким, изменяется в мо»ь-
•иск мере и размер сосредоточенных усадочных раковші уменьшается
Kill пин вопсс исчезают tUoivmu случаи, когда расшив настолько
пересыщен газам.і. что отливка в период кристаллизации и* только
•*е уменьшается, а значительно увеличивается в объеме (рис 47).Рж -*0 Прс.1 «.ОлН»1 МГЯГр
Д#«Л<-.1 *.ф*К СГ*.:» НАД VC4
ЛОЧ-О* рл«»НЯ»Я «с.'гдо
ме pi»i.euu лікмйиП я «л
'лляааоВ я »njipn )cwv*
ней |>*>Л«акМ (.1 И Лг»Ш—Лк «’і Си.1Л*>-гг?мрч»)чі«* іь-.щамгUWnoil
Ука.ЮЧИаЙ П U І* І* С Т О С Г І.- УсаДЦЧМОЛ Пирмсгіхгию
называют скопления мелки* пусти» неправильной формы. образую*
щи*ся в результате объемной усадки я условии* отсутствии доступ*
к ним жидкого металл»Усадочные поры формируются в иежденлрнтмых простран¬
ствах. в момемг.каг:и объемна* усади* еще продлчжамся. а доступ
жидкого «*етвлла к обраіуоаіимгя в рыуи.^аг»- усадки пустотам
прекращаетсяОбразование пористости может
быть представлено следующим об*
разомВ процессе хотвгрлевания сіма-
ва в отливке можно отметить два
состояния: первое соответствует
моменту т.. когда лрожяодиг сты¬
кование образовавшихся кристал¬
лов и прекращается подвижность
металла, а второе соответствует
другому моменту т;, когда срос¬
шиеся кристаллы разобщаются и
разобщают ячейки с жидкой фазой,До момента т, нет препятствия пи¬
танию затвердевающих участков
жидким металлом извнеВ момент г, начинается пита¬
ние посредством фильтрации, ко¬
торое прекращается с наступлением
момеятэ tj.После разобщения жидких яче¬
ек всякое питание отливкн пре¬
кращается. Каждая жндкая ячейка
іатвер девает в дальнейшем локаль¬
но и даст небольшую усадочную
раковин>, называемую в отличие от других усадочной пориат<л\ью
Процесс фильтрвцмн характеризуется значительно меньшей ин¬
тенсивностью, чем обычный процесс питания- В соответствип С JB-
лоло.ч Дарси дія условий ламинарного режима фильтрация описы¬
вается следующим уравнениемРис 47 Вимінів а»а омаїїм. їхр*ЫШе»».'.)А ГВММИ вместо jrjo»»
~ « «ЇСТЬ trj3»»»n wnv|Л И .V—)*где dV. — пбьем мгтаяля. профильтровавшегося черга площадку
Ftr4 м время di. я',К — коэффициент фильтрации Дарси, м ак,^ — градиент давления в дать направления фильтрации. н<м*.109
Связь между коэффициентами фильтрации К н проницаемости к
определяется выражениемгде р — динамический коэффициент вязкости жидкого металла,
н -сек/м*.С помощью уравнения закона Дарси можно определить коли¬
чество жидкой фазы, которая профильтровывается между образовав¬
шимися кристаллами за время т,' — т„ и, таким образом, устано¬
вить степень совершенства питання во время образования усадоч¬
ной пористости *.Градиент давления вдоль направления фильтрации ^ зависит
от ряда фактороп: силы тяжести, перепада дам^ння газа в пора*,градиентов температуры н концентрации примесей, эффекта капил¬
лярности и др.Различают елгд'ющиг пидн усадочном пористости: 1) рассеян¬
ную 2) осовую н 3) местную (рис. 48 и 49).Первый внд Qupitcrucr.i характеризуется очень мелкнын пусто¬
тами, более или менее равномерно рассеянными ло большей части
объема отлнокн. Рассеянная усадочная пористость получает наи¬
большее развитие при медленной затвердевании массивных отливок
нэ сплавов, характеризующихся большим температурным интер¬
валом между точками ликвидус и солндус.Осевая пористость образуется в центральных частях отливок н
большей частью обнаруживается в тонких стейках отливок большой
протяженности. Она лыыетсл следствием того, что прн определен¬
ных условиях, когда объемная усадка центральной части еще не*	Сеть фнльтрлимк с образованием пористости в сплавах выла иишаи»
в опиіід А И Всйинка н В А. Бондарем.К - ftp>.Рис. 48. Распределение усалоч- Рис. 49. Расположен.it ote-
поА рассеянной пористости в вов пористости в отливке:
отлнахе:110
закончилась anrryn и neft жидкой фазы ухудшается ми вовсе пре-
к рішане* В отливках из чисты» металл on МИ сплавов с нгбиль-
шим температурным интервалом между точными ликвидус и солндус
осевая усадочная пористость строго локализована.R отливках из сплавов. характеризующихся большим темпера¬
турным интервалом кристаллизации, осевая усадочная пористсть
пе имеет четко выряженных граини и схожа с рассеянной усадочной
пористостью.№стная усадочная пористость проявляется а некоторых частях
отливки, которые отделены от источиияоа жидкого металла до пол¬
ного іввсрикиня объемной усадки уже затвердевшим металлом,
образовавшим как бы металлическую пробку, непроницаемую для
жидкой фазы.Этот вид усадочпоА порисшстм,
как правило, характеризуется боль¬
шими размерами пустот, концентри¬
рующимися а так называемых теп¬
ловых умах гттливкн (например,
местных утоатеннях. сопряжениях
различных сечений, местах. близких
к сопряжению тела отливки с еле¬
ментами ЛИТИНКОВОА системы H т. п.).Часто воия усадочной пористо¬
сти является непосредственным Рис JO ГЬвОленЯс >СЗЛ0«»0« р».
продолжением усадочных раковин. *»а»*м • «литых « уга*.PieitxoscKIt уся* рОі"СТМ* (ТМ< (Л И Ле»1.|
дочных раковин. Усадоч¬
ные раковниы н уелдочнвя пористость нарушают ег.лошипегь «трое¬
ния отливки н ослабляют ее сечение. Они ямяютси часто также
местами концентрации напряжений и образования горячих трещин.
В вОсодютяпм большинстве случаев наличие усадочных расовим
в отливках ямястгя недопустимим дефектомТолько а том случае, когда усадочная раковине имеет неболь¬
шие размеры и расположена в окружении слоя здорового металла
значительной тилщипы и если отливка в условия» службы не испы¬
тывает ударных нагрузок. то технические условия могут в тех или
иных узлах допускать наличке небольших усадочных раковин.Технологический процесс производстве ОТ,111 вок должен строиться
таким образом, чтибы дефекты в виде усадочных раковин и усадоч¬
ной пористости в отливках отсутствовалиЕсли усадочная раковнна ие выведена полностью в прибить, то
в отливке она образуется в тех местах, которые за г иер дева ют позд¬
нее окружающих их областей изолированно затвердевающего ме¬
талла Такие масти отливки называют т*рти\ескими излили, а
образующиеся в них усадочные равооимы мсетнглми.Иногда подчеркивают, что усадочные раковниы образуются
обязательно только в термическом центре отливки. Такое утржде-
икс i-p тпчно. В зтом легко убедиться. посмотрев па рис. 50 Терми¬
ческой центр отливки. предстаалякхаяй собой шар. совпадает
с і'* ‘««трнческим цщтром. Между тем, как следует *о рис. 50.
усадочная раковина находится не в центре шара, а в его верхней
половине.На рис 51 -52 показано, как располагается усадочная раковина
а отливка* рамочной конструкции. Как видно из приведенныхft 0Рік SI Полок#ла( )£ДДОИ0* IVc S2. Нля«аае>ело-
рмеяяим ■ гилшо» отлнаї* мі отаоа* гтала на
to сфера w*?» ирабмдьп	паложепиг )СХлп;ы<1»(Л К Л#ам)	рааомам Рдяоаяиар*спо.*оме«( а тт:и*ом
вгитре имяаяя
(Л. И Лева)примеров, усадочная раковина во все* случая* располагается
в верхней части отливок.На рис» 53 показано, как располагается усадочная раковина ■ от¬
ливках с различной формой и массой верхней чести Стрелками
показана гранила плотной части отливок и кояаа усадочной рако¬
вины.Исключительно большое миянне на ішаоженне усадочной ра¬
ковины оказывают условия отвода тепля от крнсталлиіуіицегося
в форме металла.Прн прочих рапных условиях затвердеваике происходит на¬
много медленнк во внутренних углах и значительно быстрее во
мсижНА (put 54).На рис. 55 показан ход затвердевания »Т и Т- образних сечения*
ггалнных отливок Опытным путем было подтверждено, чти вслед¬
ствие расходящегося направления питонов отводимого тепла в ма¬
на
РУЖНЫ1 угле* И СХОДЯЩЕГОСЯ и пересгкаютегогя 1*0 внутренних
углях по сравнения с прямым в плоских участках отливки в первом
случае имеет место более интенсивное нарастание толщины злтиер-
деыющего металла, do втором — более медленное, а в третьем слу¬
чае — с примсж/г&чкоЛ скорост WO,Рнс 53. Вляаяаг формы ■ массы *»Р»МС* «си оїдлвяи м
положение ус«а»чмо> р*«ом«ыВольшое млиимие иа кинетику затвердевания и положение уса¬
дочной раковины і отливке могут оказать условия заливки и
методы подьодо жидкого металла в формуНа рис. 56 и 57 показано, как разогревающее действие лит¬
ников сдвигает положен не линий изотерм эалшрднонил (ихго-
лидуоов).Таким образом, размер и паюжеиис усадочных раковин и уса¬
дочной пористости «отливках определяются комплексным влиянием
большого числа факторов, зависящих как от природы литейного
солава. так и от условий заполнения литейной формы, а твкже ее
теплофизических сыэйсги.lit
Рис. 54. Откосите.пь-
■•я скорость образо¬
вали* МТв«рДЄ8ШЄЙ
ЧАСТИ во внутреипк*Рис. $5. Ход затмрдеиапня и '1 I. . -сйраз-
иыд сечеикях стельной (ггливки пмщиноЯ
сечения около 100 ям нэ стали, содержа¬
щее 0.254 С. залито* в песчаную форму.
Линия (ямсоянкуеы) соответствуют взра¬
станию затвердевшей стали:г» 40 м,ЧРГ-а 2" *Ряс. 56. Положение изотерм за
тверлеаания (иззсолндусов) Г,. Г,,
Т„ Г4 прн іюійоде металла яРис. 57. Положение изотерм
тосрлспзкия Г,. 7... 7',, Г,.. . і
так называемой этажной залкш
Одним ні 44crv используемых методов приближенного нахо¬
ждения участков скопления материала, где возможно образование
усадочных раковин, является метод вписанных окружностей
(рис. 58).Для практического определения объема усадочных раковин,
образующихся при затвердевании различных сплавов, и их харак¬
тера обычно пользуются технологическими пробами (шары, ко¬
нусы).Основные меры по предупреждению об¬
разования усадочных раковин н пористости
в отливках. Выше было показано, что причиной образования
в отливках усадочных рако¬
вин и усадочной пористости
является изменение объема
сплава при его охлаждении н
затвердевании.Усадка — это физическое
свойство, присущее всем ме¬
таллам н сплавам. Для спла¬
ва данного состава это свой¬
ство не поддается изменению.Таким образом, единственным
средством, позволяющим по¬
лучить отливки без усадочных
раковин н усадочной пори¬
стости, является восполнение
в течение всего времени за¬
твердевания отлнвки обра¬
зующегося в ней дефицита ме¬
талла путем подвода нового
металла. Никакие другие ме¬
роприятия, прн которых 8В№
днтся в образующиеся усадоч¬
ные пустоты добево<пшЙ металл в количестве, достаточном для
того, чтобы их заполнить, не могут их устранить.Подвод жидкого металла к кристаллизующемуся слою должен
быть непрерывным до полного затвердевания. Только в том случае
можно набежать образования усадочной раковины и пористости,
если кристаллизующийся слой отлнвки будет находиться в неп»
средстоеіпіом соприкосновении с еще жидким металлом.При производстве отливок и слитков местом, где в течение всего
периода кристаллизации находится необходимый запас жидкого
металла, служит прибыль (от слоня прнбяилять)Прибылью называют искусственный резервуар с жидким металлам
(прилив), нз которого металл поступает в отливку пол действием той
или иной силы, предупреждая таким образом образование усадоч¬
ных раковин и усадочной пористости в отливках.неРис. М. Г'ріменснне кпода .опкеавныд
охружяосп-Я» для определения участков
скоплена* ы?г«ллэ и термических уыо*
Чтобы обеснечии» тффектнвкуш работу прибыли н предупредить
образован!!* усадочных раковин н усадочной пористости, должен
бить получен такоіі температурний градиент, прн котором все части
отливки затвердели бы раньше прибыли,Таким образом, для питании отлинкн жидким металлом кэ при¬
были необходимы следующие условия:1)	время затвердевания прибыли не должно быть меньше вре¬
мени затэердевання отлквкн;2)	запас жидкого металла в прибыли должен быть достаточным
для того, чтобы его хватило для компенсации убыли металла в от*
лнвкс по время эатверлепвння;3)	форма и место устройства прибыли ка отливке должны обес¬
печить свободный доступ жидкого металла из прибыли в участки
отливки, где образуется дефицит металла.Перечисленные условия являются необходимыми, но не всегда
достаточными. Процесс кристаллизации отливки должен быть та¬
ким, чтобы был обеспечен беспрепятственный доступ жидкого
металла в самой отливке с участков, затвердевающих позже,
в участки, затвердевающие раньше.Для получения плотных отливок без усадочных раковин и пори¬
стости должен быть обеспечен режим направленного затвердевания,
под которым понимается такой процесс, когда наиболее удаленные
от прибыли (питателя и т. л.) участки (сечеі ия> отливки полностью
затвердеоают в первую очередь, за ними з;тв?рдевают менее уда¬
ленные участки н в последнюю очередь затнерлевают участки, рас¬
положенные под прибылью, а йотом — сама прибыль.Прн направленном затвердевании обеспечивается непрерывное
поступление жидкого металла из прибыли в последовательно за¬
твердевающие участки отливки, так как »тн участки и прибыль
соединены областью с пезатоердевшнм металлом. Питание отлнпки
будет тем лучше, чем шире канал с жидким металлом в направлении
к прибыли, поэтому критерием направленности затвердевания,
как показано А. И. Вейником, может служить угол расширения <f
питающего канала или отношение скоростей затвердевания металла
или сплава перпендикулярно к поверхности U, и вдоль ее оси С',, т.е.С уменьшением направленностьзатвердевания ухудшается.
При ф ■ Кс = 0 все части отливкн затвердевают одновременно.
Отрицательное значение критерия соответствует расширению кн-
нала в направлении от прибыли к отливке.Размеры и конфигурация усадочных раковин, а также особен¬
ности рдашітнп усадочной пористости евлпами с хороктсром эотоср
дсвания металла.Прн последовательном затвердевании создаются благоприятные
уоюння дли передвижения жидкого металла по незатвердепшеыуD6
каналу н в результате легко формируется сосредоточенна» усадоч¬
ная раковина.При объемном затвердевании, когда кристаллизация происходит
по всему объему отливки одновременно, сосредоточенная усадочная
раковина не образуется и возникает большое количество мелких
раковин (усадочная пористость).Прн промежуточной затп^рдспанин образуются совместно со¬
средоточенная усадочная раковина и усадочная пористостьОбеспечение оптимальных условий питання отлнвон является
залогом получения их без усадочных раковин и пористости.Питание может быть в должной степени обеспечено, если имеется
благоприятная разность давлений температур и химических потен¬
циалов Осуществляется оно в результате направленной циркуля¬
ции жидкой фазы в межкрксталлическнх отверстиях (капиллярах).Создавая необходимые разности давлений (для этого применяют
различные виды давлений, прибыли с атмосферным и газовым давле¬
нием, давление сжатого воздуха, повышение уровня фнлкого ме¬
талла в стояке или прибыли и т.д.), температур (применение экзо
термического нлн иного подогрева), химического потенциала (со¬
здание градиента концентрации примесей), а также различными
методами физического воздействия (облучение ультразвуком, ви¬
брации. электромагнитное перемешивание и др.) можно в той или
иной степени управлять процессами питання отливок.g НМ. СКЛОННОСТЬ К ОБРАЗОВАНИЮ ТРЕЩИН И ИСКАЖЕНИЮ
ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ РАЗМЕРОВРазвитие в отливках при их охлаждении после затвердевания
термических напряжения и, как следствие этого, возможное обра¬
зование трещин и искажений (коробление) геометрических размере»
зависят как от природы литейного сплава, так и от особенности
технологического процесса изготовления данной отливки.Часто второй фактор - особенности технологического процесса
заливки и затвердевания в литейной форме — оказывается решаю¬
щим и может определить большое или меньшее развитие искажений
геометрических размеров трещин и напряжений.Образование внутренних напряжений в отливках может быть
вызвано различными причинами.Принято различать следующие виды литейных напряжений:1)	термические напряжения а,, проявляющиеся в результате
неравномерного и протекающего с различной интенсивностью в раз¬
ных сечениях отливки процесса усадки (термическое торможение
усадки);2)	фазовые напряжения сф, являющиеся следствием протекании
н разное время, в различных сечениях отлнвкн фазовых превра¬
щений;117
3)	усадочные напряжения о>4 появляющиеся в результате чеха-
ннческого торможения (препятствия) усадки.Препятствовать пормальноыу протеканию процесса усолкк могут
стержни, выступающие части лнтейивй формы и т. п.Сумма всех трех вилов напряжений составляет общую величину
литейных напряжений®1яв1 + 0»+ 0у.Если величине напряжений превзойдет предел прочности ли¬
тейного сплава в данном участке отливки, то в теле ее произойдет
разрушение и появится трещина.В том случае, когда материал отливки характеризуется доста¬
точной упругостью к способен противостоять действию возникаю¬
щих напряжений, появляются искажения (искривление, коробле
нке) геометрических размеров отливки *Рнс. .59. Схематический инц гирячгй (и) и холод-
вой (б) трещин. образовавшихся на стальной
итлмакеВ зависимости от зоны влияния остаточные напряжения делят
на три рода: 1) первый род — зональные, уравновешивающиеся
в объеме всей отливки; 2) второй род — микроскопические, уравно¬
вешивающиеся в объеме отдельных кристаллов; 3) третий род —
субмикроскопические, уравновешивающиеся в объеме одной или
нескольких элементарных кристаллических решеток.Склонность того нлн иного литейного сплава к образованию
трещин и искажений геометрических размеров в отливках прежде
всего характеризуется величиной общей литейной усадки.Одной нз главных причин появлення трещин и напряжений
является отклонение фактической величины усадки от той физи¬
ческой величины, которая характерна для данного сплава.Основные причины такого отклонения — механические и тер¬
мические торможения усадкн. Горячие трещины образуются как
внутри, так и снаружи отливок. Они характеризуются окисленной,
неровной, темной или цвета побежалости поверхностью. Это объяс¬
няется тем. тто разрыв сплошности металла происходит по границам*	Подробим см.: А. А. Рыквдэв. Теоретические основы лктеАкего про¬
изводства. Москва — Свердлове*, Машгиа, 1961.Н«
дендрнтое. А темный цвет их поверхности ес“гь результат окисления
яри высоких температурах (рис. 59)Горячие трещины возникают в том сечении 0ТЛН8КИ. когорт
являетсн наиболее слабым. Такие сечения в реальных отливках -
»то наиболее медленно охлаждающиеся массивные части, участки
перехода от толстых стенок к тонким и т. п.На склонность сплава к образованию горячих трещнн оказывает
влияние содержание определенных примесей, газов и неметалли¬
ческих включений. Например, сера резко повышает склонность
стали н некоторых других сплавов к образованию горячих трещнн.
Эго объясняется тем, что сульфиды располагаются между кристал¬
литами основной металлическое массы, рез¬
ко снижают ее прочность в опасном интер¬
вале температур. Кроме того, сера являеіся
сильно лнквирующим элементом н ее со¬
держание в массивных частях отливок по¬
вышено.Повышение содержания газов и неме¬
таллических включений также снижает
механическую прочность основной метал¬
лической массы и увеличивает возмож¬
ность образования горячих трещнн в от¬
ливках.Основными мерами для предупрежде¬
ния образования горячих трещнн в отлив¬
ках являются:1)	выплавка литейного сплава такого
химического состава, который не был №
склонен к образованию трещнн н характе¬
ризовался высокой прочностью в обла¬
сти опасного для образования трещнн температурного интервала;2)	устранение причин, вызывающих затрудненную усадку от¬
ливки в процессе ее охлаждения в форме (для этого при изготовлении
формы предусматривается оставление в ней пустот, использование
формовочных смесей с высокой податливостью, заливка в сырые
формы, раннее разрыхление отдельных участков формы после ее
заливки к др.);3)	необходимо избегать при конструировании отливок резких
переходов от толстых к тонким сечениям, плавные переходы — обя¬
зательное условие лля создании технологичной отливкн. не склон¬
ной к образованию трещин;4)	обеспечение условий равномерного охлаждения массивных н
тонких частей отливок (применение холодильников, соответствую¬
щая конструкция литннково-пнтающей системы и т. п.).5)	применение ложных усадочных ребер (рнс. 60) для увеличе¬
ния прочности массивной части отливки, где наиболее часто обра-
ауются горячие трещины.м?Лтю» ргіро
ОтАюРмс. 60. Схема устрой-
стаа ложного (усадочно¬
го) ребра дли лредупреи
веняя образования тре¬
щин
Образующиеся в отливках вследствие литейных напряжений
искажения геометрических размеров в меньшей степени зависят от
природы сплава н в значительной степени предопределяются уело
виямп теплоотвода после затвердевания.В отлнчне от горячих в образования холодных трещин (см.
рис. 59, б) большое значение имеет пластичность сплава, используе¬
мого дли отливкн, поэтому она играет решающую роль в предотвра¬
щении образования холодных трещин. Так, например, отливки иэ
ниэкоуглсроднстой или легированной пластичной стали менее под¬
вержены образованию холодных трещин, чем пз стали с повыиюн-
иым содержанием углерода и малопластнчкой легированной стали.
Это в рваной степени относится и к другим литейным сплавам.f Ill-В. ЛИКВАЦИЯЛиквацией в металлургии и литейном производстве называют
неоднородность химического состава в различных частях отливки
нлн слитка.Наличие ликвации характеризует степень качества лтливки или
слитка.Повышенная концентрация вредных примесей п тех или иных
участках отливкн ослабляет соответствующие сечення отливкн и лри
эксплуатации может быть причиной се поломкиD условиях реального производства отливок образование лик-
ввцнн предопределяется двумя главными факторами: природой
(составом) сплава н условиями кристаллизации в литейной форме.Различают два основных вида ликвации: внутрнзеренную, или
дендритную, и зональную.Внутри:кренмая. нлн дендритная, ликвация характеризуется
наличием химической неоднородности в пределах отдельного зерна
(дендрита) сплава.Лнкяацнонпая неоднородность твердого раствора может быть
устранена отжигом при высокой температуре. Отжиг, имеющий
своей целью устранение внутризеренной (дендритной) ликвации,
в практике термической обработки называют га,чагенп.чацией.При такой термической обработке происходит диффузионное
выравнивание концентрации элементов внутри твердого раствора н
ликвация устраняется млн уменьшается. В тех случаях, когда
в сплаве содержатся элементы, затрудняющие диффузию, гомогени¬
зация, проходящая в продолжении многих часов, не можгт устра¬
нить рассматриваемый вид ликвации.Современная техника спектрографических исследований позяо-
лж'і воспроизводить распределение элементов внутри крен на пло-
шали, диаметром окаю 0,2 мк.Зональной ликвацией называют химическую неоднородность,
обнаруживаемую в объеме всего затвердевшего изделии.
В том случае, когда наблюдается обогащение примесями цент¬
ральной части отливки или слитка, зональную ликвааню называют
прямой.Если повышенная концентрация примесей обнаруживается в пе¬
риферийных зонах, а не в центре, зональную ликвацию называют
обратной.Разновидностью зональной лнквацнн может считаться ликки-
ция по удельному весу. При такой ликвации наблюдается механиче¬
ское разделение компонентов сплава, значительно отличающихся
друг от друга величиной удельного веса.Ликваиин по удельному весу благоприятствует объемная кри¬
сталлизация, прн которой образующиеся кристаллы различных
компонента без особых затруднений могут опускаться (тяжелые)
или подниматься (легкие).Склонность к лнквацнн данного элемента тем больше, чем зна¬
чительнее разница его растворимости о твердой н жидкой фазах.Эта разница оценивается коэффициентом распределениягде С, — концентрация элемента в металле, являющемся основой
сплава;С„ — концентрация элемента в жидкой фазе.Устранить образовавшуюся зональную ликвацию в отливках
или слитках практически невозможно.Явление ликвации может быть использовано в технике. Одним
из самых важных практических применений лнкваїши является
получение чистых металлов н полупроводников методами направлен¬
ной кристаллизации н зонной плавки.Многократным повторением направленной кристаллизации
можно добиться такого изменения концентрации элементов в раз¬
ных частях слитка, прн которой одна часть слитка будет характери¬
зоваться высокой степенью чистоты. Высокая степень очистки ме¬
талла может быть достигнута и прн зонной плавке.Лнтейные сплавы, характеризующиеся малой склонностью к лик¬
вации, предпочтительнее для изготовления сложных фасонных от¬
ливок.
ГЛАВА ЧЕТВЕРТАЯЖЕЛЕЗО И ЕГО СПЛАВЫ9 IV-1. СВОЙСТВА ЖЕЛЕЗАЖелезо — элемент VIII группы периодической системы элемен¬
тов Л- И. Менделеева (атомный номер 26, атомный вес 55,65, атом¬
ный радиус 1,27 А). Известно 8 изотопов железа, из них 4 стабиль¬
ных с массовыми числами 54, 56, 57, 58 н 4 искусственных с массо¬
выми числами 52, 53, 55, 59 н периодами полураспада 7,8 ч. 8,9 мин,
4 года, 46 дней. Наиболее прочным является изотоп Fe®*.Железо — это переходный ферромагнитный металл, входящий
а выделенную Л- И. Менделеевым в VIII группе триаду: железо,
кобальт к ннхель. Переходные элементы одного ряда характери¬
зуются близостью размеров атомов, малым различием потенциалов
ионизации и. как следствие этого, сходством химических свойств.Свойстве железа зависят от степени его чистоты. Очень чистое
железо (содержащее менее 0.01% примесей, в том числе менее
0,001% углерода), сплааленное и отожженное в глубоком вакууме,
характеризуется следующими свойствами:Тевиературя плавления 'С	 1539±| •Плотность при 20’ С Мгім* (г/гл»*). . 7,8743:0,001
Коэффициент линейного расширенияори 20* С	(11,7x0,2)- КГ*Удельно* электрическое сопротивле¬
ние при 20* С, ом м	(9,71±0,01)-10-*Температурный коэффициент элек¬
трического сопротивления (О—ИИ)’) 0,00651-1-0,00001
Предел прочности при растяжении,№<*««/«•	 17,7-1-21.)Модуль нормальной упругости,*Дмха	(19,3—21,1) • 10*Условный предел іекучести (0,2*/«),
кГ’мм*	 	Относительное удлинение,*/,	Сужение площади поперечного сече¬
ния, *.<«	Твердость но Брннеалю, кПям*. . .Скрытая теплоті плавления. кЛіг',К?.Теплоемкость (0—1100*), дж'град. .Коэффициент теплопроводности (приСГ С), *яЦм-град)	* В ряде руководств для железа приводятся температура плавления
J334* С (Б. Г. Лившиц). 1535° С (М. Е. Блаитср) н др.ІЛ4,2-К\640Более М
49±3эта0,64179J6
Средне* КО»МНШСИТ ІМСЙНОГО
расшарсиня (0—600*). (Mjtpad ... 18 -10~*
Температура «меня», * С	 СНмо 8200По мере понижения степени чистоты железа заметно изменяются
его свойства: повышаются прочность и твердость, снижается пла¬
стичность.В области температур до 910е С устойчивой является моднфика
ция а-желеаа, или Fe,. выше температуры 910е С a-железо передо
лит в у-желеэо. или Fe., которое существует до температуры 14010 С
Выше температуры 14010 С ужелезо переходит в 6-желеэо, или Ге{
Для а-желеаа характерна кристаллическая решетка объемиоцен
трнрованпого куба с параметром 2,8бА. До температуры 768" С
а-желеэо ферромагнитно. Выше этой температуры (точки Кюри)его ферромагнетизм исчезает, ‘	л		но кристаллическая решетка	■b.ZlZ'Vне меняется. Немагнитную yjlT~Y	/ г—'модификацию а-желеэа при¬
нято называть 0-железом.
или FerFe] парамагнитно и
имеет кристаллическую ре¬
шетку грапсиеитрнровапиого
куба с параметром в 3,63 А
(рис. 61).При превращении а — у
железо становится более ком¬
пактным. Объемный эффект сжатия приблизительно равен 1%
Fe* имеет такую же решетку, как и Fe, (объсмиоцентрнрованныА
куб).Для а-, Р- и у-железа характерна хрнсталличсскан структура
объемноцентрированного куба, а для ужелеза ~ структура гра-
нецектрнрованного куба.Принято обозначать критические точки при превращении*;a-Y А, (910еС)
у -*■ Ь А, (1410° С)
а -*• |* А, (768’ С)Техническое железо производится в значительных количествах
для изготовления слитков с последующей нх обработкой давлением
Для фасонного литья техническое железо используется редко ’.
Со многими элементами железо образует твердые растворы заме¬
щения (например, с другими металлами) ц внедрвинн (например,
с углеродом, азотом, водородом н др.).*	В последниеШ
Растворимость тех или иных элементов в железе зависит от тем¬
пературы н модификации железа. Напрныер, углерод легко обра¬
зует твердый раствор внедрения в у-желеэе и растворяется в нем
в количестве до 8.75 ат. % (2.0 вес. %), в а-железе углерод раство¬
ряется в ничтожно малом количестве н растворимость его скачко¬
образно падает| IV-2. ДИАГРАММЫ ФАЗОВОГО РАВНОВЕСИЯ СПЛАВОВ
НА ОСНОВЕ ЖЕЛЕЗАВ настоящее время известно большое количество сплавов ка
основе железа, широко используемых в технике. К их чисту ОТ¬
НОСИТСЯ н значительное количество литейных сплавов. Ввод о же¬
лезо других элементов сказывается на изменении физических свойств
железа и влияет ка критические точки. В соответствии с правилом
фаз превращения а-» у н^-*4 М4), происходящие в железе
при определенных температурах, в спливе его со вторым элементом,
который входнт в твердый раствор с железом, в условиях равнове¬
сии растягиваются па интервал температур. Аналогично измене¬
нию кривых температур лнквкдус н солкдус в сплаве железе
с различной концентрацией второго элемента температуры критиче¬
ских точек Af и А, железа могут повышаться нлн понижаться
в зависимости от природы элемента, входящего в растпор.Элемент», увеличивающие устойчивость у-желеэа. повышают
точку /4, и понижают точку -4*. при этом область существования
у-желеэа с повышением температуры расширяется.К числу элементов, повышающих топку Ак и понижающих
точку А3, относятся углерол, ачот, марганец, никель, медь, цинк,
рутений, ролнй, паллзиий, оемнй, иридий и др.Элементы, увеличивающие устойчивость а (4)-железа, приводит
к пониженню точки и повышению точки Аа.При определенном содержании таких элементен точки ,4, и At
слипаются, т. е. получаются железные сплавы, характеризующиеся
отсутствием характерных для железа критических точек. К числу
элементов, понижающих точку А, и повышающих точку <4,. отко¬
сятся бершлнй, бор, алюминий, кремний, фосфор, сера, титан, ва¬
надий, мышьяк, цирконий, ниобий, молибден, тантал, вольфрам
н др. Необходимо отметить, что в сплаве железа с кобальтом при
повышении содержания кобальта до 50% точно так же, как н в сплаве
железа с хромом при повышении содержания хрома до 8%. наблю¬
дается повышение точки At н понижение точки А3: дальнейшееувеличение- концентрации этих элементов в сплэпе с железом при
ооднт к перемещению критических точек в обратном направленні!.В сплаве железа с. углеродом появляется еще олна критическая
точка Ах, соответствующая переходу аустенита в перлит (см
ниже).124
На рис. 62 представлены классификация сплавов железа (Ф. Be
фер) в зависимости от влияния второго элемента сплава на поло¬
жение критических точек и соотпетстауютмс области диаграмм
состояния.Так как ^'железо стабильно между температурами 910® С и
1401е С, второй элемент сплава, снижающий температуру превра¬
щения At и повышающий температуру превращения Аа, расширяет
область у- Повышение температуры превращения At может пере¬
вести область у в область равновесий жидкость — твердая фаза и
может дать начало перктектнческого превращения у П Ь + жид¬
кость. Диаграмма, представленная на рис. 62. а, является типичнойРис. 52 Классификация мі-лгліил скльми
їло Ф. Оефсру):оля такого случая. Если второй элемент расширил у-область ло
размеров, показанных Ra диаграмме, то последняя может быть
названа диаграммой с открытой ^-областью.Прн большой, но ограниченной растворимости второго элемента
в железе нозможно образование эвтектики, хак это показано на
диаграмме рис. С2. 6. Природа второй твердой фазы в эвтектике
может изменяться от одной системы к другой. В сплавах железа
этого типа растворимость второго элемента в у-желеэе ниже тем¬
пературы эвтектики, уменьшается с понижением теыпе-ратуры. а кри¬
вил ограниченное! ростиорнмостп может перк-ссчь кривую превра¬
щения А3, за чем последует начало эвтектондного распада фалы-у.
Диаграмма на рис. 62, 6 ирнплдлмит к тиму же типу, что и диа¬
грамма рис. 62. и. но в отличие от ні* иімііл не открытую, а расши¬
ренную у-область.I2f.
Не диаграмме рис. 62. • показано, как пол влиянием второго
элемента снижается температура превращения А4 и повышается
температура превращения А,. В этом случае прн достаточно большой
растворимости и если не образуется других фаз. образуется закры¬
тая у-область. ограниченная двухфазной областью, за которой об¬
ласти фазы а н А сливаются в одну область. В последней становятся
устойчивой объемноцентркрованиая кубическая решетка.Диаграммы, типа представленных на рис. 62, в, называют диа¬
граммами с закрытой у-областью, или у-петлей.На рнс. 62. г представлена диаграмма, на которой температура
превращения At повышается, а температура превращения At по¬
нижается для случая более ограниченной растворимости второго
влемента. Как следует из приведенной диаграммы, в этом случае
ямеет место превращение 6 zz у -г жидкость.Это превращение завершается образованием эвтектики.Последний тип диаграмм называется диаграммами с ограничен¬
ной усб.штыо.Из рассмотрения диаграмм рис. 62 следует, что элементы, кото¬
рые в сплаве с железом расширяют у-область (диаграмма рис. 62,
а и б), способствуют образованию гранецентрированной, или аусте-
ншпной, структуры (аустеннтообраэующне). Элементы, сокращаю¬
щие у-область (диагргыми рис. 62, в и г), способствуют образованию
объемноцентрированной кубической структуры, или феррито (фер-
ритообразующие).Диаграмма состоянии сплавов железа с углеродом может быть
отнесена к диаграммам с расширенной у-областью. Ввод в сплав
железа с углеродом третьего элемента в зависимости от природы
этого элемента может привести к изменению характера кристалли¬
зации и природы сплава. Сплав железа с кремнием характеризуется
наличием замкнутой уоблаети (у-петли). Ввод кремнии в сплав
железа с углеродом сокращает у-область по мере повышения кон¬
центрации кремния в сплаве. Иначе в сплавах железа с углеродом
действуют марганец, инкель и некоторые другие элементы.В сааавах системы железо — титан у-область очень мала н про¬
стирается только до содержания в сплаве 0.8% титена.В системе железо*хром, хотя и появляется у-область. но границы
ее аномальны, так как температура превращения Ая не возрастает,
а понижается прн небольших концентрациях хрома в сплаве. Из
этого следует, что в сплавах железа с хромом характер кристаллиза¬
ции, описываемый диаграммой с закрытой у-областыо, заменяется
кристаллизацией, описываемой диаграммой с расширенной или от¬
крытой у-областью. В сплавах железа с марганцем, кобальтом к
никелем отмечается наличие большой у-оЛлясти. н глптм'тгтпуіпміир
диаграммы состояния могут быть отнесены к диаграмме, изображен¬
ной на рис. 69, и. В сплапах железа с кобальтом, никелем н марган¬
цем отмечается обральшние структуры упорхйненных moeptfou
растворы (сверхструктур ЬеСо, f'c^Co, Fe,Xi и le,.4nj.
І IV-Э ДИАГРАММА ШАГОВОГО РАВНОВЕСИЯ ЖЕЛЕЗО — УГЛЄРОДНа рис. 63 предстааленя диаграмме состояния сплавов железа
с углеродом для иетастабнльного (сплошные линии) и стабильного
(пунктирные лнннн) равновесия.Основные свойства железа были приведены выше. Второй ком¬
понент сплава — углерод — химический элемент IV группы пе¬
риодической системы элементов, имеет порядковый номер 6, атом¬
ный вес 12,01. Встречается в виде двух аллотропических моднфи-
каинЛ: алмаза н графита *. Разновидностью графита является так
называемый аморфный углерод, представляющий собой обычно
предельно диспергированный графит. Некоторые свойства графита
и аморфного углерода приведены в табл. 10.Фиичоспв cioknaДндффакЯум«рм2,10+2.52
0.000»! НИ
4,91878кгооо1.3(Н-2.0одюлв*0.1W57425Коэффициент объемного расширения	Коэффициент теплопроводности, «ліНм ■ град) - . ■
Удеаьнав вдектропроаоднистъ при І0‘С сил'.м - .В железоуглеродистых сплавах в іависимостн от температуры и
состава образуются различные фазы (т. е. химически и физически
однородные части системы) н структуриосоставляющне (т. е. фазы
или смеси фая, рассматриваемые как особые части сплава).Характеристика фаз н важнейшие структурнососгаыляющне в же¬
лезоуглеродистых сплавах приведены в табл. II и 12.Нічиїм«ЮМТав «он"•“ВЗЕГ”«ри*.Ов;*ст»
сувкгге-»r. rptaalip«. (АФерритТвердый расгвор вне¬
дрение углеродаОбъеыноиеюриро-
ванный кубДо П.СГ26
(прн 723* С)ЛевееOPQNJESOАустеиитТвердый раствор вне¬
дрения угаеродаГ рамецентрнроваи-
ный кубЛо 2 (приі иг с)^твердыйрастворТвердой раствор вне¬
дрение углерода вОбъемиоцентриро-
ванный кубДо Г*,) (прл
UWC)AMNЦсмркштГрафитСоеммгшм типа Р*,С
УгаеродгДсагонадьная
(невонл ватная)6,67• Графят являлся иакболее усгоАчнвов формой углерода.
- FtJZ)
Тне ггргжгпч ■ >’CJ«a< обра миАпкіЛедебуритЭвтектика, образующаяся при температуре ниже 1147* С из
fпоиктп с 4,3*/оС и состоящая из аустгкта (?•', С» и пг-
ыеимта. Аустеиптпрн дальнейшем охлаждении до комнатной
температуру превращается в свесь сердит* и вторичного
пеиеитнтаГріфятнвяМ1ЄКТ0МЭвтектика, образующаяся прн температуре лнже 1153“ С пэ
жидкости с 4,25е/* С п состоящая из аустсикта
в графитаПерлит •Эатектояд, образующийся при температуре ниже 723* С кэ
аустеннта с 0,8»/» С И состпящнП из фгррига с 0,023*/» ^
и пометите. Количество феррита н исментита в пердите на¬
ходится приблизительно а отношении 7:1Перитек¬тикаМеханическая смесь лустенита с 0,1 Я».', С и S-расглоря
с 0,1 "/«с, образующаяся из жидкости г 0,51%С и 4-рлсгве-
ра с 0,1% С при І49ІГ С и прн содержании углерода в спле¬
ве а пределах 0,1+0,їй0/,. При двльнеПшем охлаждении
превращается в однородный аусіеїшт, а затеи (при 723'С)
в ферритіміерлитную снссь, сохраняющуюся н при комиеь
ной температуреЦементитпервичныйИзбыточная фаза, выпадающая при загяердеванни епданлм
с содержанием больше 4.3*/,, С — зазвіскінческнх чуіунив.
Образуется при охлаждении от димив СЛ До шиии LCF
(рис. Й)Іісментит І Избыточная фазе, выпадающая нэ аустснята с содержанием
ВТОрНЧНИЙ | больше 0,8*/|С 1>рн ОХЛвЖЛСШШ ниже ЛННЛН St Д‘* ЛИНИНPSKГрафит 1. Иэбточпая фаз», аыпадапщзи прн затягрдеватш снлаэиа
I с содержанием больше 4,25*/* С — заівнгківчссиих ч)гуноа.! (первичный графит). 2. Составляющая графитной эвтектики,
і Э. •газа, выпадающая на лусії'нита с гюгржаингм больше
0,69*/* С при охлаждении мижс линии $'£' до линии PS fC
| (аторичиыД графит)«««■г окфуниі исиыш» <гм<умв) а> «мс *<оа«иші мр«н ф*ррмі?. » ліа<тв*ч,ч*н)
пераит. • іотеро* оос фазы щмвп^фврау іиктмам. ЗерисшА otpj»! пЛгмугк* при очей»npcftn • мриисіиі аут*» татумки тлим касктятілрк аігрпе * «мд*рж« и т««л«-
раїурм ввфіл» ви-^лг С
В табл. 13 приведены значения весовых концентраций углерода
її температуры, соответствующие точкам, обозначенным на диаграмме
состояния чистых железоуглеродистых сплавов.йгаК спиде г]. *То»*»JnVTcKooif и.....А1539|J14930.1ft0.7»D14030.53 12,41 КК7231+ 31Й.6Х7Jo,000С1147•U0І7.2АЙК738 (і2)ino100<:ИМ4.2517,13810,0125.000DfIVIS)а»7 .25.000м7600,00.0ГГ?У?Л'I4D00.00,0Е11472.ПЗ і8,790О7000„ril2 |•J..U7Г11»2.01 !в,71/*723 ( * 2l0.022F11476.Ю7 ,24«ЮV738 ( і.-3|о,<ш/■'1153100100QO.t,(Mi !а«100.(10,0Я723( 1 2jAG16н14930,080.371S'738 (±3)0.68 1здкнПо результатам различных исследований максимальная раство¬
римость углерода в жидком железе до 3000° С подчиняется условию,
выражаемому следующим равенством:% Q„c = 1,3 + 2,57-10 ■•ГСС.По формальному признаку — концентрации углерода, железо¬
углеродистые сплавы принято делить на дм большие группы: стали
и чугуны. Сплавы, содержащие более 2% углерода, называют чу-
.■ундми. При затвердевании в этой группе сплавов имеет место эвтек¬
тическое превращение. Сплавы, содержащие менее 2,0% углерода,
у которых в процессе эатвердеаання нет эвтектического превраще¬
ния, называют сталями.Из диаграммы фазового равновесия сплавов железо — углерод
(рис. 70) видно, что всс эти сплавы являются гетерогенными систе¬
мами, содержащими наряду с твердым раствором и другие фазы.
Даже техническое и химически чистое железо, по существу, пред¬
ставляют собой растворы, хотя и очень разбавленные.Все эксплуатационные свойства железоуглеродистых сплавов
определяются природой того нлн иного твердого раствора, сосед¬
ствующих с ними фаз н их соотношением.В сталях многие практически важные характеристики, такие как
прочность н пластичность, в значительной степени зависят от свойств
твердых растворов. В свою очередь эти свойства зависят от харак¬
тера McMdtvMuuiu взаимодействия между компонентами растворов.По мере повышения в железоуглеродистых сплавах концентра¬
ции углерода все большее влияние на свойства сплавоп оказывают
другие фазы. В чугунах это влияние может стать преобладающим.130
Характерные свойств* стали шнсят от равновесия железо —
углерод н, в частности, от образования твердого раствора углерода
в железе. В чистых сплавах железа с углеродом цементит всегда
является метастабнлыюП фазой н d условиях полного равновесия
аустеннт или феррит должны были бы находиться в равновесии
с графігтом. Однако в обычных сталях этого не происходит. Угле¬
род. не находящийся в твердом растворе, в сталях связан с железом
в виде цементита.Наблюдающееся преимущественное образование в сталях мета-
стабильного цементита вместо стабильного графита может біль
следствием того, <тто при образовании цементита, имеющего состав
Fe*C. диффузия атомов углерода, идущего на его образование,
происходит ка более короткие расстояния, чем при образования
графита, и поэтому, хотя стабильной фазой и является графит,
цементит может образовываться быстрее.Если цементит в стали образовался, то скорость распада его при
обычных температурах ничтожно мала. Цементит ферромагнитен,
имеет точку Кюри при температуре окаю 210е С. Все стали, со¬
держащие цементит.' имеют это магнитное превращение, которое
часто называют превращением А„.В табл. 14 приведены данные, характеризующие растворимость
цементита и углерода (графита) в a-железе в зависимости от тем¬
ператури.7. 10-'
O.OftM
0,««2
«.0071Если принять в качестве меры .чимктичности чистых сплавов
железа с углеродом долю энтектнкн в структуре, то она будет равна
для случая мстастабилыюй системи нулю прк содержании углерода
н сплаве, равном 2,0 к 6,67%. Содержанию углерода в 4,3% соот¬
ветствует степень эвгектнчностн, рапная единице (сы. рис. 70).
Однако в большинстве случаев условно принято определять степень
мтектнчносш 5. сплава по наложению сго'относнтслыю границы
начала эвтектического превращения:где С — содержание углерода, й,&'	ШS
В этом случае сплавы яоэвтектяческого состава будут иметь сте¬
пень эвтектнчностн St < 1, а сплавы аяэгтектнческого составаSt> I.Для сплава, содержащего 2,04
углерода, т. е. граничного для сталей
и чугуна. S, — 0.• вяцльг ytigxcb• '1№«| yt-ярмЬ
О ■ап*»' *&ааКристаллнчсскаа
рашеткл ввчаититаРис.Влияние третьего it лругих элементов на степень эвтектнчностн
будет показано ниже.Фазовые составляющие нелегнровакных железоуглеродистых
сталей характеризуются следующими свойствами. Феррит — фаза
относительно мягкая (твердость по Бркиеллю
70-80 кГ-'ак*). пластичная, сравнительно хо¬
рошо проводящая тепло (* = 75 етЫ • °С) и
электричество, в пределах до 76й° С феррит
ферромагнитен. Аустетгт — фаза более твердая
(твердость по Бринсллю 170—220 кГ/мя*) к бо¬
лте пластичная, чем феррит, мемягмнтен. Ко¬
эффициент теплопроводности аустеннта ниже
теплопроводности феррита (А = 41.87 от ‘м • °С).
Графит — фаза мягкая, непрочная с малый удель¬
ным потом.Кристаллическая структура графита пока¬
зана на рис. 64. Цементит — самая тпердая
(тосрдость по Брнкеллю 600-{-650 кГ/мм*) и
относительно хрупкая фаза с коэффициентом
три іппровоаиостн X — 7,12 vm (л • 0 С). В пре¬
делах до 210® С цементит ферромагнитен.
По ланным последних исследовании цементит характеризуется
ромбической кристаллической решеткой (рис. 65) плотно упакован¬
ных атомов железа, удерживающихся друг с другом связями метал¬
іди
лнческого типе В самых больших промежутках между ними рас¬
положены атомы углерода. На каждый атом железа в цементите
приходится 12 равноудаленных атомов железа. Расстояние между
этими атомами мало отличается от расстояния между атомами
железа в феррите или аустенмте (рис. 66)- Атомы углерода в цемен¬
тите образуют твердый раствор внедрения н имеют в своем ближай¬
шем окружении шесть атомов железаТак как при образовании цементите атомы углерода распола¬
гаются d междууэлиях кристаллической решетки железа, последняя
претерпевает искажение, что вызывает соответствующие изменения
пиутренней энергии. По этой причине цементит во всех железоугле¬
родистых сплавах рассматривается как мстастабнльная фаза, ко¬
торая при определенных условиях распадается на стабильные
фазы •- феррит и графит.| IV-4. НЕКОТОРЫЕ ОСОБЕННОСТИ РАВНОВЕСИЯ
ЖЕЛЕЗО — УГЛЕРОД в СТАЛЯХУглеродистые стали. Характерные свойства сталей
связаны со скачкообразным изменением растворимости углерода
в у- >■ я -железе. Растворимость углерода в той или иной модифи¬
кации железа зависит также к от наличия в его растворе других
примесей. Любые другие элементы, даже если они присутствуют
в небольших количествах, оказывают влияние на растворимость
углерода в железе. Кроне того, они влияют к на температуры и
скорости превращений в стали.В промышленных марках углеродистых сталей содержание
углерода редко превышает 1.5%. При медленном охлаждении
в форме склонность сталей к повышению твердости н хрупкости уве¬
личивается с повышением в них содержания углерода.Максимальная растворимость углерода в твердом растооре гамма-
железа соответствует точке Е (см. рис. 63). Максимальная раство¬
римость углерода в а-желеэе соответствует точке Р.При рассмотрении диаграммы фазового равновесии железо —
углерод всегда предполагается, что сплавы охлаждаются достаточно
медленно н процессы доэвтектондного выделения и эвтектоидного
распада происходят в строго равновесных условиях. В действи¬
тельности это не так. На свойства стали действует скорость охлажке
пни, которая может полностью нодавнгь нли задержать соответ¬
ствующие превращения, чтобы оян протекали а условиях, яиячн-
тельно отдаленных от тех, которые характеризуются равновесиями,
описываемыми классической диаграммой железу— уі.ісрод.Так, при увеличении скорости охлаждения будет заметно пони¬
жаться температура PS. Для рассмотрения условий равновесия
і> этом случае необходимо линии равновесии CS и ES продолжить
ы.п.1 (см. рис. 67). Кривая SS" будет соответствовать составу перс-ш
сышеипого аустеынта, находящегося в равновесии с ферритом при
рассматриваемы*температурах,а крниаяЬ'З"’ Судет соответствовать
равновесию пересышенного аустенкта с цементитом. Вследствие
пересечения линий GS" и ES' ' в точке 5 пересыщенный аустеиит,
находящийся в равновесии с ферритом, будет содержать больше
углерода, чем в равновесии с цементитом.Точно так же растворимость углерода в аустените увеличивается,
если частини цементита очень малы. В этом случае в зависимости
от размеров частий цементита границу однофазной области ES
можно заменить другими линиями (рис. 68), каждая иэ которых
относится к условиям равновесия для частиц цементита определен¬ных размеров. Форма частиц, выделяющихся нз твердого раствора,
зависит от многих факторов.Весьма существенным является в этом случае стремление к умень¬
шению поиерхностноЛ энергии на границе между выделяющейся
из раствора частицей и матрицей н, как следствие этого, уменьшение
поверхностной энергии на соответствующих границах.Так, например, с этим связано образование в лктьи сплавах
вндмаиогтотовон структуры, характеризующейся тем. что кристаллы
выделяющейся из раствора фазы имеют определенную ориентировку
по отношению к матрице. І'словня охлаждения стальной отливки
в литейкой форме в различных сечениях различны, и, как следует
иэ вышесказанного, отливка имеет после затвердевания соответ¬
ственно и разную микроструктуру *.Физико-механнческне свойства стали зависят не талько от при¬
роды и количестве’ присутствующих фая, по it от напряженности• .tailIJCHMVCIL ewifiv III >'Г..Г|1Г,ЛЧ11Ы> I I i.'k-ft li UIIKJKK »J'J'Kr\| u її услоик/іГгркичпмзЛ >У>[<аГ-иімі |irtccu.ii;»ipai tin u курсах «Мпмломдом u тсрык-
чсская обра6огка> и «Металлографии».48 2,0
СсОермалл р/їфоДі, %Савиліа "но	. x	СсвермаллРиє. 67. Сх«чвтичккос нюбражс-
нве УСЛОВИЙ рлііминкпя ш-ррсы-
шеиного аустскнта с ферритом м
цементитом£нс. 68. Схематическое пэобра-
жеине влияния размеров ча¬
стий цементите на положение
липня LS134
микроструктуры, которая также зависит от условий кристаллиза¬
ции в лнтеКной форме к может п пределах одной и той же отднвкн
резко отличаться.В большинстве случаев в структуре стальных отливок образуются
фазы, соответствующие диаграмме состояния железо — углерод. Од¬
нако при определенном содержании углерода при очень быстром
охлаждении в структуре могут образоваться мартенсит, троостнт
и сорбит.До недавнего времени считалось, что при обычной температуре
в простых углеродистых сталях аустеннт не может сохраниться. Но
рентгеноструктурпым анализом было установлено, что в закаленной
углеродистой стали может быть обнаружено некоторое количество
нспреврашскного аустснита, которым называют остаточным ауте-
нитом.При понижении скорости охлаждения в углеродистых сталях
могут образоваться структурносоставляюііше в такой последова¬
тельности:Легированные стали. Большинство легироиаиных
сталей относится к тройным и более сложным системам, н поэтому
происходящие в них при эатпердс&апнн превращения не могут быть
описаны обычной диаграммой фазового равновесия железо — угле-Фазы, присутствующие в легированных сталях, принято делить
на твердые растворы (и свсрхструктуры) н промежуточные фазы
(в отличие от определенных химических соединений). Промежуточ¬
ные фазы в свою очередь часто делят на соединения нормсиьной аа-
ленттхти, электронные соединения и интермета.иические соеди¬
нения.Изменяя состав и количество указанных фаз, можно в очень
широких пределах влиять на свойства легированных сталей.Твердые растпоры в легированных сталях подобны аустениту нлн
ферриту системы железо—углерод. Но свойства их от обычного твер¬
дого раствора углеродистых сталей могут резко отличаться.В легированных сталях могут быть твердые растворы замеще¬
ния, анедрения к вхчипшния. D ряде случаев различные виды твер¬
дых растворов сосуществуют. Особенно большую роль играют в ле-
мфонанных сталях н чугунах твердые растворы внедрения, обра¬
зуемые углеродом н азотом.Значительное мнямне на свойства легированных сталей оказы-
никл твердые растворы вычитания, представляющие собой проме¬
жуточную фазу, в которой отдельные узлы в кристаллической ре¬
мизке не плметценм, причем количество узлов, не замещенных ато¬
мом!!, нлн вакансий, увеличиваете» с изменением концентрацииостаточныйаустеннтрод.
растворенного элемента. Примерами таких фаз п логпропянных
сталях являются карбидные фазы, а также FeS, FcAI. CoS. N'iAl н др.Строение фазы по типу вычитания может окапать большое алия-
ние не только на свойство самой фазы н поведение ее в стали, но и
на ряд процессов, связанных х диффузней.Элементы, имеющие неодинаковую по типу кристаллическую
решетку, могут только ограниченно растворяться друг в друге и
на их диаграмме фазового равновесия будет двухфазная областьРазличие в размерах атомов при образовании твердого раствора
вызывает упругое искажение решетки, энергия которого при оди¬
наковом различии атомных размеров тем больше, чем больше у ме¬
талла — растворителя модуль сдвига и чем меньше его коэффи¬
циент сжимаемости.По этой причине предельное рвзлнчие атомных размеров, опре¬
деляющее возможность неограниченной растворимости, у тугоплав¬
ких металлов, в том числе п у желела,составляет около8°п, а у легко¬
плавких — 14-j- 15%.Причиной упрочнения твердых растворов в настоящее время
считают искажение решетки, создаваемое растворенным эле¬
ментом.Важная роль в упрочнении твердых растворов принадлежит
также и иному, чем обычно, взаимодействию дислокаций с группами
атомов.Из вышесказанного следует, что элементы, изоморфные феррнту
(т. е. имеющие объемноцентрнрооанкую решетку, например хром,
молибден, вольфрам), повышают прочность феррита значительно
слабее, чем элементы с отличной, чем у феррита, решеткой (напри¬
мер. никель, имеющий решетку, изоморфную гамма-железу, нлн
кремний к марганец, имеющие.сложную кристаллическую решетку).
Установлено, что на пластичность феррита (относительное удлине¬
ние сужение площади поперечного сечения) они оказыпают мепъшге
влияние, чем на ударную вязкость. Из чнела легирующих примесей
на изменение ударной вязкости меньше влияют те. которые в пе¬
риодической системе элементов расположены ближе к железу (ни¬
кель. хром, марганец прн содержании их менее 1%). т. е. имеющие
сходные атомные размеры и, как результат этого, мало изменяю¬
щие размеры решетки.Легированная сталь более хрупка, если она легирована элемен¬
тами, атомное строение и размеры атомов которых значительно от¬
личаются от железа.На рнс. 69 показано влияние легирующих элементов на изме¬
нение параметров решетки феррита. На рнс. 70 показано, как из¬
меняется твердость феррита (встали, содержащей 0,02^ углерода)
в зависимости от содержания легирующего элемента.В твердых растворах—сеерхструктурах — имеет м<что даль¬
ний порядок расположения атомов. отличающийся от ближнего
порядка тем, что атомы компонентов в твердом растворе раскола-134
гаются упорядоченно не относительно друг друга, а по узлам ре¬
шетки.Образование сверхструктуры в системе твердых растворов ха¬
рактеризуется изменением ряда свойств: повышаются магнитное
насыщение и твердость, увеличиваются пределы прочности и те¬
кучести и понижается пластичность.Сверхструктуры используются для создания легированных ста¬
лей с особыми физическими (магннтомягкие. высокоэрцнтквные,
немагнитные) и химическими (на-
ирнмер, кислотостойкие и др.)
свойствами.Рис. 69. Влияние легирующих ыеыеп- Рис. 70. Влияние легирующих мс>
юв на лараистры реилпки феррите (по центов на твердость по Брмнсл.ио
&лкііич;ля5і I pefliiej)a, Г.'Ивсзи Том- (Л. П. Гуляев и В. П. Кислиц»)
coue. Мм Шиндіа. Сг Эдкок» и П|)«ю.
hi; Ni РіЛ-ртса, W Пкшкаыа; Mo
Глипса и Гичсиїїа)В некоторых легированных сталях н сплавах после отжига с мед¬
ленным охлаждением или после длительного нагрева а определен¬
ном интервале температур возникает особое структурное состояние
твердого раствора (причины появления которого еще мало изучены),
называемое К-пктшшием.Образование /(-состояния до сих пор наблюдалось только в си¬
стемах, где по крайней мере один компонент (все равно раствори¬
тель клн растворенный) является переходным металлом. К таким
системам относятся Fe — Ni — Cr; Fe — Ni; Kc — Si; Fe — Cr—Al;
Ni — Cr; Nl — Cli; NI —Cr — Mu и «р. Ore особенности отличает
К состояние от сперхструктуры.Образование К-состояния в легированных сталях может бить
использовано для улучшения электрических свойств, повыше-137
мня твердости, модуля упругости, износостойкости, жаропрочно¬
сти и Т. П.Прснежутичные фазы в легированных сталях в зависимости от
требований, предъявляемых к отливкам, могут оказывать суще¬
ственное положительное или значительное отрицательное влияние.
Эти фазы в зависимости ит степени металлических свойств можно
разделить на две группы: промежуточные фазы с преобмдающей
мета.і.іической связью и неметалличвгхие фаю.К псраоА группе относятся ннтерметаллпчсскио соединения, кар¬
биды, нитриды, борнды, гидриды и некоторые другие фазы. Большое
количество фаз этого типа обычно относят к особой группе фаз
внедрения. Под фа&аык внедрения понимают такие, которые обра¬
зуют металлы переходных групп с неметаллами, имеющими очень
малые атомные радиусы (водородом, углеродом, азотом), причем
атомы неметаллов внедрены в металлическую решетку.Фазы внедрения обладают металлическими свойствами.В отличие от описываемых фаз внедрения карбиды, нитриды,
гидриды нормальных металлов (например, СаС,; Вс,С; AI«C,; AIN;
CaHj) не обладают металлическими свойствами.В фазах внедрении металлические атомы образуют решетку,
отличную по тину от решетки чистого металла. Чаще всего это
решетка с плотнейшей упаковкой атомов — гранецентрнровапная
кубическая или гексагональная компактная, значительно реже —
объемноцентрлрованнан кубическая нлн простая гексагональная.Карбиды и нитриды, обладающие металлическими свойствами
в том нлн ином направлении, оказывают влияние на общие свойства
легированных сталей. Стойкость нх, зависящая от прочности межа¬
томной свяэн, предопределяет в известной степени н стабильность
свойств самой легированной стали. Состав карбидов в стали связан
с содержанием в ней углерода, точнее с отношениемколичество щрбндообрю) иикто эдеысмга
количество уі лерода в at. V»С увеличением этого отношения изменяется состав карбида
в сторону обогащения его легирующим элементом. Соответственно
повышается н его стойкость. Так. например, в сплавах Fe—Сг—С
с увеличенном атомного отношения Сг : С последовательно обра¬
зуются карбиды тина (FeO)jC. Сг;С, и СгиС,. Аналогичное явление
наблюдается н в других сплавах (Fe—W—С и др.).Состав, а следовательно, и стойкость самих карбидных фаз
могут изменяться вследствие следующих факторов: а) степени
(области) однородности в том случае, когда сама фаза — соединение
переменного состава, б) расширения в самой карбидной фазе разных
(в том числе и некарбидообраэующих) металлов; в) образования
растворенными в карбидной фазе металлами между собой твердих
растворов замещения.іза
Наличие в карбидах в растворенном состоянии тех іми иных
элементов, в также растворение элементов друг и друге может суще¬
ственно повлиять не стойкость карбидов и на сноПства легированных
сталеП. в которых эти карбн.ты находятся. Установлено, что рас¬
творенные элементы, образующие более стойкие карбиды, чем ме¬
талл, составляющий основу карбнда, повышают стойкость послед¬
него. Наоборот, элементы, образующие менее стойкие карбиды,
чем металл. составляющий основу карбнда • растворите л R, а также
элементы, не образующие карбидов, понижают стойкость карбнда-
растворнтсля.Растворенные в карбиде железа элементы, понижающие «го стой¬
кость, способствуют графнтнзации.Интерметаллические фазы — это такие фазы, которые обра¬
зуются в легированной стали железом с некоторыми металличе¬
скими легирующими элементами нлн последними друг с другом.Примером таких соединений могут быть FeO; CoCi, Fe,M°«;
Fe,ND3: Fc,Ti; Fe3Zra\ CoW; NiAI н др. Все они имеют большую «ли
меньшую область однородности на диаграмме состояний к могут
образовывать твердые растворы лруг с другом.Интериеталлнческне соединения в легированных сталях мпгут
также представляться тройными н более сложными соедине¬
ниямиНекоторые яз важнейших интерметаллнческих соединений, кото¬
рые могут встретиться в современной легированной стали, относится
к числу так называемых фаз Лавка (например, Fo,N'b; Fe.Tr.
Fe»W; FetMo; Ni.Ti; Cr,Ti; Cr.Ta; Cr„Si; VtSi; ZrCo,; FePt; ZrW,;
CoPt и др.). Характерным для этих фаз является то, что в их обра¬
зовании доминирующую роль играет геометрический фактор.Наиболее часто отношение атомных радиусов их компонентов
колеблется в пределах 1,13—1,27.Фазы Лапеса характеризуются плотно упакованной структурой
и могут быть образованы разными металлами, из которых одни иди
оба переходные.Вторая группа ннтерметаллнческнх соединений 8 стали обра¬
зуется только на основе переходных металлов.Важнейшими иитерметаллмческнми соединениями этого тмпа
являются фезы-о (фазы — сигма). В настоящее время нэьесгно
более 20 двойных к большое количество тройных фвз-а (например,
в системах Fc—V; Со -Сг; Со—V; Ni—V; V —Мп; Сг—Мп;
Fe -V—Со; Fe—Сг—Со: Fe -Мо—Со; W—Re: Мо— Re и др.).Кроме фаз-a, в некоторых легнрованпых сталях могут сущест¬
вовать фазы, которые по свойствам (особенно высокой твердости и
хрупкости) и условиям образования аналогиями фтлч-о. Так,
в сплавох Fc Сг Мо, содержащих 8 : 27®:-. Сг и ftn.ip* Мо.
в сплавах Fc—Сг—Ni-Мо с 2 • Мо и некоторых других
системах образуется фаза-х (ее состав Fe„Cr,aMolfl>. Свойства ее
сходны со свойствами фвэы-о.IM
В г'ысоколсгнрованных аустеннтных ХрОМОШІКеЛеВЬІ.Х СІНЛЯХ,
легированных одновременно молибденом и титаном, тякжс была
обнаружена фаза-*, отличающаяся высокой хрупкостью и немаг-
нилюстью.Образование в легированных сталях нитермсталлнческнх соеди¬
нений, их твердых растворов между собой и с различными содержа¬
щимися з стали металлами изменяет в ту или иную сторону стой¬
кость этих соединений и свойства легированных сталей.Наибольшее практическое значение ннтерыеталлнчсские соеди¬
нения имеют в малоуглеродистых железных сплавах, где они исполь¬
зуются для получения эффекта дисперсионного твердения, главным
образом в жаропрочных, нержавеющих, магинтнотвердых сталях и
сплавах,К меметылическим фазам относят окнелы, силикаты и сульфиды,
образуемые в стали железом н легирующими элементами.Состав неметаллических фаз в стали зависит от их химического
состава, условий ведения процессов плавки, особенностей процесса
раскисления, технологии процессов выпуска и разливки.Обычно они характеризуются сложным составом, строением и
свойствами.Неметаллические фазы, встречающиеся в углеродистой н легиро¬
ванной сталях, классифицируют следующим образом: а) окнелы
(Fe30, переменного состава. А1,0,. SiO,, TiO, с примесями; ZrO,
с примесями; VtO,. Сг.О*. ШпО-SiOj и др.); б) силикаты и стекла
сложного состава; в) алюминаты типа шпинелей (А1,0, • MgO;
А1.03 • FcO и др.); г) хрома ты (CrtOs • FcO- А 1,0, ■ МпО н др.); д) суль¬
фиды и нх твердые растворы MnS, (MnFe) • S. (MnFe) • S • FeO • MnO,
(Mi]ftCrAW)S и др.); e) неметаллические включения случайного,
главным образом экзогенного, происхождения.Неметаллические фалы любого происхождения почти во всех
случаях являются вредными включениями. Они ухудшают корро-
знойную стойкость, износостойкость, магнитные свойства, устой¬
чивость аустснита. прокаливаемость, треіциііоустойчнвость и ряд
других важных технологических и служебных свойств.Легирующие элементы по-разному распределяются между фа¬
зами в сталях и чугунах. Основная пасса кремния находится в фер¬
рите или аустсните.Марганец может образовывать твердый раствор с ферритом,
аустсмитом и цементитом. Карбидная фаза железоуглеродистых
сплавов, легированных марганцем, представляет собой цемент,
легированный марганцем (Fe, Мл),С.Хром большей частью концентрируется.в карбидной фале. В ста¬
лях, легированных хромом, могут присутствовать следующие устой¬
чивее карбиды; орторомбкческиЯ цементит (Ре, Сг),С с содержа¬
нием до 15% хрома (в сталях, содержащих до 2-5-3% хрома),
тригональний высокохромнстый карбид (Сг, Fe),C,. кубический
высокохромнстый карбид (Сг, Fe)«C.140
Никель образует с железой непрерывная ряд тверды* растворов
Напомним, что диаметры атомов железа (2.52 А) и никеля (2.49 К)
отличаются незначительно. Кристаллические решетки ужеле.за и
никеля нэоиорфны. В сталях отношение содержания никеля и фер¬
рите к его содержанию в цементите характеризуется отношением
порядка 3:1.Алюминий, вводимый в сталь, если он не образует химических
соединений с кислородом, азотом, серой, концентрируете* в фер¬
рите.Мель подобно кнкелю имеет изоморфную решетку с ужелеэом.
Незначительно отличаются к атомные диаметры железа (2.52 А)
н меди (2,55 Л). В a-железе прн высокой температуре растворяется
3,5% меди. По мере понижения температуры до комнаткой раство¬
римость меди снижается до0,3%. Такое резкое изменение раствори¬
мости меди в железоуглеродистых сплавах приводит к дисперсион¬
ному твердению за счет выделения фаэы-е (фазы — эпсплон). со¬
стоящей почти из чистой мели.Сера в количестве до 0.02% может находиться в твердом раст¬
воре. При большем содержании серы образуются сульфиды железа
FeS и марганца MnS, а также их растворы.Фосфор 8 железе растеряется в значительном количестве.
Углерод снижает растворимость фосфора п феррите. С железом
фосфор образует фазу — фосфид Fe,P. Эвтектика железо —фосфид
железа образуется нрн 10,5% фосфора и имеет температуру плавле¬
ним 1050е С.В системе железо — углерод — фосфор образуется тройная фос-
фндиая эвтектика Ке—Fe,P—Fe,C (стелит), содержащая 6,89% фос¬
фора и 2,4°» углерода. Температура плавления тройной фосфкдноА
эвтектики около 950s С. Фосфклиая эвтектика может оказать боль¬
шое влияние на характер эвтектической кристаллизации и способ¬
ствует разделению образующихся фаз.Необходимо отметить, что распределение легирующих элементов
между твердым раствором к карбидами пля данной стали и опреде¬
ленной концентрации легирующей прнмесн не является постоянным.В результате различных условий кристаллизации, в объеме
одной и той же отливки, в разных сечениях могут был. отмечены
различные содержания легирующих примесей в твердом расгиоре и
карбидах. Перераспределение содержания легирующих примссеЙ
между структурносоставляющнмн может произойти и в результате
той нлн иной термической обработки отливок. Достижение равно¬
весия фаз требует определенных условий (температуры и времени)
и в отливках не всегда может быть обеспечено.Сами зерна различных фаз также характеризуются различной
концентрацией элементов у границ к в оЛърмр Gvenmte области
одною зерна твердого раствора, имеющие различный химический
гостав. представляют собой соседствующие друг с другом, но не
разделенные определенной границей два твердых раствора. Вправ¬
ка
ІІ1ІГЧІ1ІК кшцемірдинк ПріїчеСОЙ внутри отдельных зері-l ІДИІЮ'Г Ні
подвижности прнмесн.Твердый р.эетвор может оказаться пересыщенным грнмсч-кю
о результате быстрого охлаждения. Например, закалка позволяет
полушггь пысокомарганцевые стали с аустенитной структурой без
карбидов, тогда как при медленно* охлаждении карбиды успевают
выделиться нэ твердого раствора.Изменение химического состава твердого раствора в тонком слое
вблизи границ зереп мало сказывается на тех свойствах стали,
которые являются, по существу, статистически уравновешенными
характеристиками всего объема (предел прочности, текучести,
тверлоеть, модуль упругости, плотность, алектрическне н магнит¬
ные свойства).Вместе с тем неоднородность твердого раствора может существен¬
но іамрнить те свойства отлквок, которые определяются рапными
характеристиками отдельных мнкрообластсй. Неоднородность твер¬
дого раствора может, например, повлиять на сопротивление мате¬
риала отливок коррозии и на некоторые другие физические н физи¬
ко-химические свойства. Отлнекн, изготовленные из нержавеющей
хромопикелеаой стали, работающие в условиях воздействия сильно
агрессивных сред, часто выхолят из строя о результате интеркрн-
сіа.іллтной коррозии.Хрупкое межзереиное разрушение некоторых сталей н ковкого
чугуна также может быть связано с ммкронеоднородностью зерен
твердого раствора. К числу элементов, концентрирующихся в по¬
вышенном количестве у границ зерен, относятся фосфор, углерод,
азот и др. По этой причине повышение содержания фосфора в сталях
может вызвать ослабление прочности межзерепных сочленений.
Кремний внутри зерен твердого раствора характеризуется обратной
лнкнацией. Внутри зерна он содержится в большем количестве, чем
в прнгрэннчиой оЛлэгтя. .Этим елмы.м кремний понижает раствори¬
мость оэота во внутренних зонах зерна и оттесняет ею к границам,
косвенно влияя при определенных концентрациях на повышение
хрупкости сталей и ковкого чугуна.* Иначе действует молибден, небольшие добавки которого резко
ослабляют или полностью предотвращают хрупкое межперенпое
разрушение.В отливках из легированных сталей наблюдается выделение из
пересыщенных твердых растворов тех нлн иных дисперсных фаз.
которое может 6>jTh вызвано изменением температуры. R определен¬
ных условних, например при повышении температуры, эта фаза
вновь может быть переведена в раствор. Температура, при которой
происходит выделение дисперсной фазы, определнет место, где это
выделение происходит.При высоких температурах зародыши образуются главным
образом на границах зерен и иа поверхностях, где энергетические
условия для этого наиболее выгодны; при более низких темпера-143
турах зародыши новой лнсперсной фаю могут возникнуть также
ачутрн зерна.При изготовлении изделий нэ некоторых марок сталей иаблю
длется явление старения, заключающееся в изменении свойств,
которое наблюдается после того, как столь била охлаждена с ви¬
сокої! температуры и выдержана в течение определенного времени
при иизкоД.Классификация легирующих элементов.
Используемые для легирования элементы можно классифицировать
по следующим признакам:1)	строению атомно-кристаллической решетки;2)	ялнянкю на положение критических точек железа;Я) отношению к содержащемуся в стали углероду.По первому признаку —строению а/іюмно-криста,ицческой ре-
иіетки — легирующие элементы можно разделить на три группиВ первую группу входлт элементы, имеющие эточно-кристалли
чес кую решетку, родственную a-железу, Элементарная кристалли¬
ческая ячейка этих элементов — объемноцеитрпроканний куб
К таким элементам относятся хром, вольфрам, молибден, ванадий
н кремний. (Кремний внесен в эту группы условно, так как он имеет
очень сложную кристаллическую решетку.)Вторую группу состапляют элементы, имеющие атомно-кристал¬
лическую решетку, родственную у-желеду. Элементарная кристал¬
лическая решетка этих злемеїггов представляет собоЯ гранецент-
рнрованный куб. К таким элементам относятся никель, медь,
алюминий н марганец. (Марганец введен в эту группу условно,
так как лрк комнатной температуре он имеет очень сложную куби¬
ческую граиецентрнрованную решетку.)В третью группу входят элементы, имеющие гексагональную
атомно-кристаллическую решетку, т. е. элементарную ячейку в виде
шестигранной призмы.Уже отмечалось, что чем ближе тіш и размеры (параметры)
элементарной атомно-кристаллической решетки растворимого эле¬
мента подходят к типу решетки железв-растворнтеля, тем лучше
такой элемент растворяется в а* нлн у-железе.По степени упрочнения твердого раствора основные легирующие
ыементи могут бкггь расположены в следующий ряд: Si, Ми, N’i.
Mo, V, W, Сг.По второму признаку—влиянию элементы на критические
точки — нх делят на две группы; I) элементы, расширяющие об¬
ласть у; 2) элементы, сужающие (замыкэкхлне) область у.Область у расширяют Ni, Си, Мл. Со. С н N.Под плнямием чти к моментов точка А, повышается, о точка А»
понижается.При содержании некоторых нз этих элементов выше определен
ной концентрации точка Аг понижается до комнатной темпера¬
туры и сплав в этих условиях находится в виде у-твердого^	143
раствора, г. е. в обычных условиях сталь имеет аустеннтнуюструктуру.Сужают (замыкают) область у следующие элементы: Сг, A), Si,
W. Mo, V, Ті. Вс и некоторые редкие элементы.При введении в сталь этих элементов точка At понижается,
а точка As повышается.Прн определенном содержании элемента точки At н <4, совпа¬
дают и область ужелеза исчезает (оказывается замкнутой). Такие
сплавы от 0° С до расплавления сохраняют атомно-крнсталлнческую
решетку a-железа. т. е. являются во всем интервале температур
ферритнымн.По третьему признаку — отношение к находящемуся в стали
углероду — легирующие элементы делят на: 1) карбшдобразующне
н 2) нскарбндообразуюшж (графитнэирующие).Перпую группу составляют элементы с высокой степенью хими¬
ческого сродства к углероду.Кпрбилообразующая способность легирующих элементов за¬
висит от их электронного строения н атомного радиуса: чем меньше
достроены внутренние электронные оболочки у карбндообразую-
Н1СГО элемента и больше его атомный объем, тем прочнее н устой¬
чивее образуемые им в стали специальные карбиды. Карбидообра-
зующне элементы, используемые для легирования, по степени
уменьшения способности к карбндообраэованню можно располо¬
жить в следующий рнд: Ті, Nb, V. W. Mo, Cr и Mn.Вторая группа элементов понижает устойчивость цементита и
карбидов других элементов. В присутствий определенного количе-
чесгва таких элементов после соответствующей термической обра¬
ботки (например, отжига) весь имеющийся в структуре цементит
может полностью распасться на феррнт н углерод отжига. По убы¬
вающей способности к графитообразованию легирующие элементы
можно расположить в следующий ряд: Si, AI, Си, Со.Интересно отмстить, что явление старения не наблюдается прн
отсутствии в железе углерода, азота н кислорода. Предполагается,
что старение стелен после закалки зависит от скопления (сегрега¬
ции) углерода, азота и других примесей, образующих твердые
растворы внедрения у дислокации.В сталях, содержащих цементит, может также наблюдаться про¬
цесс грофитизации, который происходит в случае длительной вы¬
держки такой стали при повышенной температуре (ниже темпера¬
туры превращения). Графит, как было показано выше, в железо¬
углеродистых статях является термодинамически более устойчивой
фазоП, чем цементит, однако зарождение нлн рост графита а стали
-гак медленны, что в обычных условиях аустспмт переходит в фер¬
рит и цементит без образования графита.Ввод в сталь некоторых легирующих элементов может ускорить
процесс графнтнзацнн, и тогда графит может выделиться в качестве
самостоятельной фазы. При производстве отливок этот процесс имеетI н
промышленное развитие, и я настоящее время производится фасон¬
ное лнтье из графитиэнрующнхея сталей.Из вышесказанного следует, что введение а сталь легирующих
элементов может замедлить, подавить нлн ускорить превращения
аустснита.§ IV-6. ФАЗЫ И СТРУКТУРНЫЕ ДИАГРАММЫ ЧУГУНАСтруктура чугунов в отличне от структуры углеродистых сталей
является более сложной н многофазной.При рассмотрении связи структуры и свойств чугунов следует
иметь в виду, что свойства определяются количественный соотно¬
шением, составом, однородностью и формой фаз. дисперсностью,
характером распределения и состоянием межфазовых границ.Для фасонного чугунного литья применяются главным образом
доэятектнческне и эвтектические чугуиы. являющиеся многоком¬
понентными сплавами. Кроме железа и углерода, в состав чугуна
входят кремний, марганец, фосфор и сера. Так же как и легирован¬
ные стали, легированные чугуны могут содержать то нлн иное
количество легирующих элементов.Современные методы физико-химического анализа позволили
обнаружить в чугунах также значительное количество элементов,
присутствующих в нем в микроскопических и ультрамикроскопа
ческнх количествах Эти элементы — «спутники», хотя я находятся
в чугуне в очень малых количествах, могут оказать существенное
влияние на его структуры и свойства.Структура чугуна может состоять нэ твердого раствора (фер¬
рита, аустеннта) графита различной формы н размеров, карбидов
н так называемых малых структурных фаз, образуемых соедине¬
ниями фосфора, серы, азота и другими элементами, если концентра¬
ция их превышает возможность растворимости п основных фазах.В большинстве случаев чугуны содержат: углерод 2,0 -¥ 4,0^,
кремний 0.4 -+- 3,5%, марганец 0.2 -+- 1.5%, фосфор 0.04 -і- 1,5%,
серу 0.02 + 0.2%. Легированные чугуны могут содержать в зна¬
чительных количествах ннкель (до 20%), кремний (более 15%).
медь, хром, молибден н др.В зависимости от химического состава, условий охлаждения и
структурообраэовання в чугунах может быть нлн отсутствовать
свободный графит, определяющий цвет поверхности излома. По
этому признаку чугуны принято делить на белые, половинчатые,
ковкие н серые.В белых чугунах весь углерод связан в вше карбидов. Поэтому
нк структура мотет рассматриваться на основе мртягтяЙилнмоО
системы диаграммы состояния.Половинчатые чугуны яаляютси промежуточными между бе¬
лыми и серыми. Омн содержат как эвтектический цементит, так и
графит.148
В серых чугунах значительная часть углерода присутствует
в виде графита. (Дометит, содержащий остальную часть углероде,
еслн он имеется в чугуне, образует с ферритом перлит.Таким образом, чтобы характеризовать чугуны, следует разли¬
чать в них: а) общее содержание углерода; б) свободный углерод,
т. е. углерод в виде графита, к и) связанный углерод, т. е. углерод,
присутствующий в цементите нлн в других карбидах.Ковкие чугуны — это сплавы, которые в литом состоянии яв¬
ляются белыми чугунами, а затем подвергаются термической обра
ботке, чтобы разложить карбиды железа н получить в структуре
свободный графит (так называемый «углерод отжига»). Такой гра-
фігт отличается от графита обычного серого чугуна меньшей протя¬
женностью и большей компактностью.Обсуждение струнтурообразования в серых чугунах в соответст¬
вие с диаграммами состояния железо—углерод затруднено, так как
во многих случаях затвердевание происходит по схеме, описывае¬
мой стабильным вариантом диаграммы, а последующие превращения
ниже температур солидуса — по ыетастабнльному варианту.Часто а пределах одной и той же отливки можно в зависимости
от скорости охлаждения встретиться со всеми видами излома:
белым, половинчатым и ссрым.В связи с наличием в чугуне значительного количества кремния
прн рассмотрении фазопых равновесий можно пользоваться трой¬
ными диаграммами равновесия железо — углерод — кремнии нлн
железо — цементит — кремний. Эти диаграммы п большей степени,
чем двойные диаграммы железо — углерод или железо — цемен¬
тит, приближают к пониманию процессов, происходящих в чугунеКремний — химический элемент IV группы периодической
системы элементов, принадлежит к подгруппе углерода н имеет
порядковыЛ номер 14 и атомный вес 28,06. Креминй обладает куби¬
ческой структурой тнпа алмаза, постоянная решетки 5,42 А, рас¬
стояние между соседними атомами 2.35 А. Плотность кремния
2,4 г'см*, температура плавления 1415е С, температура кипения
2600* С.На рис. 71 представлены вертикальные разрезы диаграмм же¬
лезо — углерод — креминй с повышающимся содержанием крем¬
ния.Как следует из припедешшх диаграмм, по мере повышения
содержания кремния сужается область у и с увеличением концен¬
трации углерода резко повышается температура эвтектонднога пре¬
вращения. Заметно повышается также температура распада аусте-
ннта. Эвтектическая н эвтсктондные точки заметно передвигаются
н оирииу меньшей концентрации углероде Температура кристалли¬
зации эвтектического чугуна повышается. Следует отметить, что
с увеличением содержания кремния значительно снижается предел
растворимости углерода не только в твердом, но и а жидком железе
прн всех температурах жидкого состояния.14ft
Кроме кремния, на положение критических точек ВЛИЯЮТ II
другие элементы, присутствующие в чугуне. В іабл. 15 приведены
.танине, характеризующие влияние некоторых элементов (1%) ка
основные критические точки Анаграммы состояния железо — угле-Ииппн ea»tp«vi«i >ТМ|>»». ЧЭм**»Кріч.ічгежя» tomКрітгаеекм l«4taКреанкй	J-S+ (20-30)-0,3-0.10— (0,10—0,15)Марі знек 	-2-2-20—0.01;*Тн>сіЬчр		 .—35-35-03-0,110000—ЗО—0.04-0.<¥-0,08Хрпм	+4+4+8-0.07-0.C1S-0/вAmuiHiift	+++100.10+Совместное количественное влияние элементов, перечислении*
в тайл 15, может біль конечно нным, чем это могло бы преіста-
ВПТ1.СЯ п результате простого арифметического сложения Ііслн16% St	tfXSl	tfXStРис. 7| Верительные piip«3U Тройной ДІІіігрОМИМ АІ.ЮІи - у.іЧ-рОД — крем¬
ний ори содержании 2.4, 4.8 н 6,0% Siн качестве первого приближения принять, что влияние элементов,
присутствующих в чугуне, равно простому суммарному их влнннню
без учета других факторов, то положение эвтектической и эвтсктонд-
ной температур (без учета переохлаждения) можно вычислить по
следующим формулам:
для эвтектической температурыl( _ 1М7 + 51% Si] — 35 [•/. Р) —9.1»/» Mnl + 4 IV, Сг1*./с-= Н53 4- 5 IV» SiI — 35IV, Р1 — 21®/, Мп) +41% Сг1;*	Здгсь и да.1«с к квадратных скобках показано фактическое MtoBorсодержание меыеита а чугуна.147
для эвтемоилной температурыг5- 728(;12) + 201% Sil + 81% Сг) — 10(1% Cu| -1- 2 1% Mnl ++ 31*/. Nil).‘s- =■■ 738 (±3) + ЗО IV» Si| + 8 I"/. Crl - 10(1% Cul + 2 |% Mn| ++ 3IV, Nil).Степень эвтектнчностн h углеродный эк¬
вивалент. С учетом влияния элементов изменится н показа¬
тель, характеризующий степень эятектичности чугуна.Обычно ,viя определения степени эвтектнчностн промышленных
серых чугуков пользуются следующей формулой:5с-.CJ4,23TvTSipадогде 4.23 — процентное содержание углерода в двойном сплаве
железо — углерод.С учетом влияния содержания кремния и фосфоре степень
эвтектнчностн иногда выражают формулами:. р	IV. С|	о	IV. С|5- —ІУГ57І—ГлГРІ*		4,23 -	_ Li^J	4,23.С|с 4,2:1 — (1,312 Iе/. Si| — 0,2751С учетом влияния содержания кремния, фосфора, марганца н
серы — элементов, присутствующих в обычном чугуне, степень
эвтектнчиостн определяют по одной из следующих формул:с 			IV. С)		.•	.1,23 — 0,:И2|% Si| — 0,33 IV, Р] Н,|8 (]•/» МпГ——і ,76 [V.S|j *	IV- (-1 	.°r 4.2a - 0,312 [*,'o Si) — 0.331°/. P| + 0,066 (s Mn] ’s	, л IVq Cl	....‘ ~ 4.26 - Ctf |*/Г5і) - ОДІ is P| -0,W|»:.SrИногда степень эвтектнчностн называют степенью насыщенности
(так ос назвал Гейн. который предложил эту величину для оценки
качества чугуна).Химический состав чугуна, определяющий его положение отно¬
сительно эвтектического, также характеризуется так называемым
углеродмим эквивалентом.Углеродный эквивалент Сс, выражаемый в процентах, показы-
пает эквивалентное (или приведенное) содержание углерода, учиты¬
вающее влияние компонентов чугуна на степень его эвтектнчиостн
Для ныражснии углеродного эквивалента встречаются разные ва¬
рианты формул:Сг=|у„ С1 + М;Cf, = |% С| + ІїіМ + іїїД ;Cl: ^ IV, СІ 4 0,31 ІЧ Sil 0,331% PI +(>.4(%S! — 0.027 [V, МпІ.Если углеродный эквивалент находится в пределах 4,2 -4,3%,
чугуны относят к эвтектическим. При меньшем значеннн углерод¬
ного эквивалента их считают доэптсктипескими н при большем —
заэвтектнчеекнмнR значительном днапазоне ве¬
личин углеродного эквивалента ус¬
тановлено наличие обратной прямо¬
линейной зависимости между ним
н температурой ликвидус. Эта за-
пнсимость по результатам одного
из исследований представлена гра¬
фически на рис. 72.С помощью аппаратуры для тер¬
мического анализа на основании
этой зависимости можно в произ¬
водственных условиях судить о со¬
ставе чугуна.Фазы чугуна. Чугуны
характеризуются наличием тех же
фаз, что и стали. Однако фазы
типа твердых растворов в чугунах
содержат, как правило, в растворенной состоянии больше примесей.
Например, феррит серого чугуна может, кроме углерода, содержать
значительное количество кремния н других элементов. Свойства
такого феррита, который часто называют енлнкпферрктом, могут
значительно отличаться от феррита мягких углеродистых сталей.Твердость по Вринеллт енлнкоферрита. содержащего в рас¬
творе 0,82% кремнии, равна окаю 90 кГ/ммг. При повышении
в растворе содержания кремния до 2.3% твердость повышается до
125 к Г,‘нм*, а при содержании в силнкоферрнте 3,4% составляет
150 кГ мм2.В обычных чугунах аустеннта не бывает. Свойства аустгнитя
высоколегированных чугунов определяются степенью и природой их
легирования. Предел прочности прп растяжении аустеннта в .чави-
гныости от характера легирования может меняться в очень широких
предела* (примерно от 40 до 80 кГ і мм*). Иногда аустеиит, образую¬
щийся при кристаллизации по стабильной системе, в -отличне от
аустеннта, образующегося при кристаллизаций по метастабнльной
системе, нвзывают бойденитом.Рис. 72. Зависимость между угле-
родним эквивалентна и темпера
турой ликвидус {пунктяркые ЛИ¬
НИН показывают возможны* от-149
Цементит обычною чугуна так же. как и феррит, содержит при¬
меси других (кроме желеэп н углерода) элементов. Марганец к
хром, содержащиеся п чугуне, преимущественно растворяются в це¬
ментите. Твердость но Брннел.тю цементита чугуна обычно нахо¬
дится в пределах 750—1150 кПям1.Перлит чугуна по свойствам отличается от перлита стали, так
как он образуется из феррита и цементита, в состав которых входят
е большем количество другие прнмесн. Твердость по Бршіел.ію
пластинчатого перлита, образовавшегося из енликоферрита н
цементита, находится в пределах 175—330 кГ мм*, а твердость по
Брннсллю зорнистого перлита составляет 130 180 кГ'мм*Прн содержании кремния выше 2,5% в чугуне могут образовы¬
ваться енлнкокарбнды. содержащие окаю 3% углерода. Природа
и свойства енлнкокарбидов отличаются от обычного иеменпгтв.
Снлнкокарбнлы неустойчивы и при нагреве ло температуры
600 -і-700 С разлагаются. Они могут образовываться я чугуне
и прн меньшем содержании кремния, чем 2,5%, в результате нерав¬
номерного распредел«иня кремния во время эатаердегаиии чугуна.Элементы, присутствующие в чугуне, могут неравномерно рас¬
пределиться не только между фазами, но и между отдельными ммкро*
участками внутри фаз. Фазовая микронеоднородностъ болте харак¬
терна для чугукое. чем для сталей.В объеме одного и того же .черна может наблюдаться прямая
микролнкаацня одних элементов п обратная других. Так. напрнмер,
установлена значительная мнкролнквацня кремния, который в боль¬
шей степени концентрируется в средней части зерна н в меньшей
по его границам.Кроме феррита, графита и цементита, в обычном чугуне всегда
присутствуют в качестве самостоятельных фаз соединения фосфора
н серы. В легированных чугунах, кроме них, могут присутствовать
аустсмит н продукты его неполного превращения, сложные карбиды,
нитрилы и окенды.Последние исследования системы железо — фосфор (В. И. Явой-
ский, А. Ф. Вншкарев и И. Драгомнр) показали, что в жидком
состоянии прн обычных температурах выплавки фосфор в сплавах
с железом, в том числе в чугуне и стали, находится в виде группи¬
ровок FetP •.Обычно принятая диаграмма состояния железо — углерод —
фосфор описывает условия рявновесня с образованием тронной
эвтектики железо — цементит — фосфид (Fe,P), содержащей 6,89%
фосфора, 1,96% углерода н 91,15% железа. Такая эвтектика имеет
температуру плавления около 950' С. В обычных серых чугунах,*	Раяьим предполагалось, что в жядхом расплім присутствует фосфид1Ч,Р, о6п»ру**ыечый поел* »»ій?раемвн*. Фосфка FtjP жрткталлиэутя
8 вяа« тетрагональной рспістки і ларавгтрши а — 9,090 Ат- 4,446 А ори
•осъни идесіулаї ■ манектариой ячейке.160
содержащих около 2% кремния, фосфорная эвтектика эатвердеаае'
в виде тройной эвтектики аустеннт — цементит — фосфид.Фосфндная эвтектика является хрупкой тпердой составляющей
(твердость по Бринеллю 380 : 550 кГ.мм*). выделяющейся обычно
□о границам зерен. Растворимость фосфора в твердом растворе гфм
высоких температурах довольно велика (2,8%). С понижением тем¬
пературы она заметно уменьшается. Прн быстром охлаждении чу¬
гуна (например, а металлических формах нлн в отливках с топкими
стенками) весь фосфор может быть зафиксирован в твердом растворе
м фосфндная эвтектика а структуре но обнаруживается. С повыше¬
нном содержания углероіа растворимость фосфора в твердом раст¬
воре снижается. В малоуглеродистых оысокофосфористих сплавах
может быть обнаружена двойная фосфндная эвтектика вустеиит —
фосфид и феррігт — фосфидСера характеризуется очень малой растворимостью в твердом
растворе. Подобно фосфору сера образует с железом химическое
соединение сульфид железа FeS. В чугуне она образует самостоя¬
тельную фазу при содержании окато 0.2% В системо железо —
углерод - сера может о5раюаагься тройная эвтектика, содержа¬
щая 0,17% углерода и 31.7% серы, с температурой плавлення
около 975“ С. При наличии в чугуне марганца сера образует с ним
сульфид MnS с температурой плавления около 16ЭЭаС. В жидком
чугуне сульфид марганца может растворяться прн более пиэких
температурах. Прн охлаждении и кристаллизации чугуна сульфиды
выделяются в виде самостоятельной фазы прн температуре около
1200 + 1230* С (по данным И Н Богачева) Прн медленном охла¬
ждении нлн выдержке в указанной области температур наблюдается
коагуляция выделяющихся включений сульфидов.В виде самостоятельной фазы сульфиды наблюдаются в серых
чугунах а в белых чугунах при быстром их охлаждении самостоя¬
тельные включения сульфидов не наблюдаются, так как н этом
случае сера концентрируется главным образом в карбидах, чем
часто н объясняется большая устойчивость карбидов при повышен
ном содержании серы в чугуне. Включения сернистого марганца,
обнаруживаемые в чугуне, не представляют собой чистого химиче¬
ского соединения, так как сульфид марганца в широком интервале
концентраций образует с сульфидом железа твердые растворы.При наличии в чугуне алюмнпни. церия, магния, мели и неки
торых других элементов сера, взаимодействует и с ними, образуя
соответствующие ндниыорфные кристаллические включения (A US».
Ce,Si. MgS. CiijS и др. ) с высокой температурой плаплооія.В белых чугунах, содержащих 0,1 -t- 0.2% серы, сульфиды слу¬
жат зародышами прн грэфнтизяцкн вп нроия отжига.Обычно в чугунах, содержащих мало марганца, сера находится
в виде эвтектики нлн сульфидов (Fe. Мл) S. а в чугунах, содержа¬
щих повышенную концентрацию маргаинд, — в виде твердых раст
воров, богатых марганцем {Мл, Fe) S.in
?.t Тмин«1мк дгн.ірт» і« к ір«кг>|і> fс
,w-n ч\і\и.'<. .ігЛг^\ри»чг«Я Miixirfi.uA. ' |і і
1 |>.іи.м-я . и »\ • іош pJCtD>p<- rJlL|Mi.»W>f кч> .і4».
:ы и ътлмзк окртс Эзпиико
тсгсімх і>клм«»*иіі іч.-лиїл. ряг.-.ч-,*. и iui
и СпгтллЛ г.гчгигитгиР. «і.-'їм Кр>п;и.- и-ц-
ГХ> нилжип (Kpl*'tv*< Г: Гдг>я1>|» Ci"po
ijirii-fcra k(i»j:xi ч>!>ия.
ХЭ<«*	ьичрл-ІЗОЗОМ BI Х.-КИ .ЦІ* кІЛ'ЛО-
iu Iji-iuv";іричі*г екліоч*-НИИ ПГ|ЧІИЧЩ<І! I1>VC|I||»I
■ .ІГлЛурніїм-м ЙІКМПІІСPjr 1’> > :і>\ч>г;■ t- '• ••ІИІГКТІІ’МЧКОІ j М; їм J
* ЛИІ |р>* ІНИ) -і*. Ж.ЧOtOlU ';1ги">1*11ИаЯ «»..*•
При производстве чугунных отливок химический состав чугуна
подбирается таким образом, чтобы было обеспечено образование
твердых растворов, богатых марганцем. Эго может быть постигнуто
при отношении |%Мп) : 1%S| = 3,5 -і-5,0.В высоколегированных чу гулах, кроме перечисленных фаз,
могут быть обнаружены сложные карбиды, нитриды, карбокитрнды
в различных сочетаниях с графитом н легированными аустеннтом.
мартенситом, сорбитом, троостнтом, ферритом.На рнс. 73 -82 показаны различные фазы и структуры, наблю¬
даемые при исследовании чугуна с помощью металлографического
микроскопа. На рис. 83 представлены эталоны микроструктуры
чугуна го ГОСТ 34-13 57 для классификации структуры металли¬
ческой основы.Роль графита в чугуне. Все свойства чугуна в той
или иной степени зависят от присутствия в нем графита. Графит
в обычных условия* кристаллизуется в гексагональной системе,
образуя плотные, зернистые, чешуйчатые листовые или скрытокри-
сталлнческне пачквющие массы черного цвета.Кристаллическая решетке графита — слоиста* н образуется парал¬
лельными слоями (см рнс. 64) гексагональной сетки с атомами углерод* в ге
узлах, расположенных ка расстоянии 1.42 Л. Слои, отстоящие о£ин от другого
пл расстоянии 3,39 Л. последовательно сдвинуты относительно друг друга тая,
что я проекции сотнісоается только половина всех атомов углерода, а осталь¬
ная чясть проектируется в центре ячеех гексагональной сетки соседних слоев.Именно эта пспвенносіь строении графита стличсет его от алмаза, в котором
4'тоыи размешены епмкетрмчно о тетраэдрической структуре н прочно свяывы
по осей направленням Слазь между атомными слоям» о графите осуществляется
посредством легхоподинжкых ьтектропов. Такая свяіь придает графиту неко¬
торые мст*.*шіче«:кие свойства: металлический Ллмк. не прозрачность и вмеокуп
тепло- и «лекгропроводиосп.. Для графита характерна спайность па од мшу
направленню, что оСуглпалено слабой связью между атомными слояин. Плот
коси, грлфита 2,23 Мг-'м* (•'/»') в параллельном направлении. Прочность
пластинчатого графита its сжатие составляет около 2-1(1 Мяч* (кГ/мм*).Прочноеіь связи между атомами самой сетки очень высока, о чем свидетель-
ггнуегписокая температуря плавлення графита (3050° і 50е С).Первичный графит, выделяющийся при кристаллизации чугуна
а виде «спели», имеет форму пластинок. Эти пластинки могут пред¬
ставлять собой образования роэсточноА почковидной нлн много¬
гранной формы, лхеточкн которых имеют длину ЦТ 0.1 до 5 мм при
талкшие от 0,01 до 0,5 мм.Образования графита, формирующиеся при эвтектической н
вторичной кристаллизации чугуна, являются более сложными, чем
спслнстый графит, агрегатами. Они характеризуются многообразной
формой.Графит обычных даэвтсктнческнх чугунок, образующийся в ре¬
зультате эвтектического превращения жидкого расплава я симь
аустенита н графита, может представлять собой мелкие рассеянные,
более или менее изолированные в массе металлической матрицы
включення. Наряду с этим графитопые включення, кажущиеся прн
наблюдении с помощью микроскопа и малом увеличении нзолнро-1Ы
Рас. 74. Структур* с*?ого чугува
С уMfроді МИ >KB*B«JHHTOM Сґ~—	3.9%. «500 Травлено 34 а мм
спиртовым расгором <»псі ха-
СЛ01Ы Пгрлвіа«в матрааа ■ ом-
стхвчатмй графмгуРве. 77. Граф»! * м»ггехт«че<коч
аомевпом .«иттйчом чугун». Н*
трамево. і 24оРас. 7® Структурі серого чугун»
с углеродным «вхвілскгом С£ ——	4.1%. х.’ОО ТравлевО ЗЧ-ныч
счмртоамм раствором литмей хи
слоты. Светлая состлмаоша» —
феррхт. темнів — перлит. черямсмлпнан а <)>п<(>Ніи-ІІ«рЛЯГКОвматрац» — графмтРяс. 79. Струатур* чугун* с гра-
фатом шаровидно* формы Угяс-
родии* »>ммм«г чугуна Cg **—	Э.85Ч. Чугун был модвфнмро-
им иагякело-иихглеаой лигатурой.
*500 Травлено 3V и ым раствором
ааогяо* кислоты в с варте Вилхуче-
ива графят*. оваймлеявые ферри¬
том. раоюлоаіеям • перлитной
матраое
Ра< 80- Вклюкиая фосфияо* »•
тппи (свкммо) ■ сером цугу-
тг. к200. Тр»ы«моЗЧ аимсшрт©
мм распором аэотвок ««слотиРік 81 Bun<»»f сульфида мар'
rtait* » сероы чугун* (oOmjkno).
iS<X) Трамено ЗЧ пммсшртоаым
расгаором aaomol кислоты U n»p-
днткоД матрице нікім Лол»шо*
шстиг :іл<співчагоро графит*
и фосфмдяая >вттк7у ttP»t 82 Включение и»і|іадоа ллю и*.
!■<■■ (м*л»«а T*w»<»-e*fvt») » .«угу»».cuacpmuam 0.024 N. «15уо lltipa*-
лсио Крупам аериые кклклсика —
оласпнчігмі графят
ванными в jcAi-roirrv.ibMOCT* соединены между собой Мл рис. 84
показан пространственный «ял граф»ггового включения розеточного
тип». а мл рис 85 — «о:м* пространственного мла графитового
включении а* «тактического зерна тонкого строения.Кроче пластинчатого гряфита в чугуне и ряде ару г ил сплавов
образуется графит шаривіиноіі формы. Пространственная форма и
строение образований шаровидного графита не могут считаться
окончательно ямясиемиыми По одним данным такой графит пред¬
ставляет собой многогранники с 5 +- 8 плоскими гранями, подруги»
он является шишьообрашыч выделением со сложной мооанчниПРис м Про«траиетв*явыа uj
іріфитпого ааліиеяаа аз »»?rrra-
accaoro arpaa rptfluro nporaaa.
*200 (Л А. Ддеаасвії)l*a< 84 Просту lunar ми ja модоагэльто раїаетмп ііого граО*т»ого a»..'K>-
чеаик «із мгеаіінкаоги upiu то*И> го
строг ян «. 11 QUO (Л А. Цолаасааи)поверхностью из полусферических mcvchto*. образующихся в про¬
цессе роста, и наконец, предполагается, что швроанлний графит
представляет собой многообразные включения, имеющие различную
форму в зависимости от условий роста во время кристаллизации
Своеобразной (хлопьевидной) является форма грвфита. образую
шсгося при огжигг белого чугуна Такой графит принято называть
углеродом отжигаИнтересно отметить, что при химическом анализе ірафита. вы-
зе.іеииого из чугуна Б. С Мнльмаиом, обнаружено, что ом. кроме
углерода, содержит и другие принеси (табл. 16).
Графит. находящийся в чугуне, нарушает целостность строения
металлической матрицы, прочность которой в маиснмостн от коли¬
чества и характера включений в ней графита ори прочих равных
условиях мижет меняться в больших пределах. В общем случае
влияние графита проявляется в следующем:1)	уменьшается модуль упругости;2)	понижаются >нвчеиия пределов упругости и пропорциональ¬
ности;3)	резко уменьшается пластичность (относительное удлинение,
ударная вязкость и относительное сужение площади поперечного
сечения);4)	уменьшается предел прочности при растяжении;5)	повышается циклическая вязкость;6)	понижается чувствительность я надрезам.^ ЯК* Sib| •- ...1 д ; і •	Іі. шт. .сияй:-Рис. 86 Еталони макроструктур ^г^гма^о^і^мте^ркареасдсая* гр*фвтТакое действие графита объясняется теч. что наличие его в масо,-
метвллл уменьшает живое сечение осноалой матрицы и. кроме того,
графит действует в матрице аналогично внутренним иаареэам (ло-16»
пильным трещинам). Само собой разумеется. что с точки эренир
отрицательного и.1 НННІІЯ графита ма пониженно ме.хякнческнх
свойств наиболее желательной является компактная шаровидная
форма.Пластинчатый графит, особенно крупные выделения его, тая
же как н графит междендрктной формы, оказывает наибольшее
отрицательное влияние на механические свойства чугуна.Наличие графита в чугуне не может рассматриваться только
с отрицательных позиций. Во многих случаях отрицательное влия¬
ние графита с избытком может скомпенснроваться его положитель¬
ным действием не только на литейные свойства, но к на такие пока¬
затели. как циклическая вязкость, низкая чувствительность к внеш¬
ним надрезам и высокая конструктивная прочность. Именно благо¬
даря этим свойствам чугун широко используется как конструкцион¬
ный материал в машиностроении в качестве монопольного материала
для большой номенклатуры литых изделий и в ряде случаев успешно
конкурирует со сталью и цветными сплавами.Очень важный показатель, определяющий применимость то¬
го или ипого сплава в машиностроении, — чувствительность к
надрезам — повышается в чугуне благодаря наличию в нем
графита.Наличие в чугуне графита также предопределяет и его высокую
циклическую вязкость Графит в чугуне снижает пики напряжений
за счет рассеивания (перевода в тепло) энергии переменных нагрузок
в упругом интервале.Во многих конструкциях чугун, характеризующийся меньшей,
чем сталь, прочностью, оказывается более пригодным потому, что
он благодаря большей циклической вязкости оказывается более
устойчивым в условиях определенных нагрузок.Форма и размеры графитовых включений.
Фнэкко-неханнчсскне свойства чугуна зависят не только от общегоTtJjBU» 17Х«р*П*рГр 1Изолированные включенняГр 2 ]
!'р і
Гр 4 )Колонии прн crtntKH изолироеишк1 большой
| средиелГр 5 1
Гр б}СстчагыЯГр 7РозеточнийГр 8 )
Гр 9
Гр 10 1Мсждендритмый| 10Ч«ЧНЫЙ
I МЧСЧПЫЙ
| РМСТКИЧПЫЙ169
объема графитовых включений в металлической матрице, но н от кх
формы и размеров. Характер графитовых включений в чугуне ока¬
зывает также большое влияние на образование усадочных раковин,
величину предусааочного расширения, общую усадку н другие
литейные свойства.ГОСТ 3443—57 регламентирует признаки классификации графи¬
товых включений в чугунах с пластинчатой и шаровидной формами
графита.В табл. 17 приведена, принятая ГОСТ 3443—57, классификация
характера распределения графитовых включений (рис. 86).На рис. 67 показаны эталоны микроструктуры чугуна по ГОСТ
3443—57 (шкала для классификации графитовых включений по
характеру нх распределений в структуре и форме, по длинф вклю¬
чений и размерам).ОЄо»м«мі
п р«. »7.Гф1|фI*3Гф4 )|ф|ф6 1Гф7 1|ф814>» JГф 10Пдктпнчатаи ирямааніїеПніа
Пластинчатая ермнмааихренная
Пластинчатая аэшзреииая90—150
150-300
.400—500
.100 -1000
Более 1000Гшд I	|	Мексе '£>Гшд 2	J	25-40Гии З	1	40-60Гшз і	<50-НЮГии 5	|	Боич- :оо
Нв рнс. 68 представлены «талоны для оценки характера и фирмы
графитовых включений, принятие стандартами некоторых зару¬
бежных арап.Междендрлтное расположена графита типа Гр. 8 и Гр. 9 (ем.
рис. 86) обычно характерно для доэвтектического чугуна при боль¬
ших скоростях кристаллизации и типа Гр. 10 — при малых.Рис вв. Этыоны микроструктур и формі графмгньїі включений (слсы капр«во):і—tlW А, а. С, D, В; *-1|ПЫ К, L, М, А, P. l-nnv Г. V. к, ГГнеэдооСразные формы (Гф.4 — Гф. 9) (он. рнс. 87) образуются
в эаэвтектнческом чугуне. Чем больше скорость кристаллизации
такого чугуна, тем выше балл включений. Структура типа
Гр. 6 и Гф. 7 наблюдается в заэвтектнческоы чугуне, используе¬
мом для индивидуальной отлнвкн поршневых колец.Большое влияние на характер графитовых включений в чугуне
оказывает степень его переохлаждения. При большей переохлажле-
инм образуют™ мемкне включення ірафнта. Наоборот, с уменьше¬
нием переохлаждения, так же как к с увеличением длительности
кристаллизации н увеличением содержания а чугуне элементов,
способствующих грвфнтнэацнн, включения пластинчатого графита
утолщаются и удлнияютсн.183
Аналогичная картине наблюдается прн кристаллизации чугуна
с шаровидным графитом. Мелкие включення такого графите обра¬
зуются преимущественно в тонких сечениях отливок и тонкостен¬
ном литье, для которых характерна повышенная скорость кристал¬
лизации. Крупные включения образуются в отливках прн небольшой
скорости кристаллизации.Прн исследовании микроструктуры чугуне металлографическим
микроскопом прн небольших увеличениях можно в пате зрения
обнаружить графитные включения различного характера. Еще
большее разнообразие форм графитных включенні) можно наблю¬
дать в различных по толщине сечеяяях одной и той же отливкн.
Поэтому для оценки характера я формы графита чугуна далной
плавки используют мнкрошлпфты, изготовленные нз образцив для
механических неш-гтаний нлн специальных приливов, конструкция
и местоположение которых в литейной форме оговариваются в тех¬
нических условиях.На рис. 69—92 показано реальное строение графита в чугунах
различного типа.О разнообразии форм графита в пределах одной н той же отливкн
в местах, рядом расположенных, свидетельствует рнс. 93.В чугунных отливках, выпорах н прибылях часто к концу затвер¬
девания появляются круглые шарики, связанные в одном нлн не¬
скольких местах с телом отливки и представляющие собой «выжа¬
тую» в результате усадкн еще не успевшую затвердеть эвтектику
(рнс. 94 и 95). Исследование химического состава такой эвтектики
показало, что ее углеродный эквивалент С, равен 4,2 + 4,28%.
По сравнению со средлнм составам чугуна отливкн она обогащена
углеродом н фосфором. В ней содержится к-сньше марганца л серы.
По содержанию кремния она почти не отличается от среднего состава
чугуна отлнвки. Ilpti снятии серной пробы, по Бауману, она ока¬
зывается значительно светлее основной массы чугуна.Наличие скоплений такой эвтектики о прибыли или стояке
япляется косвенным показателем удовлетворительных свойств чу¬
гуна. Наоборот, наличие мелких скоплений ее в теле отлив¬
ки всегда сопровождается низкими показателями прочности Как
правило, такие включения содержат н ничтожно малые коли¬
чества азота (0.001 і- '0,002% против 0,006% и более в чугуне
отливкн).Характер образования графита в известной степени предопреде¬
ляет и некоторые литейные свойства чугуна. Так, например, уста¬
новлено, что склонность к образованию усадочных раковин возра¬
стает с уменьшением в структуре эвтектического грвфита. Образо¬
ванно в чугуне шароанлного графита имеете плостничптого оссгда
сопровождается значительным увеличением усадочных пороков
Объем усадочных раковин в чугуне с шаровидным графитом прак¬
тически такой же. как в белом чугуне, в котором вовсе отсутствуют
графитные включении.6* itt
Р*с. 89. Характер расоредялет*
■ размеры гріфитии» аклтекяН ■
до»*те»і*я*с>іо* ccpow чугун» CO-
СТ J ні (»%): углерод — 2,9; крем-
nut - І,59: марганец — 1.03: фос¬
фор — 0.II: сера - 0.08 .Чхкро-
щлнф кг грамем, *100»*т*ягш*еком чугум fCf — 3.84),
моднАнцярояатЮм маткево-кияг-
леаоя лигагуро». Микрошляф и
трамаи, жІООР*с. 91 Графи? шароаидно» и nrР*їолво* форчи. Ммкрошлнф К«травлем, *100Ряс. 92. Углерод отягига я ферряг-
ком но*ком чугун*. Мяярошлнф
трямеп 3%-пымспмрю»ыч рлстпо¬
роч «юіиоА кислоты, к250. нараду с
терртом видны сстагкм пгрлич
В феррате ьмднм ЯКЛЮЧМЯЯ мед¬
ной фл>ы	м»1Г*>"о».
ьарСонитридиой н.1>* кныи ироис-ДОМДОКЯ)
Pur. 93 Фотографа* сгриого исмчяіяа (по Бяу-
маяу) привил я отляякя ■» серого «угу** с •**■»*
■wm« * иратгр* усаючяо* ракояаяи мтсктея»
((ммог «клям»**») Cvu яерщН сяямох еоы-
1ы«>п микроструктуру «у гущ отляякя (>?S0 мі-
ролмифтрам*П 3** нимсляртояыч pacraopvw мот-
мой кислоти) Нямияй снимок иракігряіусг «а-
«роструктчру *«т«кіа*и (то»» умлячеии* я усло-
ан« траалгпяя) (Л И Лгм|Г»< М Э*тсиг»я*. шытл-
1«м ^ усмочлчи. ракиааяу
•ылора (Л. И. Лем)Рис. 95 Энгскгика, ям-
катая иа пдмрхиосгь
яыпора с ><л*р.к-»и.ям
Яи'1>1ЛЫ» и#иягяом
(Л И Л»М|
Кристаллизация чугуна. Особенности кристалли¬
зации чугуна различны в зависимости от его положения относи¬
тельно эвтектического состава. Характер кристаллизации опре¬
деляется также и многими факторами внешнего воздействия (физи¬
ческого п фиэнко-хнмнческого).Затвердевание доэвтектнческого чугуна начинается с зарожде-
дня и роста аустенита. В литейной форме затвердевание начинается
у стенок, и затем фронт кристаллизации продвигается от периферий¬
ных слоев внутрь к центральным областям отливки. В зависимости
от толщины стенок н условий теплоотвода в одной отливке в одно
и то же время могут быть места с незавершенной и полностью эавер-
шнвтсАся кристаллизацией.Образовавшиеся у поверхности формы кристаллы аустеанта
вначале разрастаются преимущественно в поверхностном слое в виде
плоских декдрнтов. Процесс нх свободного роста продолжается
до тех пор, пока они не столкнутся друг с другом. Затем кристалли¬
зация продолжается с образованием боковых ответвлений. На этих
ответвлениях в свою очередь образуются росткн и т. д. и дендрити
приобретают форму сложных образованийВеличина образующихся депдрнтон аустенита зависит от состава
чугуна, степени перегрева, его температуры перед заливкой, ско¬
рости охлаждения в форме и ряда других факторов. Высокая сте¬
пень перегрева чугуна и относительно медленное последующее
охлаждение приводят к образованию небольшого чнела крупных
дендрнтов. Чем выше в чугуне содержание углерода н больше
скорость охлаждения, тем больше образуется дендритных ответв¬
лений.В доэвтектнческих чугунах количество аустепнтных выделений
зависит от нх положения относительно эвтектического состава: чем
больше степень эипиктичности, тем ліеньиіе образуется дендрчтов
аустенита.Остающаяся между пета»ы” дендрнтов аустеинта эвтектика по
мерс кристаллизации чугуни г.Судняется железом, марганцем, серой
(если в чугупе образуется сульфид марганца) н другими тугоплав¬
кими соединениями, а также обогащается углеродом и фосфором
(в вяде тронной фосфндной эвтектики). В зависимости от времени
образовании в аустеннте содержится различное количество при¬
месей. находящихся в нем в растворенном состоянии. Например,
аустеннт, образовавшийся при относительно более низких темпера¬
турах. будет содержать в растворе меньше кремння к больше угле¬
рода. При быстром охлаждении может сохраниться различная кон¬
центрация растворенных примесей внутри дендрнтов аустенита
(ниирнмер, большее содержание кремния, н мсныисс углерода
в центре и ибрлтпос нх соотношение в периферийных зонах).После некоторого пересыщения углеродом в остающемся еще
жидком расплаве наряду с продолжающимся ростом аустенита
может начуться процесс образования и роста графитных включе¬
на
ний * Этот процесс одновременного образования двух фаз ауствнипю
и графита принято называть эптеклшчесяой кристаллизацией
чугуна. Эвтектическая кристаллизация завершает процесс затверд*-
ванн я доэвтехтнческого чугуна.Затвердевания белого п строго чугуиов различаются между
собой. В белом доэвтсктнческом чугуне затвердевание происходит
в небольшой зоне, постепенно перемещающейся к внутренним ча¬
стям отливки. Затвердевание sdtckthkii в периферийных зонах
отливки заканчивается раньше, чем деидрнтов аустеннта в централь¬
ной зоне. т. ч. процесс кристаллизации в этом случае ноент явно
направленный характер от стенок фор\-ы к средним частям отливкипо иетастабнлыюй системе(рнс. 96). В отличие от белого доэвтектнческого чугуна е доэвтекти-
ческом сером чугуне кристаллизация начинается с выделения круп¬
ного первичного графита, часто собирающегося на поверхности жид¬
кого чугуна в виде графитной смслн, легко сдувасмой в результате
незначительного движения воздуха. Эвтектика я таком чугуне
растет в виде колоний сферической формы, главным образом вокруг
выделений первичного графита. Эвтектическая кристаллизация, на¬
чавшаяся у поверхности первичного графита, протекает почти одно-
пременио по всему объему ОТЛИВКИ (рнс. 97).Вид эвтектических колоний в белом п сером чугуне различен
В первом случае эвтектика, кристаллизуясь, принимает вид столб¬
чатых кристаллов, прорастающих внутрь отливки, во втором дна
растет в виде сфероидов со случайным расположением по объему.
Это различие объясняет большую склонность белого чугуна к обра¬
зованию горячих трещин по сравнению с серым, так как поверх¬
ность соприкосиопснни сиыбчитых колон на является слабым*	Об обрлюваинн в домтсктнчесхоы чугуне пластинчатого грхфяга пет
тдердо установленных взглядов. Существует точка зрения. что графит в домпн-
тн:і«ском чу г у иг » свободном пиае не образуется. Предполагается, что ш рас¬
плаве сначала выделяется іккентиг. который затем разлепится1вТ
громгжутичкой (и) СІ..ДНМ крнсмллнмиии малофос-
фсриікого лолгтекім'їеск'іго чугун# н конечной ста¬
ли* іб) ftUCl.mxfKlClJ'OpHTHOrO чупна Cn.iniL'HWe чер¬
ные ил ни - д<ч<лрі!тьі лустеиіча. обведеш участки
їатвердсвіші* эвтектических рем с графитом. 6f-
местом. я особенности если там имеются остатки мматлсрдеяиюЛ
жиакой фазыСущественное влияние и» кристаллизацию чугуна окашялет
фосфор Га»., например, в доютевтмчесяом мало}шо>>рпсто\і сером
чугуне затвердевание притекает с обрааоканмем крупных кристал
.•о» пластинчатого графита и аусппіміа «рис 5»Ъ» Эатсктняескля
кристдллитаимя продвигается от края отливкн к центру, м то же
врем* эвтектические колоннії оОраіуюгся также и п жизней фан:
аиутри итлнл»н Кирка ха твердейшего WIH1.14 ибр.иуется п то
вреия. когда средиам часть отливин уже состоит из тмерлоЛ и
ЖНЛКОй фаз. В ДОКОСИ ШЧгекпм чугуне
с высоким содержанием фосфора аатекти-
чес кия кристаллизация протекает слегую-
тим обри som примерно : » итектпки
ллтаер.іеплет я рсіультаге роста аустгиит-
но-графитовых колонииЭти колонии меньше по величине и ме-
иес компактно расположены. чем в мало-
фосфористом чугуне Ьпгр IVBUlHe КОЛІНІ ИII
раїаелеии оставшейся жидкой частью рас¬
плава часть которой lam'P-ii-BD^t тол їжо
после последующего значительного си иже-
иня температури (прк&тнднтглмтоиаЗДОС).»атехі »та жидкая част»., оредсталдяюіаая
собой фисфндиую «оп-ктиву, быстро за¬
твердевает <ps*e 9м. б>Фосфндная тятекгнкв. затвердевающая
последней, больикй чаегмо располагается
но границам члигктнчлкпх мргн. имн-
чаюцшся иг аустгннтных .«грен мепыпнм
рашпером Гранни.-.’ аустелитпих крен в
итлдчне от границ *»п ктнческнх аерси опре¬
деляются местами скхмкноаемня (стыкования) аустенитных денд-
ритон.Расположение фгч-фпдно.і эвтектики по гранниам мнексическнч
•ерен облегчает выявление их размеров при комоши реактивов,
воздействующих по ращому ия зерна и фосфидную «втекгоку•	рнс 41)При чвгектичеекмм і ос Таж- чуіуна процесі кристал ти зэu-ш
іакже начинается у стенок формы и распространяется or периферий-
huy областей пт інвки к средним Фронт >вгектнч<ч‘КОГО распада
жидкого расплава обычно отстоит от фронта кристаллизации и*Лы-
точного ауетсиита, Величина этого запаздывания определяется
рядом факпірои. а» котрих пліСолиїм- ОМЧСИИе имеют содержа-
•ние углерода н скорости охлаждения?й*тектический графит урождается и рлгопллгнсп.ч меасду
метвчим лендритов так же, как к в доэатектнчесдом чугуне (см
рис. 98), в местах, где жидкий расплав становится пересыщенным
углеродом. Эвтектический графит может определенное время расти,
соприкасаясь с жидкой фазой всей своей поверхностью. Эвтектиче¬
ский же аустенит в это время может кристаллизоваться на дендри¬
тах ранее образовавшегося избыточного аустеннта. Такая раздель¬
ная кристаллизация эвтектического аустеннта н графита наблю¬
дается в самом начале кристаллизации. По мере роста графитовых
включений и появлення многочисленных графитных колоний, пред¬
ставляющих собой разветвленные образования нз нескольких нлн
многих лепестков (си. рнс. 84 н 85), на нх поверхности образуется
аустсннт. Вначале аустеиитом охватывается не вся поверхность
графитового включения. Этот аустсннт, как к избыточный, некото¬
рое время имеет возможность свободно расти в кристаллизующемся
расплаве.При постепенном обволакивании аустсшггом графитовых вклю¬
чений поверхность контакта последних с жидкой фазой уменьшается,
а в конечном счете контакт графитовых включений с жидкой фазой
сохраняется только у кромок пластинчатых петвеО графита. По
мере обрастания графита аустеиитом н понижения температуры
все большее значение для его роста имеет выделение углерода иэ
аустеннта.Таким образом, рост графита в чугуне при кристаллизации про¬
исходит путем диффузии с доставкой атомов углерода как через
жидкий, так и через твердый растворыСостав эвтектического аустеннта, так же как и состав аустеннта
доэвтектнческого чугуна, меняется по мерс кристаллизации. Аусте¬
ннт. образующийся в начале эвтектического превращения, содер¬
жит больше кремния >< меньше углерода. В эвтектическом аусте-
ннте также может иметь место вкутрккристаллнческая ликвация.При разрастании в процессе кристаллизации аустеннтно-графн-
товых агрегатов количество жидкой фазы постепенно уменьшается,
эвтектические колонки во всем объеме сталкиваются и срастаются
друг с другом н кристаллизация заканчивается.Строение аустеинтно-графнтопых колоний неоднородно. Обычно
в центральных частях отливок они имеют более тонкое строение,
чем в периферийных областях, где графит имеет больик возможности
расти в длину и утолщаться. При кристаллизации чугуна с неболь¬
шим перегревом образуется много эвтектических колоний.О доэвтектическоы чугуне с шаровидным графитом затвердевание
начинается с роста сравнительно малых ячеек, каждая нз которых
содержит включения графита внутри аустепита. Остальная часть
кристаллизующегося расплава образует сетку, распространяю-
щуюсп на весь объем отливин, и *гп мтнгр.о.рпание практически
происходит одновременно (рнс. 100).На рис. 101 показано строение чугуна для случаев доэвтектн-
ческой (а). эптектнческой (5) н ззэвтектнчсской (в) кристаллизации.
Процесс графнгнзацин при кристаллизации чугуна начинается на170
зародышах. От числа зародышей в первую очередь зависят коли¬
чество отдельных выделиинй гряфнта. скорость графниплции и ее
результаты, оказывающие решающее алиянне на свойства чугуна.Число зародышей в чугуне может колебаться в очень широких
пределах: от одного или нескольких на I мм* в обычном сером
чугуне с пластинчатым графитом ло 1000 -+- 2000 в высокопрочном
чугуне с шаровидным графитом н 6000 -s- 10 000 в ковком чугуне
н стали, подвергнутых перед графнтнзацней закалке.Процесс графнтшацик чугуна сопровождается увеличением его
оЛъсыа. Можно считать, что объем чугуна увеличивается примерно
на 2в>> ка каждый процент образовавшегося графита.Рве. 100 Схем образования шаровидного
графита. (Крупные черны* яклвчени» — ленд,
ритм Обведена »атсктнкі с шаровидным гра-Рвс. 101 Строение чугуна
Л|>1 доэтхтичеекой, эвтек¬
тической и заэвтектическойКрНСТВ.ІЛІІЛЦИІІПриведенные выше формулы для расчета величины углеродного
эквивалента не дают представления о фактической количестве
углерода в эвтектике.Выше било показано, что в случае затвердевания чистых железо¬
углеродистых сплавов по стабильной системе максимальная раство¬
римость углерода в аусгсннтс при эвтектической температуре состав¬
ляет 2,01%.Можно считать, «по каждый процент кремния в чугуне умень¬
шает растворимость углерода в аустеннте на 0,1%.Если пренебречь влиянием фосфора и других элементов, коли¬
чество эвтектического графита и лоэвтектическом чугуне составит
l7.C)ie,= l%CUt-2,0! +0,1 I*/* SiI-
Эвтектоидкое превращение. Эвтектоидное пре¬
вращение подобно эвтектическому может протекать по стабильной
и ыетастабильной системам В первом случае оно протекает по сх«ые:
аустеннт феррит -*■ графит;
во втором — по схеме:аустеннт -* феррит -* цементит.ITI
Tin «пч-кп>идниіч> превращения, так же как и '.отемичілкого.
зависит ел сосіаоа чуіуна ц скорости охлаждения. Полом) н одной
н той же отливке можно наблюдать оба случая эатектоидного пре¬
вращения. Прн высокой скорости охлажлслня имеет место большая
стспепь персохлажлення аустенита, н он переходит в ферритно-
цемсититнут ЭВП’КТОНЛМуЮ смесь — перлит.Степень дисперсності! перлита определяет его свойстиа Она
хараетернзуется расстояниями между пластинками феррнга и це-
иеігтнта. Чем выше была скорость охлаждения, тем большей дис¬
персностью характеризуется перлит. У високодисперсного (сорбн-
тообрпзного) перлита расстояние между пластинками не превышает
0,3 .ч«. Для тонкопластннчатого перлита характерно расстояние
от 0,3 до 0,8 мк, мелхопластннчатого более 0,8 і 1,3 мк, срсднслла-
стинчатого более 1,3-! 1,6 мл и крупнопластинчатого более 1,6 мк.
Большая химическая неоднородность аустенита обусловливает и
большую разницу в дисперсности перлита я объеме одной и той же
отливки.При очень высокой скорости охлаждения нлн наличии в чугуне
некоторых легирующих элементов, вызывающих большое переохла¬
ждение аустенита, перлит настолько диспергируется, что переходит
в сорбит и троостнт.Следствием низкой скорости охлаждения является эвтектоидиый
распад по стабильно^ спстеме. Образующийся в этом случае графит
осаждается на ранее образовавшихся включениях эвтектического
графита, а феррит а виде каймы выделяется вокруг этих включений,
копируя нх очертания (см. рис. 78 и 79).Характер жгектондного превращения в значительной мере за¬
висит и от химического состава чугуна. Так, кремний при малом
переохлаждении способствует эвтектоидиому распаду аустснкта на
феррит и графит. При большом иерсохлажденнн влияние кремния
меняется, и он задерживает образование феррита и графита. Хром,
марганец, никель, медь, азот, молибден стабилизуют перлит.Графнтнэаикя эвтектического н 9 втек •
гои а н ого цементита. Вопросы, связанные с графнтнэа-
цией (разложением) цементита, должны рассматриваться с точки
зрения перехода системы фаз из метастабильного в стабильное
состояние.Скорость такого перехода зависит от химического состава чу¬
гуна, температуры н времени. Чем выше углеродный эквивалент
чугуна, тем легче разлагается в нем цементит. Чем выше темпера¬
тура чугуна, тем быстрее и полнее протекает графитнзацня цемен¬
тита. Так же влияет и время выдержки чугуна при соответству¬
ющие температурахФорма графита, образующегося при термической обработке
белого чугуна (например, прн отжиге его на ковкий чугун), зависит
также от условий обработки химического состава чугуна в жидком
состоянии (модифицирование). Напрныер, получению компактной
|«
формы графите rmia Т (см. рис. 88) способствует определением: с сніг-
ношение между содержанием серы и Марганця (рнс. 102). Форма
н размер выделяющегося из белого чугуна графита зависят также
и от характера термической обработки перед графнтлзнруххцнм
отжигом. Предварительная закалка белого чугуна на маргснсит
приводит к получению дисперсных выделений графита. Длитель¬
ность самого процесса отжига при этом сокращается в 2 3 рапа.Структурные диаграммы. Структура чугуна в от¬
ливках зависит в первую очередь от химического состава и скорости
кристаллизации. На рнс. 103 предстаплена схематическая завксн-фнта посів графнткэирующегс отжига. Пушлиридн
линия покаэыввгт грвнкву пйласти. я которой полу¬
чается компактный графнт. Кмдрятиые схоАкм —
содержание меыекта в рвегворе, круглые — в ни»
сульфиде (Ролл)мостъ характера структурообраэоваиня чугуна от скорости охла¬
ждения отливок в форме.Из основных компонентов чугуне наибольшее влияние на струк-
турообраэованне оказывают углерод н кремний. На рнс. 104 пред¬
ставлено несколько вариантов диаграмм, устанавливающих зави
снмость характера структуры чугуна от содержания в нем углерода
н кремния. По времени первой была предложена диаграмма Мау¬
рера, получившая наибольшее распространение, несмотря на мень¬
шую точность. Она была разработана для цилиндрических чугунных
образцов диаметром 50 мм (приведенная толщина • 12.5 мм).
Структурная диаграмма Маурера делится на 5 областей 4 гранич¬
ными линиями, отвечающими уравнениюIV,	С] — л |% SiJ = const = 4,3%,
где л — колеблется в пределах от 1,60 до 0,47.173
,’>го указывает на то. что кремний в зависимости от состава
чугуна может оказывать на его структуру ббльшее или меньшее+ Si| = const), в Аерритноы влияние кремния в 2 раза меньше
влияния углерода (1% С) 4- 0.5 [% Si] — const).Позднее было установлено (Н. Г. Гнршовнч к др.). чтопрямоли*
неАная зависимость между содержанием углерода я кремния наСлю-
дается только в частном случае при содержании углерода, равном2,5	■+■ 3.5%. Структурная диаграмма Н. Г. Гнршоанча для образ¬
цов диаметром 30 мм построена нэ
условия уравнения граничных ли¬
ний, отвечающих равенствуIV» С| • 1% Si) = const.Граничные лнннн на структур¬
ной диаграмме Знппа параллельны
и отвечают уравнению [%С|-р
+ 0.3 | % Si] const.Структурная часть диаграммы
А. Ф Лапта построена в коорди¬
натах |% Si) — ось абсцисс и 6,3
(log Г +|% CD — ось ординат.Граничные линии структурной
диаграммы А. Ф. Ленда пока¬
зывают процентное содержание в чугуне связанного углерода.Легирующие элементы расширяют или сужают отдельные об¬
ласти структурных диаграмм (рнс. 105 и 106).CsfirpiРяс. 105. Изменение структурпов
диаграммы Маурера при наличии
а чугуне нікелі (гтунхтврныс ли¬
нии для серого чугуна, сплош¬
ные — для чч-гунв, содержащего
ІЧ N1)Рнс. 106. Серия структурных диаграмм Н. Г. Гиршовнча и
А. Я. Иоффе для серого чугуна, содержащего различное коли¬
чество хроиа:
/§ iv-e. оцєнкл СВОЙСТВ ЧУГУНАЛитейные свойств а. Литейные свойства чугуна оце
нкоагатся главным образом но результатам технологических проб
О жндкотекучести большей частью
судят по спиральным пробам (см.
§ 111-2).О склонности чугуна к обра¬
зованию усадочных раковин, их
характере н объеме дают пред¬
ставление специальные технологи¬
ческие пробы для исследования
усадочных пороков в чугуне. В
представленных технологических
пробах с целью более наглядного
выявления усадочной раковины
верхняя часть конуса полностью
(рнс. 107) нли частично (рис. 108)
закрывается холодильником. Од¬
нако прн исследовании склонности
к усадке серого чугуна действитель¬
ная картина в известной степени искажается тем, что под влия¬
нием холодильников верхняя часть пробы кристаллизуется по ые-
тагтабнлыюй системе н чугун получается белым с повышенной
склонностью к усадке.с перянич сплошным халодмлькк*
ком для определения характера к
объема усадочных ряхоняя (Пню-
нярсяпА)частях (Бордгс)Технологическая проба, представленная на рнс. 109. более
приемлема. Проба, изображенная на рис. N0, позволяет наряду
і: объемом раковины определить эффективность действия прибыли.
Ип пробе, показанной на рис. 111. можно судить не только о харак-17 в
тере усадочных раковин, но н влиянии выступающих частей формы,
образующих внутренние углы в отливках. Характер образования
усадочных ракоанк н пор прн нарушении принципа направленного
затвердевания, что часто
имеет место прн изготовле¬
нии чугунных отливок, по¬
казывает технологическая
проба, приведенная на
рнс. 112.Рис 110. Технологии*-
ская ігрова, приставляю¬
щая собой куб с при¬
былью (Гри* и Берри)Объем образующихся а пробах усадочных раковин определяется
nyjeM измерения объема мелкого сухого песка, керосина, спирта
или других жидкостей с низкой вязкостью н малым поверхностным
натяжением, использованных для за¬
полнения этих раковин.Для определения величин напря¬
жений. ВОЗНИКШИХ в чугуне, можно
пользоваться технологической пробой,
представленной на рис. 113.Механические с в о А с т-
я а. Основным критерием оценки ме¬
ханических свойств чугуна являются
результаты стандартных испытаний
специально отлитых образцов на рас¬
тяжение, изгиб, твердость и сжатие.В связн с этим прн оценке СВОЙСТВ ре¬
альні, їх отливок всегда ллтжна вно¬
ситься поправка на то, что отдельно отлитая проба имеет простейшую
конфигурацию и кристаллизуется в иных условиях, чем отливка.Чугун характеризуется гетерогенностью структуры и представ
ляется «смесью* металлической (стальной) основы с графитом.ІП
Практически все специфические свойства чугуне (отклонения от
закона Гука, низкая чувствительность к надрезан, высокая цияли*
чес ка я вязкость и др.) обусловлены наличием в структуре чугуна
графита.Графитовые включення в металлической матрице приводят
к образованию местных концентраций напряжений и оказывают
влияние на направление растягивающих напряжений в самой
металлической матрице.По этой причине модуль упругости чугуна в отличие от модуля
упругости стали зависит от приложенного напряжения н значи¬
тельно ниже по величине.У обычной стали модуль упруго*
сти колеблете я от 20 ООО до *200 кГ/мм*.
модуль упругости чугуна находится
в пределах 6000—16 000 кГ/мм*.На величину модуля упругости
чугуна оказывает влияние как коли¬
чество. так н характер распределения
графита. Короткие, но плотные гра¬
фитовые включения, округлые образо-рис. 112. Брусок с пережн-
міни (Н. Г. Гнршовня н
А. Я. Иоффе)вания значительно меньше влияют на снижение модуля упругости,
чем крупные длинные графитовые лепестки.Чем выше прочность чугуна, тем больше его модуль упругости н
тем меньше этот модуль зависит от напряжения.Следует иметь в виду, что модуль упругости металлической
оскопи чугуна такой же, как модуль упругости стали с аналогичной
структурой. Наблюдаемое различие в значениях модулей упругости
чугуна и стали обусловлено влиянием графита, который изменяет
направление пластического течения и удлиняет пути скольжения.Поэтому применительно к чугуну правильнее говорить об услов¬
ном модуле упругости £в. а не об истинном.Не рис 1 14 Пр(*1СТЯП.ПРМЫ кривые ДрфпрмЯЦШ* ДЛЯ ГТВЛМ 11 раз¬
личных чугуноп при испытании растяжением. Условный модуль
упругости £„ для чугунок определяется по углу наклона касатель¬
ной в начале диаграммы «напряжение — деформация». (£0 иногда
называют начальным модулей упругости.)іта
Прочность металлической матрицы чугуна может характернее
ваться м твердостью. Экспериментально установлено, что предел
прочности при растяжении для данного чугуна прямо пропорцио¬
нален прочности металлической матрицы, т. е. ее твердости. И тем
больше прочность, чей мсньшиА ущерб нанесен матрице включе¬
ниями графита, т. е. чем большее значение имеет условный модуль
упругости £,. В общем виде эта зависимость выражается уравне¬
ниемо, - кЕьНВ.В результате статистической обработки опытных данных, полу¬
ченных при испытаниях серого чугуна с пластинчатым графитом
различной степени эвтектнчностн (Ф. Вернер), было найдено зна¬
чение к = 9,279 • 10 * кГ/мж*. Таким
образом, зависимость между преде¬
лом прочности прк растяжении, ус¬
ловным модулем упругости и твер¬
достью по Брннеллю можно выра¬
зить (с отклонениями ± 10%) следую¬
щей формулой *:о,« 9.279 • 10 '•£„// А кГ/мм*.Для ковкого чугуна козффнцнеігт к
находится я пределах 15-10*1—16-10'*,
а лля чугуна с шаровидным графи¬
том _ 16.10 •—16,5-10 «.Между пределом прочности при
растяжении н степенью эвтектнчностн
также существует определенная зависимость. Одна из формул,
выражающая такую зависимость для образца диаметром 30 мм,
представляется а видео.„- 100,6 — 80S,.(Часто эта зависимость выражается формулой = 102—82,5 St.)
Твердость с пределом прочности связана зависимостью
140 +3,4 а/*.Используя две последние формулы, можно вывести зависимость
уставного модуля упругости от степени эвтектнчностн, которая
определяется следующим выражением:	 f. “ 1>1.» - №!“sr) ■ |°’ *Г!ммУ*	В литератур* можно встретить и другое выражение мвяеныоетя проч¬
ности, TBfpa'ATH и модул* упругости.** В put c.iyHJce эта ымсимость выражается другаия формулами. на-0/ЯМКuntcxcr	%Рнс. 1)4. Cxeuj кривых дефор¬
маций при испытании стали я
чугуноа растяжением
Зависимость между модулем упругости и прочтктъмлбфажаекя
формулой1330 ,, о ...
g»- 32-Д„~4|>8 *^1%Выше было показано, что ЛоАства^
ноет» пластинок феррита и Йемен}
может служить расстояние межxfпли
Для стали установлена /следую
аостью по Бринеллю и расстоякшгде Д/ — расстояние между пласти/іПриведенная зависимость может быту полностью раслрос
нема на матрицу перлитного чугуна и пбрлито-феррнтного чугуні
с учетом содержания в нем химически обязанного углерода.Ниже приводятся значения твердости перлита в зависимости
от 4/.НО, кГ х.320»7Зависимость твердости от количества химически связанного
в чугуне углерода выражается уравнениемИВ =- 140 — * IV. Сс.1,где k - зависит от &1,k= 13.8: Лі.Используя приведенное выше уравнение
|40 + 3.4<х„можно получить зависимость- 4.09!*/«Се.|и такнм образом расчетным путем оценить не только твердость чу*
гуна, но и предел прочности прн растяженйн для разных структур,
например, для перлитных чугунов, содержащих 0,85% связанного
углерода (табл. 16).Из вышеизложенного следует, что прочность чугуна при данных
количестве и форме графита зависит от строения матрицы, которая
характеризуется дисперсностью перлита (величиной Л/).
Строение pfe пеЫПи^а в отливке прн данной скорости охлаждения
зависит от а^ктлшхти чугуна н его легирования.Вязкость матрицы прежде всего зависит от степени се макро-
н мнкрочнетоты. Поэтому прн необходимости получения вязких
чугунов должно быть обращено внимание на понижение в чугуне
примесей, хороню растворяющихся в феррите н вызывающих резкие
напряжения в нем и искажения его кристаллической решетки.Относительная прочность (степень нормальности).
Для образцов чугуна диаметром 30 мя зависимость прочности от
мтектнчностн может быть (по Геллеру, Юнгйлуту и Паттерсону)
выражена следующим образом:в,,. - 102 — 82,5 S,.(В дальнейшем, для того чтобы отличить о,„ от предела прочности
прн растяжении, полученного при фактических испытаниях, будем
обозначать ее а»,,..)Полученная расчетом по этой формуле величина предела проч¬
ности при растяжении для данной эвтектнчностн принимается п ка¬
честве эталона. Оценка качества чугуна того нлн иного состава
производится сравнением, фактически полученных прн испытаниях
показателей с вычисленными по приведенной формуле.Если частное от деления величины предела прочности прн растя¬
жении. оолученноА прн испытаниях, на расчетную величину умно¬
жить на 100, то получится показатель, называемый относительной
прочностью (степенью нормальности). характеризующий качество
чугуна данной плавки.Преяеі прочности при растяжении,
полученный но результатамОтносительная прочность — -я	нечитаная	100е/,г	Предел прочности при растяш<нни '*расчетный
Для образной зругнх диаметров (кроме Ж и«) знаменатель рас¬
считывается по следующий формулам:SlUIKtp «врии. івв 70
105-85
вв—*5
85—85Величина относительной прочности (степени нормальности) для
строго чугуна колеблется в пределах от 50 до 130%, при этом за¬
метного различия в макростроеннн не наблюдается.Относительная твердость. Выше была приведена
одна из формул, выражающих зависимость между твердостью я
прочностью чугуна:100+4,Зо,Расчеты по этой формуле дают удовлетворительные результати
при показателях прочности от 18 до 42 кГіям1. Если по аналогии
с предыдущим фактическую твердость чугуна сравнить с расчет¬
ной, полученной по этой или другой аналогичной формуле, то
можно получить показатель, названный относительной твердо¬
стью. Таким образом, относительная твердость определяется соот-
ношеинем	 Tsepjocib фактически' ' — Твердості, расчетми •ИЛИ" ІОО+ТЗ■Если у чугуна данного состава получена относительная твер¬
дость меньше единицы, его относят к категории мягких.Серый чугун с относительной твердостью больше единицы отно¬
сят к категории твердых.Показатель качества. Показателем качества чугуна
можно считать величину, полученную как частое от деления отно¬
сительной прочности на относительную твердость:Показатель качества (п. *•) “■Чен больше это отношение, тем качественнее чугун, так как при
бблъшей прочности он характеризуется меньшей твердостью и, сле¬
довательно, лучшей обрабатываемостью режущим инструментом.Необходимо отметить, что приведенными выше формулами, вы¬
ражающими зависимость различных связей между прочностью,Ш9
твердостью и эвтектнчиостью. не исчерпываются различные вари¬
анты подобных формул. Так, например, по Мак-Кензн. зависимость
между прочностью к твердостью выражается формулойо,-0.0031//S' ® кГ,мм*;по А. Колло.о... - 100,6 — 80 5, кГ мм*
а.„ = 10.3-10 ’EJIB кГ мм*-,по Де-Сн,//в= 117 4 3.70 Sc кГ-мМ*.Расчеты, произведенные по этим формулам, дадут несколько
иные значення показателей относительной прочности, относитель¬
ной твердости и показателя качества«МІИІ я ывясимосп от структури м содержания угдерож*IU
M f х а и и ч о с к а я степень нормальности чу-
г у и а. Как известно, важнейшим показателем конструкционных
свойств тех нлн иных материалов является модуль продольной
упругости (модуль Юнга). Он равен отношению нормального на¬
пряжения к относительному удлинению, получающемуся по линии
его действия. Для чугуна модуль упругости должен быть заменой
условным модулем упругости, который связан с пределом прочности
прн растяжении соотношениемо, =	— 41,8 кГ.'мм1.В связи с тем. что модуль упругости чугуна предопределяется
его химическим составом н условиями охлаждения, предложен по¬
казатель. названный «механической степенью нормальности», вы¬
ражающий отношениеМСН ~ 1330 - 41,8 (и — Т.)' |00*/»-Этот показатель определяется быстрее и проще, чем относи¬
тельная прочность, так как в формуле отсутствует величина эвтек-
тнчностя, определение которой связано с химическим анализом.Если «механическая степень нормальности» чугуна равна нлн
выше 90%, то состав его может считаться удовлетворительнымПриведенные выше показатели н формулы нельзя считать уни¬
версальными и достаточно точно учитывающими многообразие всех
элементов сложнейшего технологического процесса изготовления
чугунных отливок, но все же они позволяют во многих случаях
объективно оценить качество чугуна и общее состояние технологи¬
ческого процесса в тех ИЛИ иных конкретных условиях.На рис. 115 схематически прелстаалсн характер нзменення ос¬
новных конструкционных свойств железоуглеродистых сплавов в за¬
висимости от состава н строения структуры.| IV-T, ВЛИЯНИЕ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА НА СТРУКТУРУ
И СВОЙСТВА ЧУГУНАХимический состав чугуна. Чугун относится
к числу наиболее сложных по химическому составу сплавов. В кем,
кроме железа, углерода, кремния н марганца, в зависимости от
происхождения шихтовых материалов, условий выплавки, легиро¬
вания и модифицирования могут быть обнаружены в тех нлн иных
количествах фосфор, сера, хром, никель, медь, титан, алюминий,
кобальт, цирконий, ниобий, ваннааин, вольфрам, молибден, тел¬
лур. магний, кальций, цернй, бор, висмут, олово, цинк, мышьяк,
азот, кислород, водород и некоторые другие элементы. Даже в обич-1W
ком нелегнрованном чугуне, химический состав которого хоигролн-
рустся только по содержанию первых 5 + 7 элементов, в виде
мнхропркмесей содержится значительное количество из перечис¬
ленных элементов.Эти элементы, присутствуя в очень малых количествах, в опре¬
деленных условиях могут оказать существенное влияние на графи-
тизацню чугуні, характер его металлической матрицы и многие
важные при производстве отливок свойства.Углерод и к рем и н й. Влияние этих элементов принято
рассматривать совместно, так как в обычных чугунах оба они дей
ствуют в одном направлении, хотя н с различной интенсивностью.Структурны; диаграммы, представленные на рнс. 104, иллюст¬
рируют влияние этих элементов на структуру чугуна.Влияние углерода н кремния на условия фазового равновесия
чугуне показано на рнс. 63 н 71. Интенсивность влияния этих эле¬
ментов на положение чугуне относительно эвтектического состава
характеризуется соответствующими коэффициентами в формулах
для подсчета величины углеродного эквивалента и степени эвтек-
тнчиостн. Содержание в чугуне углерода и его форма оказывают
большое влияние на величины объемной и линейной усадокУвеличение содержания углерода в доэвтектическом чугуне
приводит к заветному уменьшению объема усадочных раковин. Эго
связано с тем, что одновременно в чугуне происходит увеличение
катнчества графита, выделяющегося прн кристаллизации эвтек¬
тики. Если количество эвтектического графнта составляет 1.8%.
то у чугуна усадка не наблюдается (Витмозгр).Дальнейшее увеличение количества эвтектического графнта при¬
водит к увеличению объема чугуна.Изменение содержания углерода оказывает влияние н на харак¬
тер усадочных пороков: чем выше содержание углерода, тем мень¬
шее развитие имеет усадочная пористость и Сольшее — образова¬
ние концентрированных усадочных раковин.Не объем усадочных пороков значительное влияние оказывает
форма графнта. Пористость уменьшается прн образовании межден-
ярнтного и мелкого графнта и увеличивается прн выделении его
в грубой пластинчатой форме. Объем усадочных пороков в чугуне
с шаровидным графитом мало отличается от объема их в белом
неграіфктнзкреванном чугуне.При рассмотрении влияния углерода на образование пористости
необходимо учитывать и содержание фосфора. В высокофоофори-
ггых чугунах, содержащих около 1% фосфора, пористость уве¬
личивается с увеличением углеродного эквивалента и количества
эвтектического графнта.Усадка чугуна в твердом состоянии с повышением содержания
углерода увеличивается М% углерода увеличивает усадку на 0,2%).
Но при выделении углерода в виде графита усадка уменьшается
(выделение 1% графнта уменьшает усадку на 0,24%).J8&
Процесс графитизацнк заметки сказывается на уменьшении
лоперлитпой усадкн, но не влияет на послеперлитную усадку,
которая остается неизменной н составляет окаю 1%.Разница в усадке серого и белого чугуна получается только за
счет доперлнтной усадкн.Образование графита оказывает также существенное влияние
на величину предусадочного расширения чугуна.В той степени, в какой изменение содержания углерода при¬
ближает состав чугуна к эвтектическому, он улучшает практиче¬
скую жнлкотекучссть чугуна\V\'J^-1
—Ft i■V .|і 1і1 '1 ti« ^ 20	V _ И	JJ..«Cutrnlbxw	Сяйфглче Si, 1-msРис. lib. Влнмкнс углерода н креыиия прн пени-
хающейся содержании углерода на объем усадочных
рахопнн а чугуне'—Углерод относится х числу элементов, которые интенсивно по¬
вышают твердость белого чугуна. Наряду с этим повышение содер¬
жания углерода снижает склонность его к отбелу при интенсивном
охлаждении н уменьшает величину переходного слоя между отбе¬
ленной и серой частью отлнвкн. Графит, вводимый в определенных
условиях в жидкий чугун, может оказать на него модифицирующее
действие.Креминй в чугуне не оказывает непосредственного влияния на
объем усадочных пороков, а влияет на их образование в то время,
когда происходит графнтообразование. При повышении степени
графитнэацни он уменьшает н объем усадочных раковин.па рнс. 1)6 показано совместное влияние углерода н кремния
на объем усадочных раковин в чугуне. Необходимо отметить, что
но вопросу о ыиямии кремния пя ніирненме объема усадочных
раковин в чугуне нет единого ипепяя. В отлнчне от данных, при¬
веденных выше, по результатам другого исследования било уста¬
новлено, что прн одинаковой степени перегрева чугуна выше тем¬
пературы ликвидуса влияние углерода н кремния прямо противо»|Яв
положив Увеличение в чугуне содержания углероде на 1% умень¬
шает объем усадочных раковин на 0,68 см*, а такое же увеличение
содержания кремния увеличивает их объем на 0.64%. Из этого
следует, что ни углеродный эквивалент, ни степень эвтектнчностн
не могут достаточно полно предопределять склонность чугуна
к образованию усадочных раковнн.Кремний подобно углероду повышает жндкотекучесть чугуна
по мере приближения его состава к эвтектическому. Но вместе с тем
лрн одной и той же эвтектнчностн жндкотекучесть чугуна, содер¬
жащего больше углерода н меньше кремния, будет лучшей.Из рассмотрения диаграммы железо — углерод—кремний
(рис. 71) следует, что кремний сдвигает эвтектическую и эвтектонд-
ную точки в сторону более высоких температур к бопее низких
концентраций углерода, понижая, таким образом, его раствори*
мость в жидком и твердом растворах и способствуя выделению угле¬
рода в виде графита.Прн затвердевании чугуна по стабильной системе действия крем¬
ния интенсивнее, чем ло мстаствбнлыюй. Прн высоком содержании
креыння (9-1-11%) происходит полное выклинивание области
гамма. вследствие чего чугун после затвердевания не претерпевает
фазовых превращений и затвердевает с образованием первичного
феррита, минуя аусіеннтную стадию превращения.При содержании кремния до 2,5% в обычном чугуне кремннй
не образует самостоятельной фазы. Прн повышении содержания
кремния выше 2,5% появляется новая фаза, не окисляющаяся лрн
нагреве. Прн 7% кремния в чугуне эта фаза вытесняет цементит.
Дальнейшее повышение его содержания приводит к образованию
эвтектики из альфа-раствора и силицидов.Химические силы связи кремния с железом значительно больше
соответствующих сил связи железа с углеродом, поэтому он спо¬
собствует разрушению цементита и образованию графита. Мень¬
шей стойкости цементита п чугуне при наличии в последнем крем¬
ния способствует и то, что кремннй, ло-виднмому, способен ча¬
стично образовывать твердые растворы также н с цементитом, умень-
ліая тем самым его устойчивость.-—Установлено, что характер грвфнтнэацнн связан со скоростью
диффузии атомов углерода прн охлаждении. Кремний повышает
температуру перлитного превращения н этим самым способствует
скорости диффузии углерода.Большое влияние кремний оказывает на образование напряже¬
ний и трещин в чугуне. Выше было показано, что с увеличением
его содержания в чугуне — увеличиваются и укрупняются выде¬
ления графита, вследствие этого уменьшаются упругие деформации
и термические напряжения в отливках и возникает опасность обра¬
зования холодных трещнн к искажения геометрических размеров.Кроме того, в этом случае уменьшается величина домерлнтной
усадки Этот фактор совместно с улучшением жндкотекучести1(7
чугуне, если око имеет место под влиянием кремния приводит
к меньшей опасности образования горячих трешинТакое благоприятное влияние кремния отмечается при повыше¬
нии его содержания в чугуне приблизительно до 3.0%. Дальнейшее
повышение содержания кремния в связи с понижением теплопро¬
водности чугуна приводит к обратному эффекту — увеличению
опасности образования трещин н пороков усадочного происхо¬
жденияОт содержания кремния, так же как и от содержания углерода,
а значительной мере зависят механические свойства чугуна. В чу¬
гуне с относительно низким содержанием углерода (2,75 3,0%)
по мере повышения содержания кремния механические свойства4»*е$ -У»lw100О Ці it 15 у 25 м а «Содержат# кдемни», XРис. 117. Прочность чугуна а зависимости от
содержания углерода и кремния и перегрей
чугуна (пунктирные линии соответствуют гра¬
ницам соответствующих областей иа структур¬
ная диаграмме Маурера)повышаются до того момента, пока он способствует разложению
гтруктурмосвободного цементита н устранению ыеждендрнтиого
расположения графита. Дальнейшее повышение содержании крем¬
ния приводит к ухудшению механических свойств чугуна
""В чугуне с более высоким содержанием углероде (3,3 -+■ 3.5%)
увеличение содержания кремния ухудшает механические свойства.
Ііри наличии в чугуне содержания .кремния более 3,0% заметно
повышается твердость при одновременном понижении показателей
прочности и пластичности, что объясняется повышением твердости
'феррита из-за большего содержания в кем кремния.На рис. 117 показано, как изменяется прочность чугуна в зави¬
симости от содержания в нем уг.терола и кремния н перегрева его
перед заливкой.На рисунке видно, что область наибольшей прочности обычного
серого чугуна г пластинчатым графитом соответствует перлитной
матрице. Перегрей чуі yua расширяет поле максимальной прочности.1М
Содержание углерода и особенно кремния оказывает большое
влияние на обрабатываемость чугунных отливок режущим инстру¬
ментом. Обрабатываемость чугуна (оцениваемая допустимой ско¬
ростью резания, температурой, износом режущей части инстру¬
мента. удельным расходом энергии и т. п.) зависит от структуры
матрицы и степгнн графитияацни.При использовании обычного режущего инструмента келегнро-
паниый чугун удовлетворительно обрабатывается резанием, если
твердость его не превышает 240 кГ/мм* по Брннеллю. Некоторые
сорта легированного чугуна удовлетворительно обрабатываются при
твердости до 350 кГ'мм8 по Брилеллю. Таким образом, при повы¬
шении степени графитнэацни чугуна обрабатываемость отлноок
режущим инструментом улучшается. Но при этом следует иметь
э виду, что влияние углерода и кремния не совсем одинаково, так
как феррит, содержащий значительное количество кремния, ха¬
рактеризуется заметно большей твердостью, чем феррит в чугуне
с такой же эвтектпчностью, но достигнутой за счет повышения
содержания углерода.Нежелательно наличие в чугуне и очень крупных выделений
графита, так как они при механической обработке выкрашиваются
и не дают возможности получить чистую и гладкую шлифованную
поверхностьВлияние кремнии на склонность чугуна к отбелу примерно
в два рага меньше влияния углерода.Увеличение содержания кремния в чугуне благоприятно сказы¬
вается на повышении сопротивления износу.При содержании кремния до.Ч% коррозионная стойкость чугуна
в растпорах солей почти не изменяется. По мере увеличения содер¬
жания кремния в чугуне ухудшается стойкость отливок в щело¬
чах.Последующее плпмкк'нке содержания кремния приводит к за¬
метному увеличению стойкости отливок в кислотах. Чугуны с боль¬
шим содержанием кремния используются для изготовления отли¬
вок. очень стойких в серной, азотной, фосфорной и уксусной кисло¬
тахИз других свойств чугуна кремний повышает сопротивление
росту, окал иностой кость, теплопроводность, сопротивление ползу¬
чести. электросопротивление и коэрцитивную силу. У полностью
феррнтных чугуноа повышенно содержания кремния увеличивает
магнитную проницаемость н снижает потерн на гистерезис.Для любых отливок большое значение имеет однородность свой¬
ств в различных сечениях. С этой точки зрении уменьшение в чу¬
гуне содержания углерода н кремния весьма желательноОчень велико графнтнзнрующес влияние кремния при воелеинн
его в жидкий чугун посте выплавки. В связи с этим как кремний,
так н его различные сплавы (ферросилиций. елликокальций и др.)
часто используются в качестве модификаторов.
Марганец. Плотность 7.2—7,4 г'см*, температура плавле¬
ния 1245® С. температура кипения 2027е С.В железоуглеродистых сплавах марганец расширяет область-?,
передвигая по мере повышения концентрации марганца кривые
изотермического распада аустеннта вправо, н понижает температуру
превращения у — а. Его влияние из структуру чугуна выражается
в стабилизации перлита и увеличении его дисперсности. В опреде¬
ленных условиях он способствует образованию бейнита и мартен¬
сита. Наличие 1% марганца в вустенитс понижает иа 33* темпе¬
ратуру мартенентного превращения.Марганец в отличие от кремния увеличивает растворимость
углерода в чугуне. Прн высоком содержании марганца распад гамма-
твердого раствора может быть полностью предотвращен и в чугуне
может быть получена аустснитная структура.Влияние марганиа как элемента, тормозящего графнтлзацню,
начинает заметно проявляться при наличии его в чугуне более1,5	+ 2,0%. При содержании его'й Чугуне в количестве 0,3 0,6%
вследствие образования сульфидов и окислов марганца он кос¬
венно благоприятствует процессу гр&фятиз&инм. .Марганец увеличивает полную и доперлнтную и несколько
уменьшает послеперлитаую усадки чугуна. Склонность чугуна
к образованию трещин и внутренних напряжений с повышением
содержания марганца, как правило, повышается.Влияние марганца на жндкотскучесть аналогично влиянию угле¬
рода и кремния не менее интенсивно. В интервале концентраций от
0,1 до 1,4% (по другим данным до 1.7%) марганец увеличивает
прочность серого чугуна приблизительно на 10% на 1% марганца.
Прн большем содержании марганца прочность понижается, так как
в. чугуне образуются структурносвободныс карбиды.^ 'В ковком н высокопрочном чугуне с шаровидным графитом
марганец, растворяясь в феррите, повышает прочность н понижает
пластичность. Понижение пластичности становится заметным прн
повышении содержания марганца более 0.5%.Твердость чугуна повышается на 15 кГ.мм* на 1% Мп.Обрабатываемость чугуна заметно ухудшается при содержании
марганиа биле^І.25%. С повышением содержания марганца уве¬
личивается склонность чугуна к образованию отбела. Наиболее
интенсивно иа увеличение отбела при пизком содержании серы
марганец влияет при концентрации его до 1,0%. При дальнейшем
повышении содержания марганца интенсивность влияния его на
от бел понижается.Марганец, так же как углерод н кремний, повышает хрупкость
ковкого и высокопрочного чугуна. Он слособстяует образованию
некоторых специфических пороков в отливках нз чугуна: подкорко¬
вых газовых раковин, прямого и обратного отбела. твердых вклю¬
чений (главным образом прн соотношении (% Mn}:|%S]~- I).
Чугун с повышенной концентрацией марганца характеризуется
,'Х>
склонностью к поглощению водорода и азота Отливин из марган¬
цового чугуна склонны к образованию лрнгара.Увеличение содержания марганца приводит к повышению росто-
устоАчнвости чугуна н понижению износостойкости, термостойко¬
сти. проводимости, магнитной проницаемости.Марганец применяется в качестве легирующего элемента прн
выплавке ауетеннтных, мартенситкых, перлитных чугунов со спе¬
циальными свойствами. (При содержании марганца более 10%
металлическая основа чугуна становится аустенитной.)Особое значение приобретает марганец в связи с тем, что он
в чугуне с серой образует сульфид и зтнм самым парализует вред¬
ное влияние серыПрн небольшой концентрации в чугуне марганца понижается,
а прн большой повышается электросопротивление н понижаются
магнитная проницаемость и индукция. Коррозионная стойкость чу¬
гуна при увеличении в нем содержания марганца понижается.Сера. В чугуне ссра (лрн отсутствии нлн малом количестве
марганца) выделяется в виде сульфида железа FeS. Прн быстром
охлаждения чугуна отдельные включения сульфидов в структуре
чугуна могут не наблюдаться, так как она в этом случае остается
в пересыщенном тпердом растворе с карбидом железа. С железом н
цементитом сульфид железа может образовывать тройную эвтек¬
тику.В сером чугуне, который содержит марганец, сере присутствует
в связанном состоянии в внде включения сульфидов (Ре, Мп. S).Ііслн в чугуне присутствуют элементы, обладающие большей
степенью химического сродстве с серой, чем с железом, то сера сое¬
диняется с ними, образуя ндноморфные кристаллы MnS, AI*S,,
te^, ZrS, Cu,S и т. д с Солсе высокой, чем у сульфида железе,
температурой плавления.В чугуне реакция FeS + МеТ*Fe + MeS обратима, н поэтому
в нем встречаются одновременно сульфиды железа и других эле¬
ментов.Прн наличии в чугуне марганца большая часть серы связывается
в сульфид марганца. В этом случае должно быть обеспечено соот¬
ношение между марганцем и серой, равное(♦/, Мл) :|7.S|-3.5-і-5,0.Сера относится к элементам, сильно тормозящим графиткзацню.
если она не связана в виде тугоплавких сульфидов, нерастворимых
в чугуне. Отрицательное алнянне серы на графнтнэацню тем силь¬
нее, чем меньше эвтектичность чугуна и больше скорость его охла¬
ждения. В этом случае в изломе чугуна наблюдается резкий пере¬
ход от белого к «рому. По мерс уменьшении місмичнистн такой
переход наблюдается прн меньшем содержании серы. Следова¬
тельно. влияние серы тем опаснее, чем менее благоприятны усло¬
вия для .протекания процесса графнтиэацин.I»!
Содержанке связанного углерода практически не зависит ot
содержания сульфида марганца, но повышение содержания по¬
следнего приводит к измельчению графита н эвтектических зерен.Прн постоянном содержании серы склонность к отделу сначала
уменьшается с повышением содержания марганца и. достигнув
минимума, определяемого уравнениемIV» Мп) в. 1.75|V, S| (-0,1.
вновь увеличивается.•	Сера оказывает большое влияние на форму н характер образую¬
щегося в чугуне графита. В чугунах с пластинчатим графитом ссра
вызывает удлинение и утолщен не графитовых пластин. Эго влия¬
ние особенно заметно по границам эвтектических зерен. Ссра повы¬
шает пооерхпостное натяжение чугуна н. как полагают, по этой
причине препятствует образованию шаровидного графнта.В высокопрочном чугуне шаровидная форма графнта может быть
получена только при очень малом содержании серы.Форма н компактность выделений углерода отжига в ковком
чугуне и минимальное время его графнткэацин также связаны
с содержанием серы точнее с соотношением [%Мп| : |% S|.Минимальное время графитнэацнх черносердечного ковкого чу¬
гуна имеет место прн обеспечении соотношения
(%Мп| = 1,72 |%S| 4* 0,15.Влияние серы на усадку н склонность к образованию трещны
связано с ее воздействием на процесс графнтилацки.Жидкотекучесть чугуна прн высоком содержании серы ухуд¬
шается. Ухудшению жндкотекучестн сопутствуют большее содер¬
жание газовых н неметаллических включений в чугуне и замет¬
ный рост процента брака прн производстве тонкостенного и ответ¬
ственного литья.Ьолее других элементов сера склонна к лнквацнн.Сера в чугуне в виде FeS ухудшает его прочность, что объяс¬
няется ослаблением связи между зернами из-за наличия на нх
границе хрупкой эвтектики. В отлнчне от KeS включения MnS
не столь заметно ухудшают прочность чугуна.В мягких сортах чугуна с высокой эвтсктнчностью повышение
содержания серы приводит к увеличению прочности вследствие по¬
вышенного количества перлита в структуре.Наличие в чугуне сульфидов способствует образованию мнкро-
аар н снижению коррозионной стойкости.Сера в чугуне, так же как и в стали, является нежелательной
примесью. Снижение концентрации серы в нем является постоянной
заботой технического персонала литейною производства.Фосфор. Плотность 1,89 г/гл\ температура плавления
44,ГС, температура кипения 280.5°С. Фосфор подобно кремнию
в системе железо — углерод сдвигает влево эвтектическую точку.192
Но в отличие от кремния фосфор понижает темпегатуру эвтекти¬
ческою превращения. Рясшорнмосіь фосфор.ч в железе зависит от
наличия в последнем других элементов. (Углерод, например, пони¬
жает его' растворимость.)В двойных сплавах железо — фосфор и растворе может нахо¬
диться около 1,2% Р. В чугуне, содержащем 3,5% С. может нахо¬
диться и растворе максимум 0.3'*.;, Р, а » фі-ррите высокопрочного
чугуне — не более 0,2% Р. При содержании фосфора превышающей
его растаорймость в чугуне, образуется фосфндная эвтектика (см.
рис. 80).Но графитнзпшио фосфор икамімі-т незначительное влияние.Усадка чугуна при неизменном содержании углгрода и увели¬
чении содержания фосфора уменьшается и остается неизменной,
если содержание углерода понижается, а фосфора повышается.В чугунах доэетсктического еостаоа фосфор иитекиоксс других
элементов повышает жндкотекучесть, а п чугунах эвтектического
состава он сильнее повышает жндкотекучесть, чем эквивалентное
ему содержание углеродаФосфор понижает вязкость чугуни н улучшает смачиваемость
стенок формы.Склонность чугуна к образованию холодных трещин попытается
по мере увеличения в его структуре фосфндной эпто.сгнхи.По результатам последних нсслсдоинннй причность чугуна с
пластинчатым графитом растет с увеличенном содержания фосфора
до 0,7 -ъ 0,8% (а не до 0.3 0.4%, как считалось раньше). Даль¬
нейшее повышение содержания фосфора прииидит r редкому аж*
женню прочности. Данные о гонышенпн прочности чугуна с уве¬
личением содержания фосфора согласуйся с идентичными даннымио	влиянии его на число эвтектических иереи.Твердость чугуна (но Брішеллю) с нопышеинсм содержания
фосфора увеличивается на 40 кГ'мм3 на 1% Р. (Тнердость тройной
фосфндной эвтектики составляет GU0 и двойной 400 •лсГ/л-ч* но
Брннеллю.)Фосфор резко снижает ударную вязкость чугуна. Для перехода
чугуна из сравнительно вязкого состоянии в хрупкое достаточно
0,3% фосфора.Тройная фосфндная эвтектика увеличивает износостойкость чу¬
гуна. Наличие 5% фосфндной эвтектики в микроструктуре чугуне
приводит к некоторому ухудшению обрабатываемости npji бать*
шнх скоростях реэвння; при малых скоростях резании наблюдается
обратное — стойкость режущего инструмента увеличивается.Когда фосфидная эвтектика в чугуне приобретает сферическую
НЛН близкую к ней форму и выделяется н гч:ле отдельных ItWlHfWV
ванных включений, вредное ПЛІ1ИНИЄ фосфора проявляется не
столь резко. Обычно в ковком чугуні- н чугуне с шаровидным гра¬
фитом содержание фосфора ограничимте* величиной порядка
0,1 +0,2%. Высокофосфористий чугун, содержащий высокий (до
1,5%) процент фосфора в виде сферондизнрованни'х фосфидов и
графит в шлровидноб форме, является новим конструKUIIOHIIUM
материалом, характеризующимся хорошими литейными своЛст-
вами и повышенной коррозионной стойкостью. Оп с успехом
используется в качестве материала для литых ирессформ прн нзго-
товленик методом лктья пол давлен нем цинковых к алюминиевых
сплавов.Сферическая форма фосфидов в чугуне может быть напучена прн
отливке в металлические формы, обработке его присадками магпия
н церия с последующий модифицированием ферросилицием.Наличие в структуре ферритного высокофосфористо!о чугуна
(1% фосфора) фосфнднон эвтектики значительно снижает магнит¬
ную проницаемость н повышает потерн на гистерезис.Медь. (Свойства, см. главу пятую.) Медь в количестве до
З -I- 4% легко растворяется в жидким чугуне. В аустеннтс может
раствориться до 2—3% меди, а в феррите около 1%. В чугуне,
склонном к отбелу, медь способствует графитнзацнн н уменьшает
твердость. В очень мягком по составу чугуне медь способствует
стабилизации перлита и увеличивает твердость Под влиянием
меди температура эвтектической кристаллизации немного пони¬
жается. Точка S сдвигается влево. Резко снижается температура
превращения, что снособстауот переохлаждению аустеннта и сии*
жению температуры мартененлюго превращения.Такнм образен, медь является элемент»!, благоприятно влияю¬
щим на аыравннвание структуры и свойств в различных сечениях
чугунных отливок. Она повышает прочность и твердость чугуна
тем заметнее, чем ниже содержание кремния в высокоуглероднстом
чугуне. Оптимальным в легированном медью сером чугуне является
содержание ее 3—4%.На каждый процент медн, вводимой в чугун, приходится повы¬
шение прочности прн растяжении примерно на 10 ч- 15%. Добавка
в чугун меди значительно улучшает обрабатываемость.Медистый чугун с твердостью в 350 кГ.'мм* по Брипеллю обра¬
батывается примерно так же. как обычный чугун, с твердостью
240 кГ.мм*.Специфическое влияние меди на структуру и свойства чугуна
объясняется тем, что она во время затвердевания чугуна действует
подобно кремнию и способствует графнтизацнн. В процессе звтек*
тондного превращения влияние ыеди противопатожно влиянию крем¬
ния; она препятствует распадению перлита.Способствуя образованию у-твердого раствора, медь несколько
понижает и температуру превращения аустеннта а перлит.Считается, что влияние меди связано с тем, что атомы ее обра¬
зуют на границах феррит оустспит н грофнт — феррит тан назы¬
ваемый диффузионный барьер.При увеличении в чугуне содержания меди н выделении ее
в качестве дисперсной фазы понижается проницаемость и повн¬
ім
Шаются коэрцитивная сила, остаточная индукция н потере на ги¬
стерезис. Удельное электросопротн&лснке чугуна при малых кон¬
центрациях меди повышается, л латвд при концентрациях, пре¬
вышающих растворимость ее в твердом растворе, понижается.Медь увеличивает сопротивление чугуна коррозии: в атмосфер*
ных условиях, в растворах солей, кислот, почве и нефти (0,3 +- 0,5%
Си приводят к увеличению СТОЙ- а)
кости чугунных отливок против '<
атмосферной коррозии примерно
на 20%).В чугуне с шаровидным графи¬
том, содержащим магний, при уве¬
личении содержания меди в литом
состоянии вследствие уменьшения
количества феррита увеличивается
количество перлита. При этом по¬
вышается также » устойчивость
иерлит.ч при ПТЖНГО.Количество меди, находящейся
в жидком и твердом растворе, в чу¬
гуне с шаровидным графитом ниже,
чем в обычном сером.При содержании меди более 2%
наблюдается заметная деградация
формы графита, нторыА в значи¬
тельном количестве из шаровидного
превращается в пластинчатый. При
содержании в чугуне 3% меди по¬
лучить шаровидную форму графита
не удается. При дальнейшем повы-
нк-ннн содержания меди до А 4,5%В структуре чугуна в шаровидной
форме восстанавливается не более
20 н- 40% графита.Подобное влияние меди в чугу¬
нах с шаровидным графитом усили¬
вается при наличии в них титана.II н к е л ь. Плотность 8.7 8,9 г'см* (в зависимости от спо*
соба обработки); температура плавлення 1450°С; температуре
кипения около 3000" С.В сплавах железо — углерод никель понижает критические
точки <4, и А3. сдвигает точки £ и S олс-во и вниз. Температура
эвтектической кристаллизации немного повышается.Никель расширяет область-у it увеличивает устойчивость ауете-
нита. По мере повышении содержания никеля в чугуне аустеиит-
нос превращение приводит к получению более дисперсной феррнтно-
цеыентитной смеси.келя соомистио с кроном на р*с-
ширена* облктн чугуно» повы¬
шенной прочности (заштрмхоын*
обметь чугунс/в t пределом проч¬
ности при растяжении в 2&+3S
На соцветие чугуна никель действует подобно меди. Примене¬
ние его позволяет расширить область получения чугунов повышен¬
ной прочности при большем стсттслн эитсктнчностн (рис. 118).При содержании никеля Гкиее 2% структура чугуна становится
сначала полностью перлитной, затем сорбнтной. При 4,5 -1- 5%
никеля образуется мартенсит.При содержании в чугуне 20% Ni структура остается аусте*
нитной. На каждый процент виссонного п чугун никеля приходится
увеличение предела прочности прн растяжении примерно и8 10%.Пря повышенно}! концентрации никеля магнитное насыщение
и магнитная проницаемость несколько повышаются, а затем падают,
а коэрцитивная сила и потерн на гистерезис соответственно воз¬
растают. Прн содержании в чугуне 20% Ni. когда образуется аусте*
яятная структура, индукция н проницаемость резко понижаются,
элсктросопротвленке повышается.Нпкель повышает коррадщщную стойкость чугунных отливок
в щелочах и морской водо.у р-А ^ Плотность 7,1	Температура плавлении I860 it±60° С, температура кипения около 2fiG0J С. Хром —сильный
карбндообраэующин ллеуепт прн эвтектическом превращении, а
при эвтектокдном повышает устойчивость аустсмнта. Если содер¬
жание хрома в чугуне более 0.5%, то образуются эвтектические
карбиды.При получении дисперсного перлита и некоторого измельчения
включений графита на 1% повышения содержания хрома (до опре¬
деленной концентрации) приходится прирост твердости на 80—
100 кПм* по Брннеллю и увеличение предела прочности прн ра¬
стяжении на 20%.X" Хроы увеличивает прочность чугуна и при повышениых темпе¬
ратурах н многократных нагревах. В связи с этим он используется
для изготовления отлноок из жаростойких и окалнностойкнх чу-
гуиов.Чугуны, содержащие хром, характеризуются также повышен¬
ный сопротивлением абразивному износу, коррозии в морской воде
и слабых кислотных растворах н т..и.Самостоятельно в качестве легирующего элемента для чугуна
хром применяется редко и чэщс всего используется совместно с дру¬
гими элементами (никелем, молибденом, медью, алюминием и др.).М о л и б д е и. Плотность 10,32 г‘смя, температура плавлення
2620 :+■ 40е С, температура кипения окаю 4700" С.Молибден снижает температуру начала и конца кристаллизации
аустенита. Он также сдвигает эвтсктондиую точку влево в область
меньшего содержания углерода. В чугуне молибден образует твер¬
дые растворы с цементитом и растворяется в нем примерно до
1,3%. Образование карбидов » чугуне, содержащем молибден,
зависит от скорости охлаждения. При етичних скоростях охлажде¬
ния, характерных дли процесса получения отливок из серого чу-ІИ
гука, наличие молибдене ускоряет графнтнзацню. В сером доза-
тектнческоы чугуне прн содержании молибдена до 1% количество
связанного углерода не увеличивается. Дальнейшее увеличение
содержания молибдена до 3,0% уже тормозит графятизаиню н лрн
более высоком его содержании чугун затвердевает белым.Молибден оказывает заметное влияние на структуру матрицы
чугуна. Перлит при легировании чугуна молибденом становится
более плотный, а прн содержании в чугуне 2,0 -1- 2.5% Мо н соот¬
ветствующей скорости охлаждения может образоваться троосто-
ыартенентная нлн мартенентная структура.Молибден эффективно легирует доэвтектнческне чугуны, повы¬
шая их прочнисть и твердость (рнс. 119). На каждый процент вве¬
денного молибдена предел прочности
при растяжении серого чугуна увелнчн-
ипстся примерно иа 40%.Нпіиті.зоиалне для легирования мо¬
либдена примерно в два раза эффектив¬
нее и модифицированном чугуне по срав¬
нению с обычным чугуном. Наряду с
прочностью при обычных температурах
молибден повышает у чугуна кратковре¬
менную прочность прн высоких темпера¬
турах. теплостойкость, ростоустойчи-
вость. сопротивление износу н ударнуюDH3KOCT Ь.Но улучшению жаропрочности чугу¬
на молибден превосходит влияние всех
других элементов.При наличии в чугуне повьшіенкого
коліки ствя фосфора образуется эвтекти¬
ка железо углерод ••• фосфор — мо-
лнб, ел «'одержание фосфора в чугуне,
легированном молибденом, не должно
был, нише 0.12%. так как каждая весовая часть фосфора сверх
0,12% связывает 1,3 весовых частей молибдена, нейтрализуя по¬
следний в качестве легирующей прнмесн. Образующаяся эвтек¬
тика имеет пониженную температуру плавлення и в толстых сече¬
ниях отливки может вызвать образование лорнстостк.'Гита н. Плотность 4,5 гїсм*, температура плавления 1725 ±
■±: J0® С, температура кнлення более 3000° С. Предельная раство¬
римость в железе 6,5%. Титан понижает температуру эвтектиче¬
ского превращения к способствует переохлаждению чугуна. В ко¬
личестве до 0.5% в доэвтгктическом чугуне титан способствует
графігтизацни и выделению графита в виде пластин и мелких завих¬
рений псепдоэвтентнчесного типа.Доменные чугуны. содержащие титан, характеризуются нали¬
чием повышенного количества углерода (до 5%J. В жидком чугуне197
1% титана может связать 0.25% углерода а карбид титана ТІС
с температурой плавления 3-410° ('. н платностью 4.25 г'см’.Титан, как правило, не растворяется в матрице чугуна и цемен¬
тите. С углеродом и азотом чугуна он образует карбоннтриды. яв¬
ляющиеся самостоятельной фазой. Связывая азот п виде иитрнда,
титан облегчает разложение эвтектического н эвтсктондного цемен¬
тита. В той мере, о какой титан связывает азот, он способствует
грвфитизацнн При содержании титана, превышающем необходи¬
мое для образования нитридов, он с углеродом образует карбиды
и способствует кристаллизации чугуна по метастабильноА си¬
стеме.В чугун для отлнвок гитан вводится в количество 0,05 н- 0,1%
к только для таких отливок, как поршневые кольца -- в количе¬
стве 0,2%.Прн производстве ковкого чугуна титан используется в составе
модификаторов. В отливках из высокопрочного чугуна титан яв¬
ляется нежелательной иримесью, так мк он препятствует образо¬
ванию шаровидного графнта.В а и а д н й. Плотность 5,87 г ем3, температура плавления
1735 ±: 50° С, температура хнления окаю 3000° С. Хрупкий, очень
твердый металл.Ванадий в чугуне является карбндообр&эующнм элементом.
Графит под его влиянием измельчается и завнхряется.В чугуне, легированном ванадием, образуется плотный сорби¬
тообразный перлит. Прочность и твердость чугуна прн этом повы¬
шаются Ванадий оказывает большое влияние на прочность к
твердость чугуна при низком содержании углерода В половинча¬
тых чугунах влияние ванадия проявляется сильнее, чем в серых.Чугун, легированный ванадием, характеризуется более равно¬
мерной твердостью в различных сечениях, чем нелегнрованный.
Ванадии способствует сохранению структуры н соойств чугунных
отливок в услиянял нх эксплуатации при повышенных темпера¬
турах.Алюминий. Плотность 2,7 г см3, температура плавления
659.8а С; температура кипения около 2500° С (Свойства алюминия
сы также главу девятую.)Алюминий хорошо растворяется в феррите. Взаимодействуя
с кислородом, может в чугуне образовывать глинозем А1}03, с угле¬
родом карбид Л1/%, с азотом нитрид A IN и с серой сульфид AltS,.
При содержании ло 4 -4-5% способствует графнтнзации. Его гра-
фитнэирующее деистане эквивалентно приблизительно от 1/а доV,	действия кремния. Прн содержании более 8% (до 18%) тормозит
графитиэаиию Прн содержании более 18% (до 25%) вновь спо¬
собствует графнтнэацнн н. наконец, при дальнейшем повышении
содержания опять тормозит графитообразованнг Влияние- алю¬
миния па графитнчниню косвенно связано с его способностью свя¬
зывать азот ь ниіріи.1<Ю
Алюминий повышает содержание углерода а эптектонде и повы¬
шает температуру эвтектон.'.коги превращения..Микроструктура чугунов. содержащих до Ь% алюминии, со¬
стоит ні феррита с неравномерно расп|юделснпьіми среди них вклю¬
чениями графита При дальнейшей повышении содержания алю¬
миния и структуре, кроме легированного алюминием феррита,
появляется диван хрупкая, легко выкриинваклцая фаза. Такой
чугун характеризуется повышенном окалнностойкості ю н росто-
устойчивостью. Прн сод< ржании до 9% алюминия чугун удовлет¬
ворительно обрабатывается резанием. Дальнейшее повышение его
содержания резко ухудшает обрабатываемость.Алюминии в чугуне заметно повышает электросопротивление.
Высоколегированные алюмнннсм ч\т\ти (чугаль) нспо."і.чукггся
прн изготовлении отливок с высо¬
кой жаростойкостьюМа г п и й Плотность 1,738 г гя".
температура плавлении 651 С; тем
пература кипения 1120: С (свойства
магния, см. также главу десятую)Магний оказывает сильное
влияние на грлфнттацию чугуна
В чугуне, содержащем определен
нее количество магния, графит
выделяется в шаровидной форме с
малым отношением поверхности
к объему Концентрация напря¬
жений вокруг этих включений от¬
носительно невелика. В результа¬
те металлическая матрица ослаб¬
ляется в значительно меньшей сте¬
пени, чем в сером чугуне с пла¬
стинчатым графитом. При шаровидной форме графита оказывается
возможным эффективно использовать 70 -ч- 90% прочности метал¬
лической основы чугуна. Чугун с шаровидным графитом характе¬
ризуется также пластичностью, соизмеримой с пластичностью
ковкого чугуна и высокоупородисто ft стали.В чугуне магний может образовывать карбиды MgQ н Mg£«,
окислы MjjO, сульфиды MgS и нитриды M&N,. Карбиды магния
неустойчивы. Остальные соединения химически устойчивы и не
растворяются б жидком чугуне.Магний оказывает заметное влияние на поверхностное натяже¬
ние чугуна, повышая его по сравнению с поверхностным натяже¬
нием серого чугуна на 30 ч- 40%.Представление о количестве магиня, которое должно присутст¬
вовать в чугуне для образования шаровидного графита, дает диа¬
грамма, изображенная на рис I*20. Область, ограниченная кри¬
выми 2 и 3, характеризует состав чугуна, где в литом состояния109чагнкя к чугунг, ниержашма око¬
ло 2.5% S1 для отливов диаметром
образуется шаровидный графит и в структуре отсутствует цементит.
U области выше кривий 3 образуется цементит. іг чуті характери¬
зуется половинчатой структурой В области между крипими / и 2
наблюдается пластинчатый и псевдозвтсхтичсі-мчі графит Область
ниже кривой / характеризуется наличном обычного пластинчатого
графита.Для чугуна ваграночной плавки оитичллы;ы\« <-о;и-р,кунічм млі¬
ння, при котором образуется шаровидная Цюрмп графита, янлпися
0.035 -і- 0,040% (до 0,06%).В связи со специфическими сво^стпзмн магния (шикая темпе¬
ратура испарения) к образованием в чугуне окислов сульфидов н
нитридов в зависимости от состава чугуна и условий п-ш-п н него
магкня должны быть учтены количество испаряющегося магнии н
его расход на образование названных выше соединений. На свя¬
зывание серы в сульфид магния в ваграночном чугуне расходуется
окало 0,07-8- 0,09% Mg. Количество магния, расходуемою для
связывания кислорода и азота, незначительно В общем случае
количество магния, которое должно быть введено в чугун, харак¬
теризуется следующей формулой:ЕМЄмо. = Мйос + + Mg„-y..u: + "й«с -У МСш„р-’В расходной части баланса мвгния при иронэнодст&е чугуна с ша¬
ровидным графитом наибольшее количество приходится на коли¬
чество его, которое испаряется а момент ввода н чугун и в после*
дующее время перед заливкой чугуна в формыЧугун, содержащий магний, .характеризуется ноиижештоИ тем¬
пературой эвтектического превращения (приблизительно на 20 ч-
-+■ 40е С), большой степенью переохлаждении и немного большей,
чем у серого чугуна, температурой эвтектоилного превращения.У доэвтектнческого чугуна под влиянием магния нредусадочное
расширение в 4 -+ 10 раз, а у зазвтектичсского примерно в G раз
больше, чем у обычного серогоДиаметр шаровидных включений графита составляет от 2 до
100 мк и только в массивных местах отливок доходит до 300 мк.В чугуне магинй распределяется между металлической матри¬
цей и графитом примерно в равном соотношении, но концентрация
его в графите значительно выше. В матрице обнаруживается окаю0,5% магння. В ней он распределяется неравномерно, концентри¬
руясь главным образом по границам зеренРазными исследователями действие магння объясняется раз¬
лично.Ниже приводится краткий оеречень существующих в настоящее
время гнгютез:*	Индексы прм химических символе» озиа'ккп: ввод — вт.дичий ист —
остающийся я чугуне нем •• исиараищийся. сульф >ігло.і:.з,.і..і.,іін.< для
обрзмынма сульфида, оке — окислившийся, натр — ««дичившийся с аэигои.200
1.	Магний п чугуне изменяет величину поверхностного натяже*пня на границе раздела фаз.2	В чугуне обрачуттся адсорбционные нлснкн нз магння нлн
его соединенnfi чалержнаающне пограничную диффузию.3	1і результате ітпмон'йсівия магння с некоторыми элемен¬
тами чугуна образуются вынужденные или самопроизвольные за¬
родыши графитияацни.4. Испаряющийся в чугуне ыагннй образует газовые пузырьки
или поры, куда диффундирует графит, сохраняющий их форму.5 Магний раскисляет, леа^отнрует н обессеривает чугун, слсд-
стініем чего является Г'олі.шлг степень переохлаждения чугуна и
изменение фирмы кристаллнз) ю:н» гося графита.G. В чугуне, содержащем магний, рост графита тормозится мат¬
рицей.Положительно1 влияние магння па образование шаровидной
формы графита уменьшается или уничтожается прн наличии в чу-
гуне титана, алюуинни. сыища. ансмута, олове, сурьмы к неко¬
торых других примесей.При прочих раиных утопиях (температуре заливки, хнмяче-
скоч составе и др.) магний несколько увеличивает жидкотекучесть
чугуна Нулевая жнакотекучссть прн наличии в чугуне магння
наст>:іает при 20 .>0% твердой фазыЛинейная усалка чугуна. содержащего магний, при затверде¬
вании но метлстабнлытй системе значительно больше. чем у серого
чугуна, н состамягт около 1,7 г 1 .fiS0.^. а при затверлевеннн по
стабильной системе может і'і.іть такой же нлн даже несколько мень¬
шей (0.Я"о). чем у обычного серого чугунаМагний коспенно (посредством влияния на графнтнэацню) за¬
метно увеличивает и объемную усалку чугуна.СХтаточныс напряжения в отлняках нз чугуна с шаровидным
графитом, полученным пол влиянием магния, в 2 + 3 раза больше,
чем н чугуне беї чапшн с пластинчатым графитом. В первом случае
они харанттрн.п к/тся величиной в 4 -s- 11 кПмя1, а во втором —
2 : 5 кГмм-Блатдаря сэоему влиянию на графнтизацию магний улучшает
изноохтонкогп. и коррозионную стойкость чугуна.Теплопроводность чугуна, содержащего магний, на 10-1-30%
ниже, чем у чугуна с пластинчатым графитом. Несколько ниже
также и электросопротивление.Прн ферритной структуре металлической матрицы и шаровид¬
ной форме графита отмечаются (по сравнению с пластинчатой фор¬
мой графита) бпльшая магнитная проницаемость, увеличенные по¬
терн на гистерезис н меньшая коэрцитивная сила. Индукция прак¬
тически ие изменяется.В процессе производства чугуна, особенно обрабатываемого
магнием, часто в отливках встречаются значительные макроскон-
ЛСНКІ1 соединений в виде неметаллических включений, называемыхВ01
«черными пятнами», значительно понижающих прочность и пластич¬
ность чугуна, а также ухудшающих герметичность отливок.Ц с р и н Плотность 6,8 г см3, температура плавления 793 ±
zt: 5"С; температура кнненпя 265Х) • 70‘С.Церий на форму графита » чугуне оказывает такое же влияние,
как н чагпнй. Впервые высокопрочный чугун с шаровидной формой
графита был получен в результате использования церня. Однако
вследствие дефицитности церии н открытия влияния магния с ана¬
логичным эффектом наибольшее количество высокопрочного чу¬
гуна производится с применением магния (или магния и церня сов*местио).Влияние церня на свойства чугуна изучено меньше, чем влия¬
ние М8ГИНЯ.Температура плавлення церня не намного выше температуры
плавлення магния, но по температуре кн.зення они значительно
разнятся В отличие от чягннн церий в жидком чугуне не испаряется
и может образовывать соединения с серой, азотом н кислородом,
отлнчающш-сн высокой температурой плавлення.Для иллюстрации приведем значения температур плавления не*
которыж соединений церня:Цернй, как и другие редкоземельные элементы, образует с во¬
дородом стойкие гидриды. Растворимость водорода в керни при
1200* С превышает его растворимость п железе в 700 раз.Образование шаровидной формы графита под влиянием церня
возможно как в доэптсктическом, так и в заэвтектнческом чугуне;
для этого в чугуне должно быть в первом случае около 0,15-ь
-1-0,18%, 'а во втором — окаю 0,17 !• 0,20% Се.В отличне от обработки чугуна магнием повышение темпера¬
тури жидкого металла (до 1300° С) увеличивает количество остаю¬
щегося в твердом чугуне церня. Одновременно улучшаются II
фнэико-механическне свойстпа чугуна.Литейные свойства чугуна с церием мало чем отличаются от ли¬
тейных свойств чугуна, содержащего магний.Прочностные и пластические свойства цернепого чугуна с ша¬
ровидным графитом при температуре 400 -+• 700^ С превосходят
соответствующие характеристики магниевого чугуна.Графнтнзируютес алпяинс церия cdruuho с нейтрализацией
олняння азота, серы, теллура, висмута и. возможно, водорода. Все
перечисленные элемента являются в чугуне поЬерхностноактнв-
нымн и даже в очень малых количествах препятствуют иереохла*ср»туГ.. •Сапм+йоч
2«0
1690
24 лО
1№203
жденню чугуна к повышают устойчивость метастабнльных фаз
как в процесс эвтектической, так н эвтсхтондной кристалли¬
зации.При вводе н чугун нсрня п количестве, большем. чем требуется
для получения шаровидной формы графнта, он является легирую¬
щим элементом.Совместное использование магния и церня приводит к лучший
результатам, чем раздельное.Иттрий. Температура плавления 1525 ± 25е С; температура
кипения 32WJC. Технический птгрнй янлястея побочным продук¬
том работ, связанных с производством атомной энергии. Прн вводе
иттрия в чугун в количество около 0,3% ои вызывает образование
шаровидного графнта и в этом отношении является аналогом маг¬
ния и церня.Кальций. Платності, 1,55 <? смг; температура тавленяя
85 Г С, температура кнненкя Нв74С. Образует стойкие соедине¬
ния с кислородом СаО (с температурой плавления 2572J С), с угле¬
родом CaCi (с температурой плавлення 23005С), с серой CaS (с тем¬
пературой плавления более 2000° С), с азотом и водородом образует
нитрид Са,Ыг и гидрид СаНг (с температурой плавления соответ¬
ственно 1195 С и 1100’ С). Кальций в железе не растворяется, но
в сплавах железа является поверхностно-активным элементом.
Интенсивность влияния кальции на поаерхностиое натяжение за¬
висит от характера сплава железа с углеродом и наличия в сплаве
других ловерхиосгно-вкгненых элементов.В производстве стали и чугуна кальций используется в каче¬
стве активного раскислителя, десульфурагора и модификатора.Видимо, в чугуне кальций повышает температуру начала кри¬
сталлизации аустеннта доэвтсктнчсского чугуна н снижает тем¬
пературу начала кристаллизации первичного графита в эазвтектк-
ческом чугуне. На переохлаждение эвтектики кальний не оказывает
большого влияния.На протяжении многих лет кальций в сплаве с кремнием в виде
енликокальция используется для модифицирования серого чугуна
с пластинчатым графитом.Лантан, Температура плавления 820 -5- 850е С. Химически
активный редкоземельный элемент лантан является активным гра-
фитообразуюшнм элементом. Только прн очень интенсивном охла¬
ждении чугуна, содержащего лантан, в отливке может образо¬
ваться тонкий отбеленный слой. Форма графнта о чугуне зависит
от интенсивности охлаждения. Так, у эвтектического чугуна, в ко¬
торый было введено 0,15% лантана, на участке интенсивной кри¬
сталлизации образовался шаровидный графит, по мерс уменьше¬
ния скорости охлаждения появился междендрнтный н затем краОо-
вилныЛ графит.Аналогично н влияние лантана на графитнзацню доэвтектиче-
ского чугуна, но в этом случае количество шаровидного графита.203
обнаруживаемого при больших скоростях охлаждения, меньше,
чем в эвтектическом чугуне.Лантан нейтрализует действие некоторых вредны* примесей
прн производстве чугуна с шаровидным графитом (предположи¬
тельно азот, кислород и водород); 0,004 -ь 0.02% лантана п чугуне
с шаровидный графитом значительно понижает твердость к повы¬
шает вязкость.Неодим (лантаноид). Плотность 6,9 г-'сл»*; температура плав¬
ления 840® С. Энергично соединяется с кислородом, образуя окись
Nd.Os. По влиянию на графнтнзацню чугуна имеет мюго общего
с цернем, но карбндообразующее влияние неодима несколько менее
интенсивно, чем у церия.Бор Плотность 2,31 г!см*, температура нлавдеіня 2600е С,
температура кипения 3500® С.Кристаллический бор характеризуется очень высокой микро-
твердостью. составляющей по разным данным 3440 и -400 кГ ммг.
В отличие отліругпх элементов бор характеризуется способностью
к поглощению нейтронов, так, например, достаточно наличия в гра¬
фите миллионной доли бора, для того чтобы затормозит, нлн новее
прекратить цепкой процесс в ядермых урано-графнтовых реакторах.С элементами чугуна бор может образовывать карбиды ВС
В*С, В,С, В,С. нитриды BN, карбоинтрнлы. бориди различного
состава и карбоборнды. Карбид бора характеризуется очень высо¬
кой мнкротвердостью. составляющей по разным данным 3700 и
1950 кПмм*. Очень высокую мнкротвердосп. имеют та»же нитрид
бора и бориды.С железом бор образует борид Fe,B с содержанием 16,25%
бора. В сплавах железа с углеродом бор не оказивает алияпия на
паюженне ннжнеА критической точки л с,, но повышает верхнюю
точку Ас,. Влияние бора на паюженне точки Ас* тем сильнее, чем
больше углерода содержится в сплаве. Растворимость fopa п же¬
лезе составляет (по данным Брайда, Спреитака и Cnatocpa) в %:при 710* С — О.ОСКМ;	прн 9№" С - - 0.0021;при 906* С — 0,0082:	при 1И9'С— 0,021.Под влиянием бора увеличивается стойкость переохлажденного
яустенкта.В сером чугуне с пластинчатым графитом бор повышает модуль
упругости, твердость в до определенных пределов прочность
(табл. 19).В условиях абразивного износа бор повышает износостойкость
чугуна. Он является эффективным заменителем молибдена в леги¬
рованных чугунах.В производстве отливок нэ ковкого чугуна небольшие добавки
бора (0,002 ч- 0,003%) ускоряют процесс отжига Прн большем
содержании бора процесс графитнзации белого чугуна резко тор-ХА
мознтся. Такое влияние бора можно ойънсимгь тем. что прн малых
концентрациях он почти целиком расходуемся 1-а связывание азота.
В этом случае он способствует графнтнэацнн. При содержанки
в чугуне избытка бора сверх того, который требуется для образова¬
ния нитрила, он тормозит графитнзацню. Установлено благоприят¬
ное вликние совместной добавки Пора (0.005%) и сурьми (0,003%)
на нейтрализацию вредного цлияїсія хром;і прн отжиге ковкого
чугуна.'t. Ilpi'1-I ирм. ,Хцікгср04..I4S 100MR 1l.-rtСерый0,0044,0-1ЯЙОО40,0с«-рый4.0Г*11 №0.47,0И ‘■'Го «с0,174,0112 000ь ;Эх<:««« ««и-о.»18515 00022.5 );wiИовоіаича-1ЫЯпдзЗД51425Г.СЛЫП С 01-
лсаьными
яклоченвямнВисмут. Плотность 9.80 г.'ач3; температура плавления
273,3 rfc 0,1® С; температура кипения 15G0’С. Висмут является
сильным карбидообразующнм элементом. Нго влияние на отбел
ствиоантся заметным прн содержании в чугуне в 0.005% Ві н за¬
висит от степени эвтсктнчиостн чугуна н скорости охлаждения.Влияние висмута интенсивна мрояпллггся в чугуне с относи*
тельно низким углеродным эквивалентом и лрн больших скоростях
затвердевания.Висмут не только подавляет графитняацию прн эвтектическом
превращении, но и препятствует ей ири отжиге белого чугуна.В чугуне с шаровидным графитом, содержащим маппій, нали¬
чие висмута в количестве rtaiw 0,003% вызывает образование пла¬
стинчатого графита. Прн содержании висмута в 0.005% весь графит
приобретает пластинчатую форму.Отрицательное влияние'висмута на образование шаровидного
графита усиливается при наличии п чугуне титана. В этом случае
достаточно наличия 0,00! I- 0.002% Hi для превращения шаровид¬
ного графита в пластинчатый.Вредное влияние висмута может быть нейтрализовано церием.В ковком чугуне (в отличие от чугуна с шаровидным графитом)
висмут не оказывает отрицательного влияния на форму графита,
способствует получению его в компактной форме к ныравннвает
свойства чугуна в различных сечениях. Особенно благотворно ска-Э»
зываетсн на свойства ковкого чугуна к времени графнтлзацни сов¬
местное влияние, по одним данным, висмута н алюминия. а по дру¬
гим, висмута к бора.Теллур Плотность G.25 гел5, температура плавления
450 ±5° С; температура кипения 1390' С. С элементами, входя¬
щими в состав чугуна, может образовывать теллурнды. По отно¬
шению к железу теллур является ноиерхностно-актнвным веще¬
ством.Чугун, содержащий даже небольшие добавки теллура, харак¬
теризуется лучшей жядкотеку честью. Прн эвтектической кристал¬
лизации теллур вызывает заметное (до 40 ч- 45° С) переохлаждение
чугуна.Теллур, введенный в очень малых количествах в лоэотсктнче-
скнй чугун, увеличивает итбелнваемость. Как показал A. II. Кри-
вошеев, ввод в чугун всего 0,001% Те влняс-т на отбеливаемость
так же. как уменьшение содержания кремния на 0,4%. Теллур
уменьшает переходную зону н способствует получению более рез¬
кой границы между отбёленной н серой зонами чугуна. Последняя
характеризуется наличием мелкого псевдоэвтсктнческого нлн ысж-
дендриткого графита.В заэвтектическом чугуне влияние теллура меняется. В нем
отсутствует эвтектический цементит н наблюдается большое коли¬
чество мелких включений графита. Прн вводе в белый чугун теллур
повышает компактность графитовых включений, образующихся
в процесс* отжига.Прн производстве отливок нэ ковкого чугуна использование
теллура позволяет увеличить тслщипу отливок без опасения выде¬
лении в таких сечениях первичного графита так же, как и в случае
с висмутом.ЦернЛ нейтрализует влияние теллура.С в н и е ц. (Ілотность 11.34 г'см*, температура плавлення
327,4е С; температура кипения окаю 1700'С. Мспарсиие евницд
начинается при температуре окаю 1100е С.Влияние свинца отрицательно сказывается на сером чугуне
с пластинчатым графитом, начиная с 0,01 + 0,02%, причем влия¬
ние его усиливается по мере увеличения толщины сечсния отливок
нлн уменьшения времени затвердевания.Вредное влияние свинца проявляется в образовании а струк¬
туре междендрнтпого графита, снижении прочности, повышении
твердости н ухудшении других свойств. В чугуне с углеродным
эквивалентом СГ -• 4,0% нормальный пластинчатий графит пол¬
ностью исчезал при содержании 0.05 0.06% свинца. В отливках
свинец концентрируется вместе с фосфндной эвтектикой в толстых
сечениях, увеличивая в них пористость и уменьшая прочность и
герметичность.Свинец препятствует образованию шаровидной формы графита
в чугуне, содержащей магний. Если в чугуне свинца окаю 0.01%,Ш
то получить шаровидный графит практически невозможно. Свинец
также препятствует образованию феррита и стабилизирует перлит.
Неблагоприятное влияние свинца может нейтрализовать цернй.Сурьма. Плотность 6,02 г‘сма, температура плавлення 6305 С;
температура кппення 1635е С. В а-жследе может растворяться до
4% сурьмы, при этом значительно повышается твердость феррита.
При содержании 0,8% Sb твердость его равна 264 кГ/ммг.Незначительное количество сурьмы оказывает существенное
влияние на структуру н свойства чугуна. В зависимости от назна¬
чения чугуна это влияние может быть положительным или отри-
петельным. Заметное изменение свойств серого чугуна наблю¬
дается при наличии в нем около 0.3% сурьмы. Но даже 0,02 + 0,04%
Sb уменьшает количество феррита и измельчает перлит.Наличие в сером чугуне 0,3 0,65% Sb на 40 -і- 50% понижает
прочность н резко повышает твердость.По мерс увеличения в чугуне концентрации сурьмы укрупняются
выделения фосфндной эвтектики.Сурьма в количестве 0,025% в чугуне с шаровидным графитом
вызывает деградацию графита в пластинчатый. В значительно мень¬
ших концентрациях (окаю 0,004%) она в этом же чугуне увеличи¬
вает количество перлита. в результате чего повышается его твер¬
дость н снижается пластичность. Цернй может в определенной сте¬
пени нейтрализовать влияние сурьмы. Сурьма может преднамеренно
вводиться в серый антифрикционный чугун. Карбидообразукчцее
действие сурьмы может быта использовано в производстве чугунных
отлквок для регулирования структурооСраэования в различных
сечениях.Выше было отмечено благоприятное совместное влияние сурьмы
и бора на графнтнзацню ковкого чугуна, содержащего 0,08 +
+ 0.10% хрома.Олово. Плотность олова: 7.298 г/сл* — белого. 5.85 г'см* —•
серого и 6.982 г’см* - жидкого; температура плавления 231,9°С;
температура кипения 2430° С. Олово, введенное в небольшом коли¬
честве в чугун, повышает стабильность эвтсктоидного цементита н
способствует образованию устойчивой перлитной структуры. Доста¬
точно ввести в доэвтектнческнй чугун окою 0.1 % Sn. для того чтобы
металлическая матрица его стала полностью перлитной. По мере
повышения степени эвтектнчностн количество олова, необходимого
для получения перлитной матрицы, увеличивается. Интересной осо¬
бенностью влияния олова является то, что наличие его в чугуне
не приводит к образованию структуриосвободного цементита.Введение в серый чугун олова приводит также н к измельчению
н во.псо равномерному распределению пластинчатого графита.
Обычно для образования перлитной структуры в доэвтектнческнй
чугун (в зависимости от его химического состава) достаточно ввести
0,1 +0.12% Sn. В і л эвтектическом чугуне при этих условиях я
структуре сохранится окато 10% феррита. Полностью перлитной207
структура заївтсктичсского чугуна может стать прн содержании
в нем около 0,5% 5n.Изменение структуры чугуна, содержащего олово, сопровож¬
дается повышением прочности н твердости. Перлит содержащего
олово чугуна устойчив прн высоких температурах. В связи с этим
темой чугун отличается повышенной ростоустойчивостыо н окали-
ностойкостью. Особенно высокая ростоустойчивость перлитного
чугуне, содержащего олово, достигается лрн выплавке его кз чи¬
стых шпхтовш матерлалов, свободных от других мнхропрн-
месей.В чугуне с шаровидным графитом увеличение содержания олове
более 0,10 -j 0.13% пршюднт к уменьшению количества шаровкд-
ного графита и увеличению пластинчатого. Так же, как и в чугуне
с пластинчатым гпафігтом, к здесь олово стабилизирует перлит.Мышьяк. Плотность 5,73 е/см3, возгоняется, не плавясь,
прн нагревании до ООО" С. Температура плавления в запаянной
трубке 818* С. Мышьяк характеризуется исключительно высокой
реакционной способностью, он может образовывать различные
сложные химические соединения с железам, фосфором, серой,
кислородом и водородом.В системе железо — углерод — мышьяк возможно образование
тройной эвтектики, состоящей из арссннда железа, \-твердого раст¬
вора с 0,95% углерода и 9,6% Ля и цементита. Точки £ н С на
диаграмме железо — углерод — мышьяк смещает влево н вниз в
область мепыиеА концентрации углерода и Солее ннзкоА темпера¬
туры вплоть до 810ЬС — точки тройной эвтектики.Мышьяк рлстпорястся в феррите и к с растворяется в цементите.
Растворимость его в феррите увеличивается с повышением концент¬
рации мышьяка о чугуне. В мышьяковистом чугуне образуется
новая фала, которая располагается по границам зерен подобно фос-
фнднон эвтектике. Количества мышьяка в растворе железа н этой
фазы характеризуется соотношением 1 : 3.Мнкротнердость новой структурносоставляющей приблизительно
равна чнкротвердостн цементита. По мерс повышения в ферритком
чугуне концентрации мышьяка количество феррита в нем умень¬
шается, а перлита увеличивается. Прн этом одновременно повы¬
шается и микротоердостт. перлита (примерно на 25—30%).Мышьяк способствует образованию графита при кристаллиза¬
ции чугуна и понижает чуаствитсльпость чугуна к отбелу. Вместе
с тем форма и характер графита заметно меняются: графитовые
включения становится мгнес искривленными. Прн содержании в чу¬
гуне более 1% As наряду с равномерным распределением прямых
пластин графита встреч лютея отдельиые скопления междендрнтного
н розеточного ттіпа.При крнстпллташіч ч\тіа мышьяк ■’ачетно ликвнрует н рас-
паїагается по rru. нам эвтектнчсских колоний н в мсждуосных
участках дендритіш.206
Повышение содержания кремния в чугуне приводят к усилению
мнхроликвацнн мышьяка. Увеличение скорости охлаждения, нао¬
борот, уменьшает микроликиаиню,При отжиге мышьяк ускоряет первую стадию графмткзацнн, ко
тормозит эдтсктоидное превращение и ферритообразованне.По мере повышения в чугуне концентрации мышьяка {до 0,11%
Ап) модуль упругости увеличивается. Затем он уменьшается. При¬
мерно до этой же концентрации мышьяка повышается прочность;
затем она также заметно понижается. Твердость чугуна прн повы¬
шении в нем содержания мышьиха до 3.0% увеличивается с 200
до 290 хГ .нж* по Брннеллю. Такое изменение механических свойств
чугуна, по-пидимому, связано с постепенным увеличением струк-
турносоставляющсй, а которой концентрируется большая часть
мышьяка.Мышьяк подобно фосфору увеличивает жидкотекучесть чугуна.
Влияние его на величину усадки чугуна не обнаружено.Повышение в чугуне содержания мышьяка положительно ска¬
зывается на увеличении его коррозионной стойкости в 10-лроцент-
ном растворе серной и соляной кислот.Чугуны, содержащие мышьяк, характеризуются повышенным
сопротивлением износу.В чугуне с шаровидным графитом мышьях заметно стабилизи¬
рует перлит. В таком чугуне прн содержании более 0,09 ч- 0,1% As
наблюдается уменьшение количества шаровидных включений н
образование пластинчатого графита.Азот. Плотность ори 20®С 1.1&49-10 ® г.'см*, температура
плавления 209,9’С; температура кипения 195,8" С. .Молекула азота
состоит из двух прочно связанных между собой атомов, для диссо¬
циации которых требуются очень высокая температура и значи¬
тельное количество энергии. При обычных температурах н темпе¬
ратурах расплавленного чугуна молекулярный азот химически
малоактивен.В чугуне растворяется активный и атомарный азот. Активный
азот представляет собой смесь неустойчивых, обладающих повы¬
шенной энергией молекул и атомов азота. Он может быть получен
различными путями, в том числе н прн разложения в жидком чу¬
гуне различных лсгкоднссоциирующнх азотистых соединений.Равновесная растворимость азота в железе зависит от темпера¬
туры н модификации железа (см. рис. 8). На растворимость азота
в стали н чугуне большое влияние оказывают другие принеси.
Увеличивают его растворимость по сравнению с растворимостью
в чистом железе титан, ванадий, хром, тантал, марганец, молибден,
вольфрам. Уменьшают растворимость алюминий, мель, пннк.
сера, мышьяк, кобальт, никель, фосфор, углерод, магний, кис¬
лород.В зависимости от химического состава и температуры равновес¬
ная растворимость азота в чугуне может бить приближенно под¬809
считана по формулеlog Г/, М = _ 125 _ 0.86 - 0.06 ((VjSi) -(- IV, S|) -— 0.24 |% С) — U. 151% Р) + 0.015 [•/» МЩ + 0,03 [% Сг|.
Обычно количество растворенного в чугуне азота превышает рав*НОВЄСН0Є.До сравнительно недавнего времени считалось, что азот не ока¬
зывает существенного влияния на структуру и свойства чугуна.
В действительности, в результате использования современных мето¬
дов физнко-хнынчсского анализа было установлено, что азот отно¬
сится к мнкропрнмесям чугуна, которые оказывают ка его струк¬
туру и свойства наиболее сильное влияние. Тысячные доли про-
мента азота могут подавить в чугуне влияние обычных элементов,
присутствующих в нем в количестве более процента.Азот с железом образует твердый раствор внедрения и значи¬
тельно его упрочняет. Он действует сильнее, чем элементы, обра¬
зующие твердые растворы замещения, нлн чем другие алементи.
образующие подобно ему твердые растворы внедрения. Такое влия¬
ние азота может быть объяснено тем, что атомные диаметры азота
и железа отличаются в большей мерс, чем у других элементов.
Упрочнение же твердого раствора увеличивается с ростом разности
атомных диаметров упрочняющего элемента н железа.Мнкротвердость феррита н перлита по мере увеличения в чу¬
гуне содержания азота заметно повышается.Азот уменьшает в чугуне количество феррита н увеличивает
количество перлита. Достаточно ввсстн в чугун эвтектического
или близ эвтектического состава 0,015 -+• 0.020% N, для того чтобы
феррит полностью исчез н образовался сорбнтообразныА перлит.При определенном критическом содержании и толщине стенки
отливки азот выходит из твердого раствора и образует типичную
азотистую пористость. Поэтому при использовании азота для повы¬
шения прочности чугуна необходимо обеспечить точную дозировку
его применительно к соответствующему химическому составу чу¬
гуна н сечению стенок отливок.С помощью небольших количеств азота прочность чугуна может
быть удвоена. Так. например, при доведении в чугуне с углеродным
эквивалентом, равным 4,2, содержания азота до 0,017 -ъ 0,019%
значение предела прочности прн растяжении повысилось с 19 до
40 кГ'мм*.На рнс. 121 показано влияние азота на прочность нсмодифнци-
рованного (а) и модифицированного (б) ферросилицием ваграночного
чугуне. В чугун одуоалси аммиак, который, диссоциируя. даиал
атомарный азот.Азот повышает устойчивость перлита, увеличивает склонность
к отбелу (рис. 122) п п|нчи!7ств' ет р:- 'Ло '-сні" ' ирвнчиою и >вак-
тоншого цементита при отжиге белою ч>г>на.210
литимем очгтз. содержащегося я разиш количестве а ие-
Ькдмих шихтовых материалах, прн выплавке чугуна для литья{•ниароми-
И. Лсіи»спязквкются нх ?ах называемые различные нас.кдстагнкыг свой¬
ства. В отличнр от влиянии вводимого в чугун атомарного -пота
продувка его молекулярные азотом иижс-т снизить в игм комиент-Ш!Р»г 132 №я«ш№ мота «■ склм.ілїси ч)гума <‘-г — 3.W*»» котОм).I - ом* к».»-МП К ЬІ і — ЧИЇ 1% Nk 4 - В.ІМЗ «% Nlраиию растворенного азота, если количество его иревышмп рав¬
новесное, и. как результат люто, прочность н твердость чугуна
иогут понизиться, Вдувание в чугун молекул яркого азота с помо¬ги
щью графитовой трубки приводит к заметному снижении т вор ла¬
сти, повышению С.-С равномерности к заметному улучшению обра¬
батываемости чугуна режущим инструментом.Водород. Прн О" С и давлении 7G0 мм pm. cm. 1 .1 водорода
весит 0.089870 £. Водород — самый легкий газ. ГІрн температурах
вигне 1000: С сравнительно легко проникает через железо, сталь
к чуіуи.Растворимость гюдорода в чистом железе при 1600s С составляет
около :Ю ел*/100 г (по последним экспериментальным данным,
27.7 + 0.8 сня. 100 ДКремний снижает растворимость нодоролл я железе. Для спла¬
вов железо — кремний прн 1600° С Сила зафиксирована минималь¬
ная растворимость водорода в 3 ел*/100 г.Содержание подородл в чугуне п зависимости от его химического
состннл и структуры колеблется в широких пределах от нескольких
с.чя 100 с до 15 н более глМОО г.Экспериментальная продувка водородом чугуна со степенью
эвтсктнчности Se 0,90 0,93 показала, что по мере увеличе¬
ния длительности продувки и содержания водорода а чугуне в
структуре уменьшается количество феррятл, увеличивается коли¬
чество перлита, повышается твердость и увеличивается глубина
отвела. Последующая продувка чугуна аргоном нлн азотом, сни¬
жающая содержание водорода, восстанавливает исходные свойства
чугуна. Такой же эффект дает последующее модифицирование чу¬
гуна силикокяльцисм R количестве 0.2%. Причины отмеченного
влияния водорода на структуру и свойства чугуна не выяснены.Сравнительная количественная оценка
в .1 и я н и я элементов. Выше, прн разборе влияния отдель¬
ных элементов на структуру и свойства сплавоя железо — углерод
было показано, сколь многообразным оно может быть и как велико
количество дополнительных факторов, которые могут наменять
влияние того илн иного элемента. К числу этих факторов отно¬
сятся не только химический состав и условия кристаллизации, но
и условия приготовления сплава н его «жизнь» до момента заливки
в форму. Немаловажное значение ия конечные результаты в опре¬
деленных услопнях может оказать наличие нлн отсутствие в сплаве
мнкрогрнмессй тех или иных веществ, физическое воздействие на
сплав как до лалнвкн в форму, так н в момент кристаллизации и др.
В ряде случаеп эти факторы могут оказаться решающими. Пере¬
менное качественное и количественное влияние различных эле¬
ментов на структурообразованне чугуна затрудняет возможность
их классификации по признаку интенсивности этого влияния, тем
более что во многих случаях наличие в сплаве двух карбндообра-
луияцих элементов не усиливает их отдельное влияние, а иногда
парализует. Так, например, бор и алот являются в отдельности эле¬
ментами. повышающими устойчивость карбидов. Однако наличие
их одновременно в белом чугуне в определенной концентрации, при-212
поднщсй к образованию нитрида бора, не только нейтрализует
карбидообразующее влнянне бора и азоте, но н способствует гра-
фнткзаинн. Точно так же марганец и сера, отдельно взятие, дебет
вуют подобно бору н азоту, но при их совместном присутствии в чу
гуне образуется относительно тугоплавкий сульфид марганца
который может служить изоморфной подкладкой для центров крн
сталлнзэннн графита. По этоП причине
введение в чугун, содержащий серу, мар¬
ганце нлн в чугун, содержащий марга¬
нец, серы способствует графитнэацнн.Хром является карбидообразующиы
элементом. Стабилизации карбидов спо¬
собствуют н такие элементы, как сурьма,
бор, теллур, селен.В то же время лобапка в ковкий чугун,
содержащий хром, сурьмы и бора или
теллура облегчает проведение процесса
отжига ковкого чугуна.Можно привести примеры н обратно¬
го действия. Кремний и кобальт являют¬
ся элементами, способствующими гра-
фитиэаинн. Однако ввод в кремнистый
чугун кобальта парализует графитооб-
разуюшее влияние кремния.Представление о сравнительном ко¬
личественном влиянии некоторых эле*
центов ий связанный углерод в чугуне с 2,
рис. 123.Если условно принять графнтнзпрующее действие кремния рав¬
ным I. то некоторые из рассмотренных выше элементов могут
бить расположены в следующий ряд:Рнс. |23. Влияние »л«мги-
тов на созержаине сеями-
иого углерода в чугуне с
2.8% С и 0.84 Si (Сам-
мура); С и 0,8% Si дает| к (.«.ніА.в.ишіТ"“Haw. МаеКо»ффнижпт графнтницші j -Н,0+0,5-HW+0.35 +0.25Коэффициент гріфиінзаияя-0,25—0,35 I -1,0 —1,0-2,0Элемента, имеющие прн коэффициенте знак «плюс», называют
графитообрвэующими, а знак «минус* — карЛидообраэуюищми.Более точным является деление элементов на три группы: гра-
фнтообразующне (кремний, алюминий, нвкель, медь, кобальт и др.).213
карбндлобразующке (азот, марганец, хром, маїибдек, ванадий) и
элементы, препятстпуюіцнс графнтнзацнн при jaTW-рдсваинн н
способствующие ей при отжиге (магний, цернй, барий, лнтнй, сере,
теллур, сурьма, бор, олово, висмут, кадмий н др.). Один и те же
элемеитм я зависимости от концентрации в чугуне могут способсг-
волать или препятствовать графити-
запни.Интенсивность влияний элементов
4'	на графігт нлн карбклообразованиеI	изменяется также н в зависимости от’’	условий кристаллизации чугуна.Так. например, интенсивность
влиянии элементов на твердость отбе¬
ленного слоя при производстве отбе¬
ленного литья характеризуется сле¬
дующим рядом (А. Е. Крнвошсса):
углерод — никель — фосфор —
марганец — хром — молибден —
ванадий — кремний — алюминий —
медь — титан — сера.за•люгнбе (Р. каченехив)Не всегда с изменением твердости
под влиянием того нлн иного элемен¬
та синхронно изменяется прочность.
Это объясняется ТЄМ, что в различной
степени могут меняться дисперсность
карбидов, плотность матрицы, характер графитовых включений
и т. п. Так, нанрнмер, один элементы могут способствовать выде¬
лению карбидов в виде крупных включений, повышающих твер¬
дость. но уменьшающих прочность чугуна, другие кэрбндообра-
эующис элементы в известных пределах обеспечивают получение
небольших сферических включений карбидов, что приводит ие ТОЛЬ¬
КО к повышению твердости, но и к увеличению прочности чугуна.На рис. 124 приведены данные, иллюстрирующие влияние эле¬
ментов на изменение прочности чугуна при изгибе.{ IV-e. РАСЧЕТ СТРУКТУР И СВОЙСТВ ЧУГУНАПрочность и твердость в различных сече¬
ниях. Часто важно произвести сопоставление прочности н твер¬
дости чугуна одного я того же химического соетава в различных
сечениях отлнвкн.Для этой цели может быть использовано установленное соотно¬
шениеlog в, — log <J,ГоУш[ - log //Й, •214
где о,, її HBl — предел прочности прн растяжении н твердость
в сечении У;
о,( и ЯВ, — то же, в сечении 2.Практически это соотношение не ьсегда может быть использо¬
вано. так как но во исех случая х отливка в том нлн ином сечении
можетбить подвергнута испытанию без разрушения.Ферр ut	• • •Псртнт	ІіслАпіг	Грифит	ф.КфНДНЭИ «ПП'ШНКЛ .
Аустеїгнт И‘,9*’, Сі . .
Мартенсит-* (<),!•“ и Сі
MapioHCiit-jСнлнкофгррнт:Н.5\, Si 	7.1»/, > 	> 	По результатам испытаний образцов диаметром 30 мм н с лю¬
быы другим диаметром х выведено следующее соотношение:1°Кв«х ^ ^ 1.57{logWfl,— logffBeo).
где о, и — предел прочности прн растяжении образцов дна**	метром х и 30 мм\ИВУ и HB№ — соответствующие значения твердости по Брние.тлю
п кГ мм*.ЭтоЛ формулой рекомен¬
дуется пильзояатьсн для от¬
ливок ИЗ обычного серого
чугуна, ja исключением очень
ТОНКИ* (с ТОЛЩИной стенок
менее С ля) и таких, у кото¬
рых графит выделяется в меж-
дендрнтион форме.Плотность н удель¬
ный объем чугуна.Плотность структур и фаз чу»
гуна характеризуется данны¬
ми. приведенными в табл. 20.Изменения удельного объема железа в зависимости от концент¬
рации в сплаве других элементов представлены ка рнс. 125.115*к с®І 4*1
Плотность чугуна определенного состава может быть полечи*
тэно по формулеПлотность («г с.ч») = 8.10 —0.22 IV, Се,1Ц| —0,09 [V, Si 1 -— 0.07 IV, Р|.Марганец в пределах 0.4 — 1.25% н сера в пределах 0,034 —
0,179% не оказывают ламггногл влияния на .плотность чугуна.Модуль упругости чугуна и стал». Отноше¬
ние модуля упругости различных чугуиоя по отношению к модулю
упругости стали с той же матрицей характеризуется данными
табл. 21.ЧугуиСерый чугуп С ПСрЛШИиЛ НЯТріІЦГП )1 ІІ.13ГТПІІ-
чаши графпточ (• ЭЭннснмосги ^т c<VRpvo-От 0.1 д.. 0,7От ОД1! ди «,<Й
От 1»Л до О.К5о*Тсрмячгскп ОбрібОТЗНОМЯ фгррнтнми ГгрыП 4V-
Г)И с пнасіяіічашч /ргфнтчм (в яянш-нмы'гк
пт содержания грлфнгаї 	Расчет химического с о с т а п а. Определение хими¬
ческого состав? чугун?» по ээоанным свойствам и структуре можетРис. 126. Номограми* її я расчет* составе структури, прочнист н тердисги
в«легвроминых чугуков прн лигье в мечаные форча (А Ф. Лаид»|I — бсіні «утуя. огаїтммЯ їм кожи»; і - пм>*іпч.ітьіІ чугун lint мг;лк>гпл>ймк1в):І — іжрдвтшВ <*put < — феррагво-огрлтш! «рык ■о г>и216
быть произведено с помощью различных номограмм. Для этоЛ
тми ра:»лняніjmii «шторами предложены ычоптигленше варіанти
номограмм, составленные для опре¬
деленных групп оглнкок н классов
чугуна Одна из тлкнх номограмм
представлена н<1 рис. І '.’(і. Г, по¬
мощью атоіі номограммы у.ол:с-т
Г>ыть рассчнтлю требуемое с есер,
жэнке углерода н кремния по за¬
данной прочности, твердости II
структуре 'дли т-лстнропанных чу-
гуноа при литы* и песчаные формы.Конструктивная опенка проч¬
ности чугуна определенной степе¬
ни эвтектнчности в стенках разной
толщины может бить произведена
с помощью номограммы, представ¬
ленной на рнс. 127.Лгуятті тча«в IV-9. ОТЛИВКИ ИЭ СЕРОГО
ЧУГУНА с ПЛАСТИНЧАТЫМ
ГРАФИТОМНа долю отливок из серого
чугуна с пластинчатым графитом
к настоящее время п ризных стра¬
нах приходится от 80 до 90%
всего производимого литья.По ведущим отраслям машиностроения распределение отливок
к 1965 г. характеризуется данными табл. 22.іаЗіиявіпе углф>&Рнс. 127. 1іомоір».ш^ дли |г|ж•
vtpuoft оиекхм комструктмлинх
требовании и чугуну и опредде-
кия мнннмляыюй допустимой тол-
шины СТСНКП ОТЛИВЭК. Преде.1
прочниста при ристякеннн уявхн
для пЛрвааа диаметром 20 мя, ьы-
точевкого ИЗ ЛКІОЙ ЗІГХрГОВКН див.
нетроч 30 ммТяжело» машиностроение	Tpisiopiiot н гг.іьскоідеиЛствспное Mtmu-мостроенне	Общее машиностроение	АИЮШ'бИДССТрОСКИС	Сіаниосірлгіїкг	Электрон Хппчсїмн промишлгниосіь
Приборостроение	Как правило, чугунные отливки, используемые в машинострое¬
нии. подвергаются механической обработке В большинстве случаев
в условиях эксплуатации онн работают пол воздействием той нлн
иной нагрузки. Но во многих случаях они особой нагрузки в ыашн-
пат не несут. Так, по статистическим данным, характеризующим
использование чугунных отливок в США. на дано отливок, не под¬
вергающихся особой нагрузке, приходится околи 40".'. К этой группе
отлипок не ІфСііЬН&ЛНіТСЯ особых требований но прочности. От НИХ
трсбуюген только хорошая обрабатываемость и главным образом
декоративная чистота поверхности.Нес чугунных отливок колеблется в очень широких пределах
о зависимости от отрасли применения.Тяжелые отлннкн используют н тяжелом машиностроении,
станкостроении, металлургической промышленности (наложницы)
н др.Очень легкие отліюки применяют в приборостроении (99.5°«
отливок несом менее 4,5 кг), электромашиностроении и др.Нормы конструктивных требований. Нормы
и границы конструктивных требований, предъявляемых к отливкам
из серого чугуна, многообразны и диктуются конкретными усло¬
виями службы отлннок. В зависимости от условий службы различ¬
ными должны быть к требования технических условий приемки.
Общим для всех отливок из серого чугуна является требование
отсутствия в структуре цементита, резко повышающего твердость
н хрупкость отливок. Что касается показателей прочности, твер¬
дости и т. д.. то они предопределяются условиями службы изделий.
В большинстве случаев эти показатели регламентируют, ко в неко¬
торых случаях они могут не являться браковочным признаком.Стандартами многих стран для оценки качества сирого чугуна
предусматриваются испытания на изгиб к растяжение. При испыта¬
ниях на изгиб больших образцов (300 и 600 мм длины) различные
случайные факторы (например, образование в них пороков, ке свя¬
занных с качеством чугуна) обусловливают большой процент слу*
чайных показатели и значительный нх разброс.Болсо показательными хтя оценки прочности чугуна являются
испытания на растяжение.В большинстве случаев отливки имеют различную толщину сте¬
нок, которая обусловливает различную струкіуру и механические
свойства. В связи с этим возникает опасность получения отбела
а тонких сечениях и пониженных механических свойств в толстых
сечспнях. Опасность образования цементита я тонких сечениях осо¬
бенно велика при получении перлитной структуры в толстых.
Когда же стремятся получить перлитную структуру в топких сече¬
ниях, в толстых может вместо перлита образоваться феррит. Оче¬
видно, что не из всякого чугуна можно отливать изделия с значи¬
тельно разнящейся толщиной стенки.Выбор марки чугуна по прочности н степени его эвтектнчностн
должен всегда увязываться с конструкцией отлнвкн и условиями
кристаллизации чугупа в литейной форме.Номограыыа, представленная на рис. 127, позволяет определить
минимально допускаемые толщины стенок и степень эвтсктичностн*18
чугунных отливок определенной прочности. На нижней оси абсцисс
этой диаграммы отложены значення степени эвтектнчиостн S,
н соответствующие нм минимальные значення толшнн стенок от¬
ливки. прн которых возможно получение перлитной структуры.
Ниже приведены предельные содержания углерода н кремния. На
оси ординат слева отложены значении предела прочности прн растя-
женки, которые ыогут быть
получены для значення отно¬
сительной прочности в преде¬
лах от 60 до 140%.Относительная прочность,
как было показано выше, за¬
висит от условий производ¬
ства чугуна в том нлн ином
цехе и используемых шихто¬
вых материалов. Повышенное
значение относительной проч¬
ности может быть достигнуто
ТОЛЬКО прн ТОЧНОМ СО&1ЮДЄ'нин технологического процес¬
са н строгом регламентирова¬
нии отдельных его -элементов.Номограмма позволяет полу¬
чить ответ на вопрос, какая
минимальная толщина стенок
допустима в отливках данного
класса, прн которой не полу¬
чается отбсла.На рнс. 128 представлена
номограмма для .определения
степени эвтектнчностн чугуна
Sc прн известном содержании
углерода, кремния и фосфора.В табл. 213 приведены ре¬
комендуемые степени эвтек-
тнчности для чугунных отли¬
вок с разной толшннон стеккк.При выборе по установленной степени эвтсктнчности химического
состава чугуна следует иметь в виду, что при данной степени эвтек-
тичности более высокое содержание углерода н более низкое содер¬
жание кремния позволяют получить чугун с относительно меньшей
склонностью к образованию литейных пороков. При большем со¬
держании кремния достигаются несколько большая прочность н
твердость.Из приведенных выше данных следует, что получить тонкостен¬
ные отливки из обычного серого чугуна с высокой иричпоаыо
трудно нлн невозможно.(мепемя эвтгкгмчиссгн чугуна пг> содер¬
жанию углерода, кремния, фосфора.
Пунктирной стрелкой показано опреде¬
ление St для чугуна, содержащего 2.2%
SI. 0.24 Р и 3.1% С <5< = о.вав)219
330
Наряду с этим нельзя получить в толстостенных отливках такую
прочность, которая имеет место в обраіцах диаметром около 30 мм.На рнс. 129 представлена диаграмма, позволяющая определить,
какие свойства можно ожидать в различных сечениях отливок нз
серого чугуна (см. также тайл. 24). Например, если на образце
диаметром 30 мм получен показатель прочности прн растяжении
25 кГ/мм1, то в отливке с толщиной стенки 100 мм нельзя получить
показатель прочности при растя¬
жении более 20 кГ:мм*, а прн
толщине стенки 15 мм нельзя
получить твердость, по Бринсл-
лю, ниже 200 кПмм*. Верхняя
горизонтальная ось диаграммы
позволяет получить соответст¬
вующие ЗНвЧСННЯ XIя приведен¬
ной толщины стенки, если она
может быть подсчитана.О	С II о и н ы с нормы
требований стандар¬
та. Требования, предъявляемые
к отливкам нз серого чугуна с
пластинчатым графитом, регла¬
ментируются ГОСТ 1412—54. В
тайл. 25 приведены маркировка
и механические свойства чугуна,
определяемые на образцах, изго¬
товленных кз отдельно отлитых
цилиндрических заготовок диа¬
метром 30 мм.Для отливок с преобладаю¬
щей (расчепюП) толщиной стен¬
ки боле* 50 мм, а также для
отливок всех сечений из чугуна
марок СЧ 32-52, СЧ 35-36 и
СЧ 38-60 прн испытаниях на
растяжение наряду с заготовка¬
ми диаметром 30 мм допускаются заготовки диаметром 50 мм.Для тонкостенных ОТЛИВОК (с ТОЛЩИНОЙ СТЄИКН мепес 10 JUi)
могут быть использованы образцы других размеров и формы по
согласованию между заказчиком к поставщиком литьн. Для отли¬
вок. получаемых в металлических формах, образцы для испытаний
вырезаются из готовых отливок. Во всех случаях испытание про¬
изводится ка 3 образцах от партии. Годность партии оценивается
но результатам испытаний 2 нз 3 образцов.Геометрическвя ось образцов для испытаний на растяжение, нзю-
ювлемных из цилиндрических заготовок диаметром болесЮлл, долж¬
на отстоять от оси заготовки на расстояния 1/, радиуса заготовки.НІІЯХ 07ЛМНКН. Цифрами НА полях мо¬
нограммы покаэааи ліачсиия пределе
прочниста прп рясїїжепин, получа*-
нме на ойрмиад дияиетром 30 ям
<ио данный Германского Стандарта
L — 3D I00 L - Я 00L-an IOOL-as 1 OOL- «CM ®
СЧ I->-28
СЧ IVT2
СЧ HMti
СЧ 2І-Ю
СЧ 21-u
СЧ 28-IH
СЧ :tf.S2
СЧ 3.V56
СЧ suoe пронавоатся170—241
170—241
170-241
187-2»
№7—2®
207-269Т4ДОВ иаифицирвыям*ге*в?рг6вїї™і я» tipj.iypeI	IV-10. ОТЛИВНИ ИЗ МОДИФИЦИРОВАННОГО СЕРОГО ЧУГУНА
С ПЛАСТИНЧАТЫМ ГРАФИТОММодифицирование может производиться с примене¬
нием графмтнэнрующнх или стабилизирующих модификаторов.В первом случае модифицированию подвергается чугун с низкой
степенью эвтехтнчностн (например, пониженное содержание угле¬
рода) и такого состава, который, затвердевая без модифицирования,
имел бы белый или половинчатый излом с междендрнгным графитом.Ввод в такой чугун графнтнэнруюшнх модификаторов приводит
к изменению условий эвтектического превращения, при котором222
происходи! выделение пластинчатого графита в наиболее благо¬
приятной форме, а структура матрицы получается перлитной.Применение стабилизирующих модификаторов производится при
необходимости повышения прочности сороги чугуна с ыысокоП сте¬
пенью эвтектнчностн. Наибольшее распространение в производстве
отливок получил первый метод модифицирования.В табл. 2(> приведены перечень и состав модификаторов, исполь¬
зуемых и п рои з do детое отливок нз модифицированного чугуна с пла¬
стинчатым графитом. Модификаторы вводятся н жидкпЛ чугун прн
выпуске его иэ плавнльногр агрегата (ка желоб) в ковш млн иногда
в литниковую чашу. Перед вводом в чугун они должны быть
прокалены и раздроблены: графнтнзкруюшне до величины кусков2	л- 15 мм, стабилизирующие до 6 мм.Г і 3 j н ц • І5»кри»« W««ти, %ИогЧлетор‘КГ■xa»* +rrtfjruо *<с»етп«_1,2Ф^рріУіілиикЛ Си 75 ... .СилншжальинП К.н.иО . . .901.01.5С.ц,iHKom.ti.inin KaCu 1 . . .•J4w2,5t.HJHiion.iUitil' KjLu 2. . .Si - С* - Т.	5-: 7І.ЗЛ5+7«/# їх, 5+7W, Мл
Iff '. Ti 'St—Mr*--Zf	2.017ь-it Mo, (Pit ZfCr—Mu- Si	17+ li1.00.2040'/, Cr. 10»/, MnФгррохриы ирсыит гый . .
Ni-Sl	ih i-'A-—so*,. Cl—60V* NlРасход графнтнзнрукшшх модификаторов в зависимости от их
природы и требуемого класса чугуна составляет 0,l-t-0,5°« (в ра¬
счете не кремний).Введение в модифицируемый чугун менее 0,1% Si не изменяет
его структуры, увеличение же с помощью модификаторов содержа¬
ния кремния на величину более 0.5%, как правило, не является
эффективным.Расход стабилизирующих модификаторов составляете,5 1,0%.Необходимо отмстить, что в этом случае трудно установить
разницу между модифицированием и микролегированнен.Для обеспечения уффектнвностн процесса модифицирования не-
«Махатмы определенные условия: тщательное соблюдение оптималь¬
ною для данной группы отливок технологического процесса моди¬
фицирования и использования шихтовых материалов постоянного
состава, высокая температура чугуна (не ниже 1420—1450° С),
быстрая эаллвка чугуна в литейные формы (увеличение времени
заливки против оптимального для данных условий приводит к по*
стгнснному нсчс.11 (опоиию эффекта моднфнцнроианни).Стабильные результаты при модифицировании н сохранение вы¬
сокой температуры чугуна легче достигаются прн вводе в чугун
предварительно расплавленных модификатором.Эффект, подобный модгфнцнроішшю. діллпгаетсн прн смешении
в определенных пропорциях в жидком состоянии мягкого серого
чугуна и белого или половинчатого. Также действует смешение
мягкого серого чугула с жндкоЛ сталью.Замечено, что прн применении некоторых модификаторов эффект
модифицирования упелнчнватн или ослабляется прн наличии
в них определенных прнмсссй. Так, например, использование фер¬
росилиция, содержащего от 1 до 2°» алюминия, дает лучини* ре¬
зультаты. чем применение ферросилиция бел алюминия.Двойное модифицирование применяется в опре¬
деленных случаях для получения более высоких показателей меха-
шпсскнх CBoflcm. Изпсстпы дна плрнанта такого модифицирования.ПО первому варианту в чугун пводится 0.1 -I- 0,15'^ AI и затем
0,3 : 0,5"» енликокальцня нлн ферросилиция Си 75. j^ior способ
используется для модифицирования чугуна состава (в по):С 2,7 ;-2,9,
Si Г,2-5-1,6: Мп 1,0 ьі,2. Сг 0,3 + 0,5.При втором варианте н нэ коу гле рл л нсты й жидкий чугун смеши¬
вают с высокоуглероднетым н затем уже производят вторичное мо¬
дифицирование 0,3-{-0,5% енликокальцня или ферросилиция.Свойства и условия про» эполета а. Обычно
методом модифицирования получают чугуны марок СЧ 24-44;
СЧ 26-48; СЧ 32-52; СЧ 35-56; СЧ 38-60, свойства которых приведены
в табл. 25.Для обычных условий ваграночной плавки модифицированные
чугуны моґут применяться для изготовления отливок:СЧ 24-44
СЧ 28-48
СЧ 32-52На рис. 130 представлена диаграмма, характеризующая зависи¬
мость прочности серого чугуна от метода модифицирования и вели¬
чины углеродного эквивалента.Другие методы получения чугуна повы¬
шенного качества. Среди других методов получения чу¬
гуна повышенного качества, не связанных с непосредственным вво¬
зом модификаторов нлн легированием, используются получение
чугуна с перлитной матрицей за счет ввода в шихту стали, перегрев224
и выдержка жидкого чугуне перед аалнвкой, лнтье в металлическиеформы.Ввод в шлтту стали для получения чугуна повышенной проч¬
ности (производство так называемого сталистого чугуна) широко
используется в литейных цехах прн изготовлении большого коли¬
чества отливок разнообразнейшей номенклатуры. Сталь вводится
н шихту и прн выплавке чугуне
для последующего моднфнцнро-
иання графнтнзирующнмн моди¬
фикаторами.Высокотемпературный пере-
і реп чугуна (оптимальный для
определенного химического со¬
става н условий производства)
оказывает благоприятное влия¬
ние на структуру и прочность
отливокПрактически во всех случаях
изготовления ответственного чу¬
гунного .щтья стремятся к мак¬
симально возможной степени
гк'регрена. Высстестем чрезмер¬
ный перегрев чугуна может еыэ-
iiiiTi) образование междендритно-
го графита и ухудшение механи¬
ческих споГістп чугуна.Аналогично перегреву на
снойства чугуна действует егодлительная выдержка в жидком состоянии. Однако этот метод, как
жстснсивный. ис имеет существенного значения.Металлические и подобные нм другие формы, в которых проис¬
ходит ускоренная кристаллизация чугуна, позволяют значительно
улучшить структуру и свойства отливок н находят широкое приме¬
нение прн изготовлении определенной группы отливок в условиях
массового н крупносерийного производстве. В большинстве случаев
полученные по этому методу отлнвкн подвергаются последующей
термической обработке.Рис. 130 Влияние ыетозд модифици¬
ровании н« предо прочности чугуна
при растяжепнн для различных зна¬
чений углеродного мвивааемта
(Г. ТауСиер):I - моемое ходифицирдеашк; J — «ми-
фиаиушаояве графнгяирупщява «о0*и(-
нк добамамк * — не иодкфщнромкин*| IV-11. ОТЛИВКИ ИЗ ЧУГУНА о ШАРОВИДНЫМ ГРАФИТОМПрименение. Шаровидная форма графнта прн определен¬
ных условиях может быть получена в чугуне и некоторых других
сплавах за счет ввода в них небольших количеств многих элементов:
магния, церня, кттрня, кальция, натрия, кнлии, лития, бария,
пинке, селена, тория н ряда других элементов.В настоящее время наибольшее промышленное аначенне имеет
производство отливок на чугуна с шаровидным графитом за счетв Л..«а.» 1ЫИК	Ш
ввода в него о жидком состоянии (модифицирования) магния и
церия (раздольно или вместе).В снкзи с этим часто чугун с шаровидной формой графита, в ко*
торы/г бил ьиеден чистый маглий или его лигатуры (или обработан¬
ный солями магния), называют магниевым, а прн использовании
церия — цершмым.Объем производства чугунных отливок из чугуна с шаровидным
графитом непрерывно растет.В зависимости от уровня и путей развития промышленности на
долю этого чугуна а разных странах приходится около	про¬изводимого литья.Чугун с шаровидным графитом кмгат большое самостоятельное
значение как конструкционный сплав для большой группы ответ¬
ственных отливок.Кроме этого, в определенных случаях нм экономически выгодно
замшить локоокн, изделия нэ проката, стальное н цветное литье.Номенклатура отливок из чугуна с шаровидным графитом по
мере совершенствования его производства непрерывно расширяется.Особенности п рок з иодстпа. Чугун с шаровидной
формой графита может производиться при нспаїьзованші любых
применяемых в литейных цехах плавильных агрегатов. Однако
устойчиво хорошие результаты и требуемую стабильность свойств
чугуна лучше всего получают при использовании для шихты чистых
исходных материалов определенного состава, наличии возможности
виплавки чугуна с низким содержанием серы и высокой темпера¬
турой перегрева.Лучшие результаты получены прн выплавке чугуна о электриче¬
ских печах, вагранках с горячим дутьем. с применением кислорода,
дуплекс-процесса (вагранка — электропечь) и основной футеровке
плавильного агрегата,Химический состав чугуна к состав шихты выбирают в зависи¬
мости от установленной для отливок марки чугуна и толщины сте¬
нок отливки.Наибольшее распространение в производстве чугуна с шаровид¬
ным графитом получил матий. Прн определении количества вводи¬
мого в чугун мапшя следует учитывать особенности принятого тех¬
нологического процесса, имен в виду не только количество магния,
остающегося в чугуне, но и используемого для удаления серы, свя¬
зывания азота, кислорода, образования карбидов магния и теряю¬
щегося при испарении. Последняя статья в балансе расхода магния
имеет наибольшее значение.С учетом всех статей расхода ыагннн количество его, необходимое
ДЛЯ ввода в чуіум, может быть определено по следующей формуле:2Мк - J (Мб,,, + Mg... f Mg,„, + Mb., + Mb.,,).где і] — коэффициент усвоения магния, зависящий от метода его
ввода в чугун.226
На общий расход магния оказывают также влияние температура
обрабатываемого чугуна, длительность операции обработки, время
выдержки чугуна перед разливкой и длительность разливки.После ввода в чугун элементов, вызывающих образование шаро¬
видного графита, рекомендуется производить дополнительную при¬
садку измельченного ферросилиция Си 75 (и количество 0,3+1,2,о),
с помощью которого регулируется структура металлической основы
чугуна. Эта операция особенно важна в том случае, когда отливки
ко подвергаются графнтнзирующему отжигу.Возможен одновременный ввод магния н ферросилиция.При производстве чугуна с шаровидным графитом на основа
церня рационально применение сплава церня с ферросилицием и
мапшем (ФМЦ-б). В этом случае производство чугуна с шаровидный
графитом упрощается и сводится к тому, что куски сплава .весом
150—250 г даются в ковш в количестве 0,3—0,4% (а при добавке
в чугун силнкокалышя о меньшем количестве) от веса жидкого чу*
гуна перед заполнением нм ковша.Некоторые элементы (демодификаторы) парализуют влияние
магния и церия, в результате чего в чугуне образуется пластинча¬
тый гряфит,Количественное влияние некоторых демодификаторов на изме¬
нение шаровидной формы графита в чугуне, обработанном магнием,
состава (в %): С 3.6+3.9; Si 2,2+3.0; Мп 0.02: 0,27; Р 0,025;S	0,01+0,02; Mg 0,043-1 0,09; Ni 1,0— показано в табл. 27.т■« J яц • яXipoitcp itnuniСакр«.м»•їм»»• »l. ts—«ксури.д«-«.іИопвдятси отдельные ик.иочо-
ния илэоннчлиго графита. . .
ІШрокпаїїмА ірафщ полносім)0.<KVJ0.005О.І>ГОо.о} і0,СЙ0,090,0280.010,030,30,020.04В табл. 28 лапа примерная характеристика основных методов
пнодо магнии п чугун. Применение мапшепш лигатур и солей маг¬
ния. так же как к церня, в отличне от применения чистого магния
не вызывает образования сильного и опасного мироэффекта. Хорошо
зарекомендовала себя смесь обезвоженного хлористого магния с си-
лнкокальцнем (1:1) в количестве 3+4б» от веса чугуна, которая
позволяет получить такой же эффект, как при нрнменсинн чнсіию
мпгння. Возможно применение и других композиций солей магния.Чугун с шаровидной формой графита может быть получен при
использовании иттрия. Для этого он должен быть введен в чугун•	количестве 0,3%. Чугун состава (в %); С 3,5; Si 3,0, Мп 0.30;
Р 0,05; S 0,015: N10.02; ТІ. Мо и Сг до 0,03 м И 0.2 в литом состоянии
характеризовался следующими свойствами: предел прочности при
растяжении 45 кГ>мм2, относительное удлниеине 18%, твердость
по Бринеллю >62 кПмм*. После термообработки этого чугуна пре¬
дел прочности прн растяжении составил 52 кПил1, относительное
удлинение — 21% н твердость по Бринеллю — 175 к/7 хм'.(lmva«u«
■ЛУ/дд и«•■■■•ратурийшмГ'ССвамВ ювOfK омкт-«irau^p-оря puluvnrrМстидпческиЛ магниП вво¬
дится С ПОИСЩЪЮ КОЛО-
НО«Я при атмосферном
давлении 	15 + 20100+130120+ ISO6 + 15Прутхи иагиия, вводимые
в чугун, находящийся в
кииильннкс иди ковше. .10 + >28015+ VsМеталлический нагннП за-
кдимваетси в <карман>
ковгаа прн атмосферном
давлении	До 1260+7015 + 25давления 	15+25во+ 8080+10020 + 40С оомощыо колоколов в
герметизированные ковши
при повышенной давле-20 + 2570 + 60VO+ 11020+ 40в автоклавах под повышен¬
ным давлением компрес¬
сорного воздуха 	До 15--30 + 00Выше отмечалось, что магний интенсивно испаряется из чугуна
(приблизительно со скоростью 0,01% за каждые 10 мт). Иттрий не
только сохраняется полностью в процессе выдержек чугуна перед
заливкой, но и остается частично в чугуне после нескольких пере¬
плавов, о чем свидетельствует остающийся в этих условиях шаро¬
видный графкт.Использование кттрня в литейном производстве сдерживается
его высокой стоимостью я недостаточным уровнем производства.Химический состав и нормы требований.
В чугуне с шаровидным графитом и феррнтной матрицей могут
быть получены показатели прочногти при растяжении до 50 кГ/мм*,
лря относительном удлинении до 30% ы твердости, по Бринеллю,
не выше 185 кПялг.
В перлитном чугуне с шаровидным графитом предел прочности
прн растяжении может быть увеличен до 60 кГ.'мм%, прн относитель¬
ном удлинении до 104 н твердости 225-нЗОО кГ/млг.Между ферритиымн и перлитными чугунами с шаровидным гра¬
фитом имеется большая группа чугунов с раалнчньш соотношением
феррита н перлита и проме¬
жуточными механическими
свойствами.Прн термической обработ¬
ке предел прочности прн рас¬
тяжении может быть доведен
до 1Э0-+-140 кГ/мм* с сохра¬
нением вязкости, характери¬
зуемой относительным удли¬
нением в 1-М%. Прн леги¬
ровании чугуна с шаровидным
графитом могут бість получе¬
ны самые разнообразные по¬
казатели свойств.На рнс. 131 представлен?
зависимость между пределом
прочносім при растяжении и
относительным удлинением
трех групп чугуна с шаровид¬
ный графитом, полученная в
различных опытных работах,
ниям, принятым большинством стандартов.Аналитически эта зависимость может быть выражена следую¬
щими уравнениями:о. = а+е * ,
б-6 + с-1п2»,где о, — предел прочности при растяжении. кГ!ня\Ь — относительное удлинение, %;
е — оснопанне натуральных логарифмов,а,	Ь, с— коэффициенты, определяемое в зависимости от ка>
чества чугуна:Шчкт я	6	вА (пониженное)	 37	3? 8В Ііюрмааьпо*)	36	24	7В (иовышениог)	8S	40	9Рнс. 131. 3*ВНСНМ0СТЪ между пределом
прочности при растяжении и относи¬
тельным удлинением раыкчиых чугуиоа
с шароандыим графитом:Кривая / соответствует юотноше-Большое влияние на прочность и пластичность чугунов с шаро¬
видным графитом оказывают креминА, марганец н фосфор. Повыше-
кие их содержания в разной степени у разных чугунов понижает
пластичность и повышает нлн понижает прочность. Особенно силь¬
ное влияние на снижение пластичности оказывает фосфор. Увели¬
чение его содержания с 0,05 до 0,2—0,3% приводит к снижению
величним относительного удлинения у феррнтного чугуна с 15-ь1&9*
до 4ч-6?о.В табл. 2У приведены кормы основных требований, предъявляе¬
мых действующих в СССР стандартом к основный свойствам чугу¬
нов с шаровидным графитом, и примерный состав его, рекомендуе¬
мый для отливок с различной толщиной стенки.Литейные свойства. Литейные свойства чугуна с ша¬
ровидным і |)пфитоа отличаются от лнтсАпых своПств чугуна с пла¬
стинчатым графитом.Максимальная жидкотекучестъ у чугуна с шаровидным графи¬
том наблюдается прн эаэотектнческом составе и углеродном экви¬
валенте, равном 4,5 і 4,7%, тогда как у серого чугуне максималь¬
но
пая жидкотекучесть имеет место прн углеродлом эквиваленте
и 1.2 -і 4,3% . В отличие от серого чугуна с пластинчатым графитом
у чугуна с шаровидным графитом замечена ббльшая склонность
к образованию усадочных раковин, усадочной пористости и холод¬
ных трещин. Наибольший объем сосредоточенных усадочных рако¬
вин обнаруживается у чугунок эвтектического состава. В доэзтск-
тичсскнх и эаэдп-ктнческнх чугунах увеличивается склонность
к образованию усадочной пористости.У чугуна с углеродным эквивалентом, равным около 4,5-Н,6%,
если оя затвердевает серым, объем усадочных пор составляетT М « а в • »См1»я"О.«тт..X..■О» ярпоме амк орасим Lii о(рио»івяі|їIІIS,1e-gг.1Г8иігІ1(гИ!!«(І.!Гї2,2 + 2,7
1,7 + 2.2
1,2+ 1,7
1,0 + 1,50»0,90,00,9од0.20’0,2од0,20,20,20,120,120.120.12ю3.03.03.02.6+11
2.0+W
1,5 + £0
1,3+ 1,8о*Qfi0»0»0’ОД0.2ОДодододод0,030,03
0,08
0,0312,5+ 2.»
42 + 2,6
1,7 + 2,1
1,1 +1,5
0.8 -{- J.IОЯ0£0.80.80,80,120.120,120.120,120,150,150,150,150,150.100,100,100.100,1012123.13.1
2*2,9 + зд2,6 + 3 а
2.0 + 2А
1,4 + 1,8
1,0+ 1,40,80,80.В0,80,80.120.120.120,120,120,150,150,150,150,150.02оде0,920,020,022,5+ '48
2,2+ 2,6
1,7 + 2,1
ІЛ + 1,5
0Ji + J,l080,80,8ол030,100,100,100,100,100,100,100,100,100,100,100,100,100.100,10123.2113,12.92,9 + 3,2
2,6+ 3,0
2.0+2,5
1,4 + 1,8
1,0+1,40.В0,9олол0,80,100.100,100.100,100.100,100,100,100,100,020.020,020,020,02:і41,9 + 450,70.100.100,10122,5+ 3.20.70.100.100.10141.8+ 2.40.00,080,050,08122,3+300,60.080,060.066,7+9,0%. Прн аналогичном составе чугуна, затвердевающем бе¬
лим. объем усадочных пор увеличивается до 10-*-11 % и в некоторых
случаях достигает 14%.Линейная усалка чугуна с шаровидным графитом в зависимости
от состава н условий производства колеблется в пределах от 1,5
до ^ ,0 -в.S3I
Прн добавке в жидкий чугун ферросилиция (чтобы предотвра¬
тить отбел) величина линейной усадки уменьшается ло 1.0-1-1,24.
Прн производстве сложного литья с значительным горможекнея
усадки при изготовлении моделей принимают усадку в 0,Б-+-1,0%,в IV-12. ОТЛИВНИ ИЗ ОТБЕЛЕННОГО ЧУГУНАПрименение. Отбеленный чугун применяют для изготов¬
ления специфической группы отливок, от которых требуются нош-
шенная твердости к износостойкость наружного слоя при сохране¬
нии мягкой н относительно пластичной сердцевины. Из отбеленного
чугуна отливают валкя прокатных стапои, запорные клапаны шла¬
мовых насосов, дробильные н обдирочные плиты, крановые н руд¬
ничные колеса, теки дробилок, брони конусных н шаровых мель¬
ниц, лопасти шнеков, мелющие и дробящие кольца зернодробилок
н краскотерок, беловые дрожки н плиты бегунов, детали мукомоль¬
ных машин, мелющие кольца шаровых мельниц к т. п.Особенности производства. Получение отливок
нз отбеленного чугуна основано па соблюдении условий, позволяю¬
щих обеспечить ирнстпллнзацлю поверхностных слоев ОТЛИВКИ по
четастабилыгаА системе, а внутренних — по стабильной. Для этой
цели должным образом подбирают химический состав чугуна и ско¬
рость его кристаллизации.Элементы, способствующие нлн препятствующие отделу, харак¬
теризуются различной интенсивностью алнянни на величину отбе¬
ленного н переходного слоев. Углерод, сера и фосфор уменьшают,
а хром, молибден, марганец н пападнй увеличивают глубину пере¬
ходного слоя. По интенсивности влияния элементов на твердость
отбеленного слоя они могут быть поставлены в следующий ряд:
углерод, никель, фосфор, марганец, хром, молибден, ванадий, крем¬
ний, алюминий, титан, ссра.На величину и свойства отбеленного слоя отливок оказывают
также влияние следующие факторы: степень перегрева чугуна, ха¬
рактер плавильного агрегата и режим выплавки, происхождение
исходных шихтовых материалов, наличке в чугуне микропримесей,
температура заливки и т. п.В производственных условиях величину и твердость отбеленного
слоя отливок регулируют изменением химического состава и ско¬
ростью кристаллизации (применением кокилей различной толщины,
использованием обмазок разной теплопроводности, изменением хи¬
мического состава периферийных и внутренних слоев отливки
и т. п.).Как правило, чугун, используемый для изготовления отбеленных
отливок, отличается от серого более ннэкнм содержанием кремния.В табл. 30 приведен химический состав отливок и прокатных вал¬
ков нэ отбеленною чуіуаа с пластинчатым графитом.£9
пІ!\ьs « я я
• + •: + я + і і
2 ч я я15 І і 5 1 Ь Ь3 1 ^ ^ X і. 1t -
! s
1 *І ? 5 ? ? s S5 5 Э 3 ^3 5 3 5 S З 8
+ + + + + + +
3 2 Э S 2 З Э* іSS 3 5 Э 5 5 5
+ + + • + + + +3 S 5 5 S 5 5\Я » 9 3 3 5 3+ + + + + + +
я з а а й а 5ВіsїIІ НІ!УЙ !ї»; іі 1 і н si si■ІІ |1й U- jil Ji jj! Р»
Высокой стойкостью характеризуются прокатные валки, наго¬
товленные нз отбеленного чугуна с шаровидным графетом.Для горячей прокатки специального тонкого листа с успехом
используются валки из отбеленного чугуна с-шаровидным графитом,
легированные дополнительно никелем.В табл. 31 приведен химический состав отбеленного чугуна с ша¬
ровидным графитом, используемого для отливки прокатных валков.т • 6.Coatpaїї	rrjtpsa«р...*в«в♦«♦Орi2S• to.1t*Толстолистовые, лаяTpCUIIVOBMX СТВ-о,в12 + .42Тонкоянстсвые. Чср-ад + ізпрерывнмх стіоов
Прокатка шести.
Двухвалковые кле¬
ти горячен прокату2,9+ 3.403 + 0,7os030,0210+23кн	Прокатні агкіииро-
ввнной стад», »о-
ПЭТНОВ сит я др.
Листы толщиной
1 3 мм. Двтівах-
хопме клетн горя¬ге+3.403 +о,вчей прокатки. . . .
Тонколистовые 1ЄГИ-
роваинмс. Предчи-прерывных станов.гпецнатьных ста-
аей. Двухвалковые
kjcth горячей про-2,8 + 3,40.4 + 0Лол030,0212 + 28к”'"'	2,9+14До 03031,2 +
2,0При изготовлении отбеленных прокатных валков используют
чугун, легированный марганцем (до 3,5 + 4,0°о). никелем (до
3,0+3,5%), хромом (до 9.0%) и молибденом (окаю 0,3"й).Для холодной прокатки алюминия, латуни н меди, отделки поло¬
совой стали, а также для лшшртвкн жести применяют делки нэ
легированного чугуна с карбидо-сорбнто-троостипюй и карбндо-
иертенентиой структурой следующего состава (в °в): С 3,6 + 3,8,
Ni 4.0+4,! и Сг 1.7+1,9 нлн С 3.6 + 3,8, Ni 2,65+2,75 и
Мл 3,65 + 3,75.
аз*
В связи с ответственными условиями работы прокатные отбелен¬
ные ВЙ.1КН (особенно крупные), чтобы снять внутренние напряжения,
подвергают термической обработке.§ IV-13. ОТЛИВКИ ИЗ ЛЕГИРОВАННОГО ЧУГУНАОбщая характеристика. В зависимости от соиержя-
ння легирующих элементов различают чугуны: низколегированные
(до 3% легируюишх элементов), средмелегнрованные (от 3 до 10%
легирующих элементов) м высоколегированные (болте 104 леги¬
рующих элементов).Низколегированные чугуны используют в качестве конструк¬
ционного материала для различных деталей, когда от пил требуются
повышенные механические свойства. Этн чугуны характеризуются
наличием плотной перлитной, еорбитной или троосто-сорбнгыой
матрицы с мелкнм завихренным равномерно распределенным в ней
графитом.Для грелнелегнрованного чугуна в большинстве случаев харак¬
терно наличие ыартенснтноЛ матрицы, характеризующейся повышен¬
ной износостойкостью їїрн нормальных и повышенных температурах.Высоколегированные чугуны характеризуются наличием мат¬
рицы, состоящей из первичного феррита нлн аустеннта. Отливкн нз
этих чугунов применяют в условиях работы, отличаюншхея от
обычных (в агрессивных средах, при высоких температурах, боль¬
ших истирающих нагрузках н т. п.).Большое значение имеет применение этих чугунов в химической
промышленности.Низколегированные конструкционные
чугуны. Наибольшее распространение в отечественной промыш¬
ленности получили низколегированные хромоинкелевые чугуны, вы¬
плавляемые при использовании природиолегироаанных доменных
чугунов. Содержание хрома в различных марках чугуна колеблется
в пределах 0.20—0,50% прн содержании ннфлн окаю 0,3%.
Отливкн нз низколегированного хромоннкслсвого чугуна широко
применяют в автотракторостроеннн, станкостроении и некоторых
других отраслях промышленности.Чугун, легированный 0,3% Сг и 0,75% N1, успешно исполь¬
зуют для изготовления блоков шести цилиндровых двигателей.Для станин металлообрабатывающих станков применяют чу¬
гуны. легированные 1,25+1,75% Ni, иногда с небольшими добав¬
ками хрома и молибдена. Так, станины, направляющие которых
подвергаются поверхностной закалке, отливают нз чугуна, содержа
шего. кроме никеля, хром СО.25+0.35%} и молибден (0.3+0.4%).Головин тепловозного лизель мотвра, испытывающиеся при
контроле под давлением в 7 атм (7 -10* н/м*), отливаются нз чугуна
следующего состава (в %): С 3,1; Si 1,75; Сг 0,3 ■+■ 0,4; N'i 1,0 ■+■ 1,25;
Мо 0,25 ч- 0,35. Углеродный эквивалент этого чугуна Сц —
— 3,6 + 3.8%. Такой перлитный чугун характеризуется однород¬
ной твердостью (окаю 217 кГ/мя* по Брнлеллю) и содержит к*
более 5°о карбидов или 3°« феррита.Крупные тормозные барабаны для грузовых автомобилей н са¬
молетов изготовляют нз чугуна состава (а %): С 3.8; Si 1,35; Ni 2,0;
Сг 0.25 0.35; Мо0,4 +■ 0,5. Предел прочности его прн растяжении
составляет около 28 к Г'мм*. Этот чугун характеризуется однород¬
ностью структуры н хорошей обрабатываемостью. Наличие в нем
графита обеспечивает необходимую термостойкость, а пониженное
содержание кремния — высокую теплопроводность. Низколегиро¬
ванные чугуны, содержащие медь, хром, никель, молибден и дру¬
гие элементы, широко используют также для изготовления поршне¬
вых колец, гильз, кулачковых валов, толкателей клапанов, направ¬
ляющих клапанов, различных корпусов направляющих, литых
штампов и т. п.Износостойкие чугуны. Большое количество чу¬
гунных отливок работает в условиях воздействия на них различных
сил трения. К ним относятся подшипники, норшнл, поршневые
кольца, направляющие металлорежущих станков, цилиндры, втулки,
шейки валов, тормозные барабани и колодки, н др.Цакопсц, большое количество отливок применяется в землесос¬
ных снарядах, углесосах, насосах н другом оборудовании, перерв*
бвтываюшеы различные пульпы. Для инк основной причиной вы¬
хода нз строя служит эррозионный износ, усугубляющийся дей¬
ствием кавитации н коррозии.В зависимости от различных условий трення (материал трущихся
поверхностей, вид трения, наличие и свойства смазки, взаимодей¬
ствие среды с трущимся материалом, скорость относительного дви¬
жения. удельная нагрузка, температура, возникающая на поверх¬
ности трения, н т. н.) наблюдаются разные процессы изнашивания.Наиболее распространенным видом нлнпшнаання является абра¬
зивное, заключающееся в резании нли царапании материала детали
более тэершмн обрабатываемыми нлн транспортируемыми материа¬
лами или в случае сопряженных деталей твердыми частицами
(обычно песок), попадающими между трущимися поверхностями.Абразивное нзпашишжне значительно ускоряется в различных
жидких средах. Например, быстрому износу подвергаются детали
оборудования для гидравлического транспорта к переработки раз¬
личных абразивных материалов (детали землесосов, шламовых на¬
сосов. углесосов, флотационные мвшнны, центрифуги и т. д.).Поток пульпы в крупных землесосах и высоконапорных углесо¬
сах движется со скоростью 40 -1- 50 мхек. D нем содержится зна¬
чительное количество абразивных частиц. В результате гндроабра-
знвного износа некоторые детали землесоса изнашиваются аа
несколько десятков чесов.Износостойкость отливок зависит не только от материале и
структуры сплава, но и от условий абразивного нли гидроабразнв-■Ш
ного износа (твердость абразивного материала, размер нформа его ча-
CTIIU, коиснстениня и скорость движения пульпы, угол встречи ИТ. д.).О	неличнне износа стойкости того илн иного материала можно
сулить по результатам лабораторных испытаний. во время которых
образец исследуемого материала вместе с эталонным помещается
в абразивный поток, движущийся с определенной скоростью.Мерой износостойкости является коэффициент износостойкости,
определяемый как отношение потерь объема за определенное время
испытаний эталонного и испытуемого образцов
,, &v, да, ».К “ &V, вЙ5 • “•
где Д V», G,, р, — соответственно іютерн объема, веса н плотность
эталонного образца;ДК„, G0, р„ — те же величины для испытуемого образца.В качестве эталонного образца используется образец стали Ст. Э
в нормализованном состоянии.Большое влияние на повышение сопротивления чугуна нэнашн-
аанюо оказывают легирующие элементы. Обычно литые чугунные
изделия, работающие в условиях интенсивного абразивного и гндро
абразивного износа, нзготаалнвают нз высоколегированных чугу
нов с мартеяснтной матрицей. Такие чугуны легируют хромом, кк
келем и молибденом. Все они отличаются низким содержанием крем
ния. Никель и молибден способствуют стабилизации аустенита, »
прн охлаждении чугун приобретает структуру бейита н мартен
сита с остаточным аустеннтом. Легирование хромом приводит к об
разованню сложных карбидов, которые в зависимости от концентра
цнм хрома могут быть тнпа Fe£, (Fe, Сг),С или (О, Fe),C,. Карбиды
типа Fe,C н (Fe, Сг),С имеют твердость 750 -5-950 кГ/мм* (по Бри-
иеллю). Твердость карбидов тина (Сг, Fe),C, значительно выше н
составляет окаю 1250—1750 кГ'млм*.Следовательно, для получения высокой износостойкости чугун
должен лсгнроваться в такой степени, чтобы в его структуре полу¬
чились карбиды с наибольшей твердостью.Вместе е тем необходимо предусмотреть такой состав чугуна,
который наряду с высокой твердостью обеспечивал бы удовлетвори¬
тельные литейные свойства, достаточное сопротивление ударному,
раздавливающему н деформирующему истиранию прн пысокнх и
зрозионному (разъедающему) нстнранию при низких давленнях.
В том случае, когда необходимая структура и комплекс требуемых
свойств не могут бьгть получены в литом состоянии, прибегают к тому
или иному виду термической обработки (закалке, обработке холо¬
дом и др.).Количество остаточного аустенита существенно влияет па иэно-
юстойкость мартенентных чугунов. Повышение содержания хрома
и углерода увеличивает износостойкость, повышение же содержания
марганца или никеля понижает износостойкость.
Содержание кремния в чугуне лолжно быть низким, тек как
в протипиом случае позннкает опасность вы лелеки я графнта и обра¬
зовании перлита.Известна группа мартеиситных легированных никелем н хромой
чугунов, получивших название чугунов типа ннхарл, характеризую¬
щихся следующим химическим составом (в а»): С 2,7 -I- 3,6; Si
0.4 ^ 1.0; Ми 0,25 0,7; Ni 3,0 -ь 5.0; Сг 1.2 + 2.8; S до 0.15;
Р до 0.4. Прн производстве крупных отлнвок к ннхарду может
быть добавлен молибден, котормЯ в этих чугунах, так же как и
хром, является карбндообразующим элементом, но в отличие от
хрома измельчает карбиды н повышает ударную вязкость чугуна.
Ударней вязкость чугуна повышается также при выдержке отлнвок
в течение 4 12 ч прн 275° С.С целью уменьшения в отливках остаточного аустенкта чугуны
тнпа лкхард подвергают выдержке при температуре 700-/60' С
в продолжении нескольких часов перед охлаждением до нормаль¬
ной температуры.Из износостойких чугунов отлипают волочильные доски, водо¬
сточные желоСкн. циклоны, формы дли керамики, ролики конвейе¬
ров, размалывающие шары, блиндажные докты к т. п.Примерный состав и своПства чугунов тнпа ннхард с высоким н
низким содержанием углерода н соответственно с высокой твер¬
достью или пмеокой прочностью приведены в табл. 32.Мяртенситные чугуны характеризуются большой линейной усад¬
кой {2%), такими же лнтейнымн свойствами, как и белые чугуны,
н большой склонностью к образованию напряжений.В табл. 33 приведен состав нзносостоЛких высоколегированных
чугунов. среди которых обращал- на себя внимание чугун
ИЧХІ5МЗ, легированный хромом, никелем и молибденом.В табл. 34 показана сравнительная стойкость различных сплавов
в условиях гндроабрагнекого износа.Антифрикционные чугуны. Эти чугуны являются
разновидностью износостойких чугу1106. применяющихся для под¬
шипников. Наряду с износостойкостью они должны обладать не¬
большим коэффициентом трения, высокой теплопроводностью, хо¬
рошей обрабатываемостью и прнрабатываемостыо, определенной
пластичностью, хорошим сопротивлением против заедания и т. п.
В антифрикционном чугуне, работающем со смазкой, желательна
гетерогенная структура матрицы, состоящая нэ мягкой вязкой
основы, в которую равномерно н прочно включены твердые состав¬
ляющие. В этом случае прн износе мягкой основы образуются ка¬
налы. удерживающие смазку. Твердая фаза (карбиды, фосфидкая
эвтектика) воспринимает на себя давление.D антифрикционных чугунах рассматриваемого гнив удовлетво¬
рительное сочетание свойств получветея прн перлитной матрице
с включеннями сфероидальных карбидов нлк фосфндной эвтек¬
тики.ДО
T»epJo<
СМ*»»..••■«■га, кугл»ро»жроив*Мр'ИЧИЧХІ5МЗИЧХ28Н2ИЧХ2ЯН2М2ИЧХ17ІІЗГЗ10 + 4.02,7 + 10
2,6 +10
2,4 + 2.»До 1.0
0.7+ 1.4
0.4+ 0,5
До 1.0ОЛ + 03
0,5 + 0,8
0.4 + 1.02,2 + 1212 Н- 1»28 ->•»
24-; -30
17 + 20ІІргів лааяш*Содіржпае1фосфорWИЧХ1ІМЗИЧХЭН2ИЧХ28Н2М2ИЧХІ7НЗГЗиз + 3.0
1,5 + 10
2 + 42.0+ 4,0 |1,8 + %2 IДо 0,1
До 0,1
До 0.1До 0.1До о.ое
До ОД»
До 0,06
До 0,00T *4i ща И....Тв«рАОС1Ь toсеймаttcf сооврквтміВ ,™„г.Cl. яНориадизомннаа	-1101,040ХЛОтткг	1.540ХЗакалка, ннэкпП otiivck ....SO + 33НніїріИЧХІ5МЗ6,0 + 0.0Закалка, низкий оішск ....60-fWIZ0+ 15,0ИЧХ28Н2Замам, ннэкнП отпуск ....52 +Ь87,0-»■».<>ИЧХ17НЗГЗОтпуск	48 + 474.0 + 4^Д»укратныП нагрев до Ш»* С
с медленным охлаждением .58 + 60_Н.С! Н 8,5Феррит в антифрикционном чугуне для повышения сопротивле¬
ния износу должен быть легирован никелем, медью, хромом и др.Благоприятное влияние на сопротивление износу прн тренни
оказывает графит. Прн наличии смазки графит адсорбирует се н
сохраняет непрерывность смазывающей пленки; если же смазка
отсутствует, то он ее в какой-то степени заменяет. Наиболее жела¬
тельной формой графита в этих условиях является среднспдастнн-
чатая.Нормами требований в технических условиях на отливки нз
ясех марок антифрикционного чугуна является соблюдение э&дан-ш
них микроструктур н твердости Для некоторых stapoK обязательны
нормы требований и по химическому составу.Мерки н основные нормы требований к отливкам из антифрик¬
ционного чугуна, установленные ГОСТ 1585 —57, привезены в
табл. 35.Немагнитные чугун ы. Отливки нз немагнитного
чугуна применяют в электромашиностроении и приборостроении.
Эти чугуны являются высоколегированными. D качестве основных
легирующих примесей прн нх производстве применяют никель,
марганец, медь н алюминий. Эгк элементы прн определенном соче¬
тании позволяют получить в отливках аустемнтную структуру,В случае легирования чугуна никелем и марганцем ориентиро¬
вочное содержанке их н углерода для получения аустенитной
структуры должно удовлетворять равенству(V, N1) + 2,5 IV, Мп| + !81V# С| - 33.Известные в настоящее время немагнитные чугуны являются
серыми чугунамн с аустеннтноА основой, которые можно разбить
на три основные группы.К первой группе относятся чугуны. легированные никелем, нлн
никелем и медью, или никелем, медью и хромом. Содержание ни¬
келя колеблется в пределах 18—22%; добавка 84 Си дает возмож¬
ность снизить содержание никеля до М%. Хром, который добав¬
ляется к чугуну, чтобы увеличить его прочность за счет образования
карбидов, действует неблагоприятно на его магнитные свойства.
Чугуны первой группы обладают высокими механическими свой¬
ствами и коррозионной стойкостью (особенно это относится к чугуну
с шаровидным графитом с высоким содержанием никеля н неболь¬
шими добавками хрома). Однако ввиду высокой стоимости никеля
эти чугуны заменяют чугунамн второй группы, содержащими ни¬
кель и марганец нлн никель, марганец и медь.Чугуны второй группы дешевле, но прочность нх прн высоких
температурах, а также коррозионная стойкость нижеК третьей группе относятся чугуны без никеля, где основной
составляющей является марганец. Чтобы сохранить аустеннтхую
основу, приходится повышать содержание углерода, что ухудшает
механические свойства и снижает коррозионную стойкость этого
чугуна.Все перечисленные выше категории чугунои отличаются струк¬
турной н магнитной неоднородностью. Прн различной толщине сте¬
нок отливок или прн охлаждении их с разной скоростью наблю¬
даются большие ра&лнчия в магнитной проницаемости и обрабаты¬
ваемости. В толстых стенках отливок нз чугуна с невысоким содер¬
жанием никеля часто возникает мартенситная структура, а это
вызывает понижение механических свойств н ухудшает обрабаты¬
ваемость. Мартенсит и другие продукты распада аустенита часто141
I&E»a1І|«| §-a,| a*.■ a*"q «J»" • • i* |а.- зі 3 i*S" jo 2.cj|t!«SI tilS-iS EMg
s§^-, -s?5;! ',iigii *:ї~і
?;іі§ї tUn hli-a'ilHl в8ІЧ,5 «ЯІЗїiu:*i iiss^h ані:=и и о4§ 8 8fillі £ 3His is is
сг с * gsс = =f*11аза*5і і іttA- “4 А
% 1 ІІ1 % 1
ч ■*5? ? 3яї ? 153Т «V *7lr< <■ <249
обнаруживаются в отливках, выполненных из марганцевистих чу-
гунов tt работяю.цнх при повышенной температуре. Кроме того,
увеличение содержания марганца нлн уменьшение углерода (за
пределы допустимого) вызывает образование карбидов, особенно
в местах отливок, которые подвергались в форме быстрому охла¬
ждению.В связи с дефицитностью никеля разработано несколько марок
безннкелевых чугунов, легированных марганцем, медью и алю¬
минием.Чугун с высоким содержанием углерода, количество марганца
в котором не превышает 12%, может с успехом применяться для
производства дешевых тонкостенных отливок.Чугун с высоким содержанием марганца (12 + 16%), у которого
аустсннтная фаза характеризуется высокой структурной устой¬
чивостью. может бьгть применен для производства массивных от-
лнвок.Малоуглеродистый чугун этого типа (с 2.8 3,2% углерода)
отличается наибольшей гомогенностью. Механические свойства
такого чугуна не уступают механическим свойствам никелевых чу-
гуиои н значительно превышают их для всех известных в настоящее
время чугунов. нс содержащих никеля. Этот чугуи характеризуется
значительными износоустойчивостью, жароупорностью и высоким
члектросопротналеннем. Он легко обрабатывается и обладает удо¬
влетворительными литейными свойствами.Немагнитный феррнтный чугун с высоким содержанием алюми¬
ния обладает лучшими магнитными характеристиками. Содержание
алюминия в чугуне этого типа составляет 20 -8- 30%. В некоторых
случаях его легируют дополнительно медью, никелем и другими
элементами. В отлнчне от других немагнитных чугунов, имеющих
аустенитную структуру, алюминиевый немагнитный чугун имеет
феррнтную матрицу. Мсханнчсскнс свойства ферритного немагнит¬
ного чугуна ниже соответствующих свойств никелевых немагнит¬
ных чугунов (типа Номаг). Несколько хуже н его лнтенкые свой¬
ства. Феррнтный немагнитный чугун обладает также хорошей кор¬
розионной стойкостью в атмосфере, содержащей кислород н сер¬
нистые соединения прн температурах до 1100° С.Производят также отливки и из немагнитного чугуна с шаро¬
видным графитом (чугуи Нодюмаг).В табл. 36 приведены данные, характеризующие состав и свой¬
ства некоторых типов немагнитных чугунов.Корроэнонно стойкие чугуны. По произведен¬
ным подсчетам потерн железа d результате коррозии различных из¬
делий нз его сплавов состаыяют около 10% его ежегодной вы¬
плавки.Металлы или металлические сплавы считаются корроэнонно
стойкими, если они хорошо сопротивляются воздействию внешней
агрессивной (коррозионной) среды.'Ж
1МН8 ЙІ 2 Щ 1 1 '!«іІ; і- :■ s s з ?-гуу 511иІsIt3]31 1 1 і 1 5 1 ііі і і ч + ? ! іj ч ч19!11. 1,3І»-11111 І £й]Ь§35?? ? а 3«j Й 5 5 ^ 19глаПЗ Й3„
Я 8 + + + Т + р4
S 33 5 5ігг• - • « ■ * • • -I	і : С : §:S 8 : g : ї: • :II	; І ; 2“ ї !
£ £ • і sI Is
е г ^ і с і ■
сс5а."о.;в9? і г і' ^ г
Мерой коррозионной стойкости служит скорость коррозии метал¬
лов или сплавов в данной среде.Скорость коррозии часто выражеют весом металла нлн сплава
(в граммах), превращенного в продукты коррозии за единицу вре¬
мен» (I ч) с единицы его поверхности (I л1). Количество разрушен¬
ного металла можно также выразить толщиной П слоя металла
(н миллиметрах). превращенного в продукти коррозии за опреде¬
ленное время (1 гол):где р — плотность металле;К — лес прокорроэнровавшего металле в граммах с I м* по¬
верхности за I год.Принято оценку коррозионной стойкости в определенных усло¬
виях производить по десятибалльной шкале, предстанленной
я табл. 37.Групо* cntaottaCaeptm soppOMuМл1. Совершенно егоОхне 	<0.0011> 0.001 Ю 0.005211. Вссьиг сюйкис	> 0,005 во 0,01ЭIII. CiuAkite	>0.01 до 0.004> 0.0S до 0.15IV. Пониженно стоПкію	>0.1 до 0Лв(умеренно СТОИКІЧ J	7V', MnJioctolUnc	> 1,0 до 5.0• в9VI. НестоАкнс	> Ю10По этой шкале оценивается коррозионная стойкость металличе¬
ских изделий, используемых главным образом в химическом яппа-
ратостроеннн. обшем машиностроении, судостроении, гражданском
н промышленном строительстве и др. В других областях техники
приведенная шкала ме может быть использована, так как даже ма¬
лейшая степень коррознн может служить причиной оыхода из строя
точных и точнейших приборов н аппаратов (например, аналитиче¬
ских весов, приборов автоматического регулирования, телеуправле¬
ния. часов и др.).Различают следующие типы коррозии: I) равномерную, или
сплошную, когтя грамів^ н\і№лма рлчрушцртгя ряинпы^рнп: 0) мест¬
ную: 3) межкристаллитную\ 4) избирательную, когда пронсхоянт
разрушение одной из структурных составляющих.По характеру процесса коррозия делится на химическую и элек¬
трохимическую..’•ifi
В зависимости от среды, а которой промеходкт коррозия, разли¬
чают атмосферную, юзовую (происходящую в газах при высоки*
температурах), струєную (происходящую пря больших скоростях
движения жидкости) н почвенную коррозии.В таб.1. 38 приведена оценка коррозионной стойкостп металлов
н сплавов в различных водных растворах лрн 20е С по десятибалль¬
ной шкале,30%-sw«ріспермHNO,II,SO,неїконПлатна 	1 +21 +21 +21 + 21J-.-IDTO	1 +21 + 21 +21 +2110а -И1+31 + 21+2Типи	1 +21 +211 5-21 +2Никель	0+ 107 + 8в+71 + 23+4Медь	104 + 59+102 + 35+ вА.іюминиП |90..-і*/е)	7 + аб0+ 101051010103 + 4101 Іпнк	10101010в + 8Железо (99.9%)	Нккгльмолибдсиовый cn.it*
(никель 60%, молибден20%. хроы 20*/.)	.IjivHb (urjh 70“/* цішк10в+99+ 101 + 2в—2 + 3в1 +21	10102 + 35+вЬроиза иэовяиистая 	104 + 5—2 + 34+ ЙЬр*.нзз а.ипиш'пепая ....Силуміні эвтектический . ■7 + 8в9+1010SСідль углградпетай	(лань исршавсющіи (хром108 + 99 + 101 +2в + 717%)	4'Tj.ib неркавекшіая <ірои48 + 9101 +25 ! в27».)	(.таль нгрхзагкицая (хром101 -у41 ЯІ(і% иикгаь 8%)	Сталь нержавеющая (хром
1Я% ннкг.іь ІН*/#, иодя^4 + 5ієн 3*/,)	Сталь выеококремниетав
(хрСИИИЙ 17%, углеродо,£%>	а76 + 71+21 +331 + 2108 + 9101 + 2в + ТКак следует из приведенных ■ іабл 38 дннных, оОьпный серый
чугун характеризуется удовлетворительной коррозионной стой¬
костью только в 20%-ном растворе едкого калня.Коррозия чугунов в значительной мере завнсігт от следующих
факторов: I) содержания графита н связанного углерода; 2) струк-347
rypu металлической основы. 3) характера распределения графита в
матрице; 4) общего химического состава чугуна; 5) плотности чугуна,Очевидно, что однородная однофазная структура чугуна била
бы с точкн эрсння теории электрохимической корроэнн наиболее
желательной.Наличие в структуре чугуна цементита нлн других фаз приводит
к обраэопанню гальванических пар. в которых цемеїгтнт служит
катодом, а феррит — анодом. Минимальное сопротивление коррозии
наступает при равном количестве в структуре чугуна феррита н
цементита. Гальваническая пара феррит — графит нмеег більшую
разность потенциалов, чем феррит — цементит, что способствует
развитию корроэнн.Большое значение имеет н состав феррита. В зависимости от
наличия в его растворе тех нлн нных элементов электродный потен¬
циал феррита может повышаться илл понижаться.В промышленности используются следующие группы корро-э	нон постой ких чугулов:-!) низколегированные (никелем, хромом,
медью, оловом и сурьмой); 2) высоколегированные кремнистые (фер-
росилнды); креынемолибденовые (антнхлоры), высокохроынстые и
аустеннтные.Ншкохроынстые чугуны характеризуются повышенной корро¬
зионной стойкостью в морской и водопроводной воде. Чугуны, ле¬
гированные 0,5-—1,0% никеля, обладают повышенной стойкостью
в щелочах. Еще большей устойчивостью в щелочах характеризуются
чугуны, легированные совместно хромом к никелем (по 0,5—(.0%
каждого).Легирование чугуна небольшим количеством меди (до 1.0И)
приводит к повышению стойкости егглнпок а атмосфере, воде, уксус¬
ной кислоте и других средах. Введение в чугун до 2,0% олова по¬
вышает его стойкость в 10%- и 20%-ной азотной, соляной н уксус¬
ной кислотах.Еще больше повышается стойкость чугуна в этих кислотах прн
одновременном легировании чугуна лигатурой, содержащей олово
и медь прн их соотношении (% Sn|: |% Си) — 1,5 2,0 н добавке
»гоЙ лигатуры в чугун в количестве до 3,5%.Чугун, легированный медью ч сурьмой в количестве до 0,084
каждого, имеет коррозионную стойкость, в соляной кислоте
в 20 -t- 30 раз превышающую стойкость обычного нелегнрованного
чугуна.Особое место среди корроэнонно стойких сплавов занимает
группа высокоуглеродистых желсэохрсмнистш сплавов, относимых
к чугунам, которые называют ферросилидами.Под ферроенлкдаин шдршуыедакл желелокремнеуглеродистый
сплав, содержащий а качестве основного компонента 14,S—18%
кремния.Оптимальное содержание углерода в ферроснлндс составляет
около 0,5%, Ббльшсе содержание его приводит к образованиюш
слелмстого графита, а меньшее — к повышенной склонности образо¬
вания УСАДОЧНЫХ дефектов.Эти сплавы характеризуются высокой коррозионной стойкостью
во многих минеральных и органических кислотах и агрессивных
растворах (азотная, серная, фосфорная и другие кислоты, соли,
щелочи и т. п.). Очень высока нх стойкость в серной кислоте прн
любых концентрациях, т. е. в условиях, где недостаточно стойки
даже аустмлгтные хромоннкелевые стали. Их высокая химическая
стойкость обусловлена образованием защитной пленки кремнезема
(SiO,) вследствие действия кислоты на отливку.В табл. 39 приведен химический состав высококрсминстых кор-
рознонно стойких сплавов, выпускаемых в СССР и некоторых
других странах.КарпСо«р«-с*yrj«pei«»•>«*■аргал сяфосф<тИcap*Фсрроснлнд С-1Л (СССР) .05+0,8І4Д+1«,00,3+0,80.10,07Фсрросилии С-17 (СССР) .0,Э40.оІй,СЧ-І$,00Д+0.80.10,07Си.тс (СССР)	0,4-i-:-0,8014,5+18.00.14+0,&0,1о.оеДюрійрон (США)	o.tt14,50^50,18о/чТ*нтайром (Англия)	0.75+1.2514,0 Иа.02,00+250,150,15Термосили 1 (Гсрншня) .0,4+0,714,0+16,0050+0,700.100.06Т'риосилиа 11 (Г<ры1ни<0 .0,5+0,Є16,0+18.010^0+0,700.100,05Высококремкнстые чугуны тнпа фсрросилидов и термоенлидов
характеризуются следующими свойствами: температура плавления
около 1200е С, плотность 6,8—7,0 г ен*, коэффициент линейного
расщиреяня от 0 до 200° С — 4.7 -10** I/град, линейная усадка от
1.7 до 2,3% (в зависимости от содержания газов), предел прочности
прн изгибе 14 +- 17 кПмм}, твердость по Брнпеллю от 300 до
4W кГ/мм*.Жидкотекучесть сплавов хорошая, но одновременно с этим от¬
ливки из них характеризуются большой склонностью к образова¬
нию трещин.Отлнвкн кэ висококреыннстых чугунов относительно хрупки и
чувствительны к механическим и тепловым ударам. Онн хорошо
полируются и сопротивляются износу, в том числе и абразивному.
Вместе с тем обрабатывать нх можно только абразивами. В связи
с этим при изготовлении отлнвок приходнгся применять заливаемые
ястаякн нэ мягкой стали с рсэибой н другими средствами крепле¬
ния. Вследствие большой усадки следует избегать прн конструиро¬
вании отлнвок выступов, фланцев, ребер, препятствующих усадке.D горячей соляной кислоте и некоторых других веществах пленка
ЬЮ„ защищающая отлнвкн из высохокремннстых сплавов от кор-84!»
розни, разрушается. В втих случаях ис¬
пользуют кремнемолибденовые чугуны, по¬
лучившие название антихлором. Они ха¬
рактеризуются тем же химическим соста¬
вом, что и ферросклиды, но дополнительно
легируются 3,5 -і- 4,0% молибдена н до
0,2% алюминия.Свойства антихлора мало отличаются от
свойств ферроенлкдов.' Однако антихлор
более склонен к образованию усадочных
раковнп (его линейная усадка равна 2.0%).В азотной кислоте высокой стойкостью
отличаются высоколегированные хромистые
чугуны типа Хромэкса. В СССР произво-'
дят отливки нз сплавов Х28 и Х34 Со*
стая и основные свойства этих чугунов
приведены в табл. 40.Жндкотекучесть чугупов *Х28 и Х34
немного ниже жидкотекучести обычных
чугунов.Высокая коррозионная стойкость вы»
сокохромнстих чугунов o6yc.ioB.iens повы¬
шением электрохимического потенциала
твердого раствора, легированного хромом,
и образованием не поверхности отливок
защитной лленкн.Свойства высохохромкстых чугунов мо¬
гут быть улучшены за счет дополнитель¬
ного ввода а их состав азота, титана, меди,
увеличения содержания марганца (до
2,0%) и некоторых других элементов.Очень высокой коррозионной стоГіко¬
стью характеризуются чугуны с однофаз¬
ной аустенитной структурой. Эго обуслов¬
лено как повышением электродного потен*
циала высоколегированного аустеннта, так
и образованием на поверхности отливок
устойчивой защитной пленки.Чугуны аустеннтного класса отличают*
ся также н значительной износостойкостью
(см. выше), высокой окалнностойкостъю,
жаропрочностью и рядом других ценных
свойств.В табл. 4) приведен химический состав
аустеннтных чугунов тнла ннреэнста и пк-
кроенлала, используемых в качестве кор-
роэнонно устойчивых сплавов.
Г""„ГТ«Сицмс 11! ■ото*. «тглерм"р™яНирсэнст2.7	+ 3.21.8	+ 2,01.01-2.0 0,8+1.5
5,0-1 7.0 0.5+ 1,0Сыерюпм кхисатоа, %7вл тугтжл |фосфор ttfi	11Нир««т	 0,4 j 0.1212,0+16,0
16,0-;-20,0Л.0 + 8.0 1.5 + 4,0
- 1,8 + 5,0Ннреэнст обладает высокой химической стойкостью при обычной
температуре в серной, уксусной, муравьиной кислотах, в каустиче¬
ской соде и в некоторых других солях и щелочах, а также в морской
воде. Инкросилал характеризуется высокой коррозионной стой*
костью в 20 4* 70%-ной серной кислоте н горячих растворах кау¬
стической соды с концентрацией выше 70% г.ри температурах до
130е С, органических жирных кислотах н разбавленной фосфорной
кислоте.В тех случаях, когда требуется сочетание высокой прочности,
герметичности, стойкости против коррозии И эрозии, ПріІ-ЧІеНЯЮТ
легированные чугуны с шаровидным графитом.Низколегированные чугуны с шаровидным графитом, содержа¬
щие 2 +• 3% никеля, замелю улучшают стойкость чугуна в разбав¬
ленных кислотах и нефтепродуктах. В случаях когда опасаются
эрозии или кавитации, применяют чугуны с ферритной матрицей
(например, различные трубы для нефтепродуктов и газа и др.),
в других случаях используют перлитные чугуны.Аустснитные чугуны типа ннрсэнста с шаровидным графитом,
кроме пысокой коррозионной стойкости, характеризуются также
немагнлтиостью, ростоустойчнвостып, износостойкостью н стой¬
костью против задира. Такие чугуны, содержащие 3,0% С, 18 ■+■
-+■ 22% Ni и 1,75 +• 4,0% Сг, применяют в условиях, когда от отли¬
вок требуется высокое сопротивление коррозии, эрознн и износу
прн температурах до 750 + 760® С. Прн содержании в чугуж» лп
2,9% С, 21 + 24% Ni и до 0,5% Сг он хорошо сваривается н
имеет высокую вязкость.При содержания в чугуне до 2,60% С. до 0,50% Мл, 28 + 32%
Ni и І +• 1,5%Сгон характеризуется хорошими антифрикционными
свойствами и используется для изготовления отливок, работающих
в условиях повышенного износа — при трепни и коррозии.Чугун, содержащий до 2,6% С, 5 +6% S1. до 0,5% Мп,29	+ 32% Ni її 4,5 + 5,5% Сг. обладает одновременно ьысохш со-
противлением коррозии, эрозии и окисЛЄІІЛХ).Чугуны, содержащие до 2,5% С. 1,3 + 2,75% Si, до 0.5% Мп,
34 + 36% Ni н 0,1 +3,0% Сг, обладают малым коэффициентом
термического расширения, высоким сопротивлением термическим
ударам н применяются для изготовления деталей приборов, форм
для стекла н т. п.Хромистые чугуны типа ннрезнста с шаровидным графитом ха¬
рактеризуются высоким сопротивлением эрозионному и кавита¬
ционному разрушению и с успехом используются для отливок, ра>
ботаюшнх в среде влажного пара, морской воде и других жидко¬
стях. содержащих вызывающие коррозию компоненты к взвешенные
абразиви.Прн выборе оптимального режима термической обработки твер¬
дость аустеннтных чугунов с шаровидным графитом не превышает
240 кПям\ по Бринеллю, но обрабатываются онн режущим ин¬
струментом так же, как и обычные чугуны. Температура плавления
этих чугунов находится в пределах 1200—1260е С.Особенностью рассматриваемых чугунов является их способность
сохранять стабильность свойств прн отрицательных температурах
(до -73і С, а прн 34 + 36% Ni и до 0,10% Сг до —196- С).Дополнительное легирование этих чугунов молибденом около
1% повышает их сопротивление ползучести до значений, характе¬
ризующих высоколегированные аустсннтные стали с 18% О и
8% Ni.Для деталей тепловозных к судовых дизелей широкое распро¬
странение получили низколегированные коррознонно стойкие в га¬
зовых ередах чугуни.В химической и нефтехимической промышленности с успехом
используют высоколегированные аустсннтные чугуны с пластин¬
чатым графитом. Высокое содержанке никеля я ме&п обеспечивает
не только хорошую стойкость отливок в серной кислоте разных
концентраций прн комнатной температуре, но н нх удовлетвори¬
тельную стойкость прн повышенных температурах в соляной и фос¬
форной кислотах. В ряде случаев аустеиятные чугуны по стойкости
превосходят хромой и келевыс стали.Ннкелсмсдехромнстые чугуны часто применяют н для работы
в условиях одновременного воздействия повышенных температур
и износа. Примером такого применения ннкелеме дехром истого чу¬
гуне является нспольэоооннс его для гильз блока цилиндров н седел
клапанов автомобильных двигателей.В табл. 42 приведены химический состав н механические свой¬
ства коррознонно стойких чугунов, применяемых в днзелсстроении,
я также в химической и нефтехимической промышленности.из
Іі-tf"lJ»Ifflj8S222*1ifl»J«ЗЯЙ5ЙИ•yj;ЗВ 1 1 I111 11-'I'llотрім'III1и--||й±іaodfIі 1f■*>o' o' o' o' o‘4»4po*ОО О
^ —.
ooooo>нчі«»ЩЦі(■■■•4assssaїіНЗ—•—•pf—etfпЛлгііrfКЧ—ХКЇІІІІxsiiiгшіШтISill*шsss•іаіІIIIіЯ 3S'S|і11-1ів11ЦІs1їїїІЬiffіtШ*!•з-ійk£l.іІі
Фіг|г110001200012000У3 j! і5|я1І®.5«.S£SiiiЩ'«22ш*pihassH.shIflltь-2 §■b s&5s6I*111ЩSSBItі5g*z=xЇ:11aЯ й1 [ 1 1 1 1 + +і«г^+ +++ +Z і іg“.§Rb£2£!g £3 8 8о с о о" о в' о dчччч >1ч ч §Inm-s «“іООО© во 9 Оч4ч:§ «І 4«a|®°-в-2 -5 ® 2;вп +? + +ЧЧЧЧ §ч 5 51eлс-ав© с® с о
pJe-foetf <tfie
+ + •>+ +Г + +SS8S SS S 5-1зззз яз a a
+*++ ++ + +
tbrirlei p<A — —"11m з| s1ТЭ-ТТ TjJ =■ 2
*■€** *| * =gIPI8С1: : if Js. і
: : -:•	• • ' 5 • X • с ••	• • • І^ч і §■ "; ; ; ;e ;а“ > ;a a a z * •" S ' ^ •
С С С С ж . Ї|? * ,
*s***_s2£5_B.S.S.8.K.S K.S«£ g
ими M ж K< <2Я
Жаропрочные чу гук м. Отливки из жаропрочных «ту¬
гунов предназначаются для эксплуатации при повышенных темпе¬
ратурах (до 600J С) под нагрузкой Основными легирующими эле¬
ментами. обеспечивающими повышенную жаропрочность чугуноп,
являются никель, хром н молибден.Структура металлической основы таких чугунов должна быть
аустеннтно-карбидной; графит должен иметь шаровидную форму.В таСы. 43 приведены химический состав и механические свой¬
ства жаропрочных чугунов, получивших распространение- в ОХР.
В табл. 44 приведены показатели нх механических и жаропрочных
свойств прн 600е С.Отливки нз чугуна марок 4Н19ХЗШ и 4Н11Г7Х 1,5111 подвер¬
гают термической обработке по следующему режиму: нагрев до
1030 ■+■ 1050' С, выдержка в течение 2 44 ч, нормализация н по¬
следующий отпуск при температуре 550 + 620’С (температура
эксплуатации отливок).Жаростойкие чугуны. Жаростойкость (жароупор¬
ность или окалиностоЛкость) характеризует способность сплавов
противостоять химическому воздействию, я частности окислению
на воздухе или в иной газовой среде. Жаропрочные сплаоы всегда
являются жаростойкими. Но не все жаростойкие сплавы характери¬
зуются высокой жаростойкостью. Чугуны. как правило, откосится
к такой категории сплавов.Под жаростойкостью чугуна понимают его способность оказы¬
вать сопротивление росту (не более 2%) н окали ни обра¬зо	в в н и ю (не более 0,5 гм* -ч) прн заданной температуре я те¬
чение 150 ч.Чугунные отливки, работающие в условиях высоких темпера¬
тур. разрушаются не только вследствие недостаточной жаростой¬
кости (окалннообразования), но и в результате роста, т. е. в ре¬
зультате необратимого увеличения объема, который происходит
прн нягревс выше 400е С. С повышением температуры это увеличе¬
ние объема может дойти до 5—10% (в ряде случаев и больше).
Прочность чугуна прн этом резко падает, отливки коробятся, в них
образуются трещины, и они быстро выходит из строя.Такнм образом, отлнвкн нэ чугуна, работающие п условиях вы¬
соких температур, должны сопротивляться не только химическому
воздействию срсды, но и быть ростоустойчивыми.В условиях высоких температур сильно возрастает н газовая
коррозии. Газы —среды (в основном кислород) адсорбируются на
поверхности металла и вступают с ним в химическое соединение,
в результате которого на поверхности образуется пленка продукта
реакции (я большинстве случаев оксидная). Образовавшаяся пленка
изолирует поверхность металла от газовой среды н в дальнейшем
может служить защитой от коррозии.Для такого действия пленки необходимо, чтобы она была плот¬
ной, непрерывной и прочно сцеилена с основным металлом. Прн266
этом ока саме должла быть химически стойкой ло отношению к агрес¬
сивному воздействию окружающей среды.Пленка будет сплошной, если будет обеспечено соотношениегде Mg, — молекулярный вес окисла;
р.„ — плотность металла;/4,е, — атомный вес металла;
р,* — плотность окисла.Если это отношение меньше единицы, то пленка будет иметь
меньший объем, чем металл, и растянется им, что вызовет образова¬
ние трещин и последующее интенсивное проникновение агрессив¬
ного газа в толщу изделия.Нелегированный серый нлн белый чугун начинают заметно окис¬
ляться при температуре выше 600е С. О отличие от стали оксидная
пленка, образующаяся на чугуне, характеризуется большей плот¬
ностью. Поэтому чугунные отливки в интервале температур
750 + 850° С окисляются с мспьшей интенсивностью, чем стальные.
Прн более высоких температурах скорость окали^ообразования у чу¬
гуна н стали практически одинакова.Основными факторами, предопределяющими увеличение объема
чугуна прн нагреве, являются разложение цементита, содержаще¬
гося 8 чугуне, и окисление чугуна, развивающееся по мере проник¬
новения газов в толщу чугуна. Каждый процент углерода, находя¬
щийся в чугуне в виде цементита, при распаде последнего дает уве¬
личение объема примерно на 2,5%. Проникновение агрессивных
газов в чугун происходит тем интенсивнее, чем крупнее в нем выде¬
ления графита и чем больше их выходит на поверхность отливкн,
так как проникновение происходит вдоль этих выделений. По¬
этому уменьшение количества графита в чугуне и его измельчение
заметно уменьшают интенсивность процесса распада Белый чугун
со стойкими карбидами является хорошим жаростойкий и росто¬
устойчивым литейным сплавом, если отлнвки из него не подвер¬
гаются удзрныи нагрузкам и не требуют механической обработки.Таким образом, для получения чугунных отливок с повышенной
жаростойкостью н ростоустоАчнвостью следует так подбирать хими¬
ческий состав чугуна, чтобы на отливках могла образоваться стой¬
кая защитная пленка, препятствующая проникновению в металл
газов, н чтобы были исключены фазовые прекращения н подавлен
процесс графитнзацни.Основным средством повышения жаростойкости и ростоустой-
чмоостп чугунных отливок поллстсл стоГікоя однофозпол структура
металлической матрицы с равномерно распределенными в ней ком¬
пактными включениями графита.Жаростойкость чугуна определяется его сопротивлением образо¬
ванию окалины и росту. «Мерой окалиностоАхостн является увели-266
Челне нсса н граммах на 1 ,м5 поверхности о час за 150 ч испытания
прн заданной температуре. РостоустоПчивость огрсделяетсн по
увеличению пины (линейный рост) в процентах за 1о0 ч испытания
прн заданной температуре.В тайл, 45 н 46 приведены химический состав и механические
свойства жаростойкого чугуна, иронэаодпмого в СССР.жчх-ол36IS207 + 2МЖЧХ-1,5322,515207 + 2МЖЧХ-2,5322,0Не определяете*228 + 304ЖЧХ-3050‘.'.030370 t-550жче-ол242,010N0 + 255жчсш-5,5Не определяетсяtic опреаеляеіея
222228 + а-21жчк>?*220140 + 280ЖЧЮШ-22<15225241 +375В табл. 47 приведены предельные температуры эксплуатации
жаростойких чугунов в воздушной среде. Данные табл. 48 характе¬
ризуют сравнительные показатели жаростойкости чугунов, испытан¬
ных на воздухе в течение 150 * при разных температурах.жчх-о*5»ЖЧХ-1,5600ЖЧХ-І5650жчх-эо1000ЖЧС-5,58U0ЖЧСШ-5,5000ЖЧЮ-221000ЖЧЮШ-221100Чугун, содержащий более 5% Si, принято называть силамя,
а чугун, содержащий 19 + 25% AI. — чугалем.Для енлала характерны сравнительно низкая прочность и вяз*
кость к большая склонность к образованию трещин. Легирование
енляля маргянием нлн хромом способствует повышению механнче*
ских свойств, а медью и некоторыми другими элементами — новы*
шенню окалиностойкоств н жндкотекучестн Очень высокими ока*
линостоАкостью н ростоустоАчнвостью характеризуетсд кремнистый
чугун с шаровидным графитом.287
Т 14 < X а і «»< чупид_ ...... -ЖЧРОІ1!жчхлчЖЧХ-ІДІ ЖЧХ-I.S; ЖЧХ-ЮЖЧС-Я.5ЖЧСШ*.&жчю-?:Вгяичнни оклииооАраяояакпк• ч5000.200200.15' -600030IV'OO.SO700о,»О.оО0ДЇ—	800ЗЯ>і.ло1.500.Х0.05900ІДО15,0015.000210,00.201000—•J0.01,1*10.051100—————о.ю0.05Величина роста, */<5000,05еоо0200.(15-7000.30021)0,П1800ОД)0.50ОД)0.40ООО1,501.500,750,5002010001,00о, го1100“0,05“Чугаль отличается высокой жаростойкостью, удовлетворитель¬
ными литейными свойствами н обрабатываемостью резанием, позво¬
ляющими получать отливки сложной конфигурации.Прн перегреве* его на 150 + 200: С выше температуры эвтекти¬
ческой кристаллнзаинн он характеризуется примерно такой же
жндкотскучсстыо. как обычный серый чугун. При увеличении со-
держапия углерода в чугале повышается его жндкотекучесть. а прн
увеличении содержания алюминии она понижается.Чугаль характеризуется небольшой склонностью к обралоианию
усадочных раковин, главным образом сосредоточенных. При содер¬
жании в чугуне 18 + 23% AI объем усадочных ракопнн состо&чяст
от 3 до 7%.Линейная усадка чугунов типа чуггль повышается по мере
увеличения в них содержания алюминии примерно до 15% и затем
ыало изменяется. Прн содержании 25% А! она составляет
2.4 + 2,6%.Шаровидная форма графита в чугале получается при вводе
в пего церия илн церия вместе с енлнкокалмшем. В первой случае
требуется ввести в чугун 0,25 0,4% Се, по втором — 0,2% Се
в 0,4 +• 0,6% енлчкокалышн. Чугаль с шаропндным графитом ха¬
рактеризуется более высокой жаростойкостью, чс-м такой же чугун
с пластинчатым графитом.При увеличении в чугуне содержания л.иомнчия го 28 *■ 32%
происходит дальнейшее моими ег.;і<- ж<фо- н иэгосостийкистнВ ХКМНЧССКОИ ПРОМЫШЛЕННОСТИ применяют карбидный чугун
«пирофераль* (Чехословакия), содержащий 28 -і- 32% А! и отли¬
чающийся высокой жаро- и износостойкостью.Ш
В качестве жаростойких используют также ауетеннтные чугуны,
легированные никелем, кремнием, хромом, медью (ннрезнст, ин*
кросилал высокохромнстый. хромоннкелсБый н др.).Большое значение в технике имеет применение теплоустойчивых
чугунов. Их. например, используют при изготовлении прессформ
для отлнвкн под давленной н других аналогичных изделий.Наибольшее распространение в качестве теплостойких получили
низко її єреднелсгироваїшис чугуны, содержащие никель, молибден
н хром. Такие чугуны характеризуются равномерной структурой
игольчатого троостита, которая получается в результате иэотерми-
чсского превращения аустеннта.| IV-I4. ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТНА ЧУГУНАНазначение термической обработки. Тер¬
мическая обработка чугуна по характеру нагреве отливок может
быть объемной или поверхностной, по температуре нх нагрева —
высокотемпературной или низкотемпературной. Ее производят,
чтобы снять напряжения, провести процесс графитнзацнн, повы¬
сить твердость и прочность, стабилизировать структуру и обезугле¬
роживание.Часто в процессе одной и той же термической обработки совме¬
щаются различные цели. Например, термическая обработка, пресле-
луюіцая основную цель — проведение процесса графитнзацни, со¬
провождается снятием напряжения к т. п.Снятие напряжений. Прн нагреае отливок ДО опре¬
деленных температур происходит снятие напряжений для:•сСерого чуіум с шаетиичзтыч графитом	500+о70Ныгокопрочного с шірйві' іішч грліиіои	5‘Л-і-АМНнэколегнровамниго чугуна	 570-Ї-600Rijcok-олм іф"н.ініі<ргч uy’ryua	ЙОО-ИЙОПродолжительность выдержки прн максимальной температуре
определяется конструкцией и весом отлнвкн и обычно колеблется
і> пределах 1 — 10 ч. Отлнвкн сложной конструкции и большого
111','Л о\.ЩЖ.іаЮТ Іі печн.Гши.шс снятие напряжений н чугунных отливках пронэводклось
n.iimvibiiuM, в продолжение многих месяцев вылеживанием на
« I.,III.к- литья.I |' а ф н т н з и р у ю щ н fi от ж и г. Этот внд термической. I • I ■.. і’ L > I Ml IIT.IIIIXU ПрОІІЗПОДІІТ J.1J1 рО'.’10,ІЧІ- 1111 п кпрбндоо белого,ин.нншичагогп или отеленного чугуна. 1-го применяют как состав¬
им.! часть технологического процесса при производстве ковкого
ЧМЧІ.І н хти улучшении структуры серого чугуна.Пци галичий н чугуне структурносуоОодного цементита (или
0|>Ч1Н К»|)бНД<;11) I'JJ.lO/htllHc ею может быть произведено при
нагреве отливок до температуры надкритической области н вы¬
держке при этой температуре. В процессе отжига белого чугуна при
изготовлении отливок из ковкого чугуна эту часть процесса графи-
тиэацнн называют первой стадией графитиэации. Цементит, вхо¬
дящий в состав перлита, разлагается в критической нлн лодхрктн-
ческой области во время так называемой второй стадии графити-
зоции. Графнткзацня, протекающая в интервале температур во
время охлаждения от надкритической до подкритическоА области,
происходит в результате выделения графита нз пересыщенного
раствора аустеннта. Эту стадию графнтнзацин называют промежу¬
точной.В случае если нужно исправить структуру серого чугуна, содер¬
жащего структурносвободный цементит, нлн если требуется произ¬
вести отжиг высокопрочного чугуна с перлито-цементнтной или пер¬
литной структурой, производят.нагрев отливон до температуры
надкритической области, чтобы разложить структурносвободные
карбиды, и критической, нлн лодкрнтичсской, области, чтобы полу¬
чить ферритную матрицу. Длительность ешержкн отливок при
соответствующих температурах в г*тоы случае значительно мень¬
шая. чем при отжиге ковкого чугуна, что предопределяется ниьш.
чем у ковкого чугуне, химическим составом.При отсутствии в отливках структурносвободного цементита
графнтнэнрующнй отжиг может быть произведен при температурах
подкритнческой области.Сферой дизир у ющиА отжкг. Когда необходимо со¬
четание высокой прочности н пластичности, отливки из ковкого к
высокопрочного чугуна с шаровидным графитом подвергают сферо*
иднзіфующему отжигу, в результате которого в них образуется
к тура зернистого перлита.акой термической обработке часто подвергают отливкн ответ¬
ственного назначения из чугуна с шаровидным графитом (нагрев
730 ■+■ 750° С, выдержка в течение нескольких часов и охлаждение
на воздухе).Химический состав чугуна должен быть подобрал так, чтобы
в процессе сфероиднзирующего отжига была парализована возмож¬
ность образования феррита (увеличивается содержание марганца,
хрома н т. п ).Обезуглероживающий отжиг- Этот вид отжига
производят для удаления углерода с поверхности или большей
части сечения отливок. Такой процесс является основой получения
отливок нз белосердечного ковкого чугуна. Он основан на наличии
в среде, где производится отжиг, окислительной атмосферы.Нормализация, закалка н отпуск. Если тре¬
буется повысить твердость, прочность и сопротивление отливок
износу нлн нужно зафиксировать аустеннтную структуру высоко*
легированных чугунов, применяют закалку нлн нормализацию
(с последующим отпуском или без него). D ряде случаев вместо260
объемной закалки производят поверхностную с наг^вом отливок
под закалку токамн высокой частоти нлн газовой горел ко А.Химнхо-термическая обработка. Прн про¬
изводстве чугунных отливок могут быть применены все виды хн-
мнхо-термичссхой обработки, которые используются для различ¬
ных стальных изделий.Для придания поверхности отливок специальных свойств могут
быть использованы процессы цитирования, хромирования, азотиро¬
вания, сульфидирования и др.АлитнрованиыА чугун характеризуется повышенной окаянно-
стойхостью. Этот процесс применяют, чтобы повысить срок службы
таких изделий, как ящики н горшки для цементации, детали печ¬
ной арматуры, колосники н т п.Хромирование повышает окалииостоАкость, сопротивление кор¬
розии в некоторых кислотах и износостойкость чугунных отливокАзотирование используют для чугунных отливок, которые в про
цессе службы подвергаются повышенному нзиосу в услопних невы¬
сокого нэгреня н коррозии (гильзы цилиндров двигателей, поршне¬
вые кольца и т. п.).I iv-10. отливки из ковкого чугунаПрименение, Ковкий чугун — конструкционный мате¬
риал, широко используемый для изготовления отливок во ыпогнх
отраслях промышленности: автомобилестроении, вагоностроении и
общей, сельскохозяйственном, текстильном, строительном машино¬
строении.КовкнА чугун отличается от серого чугуна большей вязкостью
и ыожет примениться для отливок, подвергающихся в условиях
службы динамическим нагрузкам, а от стали — лучшими литей¬
ными свойствами.На долю отливок иэ ковкого чугуна в общем балансе производ¬
ства литья приходится окаю 3.5%. Несмотря на развитие произ¬
водства чугуна с шаровидным графитом, повсеместно отмечается
ежегодный прирост производства литья из ковкого чугуна.Название ковкий чугун получил только потому, что он в отли¬
чие от серого чугуна обладает пластичностью. Процессам ковки
в прямом понимании отлнвки не подвергаются.Особенности производства. Получение отливок
in ковкого чугуна состоит нз двух самостоятельных этапов:игреый — получение отливок из белого чугуна;второй — отжиг этих отливок.В результате отжига происходит графитнэацня с большей или
мгиыией степенью обезуглероживания.Отливкн, которые были в литом состоянии хрупкими и твер¬
дими, после отжига становятся (в определенных пределах) сласт^:-8Ы
иымн и легкообрабвтывасмыыи. В зависимости от условий н режима
отжиге структура чугуна может иметь феррнтпую, перлитную или
смешанную металлическую основу с большим или меньшим количе¬
ством включений графита (углерода отжига).В зависимости от характера металлической основы ковкий чугун
называют черносердечным ферритным, бе.юсердечным перлитным
и перлитным.Излом феррнтного (черносердечного) чугуна темный, бархати¬
стый. с небольшой обеэуглерожениой светлой поверхностной
каймой.	,Белосердечный перлитный ковкий чугун имеет преимущественно
светлый блестящий излом, что объясняется развитием в нем процесса
обезуглероживания во время отжига и степенью графнтнзацнн.Черносердечный ферритный ковкий чугун в отличие от белосер-
дечного перлитного характеризуется большей степенью однород¬
ности. Различие в строении этих 'чугунов определяет и их разные
свойства.Феррнтный ковкий чугун характеризуется меньшей твердостью,'
лучшей обрабатываемостью, более высокими показателями пласти¬
ческих свойств (относительное удлинение н ударная вязкость).
Поэтому наибольшее распространение имеет ферритный ковкий
чугун.Перлитный ковкий чугун применяют для деталей, от которых
требуется повышенная прочность. Кроме того, он обладает анти¬
фрикционными свойствами. Ферритный ковкий чугун применяют
прн изготовлении отлнвок с большей толщиной стенок, чем у отли¬
вок нз белосердечного перлитного чугуна. Перлитный ковкий чугун
без обезуглерожениого наружного слоя характеризуется подобно
феррнтному большой степенью однородности (свойств по се*
чеиию).Химический состав. Белый чугун, используемый
в рассматриваемом процессе, должен иметь такой химический со¬
став. который был бы блнже всего к составу ссрого чугуна, но не
содержал бы включений пластинчатого графита. Он должен быть
предельно белым и находиться в той области структурных диаграмм,
которая блнже к структуре половинчатого чугуна. Выбор химиче¬
ского состава отливок из белого чугуне, предназначенных для от»
жига на ковкий, сводится к определению главным образом содержа*
ния углерода и кремния. Содержание этих элементов различно для
отлнвок с разной толщиной стенки.В табл. 49 приведены данные химического состава ковкого чу¬
гуна. используемого в различных странах. Обычно при назначении
химического состава в зависимости от условий производства и тол¬
щины стенок отлнвок устанавливается содержание углерода, кото¬
рый определяет основные литейные свойства «отуна. Содержание
же кремния устанавливается 6 соответстънн с принятым содержа¬
нием углероде.JW
В табл. 50 приводятся рекомендуемые содержании углерода н
кремния в отливках нз ковкого чугуна с различной толщиной
стенки.TtSi.q* НТолппоД (ПШУмер 01, %Кр<а<1|с&. %10 + 2.81.2 +1.06-г- »2,8 г 2,71.0 +0,89 ч- 132,7 Ч- У,вОЛ 4-0,Я13 -Ь 2S2Л + А50.6 + 0Д5Ь».1СС 2*1W+ 2,4o^s +огСодержание марганца устанавливается в зависимости от содержа¬
ния ссры в чугуне. Практически око должно быть в 3 4 раза
больше содержания серы. Обычно содержание серы составляет
окаю 0,1%. В том случае, когда получают отливки из ковкого
чугуна с так называемым компактным графитом, содержание мар¬
ганца устанавливают в соответствии с соотношением Мп : S =
«= 2 + 2,5.Содержание фосфора не должно превышать 0,1 -*• 0,12% и
лишь в некоторых случаях для неответственных отливок оно может
доходить до 0,2%.Содержание других элементов определяется их влиянием на
процесс графнтнзацин. Так. хром, как карбидопЛрячуюшнй эле¬
мент, увеличивает время отжига, и поэтому его содержание не
дат ж но превышать 0,05 0,07%, Никель способствует графнтнза-
цин. Аналогично действует н медь.Использование других элементов прн производстве ковкого
чугуна, применяемых в виде ынкропримессй (алюминий, бор, вне-
му-г и др.), имеет своей целью ускорение процесса отжига.Отливки нз ферриткого ковкого чугуна. Как
отмечалось выше, феррнтный ковкий чугун используется для ответ-
стеенных отливок, от которых в процессе службы требуются
повышенные пластически*? свойства.Дія получения феррішюн металлическом основы процесс тер¬
мической обработки (отжиг) должен быть проведен так. чтобы пол¬
ностью было обеспечено разложение структурносвободного и эквтек-
тондиого цементита. Процесс графитнзацнн феррктного ковкого
чугуна складывается нз следующих этапов;1) нагрев; 2) выдержка при температуре выше критической
(первая стадия графитнзацнн); 3) промежуточное охлаждение
(промежуточная стадия графнтнэацнн); 4) выдержка при темпера¬
туре ниже критической (вторая стадия графитнзацнн); 5) оконча¬
тельное охлаждение.На рис. 132 приведен график режима отжига на феррнтный ков¬
кий чугун.Первая стадия графитнзацнн /—2 проводится обычно прн тем¬
пературах 900 -t- 950® Сив течение времени, необходимого дляРнс. 132. График рс«ны« отжига на Эта стадия производятся прнНа современных заводах общая длительность цикла отжига ка
феррнтныД ковкнй чугун не превышает 30 -*■ 50 ч. Эго время может
быть сокращено за счет проведення определенных мероприятий
(повышение температуры отжига, изменение химического состава,
предварительная закалка, модифицирование, заливка в металли¬
ческие формы и др.).Первая стадия отжига (рнс. 132) выражена отрезком 0—1—2,
который включает нагрев до температуры отжига. В точке I струк¬
тура состоит оэ аустенита и цементита (рнс. 133. а). В точке 2 струк¬
тура состоит иэ углерода отжига н аустеннта (рнс. 133, б). При
переходе от первой стадии ко второй 2—3 уменьшается раствори¬
мость углерода в аустенкге. Избыточный углерод присоединяется
к ранее образовавшемуся углероду отжига. Этот процесс называют
промежуточной стадией і |»афитнз«цнн.Во второй стадии графитнзацнн происходит разложение цемен¬
тита, входящего в состав перлита (рнс. 133. в), на феррит н углерод
отжиге. Таким образом, в точке 4 структура будет состоять из фер¬
рита и углерода отжига (рис. 133, г).гразложения сгруктуртнігвобод-
пого цементита.Длительность промежуточ¬
ной стадии графитнзацнн 2—3
определяется конструкцией печи
к интенсивностью теплоотвода.
В процессе второй стадии гра-
фнтнэацнн 3—1 происходит раз¬
ложение эвтектоидного цементи¬
та на феррит и углерод отжига.феррятпый КОВКИЙ чугуа	медленном охлаждении со ско¬ростью 3 + 5“ С в час.264
'У O' иМикроструктура такого чугуна прн увеличении • 250 раз при¬
ведена на рис. 134.Феррнтный ковкий чугун может бить с успехом использовав для
работы прн пониженных н по- в)	9питейных температурах F.ro
ударная вязкостьпрактически
остается неизменной до темпе¬
ратур порядкаминус 50 і 60'С
Температура перехода фер-
рктиого ковкого чугуна от
вязкого разрушения к хруи-
кому находится в прямой за¬
висимости от содержания фос¬
фора Прн пониженном со¬
держании фосфора (окаю
0.01 > температура хрупкого
разрушения может быть по¬
нижена до —90' СРезультаты непмтанняфер-
рнпюго коокого чугун* прн
температурах 400 * 425е С показали, что изделия из него характе¬
ризуются ис иелмией. а в ряде случаев и б&лылеА стойкостью, чем
у других сплавов железо Это пизволяс) применять его для дета¬
лей и арматуры печей и
другна изделии, работаю¬
щих в условия» повышен¬
ных температурОтливки из пер¬
литного ковкого
чугуна Прм производ¬
стве отливок из перлитного
белосердечного ковкого чу¬
гуна отжкг белого чугуна
ведется а окислительной
атмосфере, которая создает¬
ся путеы МСЫНКИ ОТЛИВОК
окалиной (ГевО«г или по¬
вышения окислительной
способности печных га¬
зов.В качестве примера
можно привести следую¬
щий ггт»я пмнпй атмос¬
феры СО 27 ч- 30%. СО,
8 104. К, 24 ♦ 26%. водяных паров 16 19%. остальное —
вэот Применение такой атмосферы позволяет сократить время от
жига со 100 до 50 ч.ПЪ
На рнс. I3S приведен график режима отжига на бслосераечный
перлитный «овкі'А чугун, где участок І ■? характеризуй первую
стліню графитініїніїп. т. е. рве-	 '	/	пи структуриоспобплііогп ur-_•	/ N.	мептігта на аустеннт н yrjcpnja W 	nr	отжига. В точке 'і структура со-I /	\ стоит ііі аустеннта и углеродаІ	/	\ отжига.і*-	 ---V— Ьсо« піісокзя температураgu—, v ' и вЛлі.иіаи длительность первой
сталій графнтнааиии объяс¬
няется игоЛ»піииостью прове¬
деним обезуглероживании ГІрн
утом с поверхмости оттвок удвлонне уїлерода происходит по сле-
дувшей реакции:С + СО, -* 2С0,Содержание углерода а отливках после проведения первой ста¬
дия графптпчпция будет неравномерным: на поверхности его будет
меньше, я в центральны.»
аомах больше-Вторая сталия отжига	■(точки 2—3\ проводится с
относительно большими
скоростями охлаждения
(окато 20—25' С в час),	_при которых цементит пер*_г					 .„глита не распадается нри І •
жтектондном превраше- •
няи. а остается в оконча¬
тельной структуре Так как
содержание углерода в от¬
ливке неравномерно, то
СООТВІГТСПИ'МІО изменяетсяи структура. Так. на по¬
верхности ома будет со¬
стоять из феррита, далее
к центру — из феррите пер-
лігта и углерода отжига,
а в ueirrpc — ri перлита и
углерода отжяга.На рік. 136 приведена микроструктура перлитного ковкого чу¬
гуна с небольшими включениями феррита.Перлитный ковки ft чугун подвергают термической обработке,
чтобы получить сорбмтообраліую или трооститообрвэмую струк¬
туры. которые предопределяют получение более высоких механиче¬
ских свойств.?б!
В табл. 51 приведены механические свойства чугуна после за-
килхн в масле н последующего отпуска, а также нормализации
с отпуском.6	ч гри МО* С2	ч прн С00‘ С
I ч прн 630‘Са ч при с« при 670* С.Отпуск после иормааимапиI	91.0
71,0
ft 7,0Обычный перлитный ковкий чугун вытесняет белосердечный
ковкий чугун и получает в ({«стоящее время широкое применение
как конструкционный материал для ответственных отливок. В связи
с этим пронанодстео его в последние годы интенсивно расширяется.Одной из важных особенностей лерлитпого кпвкогс чугуна
является возможность подвергать его, как н сталь, любому виду
термической обработки, в том числе закалке и отпуску.В зависимости от условий производства н характера нзютоалне¬
мого литья перлитный ковкий чугун характеризуется следующим
составом (a ?i): С 2,35 + 2.65; Si 1.0 + 1,50: Мп 0,40 + 0,50;
Р не более 0,10; S не более 0.20.В некоторых случаях перлитный ковкий чугун легируется
медью, марганцем илн молибденом. Для предупреждения образо¬
вания в толстых сечениях «отссра» (выделения пластинчатого гра¬
фита) в чугун вводится 0.005 -ь 0,025% В*. Введение 0,0025 +
-t-0.0035% В позволяет нейтрализовать действие 0,1 % Сг н обеспе¬
чивает получение качественного перлитного ковкого чугуна.Перлитный ковкий чугун без обезуглсроженного поверхностного
слоя может быть получек одним из следующих способов: повыше¬
нием содержания примесей, стабилизирующих перлит (например,
марганец, медь, молибден и др.), исключением стадий графктнза-
ШМІ, во время которых происходит разложение перлита.Однако структура отливок в отличие от структуры отливок,,
изготовленных нз белосердечного перлитного ковкого чугуна, ха¬
рактеризуется высокой степенью однородности и отсутствием обез-
углерожениого слои.Методы ускорения процесса отжига ков¬
кого чугуна. Обычно работы по сокращению цикла отжига
ведутся в двух направлениях: первое состоит в изыскании воэмож-267
яостей форсирования скоростей нагрева п охлаждения отжигаемых
в печи егглняок; второе изыскивает возможность воздействия не
металл отливок, чтобы ускорить сам процесс графнтнзации.Мерное направление связано с применен нем электрических печей
и контролируемых атмосфер (нейтральной или окислительной).Втрое исправление более широкое н может бшь связано с по¬
вышением температуры первой сталии графитнэацни и с искусствен¬
ным увеличением числа центров графитнэашш.Повышение температуры первой стадии графитнзацнн очень
сильно ускоряет процесс. Так, при температуре отжига MOO® G
для разложения структурносвободного цементита в чугуне, содержа¬
щем 0,84 кремния, требуется около 15 мин, а при 900° С — 30 ч.
Однако применение высоких температур опасно с точки зрения
оплавления, размягчения и искажения размеров отливок. Ускоре¬
ние графитнэацни может быть достигнуто закалкой белого чугуна
перед отжигом, отливкой деталей нз белого чугуна в металлические
формы, обработки белого чугуна модификаторами и выдержки отли¬
вок прн температурах 320 + 340е С в теченне 8 10 н.Предварительная закалка отливок нз белого чугуна с температу¬
рой 970 ■+■ 980° С в масле приводит к сокращению цикла отжига
до 24 + 28 ч. Это. по-внлнмому, объясняется тем. что прн закалке
образуется большое количество центров графнтнзации, которые
зафиксированы быстрым охлаждением в масле. Этот способ может
быть применен для отливок простой конфигурации, так как в отлив¬
ках сложной конфигурации прн закалке могут возникнуть трещины.Получение отлнаок нз белого чугуна в металлических формах
из-за больших скоростей охлаждения позволяет несколько повысить
в чугуне содержание кремнии без опасности образования пластин¬
чатого графита. Прн отжиге таких отливок процесс графитнэацни
протекает значительно быстрее. Однако в металлических формах
можно получать отливкн только простой конфигурации, что огра¬
ничивает применение этого способаСкорость графитизацнн заметно увеличивается при процессе,
который прянято называть модифицированием ковкого чугуна. Он
заключается в вводе в жидкий чугун тех или иных веществ (алюми¬
ния, бора, енликокальцня н др.) В этом случае, по-видимому, про¬
исходит нейтрализация микропримесей чугуна, препятствующих
графнткэацнн (например, азота), н образование многочисленных
дополнительных центров графнтнзацкн вследствие взаимодействия
модификаторов с элементами, содержащимися в жидком чугуне.Нормы требований. Физико-механические свойства
отливок нз ковкого чугуна регламентируются ГОСТ 1215—59.
Основные требования к показателям прочности и пластичности ков¬
кого чугуна по действующему стандарту приведены в табл. 52,
Обрабатываемость Обрабатываемость коикого чу¬
гуна режущим инструментом зависит в основном от характера
структуры.208
Т І в .1 и в « МХц.» ц-гуаа|ф" й5/!»"**808'ушаекм, у^ гмрисіуію ^тиНе ысисеНе болееКЧ 37-128712IG3ФерритныйКЧ 35-103110івзКЧ ЗЗД338103КЧ 30-6ЗОвІ&ЯКЧ 45-в45Є241ПерянтнкІІКЧ SO-4504241КЧ М-4Лв4209КЧ 60-3GOД26»КЧ вЗ-2632269Сравнительные исследования показали, что нанлучшая обраба¬
тываемость резанием характерна для феррнтного черносердечного
ковкого чугуна. Перлитный ковкий чугун имеет лучшую обрабаты¬
ваемость по сравнению с белосердечным ковким чугуном равной
прочности.Для ковкнх чугунов с однородной по сечеиню структурой (фер-
ркткого черносердечного н перлитного) установлена обращая зави¬
симость обрабатываемости от прочности. В отличие от них белосер¬
дечный ковкнА чугун, имеющий значительный обезуглероженкый
наружный стой, обрабатывается хуже прн меньшей прочности.В целом все типы ковкнх чугунов прн обработке различными ре
жущпмн инструментами дают ломающуюся стружку я обрабаты¬
ваются легче, чей сталь.tllini мАвтоштяі* сгадь ....ФеррНТНЫА КОЖКЙ Ч)'Г)'|Перлитный коакнЯ ч]і-a»/,)	fltfiJHTHUA К01КИП Ч'»—э»у	Пгыщный КОВІИЙ чугІ-2*/.)	Перлитный KOSXHft чуг•-2W	Серый чугун ■II	(«, = 5и чГ'М(», —W нПм
'	кПм(о, ш*й' 'кГ;м167 + 241
24) +2Й9При одлой и той же твердости обрабатываемость перлитного
ковкого чугуна на 10 +• 30% лучше обрабатываемости стальных889
покоаок. Прн одинаковой твердости перлитный ковки» чугун, за¬
каленный в масле л отпущенный со структурой сфсронднэнрован-
ного псрлігта. обрабатывается лучше, чем перлитный ковкий чугун
со структурой пластинчатого перлита.Если условно прншггь индекс обрабатываемости авто маткой
стали равным 100, то обрабатываемость резанием ковкого чугуна
различных типов л других чугуноэ характеризуется данными
табл. 53.§ IV 16. УГЛЕРОДИСТАЯ СТАЛЬ для отливокПрименение. В современной технике наряду с широким
применением отливок нз чугуна и других сплаооп, а также изделий,
полученных нз поковок, проката н пластмасс, большое значение
имеет применение стального литья. Это обусловлено тем, что от¬
ливки из стали обладают высокими показателями ысханнчеекпх.
а также комплексом соотлсгстлующнх физическим и химических
свойств.Наряду с обшнмн для всех отливок преимуществами для сталь¬
ного литья дополнительно характерно следующее:По химическому составу сталь для литья делят на следующие
четыре класса:I	класс — углеродистая сталь (инэкоуглеродистая — 0,08-ь
+ 0,2% С; среднеуглероднстая —0,2 + 0,45% С; високоуглероди-
стая — более 0.45% С);II	класс — низколегированная сталь (до 2.5% легнруюишх
цементов);III	класс — срсднелогнрованиая сталь (2.5 + 10% легирующих
элементов);IV	класс — высоколегированная сталь (более 104 легирующих
элементов).Классификация стали по структуре иллюстрируется следующей
схемой;Лита* стальI	Iуглеродистая	легированна»фгрритнэм пгрднтмая ферріиная перлміная аустгимтнаиКроме того, сталь в отливках может характеризоваться пере¬
ходными нлн смешанными 'структуриосоставляющиын (феррнто-
перлитная, ыартгнентлая н т. л.).По назначению стальные отлнвкн делят на следующие группы:
конструкционные стали общего назначения, нержавеющие, кис¬
лотостойкие, жаропрочные, жаростойкие, износостойкие н лр.ZTO
По способу тп.ювки в зависимости от физико-химических усло¬
вий плавки различают паль кислую и основную. В зависимости От
нсполизоппнпого плаиглъного агрегата различают сталь конвер¬
терную, мартенопскук* и электросталь.Ч" и т с й it і:) с свойств а. Жндкотекучесть углеродистой
стили, как *! других литейных енлапои, зависит от многих факторов.
На величину истинной и практической жидкотекучести стали ока¬
зывает существенное влияние содержание углерода. Практическая
жндкотекучесть стали с повышением содержания углерода до
0,2°;. ухулшлстся. Минимальное се значение отмечается прн пери-
тсктическом составе. Улучшение практической жидкотекучести
с увеличением содержания углерода выше 0,2#п обусловлено боль¬
шей величиной перегрева nuuie
температуры ликвидуса.Условно истинная жидкотску-
чсстъ с повышением содержания
углерода ухудшается. Найдено
(Ю. А. Нехенззк). что нулевая
жндкотекучесть стали наступает
облкзн температур ликвидуса и со¬
ответствует примерно 20?о твердой
фазы.Кремний и марганец в преде¬
ла» обычного содержания в углеро¬
дистых стали* не оказывают за¬
метного влияния нл величину жид¬
котекучести. Но вместе с тем необходимо отметить, что чем поливе
сталь раскислена этими элементами, тем лучшей будет се жндко¬
текучесть.когда в стали вслслстпне взаимодействия марганца с серой обра¬
зуется значительное количество сульфида марганца MnS с темпера¬
турой плавлення IG20V С. жндкотекучесть стали ухудшается. По¬
этому сера ухудшает жндкотекучесть. Но такого влияния серя не
оказывает, сслн она связана d сульфид железа KeS с температурой
плавлення 1100а С. В этом случае сталь становится красноломкой.Фосфор понижает величину .поверхностного натяжения стали н
вследствие этого улучшает жндкотекучесть. Однако его содержание
в стали ограничивается из-за отрицательного влияния на пластич¬
ность и вязкость. Практически влияние фосфора ка жндкотекучесть
незаметно.Отрицательно сказывается па жидкотекучести стали наличие
н ней неметаллических включений (рис. 137), особенно если окн
проставлены тугоплавкими окислами нлн их комплексами.Характер первичной кристынизании углеродистой стали, так же
как и жндкотекучесть, зависит главным образом от содержания
углерода. Эта зависимость является периодической. Прн повышении
содержания углерода примерно до 0,2% отмечается резкое увеличе¬871V" Ч**	V*-АМ'впЪ «*«в«п**ыгхе«<с«а.ХРяс. 137. В.ляаопс колвчгства не¬
металлических пхлючепиА мя жнх-
котекучесть углеродистой СТАЛ doL-o^raJKoft пробеге. К. Кавтсвнв)
ние ширины транскрнсталлиэашюнной зоны В интервале содержа¬
ния углерода от 0.25 до 0,60% ширина этой юны уменьшается.
С повышением содержания углерода более 1% наблюдается обрат¬
ный процессВ зависимости от конструкции отливок н условий затвердеваний
в кх или иных сечениих могут иметь место все виды ликвации.
Чаше других в отливках из углеродистых сталої отмсчастся .»•
нальнач ликвация. Главными лнкпнрующими элементами являются
сера, фосфор и углерод. Это объясняется большой разницей раство¬
римости их а жилкой іі твердой стали. При малых толщинах ст*иок
отлнвок и обеспечении направленного затвердеваний ликвация про¬
является слабо и не приводит к заметному ухудшению свойств
отлнвок.Угадка стали в жидком состоянии прн понижении температуры
складывается из термического сжатия и возможного расширения,
если из нее выделится гази в виде пузырьков. В условиях нор¬
мального раскисления и дегазации вследствие выделения из раствора
газов расширения не наблюдается.Усадку стали D жидком состоянии заметно повышает углерод
и незначительно кремний, марганец и фосфор. Углерод, в част¬
ности. увеличивает объемную усалку стали в жидком состоянии при¬
мерно на 2% на каждые 0.1 "о С. Объемная усадка жидкой стали
зависит также н от величины перегрева. Объем стали, залитой
в форму, сокращается на 1,5% на каждые 100° С перегрева над тем¬
пературой ликвидуса.Общая усадка стали в период затвердевания складывается нэ
усадки при образовании твердой фазы. т. с. в результате измене¬
ния агрегатного состояния, усадки еше оставшейся жидкой стали и
усадки образовавшейся твердой фазы. Усадка в ннтерпале затверде¬
вания, реализуемая в виде линейной, начинается при наличии
75 95*6 твердой фазы. Считается, что объем стали прн затьерде-
яаннн сокращается примерно на 3,5%.Усадку стали в твердом состоянии оценивают по изменению
линейных размеров. На величину линейной усадки большое влия¬
ние оказывает содержание углерода. Величина линейной усадки
заметно уменьшается при повышении содержания углерода до
0,25%. В интервале содержания углерода 0.25 ■+■ 0.40% линейная
усадка практически остается постоянной. Затем, начиная с 0.4 +
+ 0,5%, усадка увеличивается. Наиболее распространенная угле¬
родистая сталь с 0,25 +■ 0,33% углерода имеет наименьшую
среди конструкционных углеродистых сталей величину' линейной
усадки.Принято различать три этапа линейной усадки в твердом со¬
стоянии: 1) донерлнтную. протекающую в температурном интервале
от конца затвердевания до превращения у -*■ а; 2) расширение,
протекающее в температурном интервале у -*■ а, зависящем от со¬
става стали н скорости охлаждения отлнвкн; 3) послеперлнткую.773
протекающую п интервале температур от конца распада аустенита
до полного охлаждения отлнвки.Доперлитная усадка стали, а вместе с ней и полная усадка
її теерлоы состоянии уменьшается по мере повышения содержания
углерода. Послеперлитная усадка составляет обычно окаю 1% и
мало зависит от содержания углерода. Для мягкой углеродистой
стали полная линейная усадка составляет 2,4 +■ 2,5''о, а полная
объемная — 7,2 + 7,6%.Паїная объемная усадка стали с 0.35% С с температуры 1725° С
составляет 13.5%, нз которых на усадку в жидком состоянии при¬
ходится около 3,б"і, в интервале затвердевания окаю — 2,7% н
в твердом состоянии около —7.2%.Склонность углеродистой стали
к образованию горячих трещин прн
прочих равных условиях зависит
от содержания углерода. С повы¬
шением содержания углерода от
0,05 до 0,2% она усиливается.Наименьшей трсіцнноустойчи-
востью отличается сталь перитек-
тического состава, содержащая
0,18 0,20% С.Влияние состава на
механические свойст¬
ва, Основным элементом, опреде¬
ляющим механические свойства
углеродистых сталей, является уг¬
лерод. Повышение содержания его
в стали приводит к увеличению прочности и снижению пла¬
стичности (рис. 138).Подобное изменение механических свойств объясняется тем. что
с увеличением содержания углерода в структуре стал» (см. диа¬
грамму состояния железо—углерод) увелнчнвается количество пер¬
лита и уменьшается количество феррита. Перлит, являющийся ме¬
ханической смесью феррита с цементитом, имеет прочность и твер¬
дость выше, чем у феррита. Прочность перлита изменяется в зависи¬
мости от степени дисперсности цементита, входящего в перлит. Сте*
пень дисперсности цементита изменяется прн термической обработке.Влияние углерода на механические свойства проявляется раз¬
личным образом в ииэкоуглеродистых, средиеуглеродистых и высоко-
углеродистых сталях. Наиболее интенсивным оно является в двух
первых группах. Значительно слабее углерод алияст иа изменение
свойств высокоуглеродистых сталей.В углеродистых сталях содержание марганца и кремния не пре¬
вышает соответственно 0,8 и 0,37%. Такие содержания не оказы¬
вают заметного влияния на свойства стали.——i — — Зж//г,/х&гс*>ма/тисЬпл ста* ~Iк-—)——1-4Рнс. 13#. Влнннне углерода на
механнчссхис свойства углероди¬
стой стин (Ю. А. Нехеядзя)m
Содержание серы я фосфора во всех случаях должно быть мини¬
мальным. Пластические свойства стали под влиянием фосфора ухуд¬
шаются тем сильнее, чем выше содержанке углерода (рнс. 139).Особенно заметно вредное
■> «. ■■■ ■—і—і—і—і—і—і—і—]—| влияние фосфора прн экс-*	-	плуатаиннотлнпоквуслоиняхдинамических нагрузок при
отрицательных температурах.Нормы требований
и применение. Свой¬
ства углеродистых сталей для
фасонного литья регламенти¬
руются ГОСТ 977—65. В со¬
ответствии с этим ГОСТом
стальные отли&кн в зависимо¬
сти от назначения и требова¬
ний делят на три группы.
К 1 группе относятся отливки
обыкновенного назначения, ко II — отливки ответственного наз¬
начения и к III — отливки особо ответственного назначения.Химический состав стали по углероду, марганцу и кремнию
должен соответствовать (факультативно) требованиям, указанным
а табл. 54 (ГОСТ 977—65).Сз)ес*яч.ге &<оора, X
Ряс. 139. Влияние фосфор* на ударную0,10 +
0Д> +ОД'Н-Ь
0.4П +
0,40 +
0.40 +
0,40 +
0,4'.' +
0,40 +0,20 : 0.42
0,20 +0,42
• 0,20 + 0,42
0_>0 +11,42
0,2ti + 0.42
0,20 + 0,42
0,20 + 0,42
0.20 + 0,42
0,20 + 0,420,12 + 0,20
0,17 + 0,25
0.22 +0,30
0.27 + 0Д5
0Л2 + 0,40
037 + 0,45
0,42 + IMW
0,47 + 0,56
0,52 + 0,00Содержание серы и фосфоре в стали для отлнвок в зависимости
от группы должно соответствовать требованиям, указанным в
табл. 55.Остаточное содержание примесей хрома, никеля и меди не
должно превышать 0,3% каждого.Отливки должны подвергаться термической обработке, которая
обеспечивает получение необходимых механических свойств. Меха¬
нические свойства стали для отлнвок II н III групп я нормализо¬
ванном нлн отожженном состоянии должны соответствовать требо¬
ваниям, указанным в тгбл. 56.274
Таблиці »,гл^«,,0;гЇЇГЇІЇГ«ЇЇ?nr «ом*M (o»t1IIIII0,№tl.nu0.№0,1X30,060.IWo.oc0,05-0,1X50,040.СИHI0,080,07ііііді Mя.роїП|»»1приOiw'>*Ttn*
-u>e упио*->W«MТмфдостъ.не«Т/*ж»1ЯЛ20/125ЛЗОЛ35Л<fi;t4.V1ЙОЛ55Л•jr>гг242fi28зо3234Я540424548506355586024221917IS1412II103535303025252020185.05.04.0.V>153.03.02.52.5100+ 136
116+ 144
124 + 1 SI
131 + 157
137+ 166
146+ 173
153 + 179
159 + 190Ннзкоуг.іероднстая сталь (I5J1) применяется для отливок, от
которых требуется повышенная магнитная проницаемость нли высо¬
кая износостойкость при ударных нагрузке*. Во втором случае
онн дополнительно подвергаются цементации.Среднеуглероднстая сталь <20Л. 25Л, ЗОЛ, 35Л н 40Л) находит
широкое применение для большой номенклатуры машиностроитель¬
ных опивок. В связи с недостаточной прокалнваемостъю згой стали
голшина сгенок отливок нз нее не должна превышать 70 ч- 60 мм.Высокоуг/еродистую сталь (45.1, 50Л н 55Л) применяют для
износостойких отливок, работающих прн незначительных ударных
нагрузках.Термическая обработка. Термическая обработка
стальных отливок является обязательной технологической опера¬
цией и проводится для улучшения кристаллического строения и
физнко-мсханичсскнх свойств, а также для снятия остаточных напря¬
жений. К отливкам нз углеродистых сталей чаше других внлов тер¬
мообработки применяют отжиг н нормализацию.При отжиге измельчается зерно, снимаются остаточные напря*
/копия н выравнивается концентрация элементов внутри твердого
раствора.Оглнаки пря отжиге нагревают до температуры на 30 + SO9 С
нише критической точки Асг\ так, для стали с содержанием углерода
|),2 -і 0,3% эта температура соответствует 880 + 900® С.J7J
Скорость нагрева составляет от 70 до 100* С в час. выдержка при
температуре отжига устанавливается из расчета 1 ч на 35 + 50 мм
толщины стенки отлнвкн. Охлаждение отлнвок до 250 -► 300® С
медленное, со скоростью 40 -t- 50° С в час.В табл. 57 показано, как в результате отжига изменяются меха*
ннчсскис свойстве отлпаок нз стали с содержанием углерода
0,2 + 0.3%.Нормализация заключается в нагреве отлнвок по тому же ре*
жнму, что н отжиг, ко охлаждение производятся ка воздухе. В этом
случае достигаются более высокие показатели прочности. Прн нор¬
мализации внутренние напряжения не снимаются. Поэтому часто
после нормализации для снятия внутренних напряжений приме¬
няют отпуск, заключающийся в нагреве отлнвок до температур
600 •+• 650° С со скоростью 30 + 40е' С в час с выдержкой прн этих
температурах в течение 1 —2 ч и с последующим медленным охлажде¬
нием до температур 400 + 450° С. Затем отлнакн охлаждаются на
воздухе.§ IV-17. НИЗКО- И СРЕДНЕЛЕГИРОВАННАЯ СТАЛЬ ДЛЯ ОТЛИЄОХНазначение легирован к я. Легирование конструк¬
ционных сталей имеет своим главным назначением улучшение меха¬
нических свойств и достижение максимальной равномерное-™
свойств в различных сечениях отлнвкн.Выбор тех нлн иных элементов для легирования связан с на¬
значением, толщинами стенок п другими конструкционными особен¬
ностями отлнвок. В одних случаях прн легировании следует учиты¬
вать весь комплекс воздеПствнв его на механические и литейные
свойства стали, в других (например, прн изготовлении отлнвок
с большими толщинами стенок) основной задачей легирования
является обеспечение сплошной проквлнваемостн самых массивных
сечений.В ОСНОВНОМ ОТ гр^диг-легиропянных сталей требуется получение
специальных свойств или определенного сочетания общих конструк¬
ционных н специальных свойств.Есля сталь содержит основной легирующий элемент в количествеоо	2% нлн сумму нескольких легирующих элементов в количествеЛй
З + 5%, то в большинстве случаев она после нормализации имеет
перлитную структуру н принадлежит к перлитному классу. Более
дисперсная структура (панрммер, сорбнтная) может быть получена
у таких сталей после более сложной термической обработки, на¬
пример закалки с високим отпуском.Прн наличии в стали более высокого содержания одного или
нескольких легирующих элементов ока имеет структуру из мартен-
сита н троостнта. Легированная сталь может быть отнесена н к фер-
рятному классу, если она легировала соответствующими элемен¬
тами. Но прн этом свойства легированного феррнта значительно
отличаются от свойств обычного.Прн легировании стали одним элементом чаше всего исполь¬
зуют кремний, марганец, никель, хром, молибден, медь, ванадий
к др.При более сложном легировании чаще других используют ком¬
бинации: марганец — кремний, марганец — кремний — титан, мар¬
ганец — хроы, хром — марганец — кремний, марганец — молиб¬
ден, марганец — ванадий, марганец — титан, хром — молибден,
хром — ванадий, хром — молибден — ванадий, хром — вольфрам,
никель — хром, никель — марганец, ннкель — молибден, никель —
ванадий, ннкель — марганец — молибден и др.Чаше других нэ низколегированных сталей используют стали,
легированные кремнием, марганцем, хромом, хромом и никелем,
медью н др.Из сталей, легированных кремнием, практическое применение
нашли следующие: І) миэкоуглеродистая конструкционная кремни¬
стая сталь, содержащая 0.1 ■+■ 0,2% С и 1% Si; 21 высокоуглеродн-
стая кремнистая сталь, содержащая 0,4 +• 0,5%С н 1.4 -t- 1,6% Si;
3) грвфнтнзированиая износоустойчивая сталь, содержащая 1,25 +
1,5% С и 1 +1,35% Si и некоторые другие легирующие эле¬
ментыНнзкоуглероднстая кремнистая сталь используется для отливок,
к которым предъявляются повышенные требования по пластичности
и износостойкости.Высокоуглеродистая кремнистая сталь прн меньшей пластич¬
ности отличается бйльшнм сопротивлением износу в пыльной атмо¬
сфере.Графнтнэированная сталь (так она называется потому, что после
графитнэнрующего отжига в ее структуре образуется графит)
используется для отливок, работающих в условиях тяжелого абра¬
зивного иэиоса прн отсутствии ударных воздействий.Известно много композиций низколегированной марганцевой
стали. Они отличаются содержанием углерода « марганца. Обычно
содержание нх колеблется в пределах соответственно 0,17 +0,4%
и 1,0-1- 2,0%. Малоуглеродистые марганцевые стали широко
используют для различных ответственных отливок железнодорож¬
ного транспорта, экскаваторов н т. л.277
Хромовые низколегированные стали применяют для износостой¬
ких отлннок, работающих о условиях а6р<ш:ішоіо илкоса. Чисто
хромовая сталь применяется для отлннок с толщиной стенок до
60 + 80 мм. Она отличается невысокой плагтнчіюстмо. Для улуч¬
шения пластичности часто применяют дополнительное легирование
другими элементами.Сталл, легированные медью, подвержены дисперсионному твор-
леиию, которое сопровождается значительным повышением предела
упругости и обеспечением равномерности свойств в тонких и тол¬
стых сечениях. Стали, легированные одновременно марганцем
(1 + 1.3%? и кремнием (1 %), характеризуются большей прочностью
феррита и лучшей прокалнваемостью,* чем чисто марганцовая нлн
чисто кремнистая стали. Отливки из таких сталей характеризуются
более высокими механическими свойствами и лучшей износостой¬
костью. Из маргапцепокреминстой стали отлиты крупные облицо¬
ванные лопасти гидротурбин ряда мощных ГЭС.Большая лрокалнваемость достигается при легировании стали
одновременно марганцем, хромом и кремнием (хромансилы).Марганиевохромк^еминстую сталь применяют дли отливок с тол¬
щиной стенок до 80 100 мм.Легирование сталей молибденом о дополнение к другим элемен¬
там повышает прокалнваемость, прочность и ударную вязкость.
Молибден, кроме того, резко понижает чувствительность стали
к отпускной хрупкости.При легировании стали никелем увеличивается прочность фер¬
рита при малом понижении его пластичности, повышается прокали-
ааемость сталей из-за уменьшения критической температуры за¬
калки к обеспечивается получение однородного строения особенно
в массивных частях отливок. Кроме того, это легирование позво¬
ляет заменить закалку с отпуском нормализацией н тем самым со¬
кратить цикл термической обработки при получении одинаковых
механических свойств. Никель является лучшим легирующим
элементом для отливок, работающих в условиях ударных нагрузок
при низких температурах. Наняднй, введенный в сталь, обеспечи¬
вает измельчение первичного зерна, устраняет ви.ъчанштстову
структуру и уменьшает дендритную ликвацию. Отливкн из стали,
содержащие ванадий до 0,4%, в литом состоянии имеют структуру,
аналогичную структуре отожженного состояния, и более высокие
механические свойства. Это позволяет избежать термической обра¬
ботки для тонкостенных отливок сложной конфигурации.Часто для легирования используют титан. Он благотворно влияет
на нзмелкченне первичного зерна пря его содержании до 0,2%.
При более высоких «-одержаннях титана в ітрумурє омивох умень¬
шается количество перлита н увеличивается количество феррита,
а это уменьшает прочность н увеличивает пластичность.Иногда в качестве легирующего элемента применяют алюминий.
В этом случае он вводктся в сталь в большем количестве, чем это278
необходимо для раскисления. Его влияние как легирующего эле¬
мента выражается о некоторой увеличении прочности (за счет рас¬
творения в феррите), повышении коррозионной стойкости н некото¬
рых других специальных сноГіств.Некоторые марки легированных сталей успешно модыфкци
руют бором, кальцием и церием Н результате их действия улуч¬
шаются механические и литейные свойства стали. Вводятся
они я малых количествах (тдк, например, достаточно иметь
0,001 ■+■ 0.002"-;, Н в стали, чтобы получить реї кое увеличение
прокаливаемое™ н пластичности стали). В одних случаях их дей¬
ствие связывается с модифицированием, а в других с микролс-
гнроваинем.Большое применение для изготовления отливок напучили сред-
нелегнроыгнные хромоннкслсы/е и инксльхромонио стели. В них
удачно сочетается совместное влияние хрома и никеля. Никель
легирует феррит и сохраняет его пластичность. Хром донатинтслыю
упрочняет феррит, н, кроме того, карбиды хрома блокируют пло¬
скости скольжения.Никель и хром ианлучшнм образом лейстпуют на повышение
прочности стали и улучшение ее лрокаливаемости при следующем
соотношении содержаний: N і : Cr — 2 -є- 2.5.В промышленности используется сталь и с обратной пропорцией
никеля и хрома: Cr : Ni — 2 + 2.5.Во втором случае высокая пластичность стали о отливках может
Сыть достигнута тачько при содержании углерода, не превышаю¬
щем 0.25°;,Конструкционные низко- и среднелегнрованные стали характе¬
ризуются баїес высоким, чем у углеродистых, отношением предела
текучести к пределу прочности прн растяжении. Оно состааляет
после нормализации и отпуска 0.6 -г- 0.7. а после закалки и от¬
пуска 0.7 + 0.85.Как правило, низко- и срслнслсгиропаниые стали характери¬
зуются худшими (инэкатегнрованные н меньшей, а высоколегиро¬
ванные в батыисй мерс) литейными свойствами.Нормы требований. Нормы требований к конструк¬
ционным легированным сталям для отливок регламентируются
ГОСТ 7832—65. В табл. 58 приведен химический состав этих сталей,
а в табл. 59 — механические свойства после окончательной тер¬
мической обработки.В табл. 58 н 59 цифры и буквы в наименованиях марок сталей
обозначают: двузначные цифры — среднее содержание углерода
я сшых ди.1нл приценіа, С — кремний, Г — марганец, X — хром,
Н — янкель, Д — медь, М — молибден, В — вачьфрам. Т — титан
и ,П — литейная.В сталях 35ХМЛ, ЗОXНМЛ и 3011ГМЛ мачнбден мажет быть
заменен воіьфрамом (в зависимости от налнчкя того или иного
элемента) нз расчета: одиа процентная часть молибдена заменяется979
11 1 И і 1 М 1 1 1 1 1 І 1 1 4 “іsЗЗЗЗЗЗгЗЗЗЗЗЗЗЗи'зЗ*111 і 111111! 11JІПШ1	і	!іи116 5 S І
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 і і 1 і 1 1 1 1 .|.1 З * % 5-*1”*”????* і!5 Ьііііі11111 і ] 1! J11 ї 14 ї і ї І ї£££££*£££-££-£*	їI~пШШШШШШ!!ІІШіііііІІІІіІііІГіїіїіііШІііІІІІШІІІ
тремя процентними частями вольфрама при условии удовлетво¬рения всем требованиям, предусмотренным настоящим стандартом.Отливки из стали 20ХМЛ, 35ХМЛ, ЗОXНМЛ производят только
для специальных целеП.т • < j п а і ьrasAcn*Кірки <іиі^Г;-|,оїД^« н«псНормализацияи отпускаохмл254518ЗО3.020ГЛ3055IS253.0ЭЗГЛ305212203.020ГСЛ305518ЗО3.0ОвГДНФЛ354!»їйЗО5,0эогсл351»14253.035ХГСЛ356014253.0♦ОГЛ3565123(13.013ХНДФТЛ4050IBЗО5,0Э5ХМЛ40во1220го12ДН2ФЛ55122010аохнмл№701220а.0І2ДХШМФЛв58012203,0Эакш* и отпуск27ГЛ45651020ЗД35ГЛ350014ЗО3.0ЭОГСЛ406514ЗО5,0агховл456510205,040ХЛ506512254,040ХНЛ607012254,040ГФЛ5485835ХМЛ567012254.085НГМЛ607512234,035ХГСЛ608010204.0аохнмл698010204,040ХНТЛ709010204.0ІШН1МФЛ80100102010| IV-1B, ВЫООКОЛЕГИРОВЛННЛЯ (НЕРЖАВЕЮЩАЯ,
КИСЛОТОСТОЙКАЯ, ЖАРОПРОЧНАЯ, ЖАРОСТОЙКАЯ И
ИЗНОСОСТОЙКАЯ) СТАЛЬ ДЛЯ ОТЛИВОКНержавеющая сталь. В качестве нержавеющих при¬
ценяются главным образом высоколегированные хромовые стали
феррнтного, мартекентного н феррнтио-мартененткого классов.Ml
Минимальное количество хрома, которое должно присутствовать
В стали ДЛЯ СОоОШСННЯ СЙ ВЫСОКО!"; МІЯНЧі'СКОЛ стойкости, опреде¬
ляется соотношением п : 8 .im.ifc, где п - концентрация хрома
п стали, Из этого соотношения гле.іуеі. что прн висденни хро.ма
я сталь коррозионная стойкость се раскт скачкообразно при кон¬
центрациях в 12,5: 25:37,5:50 ат. % нлн 11,7; 23,4; 35.1 н -1G.S осс. %
хрома в твердом растворе феррита.Наличие в стали углерода принодіт к образованию карбидов
хрома. В связи с этим соответственно количеству CDflwrvaeMoro
хрома в виде карбида должка быть увеличена его концентрация
в стали.В том случае, когда образуется карбид (Ре, Сг), Св, количество
хроыа в стали должно удовлетворять формуле|"/„ Ст| >-• 12 + 10 % С|,где |%Сг] — содержание хрома о ста/и;(% С| — содержание углерода в стали.Если же образуется другой карбнд (GrFe),C. то содержаняе
хроыа в стали дсижио удовлетворять следующей формуле:IV. Сг| ^ (15 +- 17) + (16 -+- 18) 1% С|.Конечная структура отливок из нержавеющей стали опреде¬
ляется сочетанием влияния химического состава стали, особенно¬
стям» теплоотвода в процессе первичной кристаллизации в форме п
режимом последующей термической обработки.Часто нержавеющие хромовые сталі дополнительно легируютI	2% никеля, который несколько изменяет условия превраще¬
ния у — а и увеличивает коррозионную стойкость хромовых нержа¬
веющих сталей в ряде сред.Для изготовления отливок изферритной нержавеющей хромовой
стали применяют главным образом два следующих типовых состава
стали:1	0,OS	12+142	0.0я + 0,12	16 + 20В определенных условиях (зависящих от наличия в стали не¬благоприятного сочетания концентрации никеля, марганца н крем¬ния) и прн медленном охлаждении илн длительном нагреве в интер¬
вале 600 + 8005 С в стали может выделиться твердая н хрупкая
фаза а. В связи с этим отливки из феррнтиой хромовой стали
должны быстро охлаждаться в интервале этих температур.
Ферритная хромовая сталь но нимт фазовых превращений.поэтому п процессе заливки и кристаллизации должны быть При¬
пяти меры, чтобы предотвратить образованно крупнозернистой
структуры в медленно затвердевающих и охлаждающихся сине¬
ниях.Азот, введенный в сталь (окаю 0,12%), наряду с пониженной
температурой заливки способствует получению мелкозернистой
структуры.Хромовые нержавеющие стали мартснснтного н ферритио-мар-
тенснтиого классов характеризуются сравнительно широким диа¬
пазоном содержания углерода (0,05 ч- 0,4%) и ьозможиым нали¬
чием никеля (до 3,2%), молибдена. канадця и других элементов.
К сталям ітого класса можно отнести марки ІХІЗЛ, 2X1.VI,
20ХІЗНЛ. 25Х14НЛ, IX14НДЛ.Нанвысшен коррозионной стойкостью рассматриваемый стали
характеризуются в том случае, кош карбиды в свободном состоя¬
нии в структуре отсутствуют и полностью переведены в тиердый
раствор.Для обеспечения оптимального сочетания прочностных, пластич¬
ных и коррозионных свойств отливки подвергают сложной термиче¬
ской обработке, общий цикл которой иногда доходит до 100 + 160 v.Хромовые стали отличаются пониженной по сравнению с угле¬
родистой теплопроводностью (приблизительно в 2 раза), повышенной
окнелнемоешо, склонностью к пленообразованню, образованию
пригара и т. п.Чтобы предупредить опасность окислении, заливку хромовых
сталей производят при повышенной температуре и весовой скорости,
несмотря на лучшую, чем у углеродистых сталей, практическую
жидкотекучесть. Поэтому объем усадочных раковин у этих сталей
больше, чем у углеродистых, с тем же содержанием углерода.Домартенснтная усадка, мартенентное расширение и общая
линейная усадка у стандартных марок сталей находятся соответ¬
ственно в пределах (в %): 2,1—2,4; 0.2—0,4; 1,87—2.Предел прочности хромовых нержавеющих сталей прн темпе¬
ратуре несколько ниже салндуса значительно меньше, чем у угле¬
родистых. В связи с этим они характеризуются большей склон¬
ностью к образованию горячих трещин, Отлнвкн нз этих сталей
с пониженной теплопроводностью имеют большую склонность к об¬
разованию холодных трещин.Кислотостойкая сталь. В качестве кислотостойких
применяют высоколегированные стали аустеннтного. аустеннтно-
ферритного и феррнтно-аустснитного классов. Основными леги¬
рующими элементами кислотостойких сталей являются хром н
ннкель. Оптимальный химический состап сталей, обеспечивающий
максимальную коррозионную стойкость отливок в определенных
средах, так же кик и у нержавеющих сталей, должен удовлетворять
соотношению л : в мо.іь. Это соотношение определяет содержание
хрома или янксля в зависимости от того. какоЛ нз названных эле¬
ментов стоек В ТОЙ ИЛИ иной кислотной среде.В среде азотной кислоты стойкость стали увеличивается при
большем соотношении, чем п :8 моль хрома; в среде серной кислоти
такое же явление отмечается при использовании для легирования
никеля.Наряду с этим независимо от среды никель необходим для
получения однофазной аустеннтной структуры.Содержание хрома в твердом растворе (для обеспечения высокой
коррозионной стойкости в кислотах) должно составлять не менее
15 -*■ 17%. В том случае, когда в сталях образуются карбиды хрома,
общее содержание его должно быть увеличено на то количество,
которое сяяэывастся в виде карбидов. Расчетное содержание хрома
в кислотостойкой стали n ожст быть определено по тоЛ же формуле,
которая приведена выше для нержавеющих сталей.Максимальной стойкостью против общей коррозии характери¬
зуется сталь, содержащая 18% Сг и 8% Ni. Для таких сталей пре¬
дельное содержание углерода прн нормальной температуре, которое
остается в растворе без образования в структуре карбидов, понижаю¬
щих механические свойства к ухудшающих кислотостойкость,
составляет около 0,02 ч- 0.03%. Большее содержание углерода
может бьггь зафиксировано в твердом растворе только закалкой
с температуры 1000 + 1050і С. Эю и предопределяет применяемую
в таких случаях термическую обработку отливок. Получению одно¬
фазной аустенитиой структуры после закалки способствует введение
я сталь не менее 0.02 + 0,04% азота.Содержание углерода в кислотостойких аустеннтиых сталях для
отлнвок должно увязываться с толщинами стенок, так как в толстых
сечениях опасность випалення карбидов возрастает по мерс увели¬
чения в стали концентрации углерода.В хромоникелевой кислотостойкой стали, кроме углерода,
хрома и никеля, присутствуют или специально вводится и другие
элементы, к которым откосятся: кремннВ, титан, молибден, ванадий
(ферритнэируюшне) и марганец, медь и азот (аустеннтнзнрующне).Прн сварке в условиях эксплуатации или прн отпуске до тем¬
пературы 500 + 600° С закаленных отлнвок может наблюдаться
выпаденпе карбидов хрома, которое приводит к значительному
ухудшению пластичности и межкрнсталлнтной коррозии. В аусте-
ннтных стелях межкрнсталлнтная коррозия предупреждается клн
уменьшается следующими мерами: повторной закалкой с темпера¬
тур 1050 + 1100° С, уменьшением содержания углерода до 0,02 +-
+ 0,03%. введением в сталь титана, тантала нлн ниобия в коли¬
чествах:[% ТП = 5(17»С| —0,3),С/. Та] - 16|%С|,(V,Nb}-8[%C|.?М
Эти элементы обладают ббльшйм химическим сродством к угле*
роду, чем хром, н поэтому избыток углерода образует с нвми
карбиды пиана, тантала млн ниобия, а хром остается в твердой
растворе.Титан или ниобий может перевести однофазную аустеннтмую
сталь в двухфазную, которая мснсе склонна к явленню межкрнстал-
лмтноА коррозии.Кислотностойкая хромонккелевая сталь, содержащая 18% хрома
и 8% никеля (типа 18- 8), широко применяется для отливок деталей
насосов, фнтннгов, арматуры первого контура водяного атомного
реактора и т. л.Для отливок со средней толщиной стенки применяют закалку
в воде с температуры 1050 + 1100“ С. Тонкостенные отлввкк могут
быть закалены в масле или подвергнуты нормализации,Сталь типа 18-Я по сравнснню с углеродистой и нержавеющей
хромовой характеризуется повышенной окали ностоП костью и кор-
роэионноусталостной прочностью. Чаще других элементов в сталь
типа 16-8 вводится титан. Кроне титана, применяют молибден,
который увеличивает стойкость стали в растворах уксусной и фос¬
форной кислот, горячих растворах сернистой кислоты, в кипящих
растворах азотной, плавиковой, серной и соляной кислот н стой¬
кость против точечной к щелевой коррозии в морской воде.Медь повышает стойкость этой стали в разбавленной соляной
кислоте, хлористом аммонии, серной и сернистой кислотах н рас¬
солах. а также увеличивает стойкость стали против точечной к ще¬
левой коррозии в морской воде.Селен (0,3% Se) значительно улучшает антифрикционные свой¬
ства стали ткпа 18-8 н уменьшает ее «эаднраемость» при использо¬
вании для деталей арматуры.В том случае, когда от стали для отливок требуется обеспечение
повышенного значения предела текучести, применяют аустеннтно-
феррнтные и дисперснонно-твердеющне аустеннтныс стали.Сталь, содержащая 8% хрома и 18% никеля, называемая часто
обратной, тина 8-18. характеризуется тем. что лос.ю отлквкн без
термической обработки прн содержании углерода до 0,2% имеет
чисто аустсннтную структуру.Для изготовления отливок используют н другие высоколегиро¬
ванные стали, например, типа 25—12, для отливок нефтяной и
химической промышленности; 25-20 для работы в разбавленной
серной кислите н в качестве жаростойкой до температуры 1200° С;
25-25 для тех же условий, что н сталь 25-2(1. но лучше сваривае¬
мая н т. д.D табл. 60 н 61 приведены нории требоппмнй н области пркме
нення высоколегированных сталей по ГОСТ 2176- 57.Литейиые свойства высоколегированных сталей типа 18-8 хуже,
чем нелегированных с тем же содержание углерода, несмотря на то,
чго практическая жндкотекучесть их в 2 + 3 раза выше. Это объяс-ав&
няется наличием значительно бйлыдего интервала затоердепаиия.
меньшего (а 3 ч- 4 разе) коэффициента теплопроводности, большей
склонностью к пленообразованню и т. п.FJfTMмрг«ч«ц»Р©«1X13.1O.IS0.70,612,02ХІЗЛ0,16-Ь 0,240,70.614,0 -Ы 2,0халтл0.21.20,823.0 + 27,0хш0,5+ 1.00.5 + 1,3Од + 0.8л..о зо.оХЭ4Л1,5 + 251,3+ 1,7Oj + O.N32.0 + 36,(1Х18Н9ТЛ0,14од1,0 + 2.017,0Х18Н!2МЗТЛ0.121.00+2,016.0 + Ifl.oХІС2Л0.33 + 0,502.0 + 100,7н.о + ю.оХ24НІ2СЛ0,400,5+1.50,3+ 0,8:г>,о -і- 2«.оХІ8ІІ24С2Л0,30 + 0.402,0 + 3,01,51 7.0 + 20.0Х25НІ9С2Л0,242,0 + 3,1)1.52J.0 + 2І.0ХвС2МЛ0,151,50.75,0Х2ІН11В2Л0,10 + 0550,7+ 1,50.6+1,220,0 + 22.04Х І4Н14&2.ЧЛ0.40 +ОДІ0,80,7I.W+ ІЛ.НX15И60Л«.із1.01.515,0+ 1В.0пал0,9+ 1,3■ 0,5+1,011,5+ 14,50,i* Сси«р»*н»« уміроді.Отливкн из иих сталей содержат больше неметаллических и
газовых включений. Они в большей степени склонны к образованию
усадочных раковнн, пористости, трещин, напряжений к пригарэ.Жаропрочная н жаростойкая сталь. Жаро¬
прочной называют сталь, способную сопротивляться пластической
деформации и разрушению при температуре выше 550: С. Сталь,
обладающую большой стойкостью против коррозии или окалино*
образования при высоких температурах, называют жаростойкой
(окалиностойкой).Углеродистые и легированные стали ферритного класса обла¬
дают достаточной жаропрочностью только до 450 600 С. Для
более высоких температур должны применяться стали с ауск ннт-
кон структурой.Сплавы, химический состав которых соответствует твердому
раствору, а также сплавы, в которых под вомейстанем высоких
температур образуются мелкодисперсные выделения'карбидных ни-
терметаллндных фаз к фаз внедрения, располагающихся по грани¬
цам зерен и препятствующих развитою диффузионных процессов,
обладают максимальной жаропрочностью. Для них установлен
интервал рабочих температур 400 н- 1000 С, а в случаях малой
нагрузки 1150 н- 1200" С. К таким сплавам относятся сложнолегн-
ронанныс eia.ni с высокой температурой плавления и рекристалли¬
зации т-|>;шго раствора; наряду с этим они не должны кыетъ склон-т 11 j л а • «вВ.О Ч I11,п-мз.о ; з,1ч
0,0; |,о-г 13,0 ,
Д0+2Л.П
18,0-5-20,00.45
0.25
0,25 +- 0,40(С •- 0.03) • 5
Пи 0.8
0,3 -I- 0.60,030
о,изо
0,030о,око
0,100
0,000о,оэо0,0300,0300.0300.0250,0500,035о.изз0.(050,1000,100O.OHS0.0И0.0350,0300.0330.0350.0V.0,0400,0350,12кости к образованию в структуре легкоплавких »втектик, продук*
тов окислення е окалиной стали и окружающей средой. Благоприят¬
ным фактором является способность образования легирующими
элементами многокомпонентных твердых растворов с железом и
возможность дисперсионного твердения в результате частичного
распадения твердого раствора и образования мелкодисперсных
упрочняющих, нсохрупчнвающих и пскоагулнрующнх фаз.Высокая жаропрочность сталей практически достигается введе*
инем в нее большого количества разных легирующих элементов и
соответствующей термической обработкой.Если упрочнение осуществляется вследствие дисперсионного
твердения. то должно быть обеспечено выделение упрочняющих фаз
(интерыеталлидов, карбидов), обладающих повышенной стойкостью
протне коагуляции прн температурах работы отлнвок в условиях
эксплуатации.В качестве жаропрочных нег.ользуют стали иа аустеинтной и
ферритно-мяртснентной основе. В аустеннтных сталях интерметал-
лндные фазы образуются при легировании сталей титаном, ниобием,
цирконием, алюмнипеы, молибденом, вольфрамом, бором и другими
•лементами.38?
Высокая стіїйкосі»! up»*
тнв атчосфертіП кор-Стойкость проїв» аг-
Ио«фсрйо1) коррозииИССКОЯЬКО МСИЫПа»,чем сталь марки ІХІЗЛ
Кислотостойкая, окалн-
иостойкая прн темне-
И«Г Сратуре іКислотостойкая, жаро¬
прочная прн темпера-
туре до 600' С, облада¬
ет высокой стойкостью
против газовой и меж-
KpHCtSJ.IIITHOD корро-Кислотостойкая, жаро¬
прочная ири темпера*,
type до SUU' С, высо¬
кая стоПкость против
ыежкриствллитноП кор-
роаня< ори т<всю*жаропрочная при
оературе до 700* С
Кислотостойкая, окал-
нхтойкая оря темпера¬
туре до 1000* С, жаро*
прочная
Кислотостойкая, окалн-Дсталп с повышенной пластич¬
ности», подвергающиеся удар¬
ным нагрузкам <прбпиные до*
инткм, кланами гидравлически!
прессов, арматура крекинг-уста*
новои, предметы домашнего оби-
юдл), а также голелня, подвер¬
гающиеся ДІ'ЛСТВІІЮ птноситсль*
яо слабых агрессивны! сред
(атмосферные осадки, водные
растворы солей органических
кнелит прн комнатной темпера¬
туре и др.)Те же летали, но с повышенной
твердостьюДетали, не подвергающиеся дей¬
ствию ПОСТОЯННЫХ В перемен¬
ны! нагрузок (аппаратура для
дымящейся азотной ній фос¬
форной кислот, многие деилн
химического машиностроения,
печная арматура, олнты и др.)
Арматура химической промыш¬
ленности, ВЫ1ДШ1НЫС кошекто-
ры газопроводов, арматура дія
нефтеперерабатывающих в дру¬
гих траапльнык корени, ящики
И крышки для цементации н
другие детали
Детали, устойчивые против дей¬
ствия сернистой, кипящей фос¬
форной, муравьиной, уксусной
и других кислот, а также про¬
тив действия белильной извести
и сульфитного щелока
Детали, работающее длительное
время при температуре до 700’ СДетали, рабогаюишг при высоких
температурах в сильно нагру¬
женном COCTONl'UK (печмыг кон-
вейгры, шпеки, крспежимі де-
тала)То же
4Х14НІ4В2МЛІ ОхадихостоЛкая,
і температуре ЯО 7М* С
I жаропрочная
Жаропрочная ари ten»
! лервтуре до 870" С,
~".алиностойкая при
мпературе до 970* С
Жаропрочна# прн теп»
исратурс до 800' СОка.іинистойкая, ЖІртІ-
причтя пря Ifмперя-
туре ло ІООО' СИэногоустоАчнвая при
воэдгПствии ударних
нагрузокйЧ)+-в70ф СДетали пароперегревателей, ра¬
ботающие в условии вьісонні
it-ымсратур it давлений
Нагревательные алсмсмты ацент¬
рических печей, детали гидра-
ггнкэацкомных установок и пе¬
чей дан цементации
Шекы дробилок, трамвайные
стрелки, аубья ковшей, экска¬
ваторов н другие деталиЭтк элементы переводятся в раствор при высоких температурах
я выпадают нз него при температурах выше 500 ■+■ 600" С.Отливки из аустенитиых жаропрочных сталей, предназначае¬
мые для длительной службы, после закалки подвергают отпуску
(стабилизации) при температуре, превышающей рабочую на 100 +
+ 150° С. Отливки, используемые для кратковременной службы,
в большинстве случаев подвергают только закалке. D них карбиды
будут выделяться затем в условиях эксплуатации прн рабочей
температуре. Коагуляция нх в этих условиях не успеет произойти.
Отливки из высоколегированной стати феррнтао-мартенентного
класса подвергают улучшению.Основным фактором, предопределяющим жаропрочность сталей,
как это следует нз вышеизложенного, является легированный
аустежіт.Практическое применение для изготовления отлнвок нз жаро¬
прочных сталей получили аустеннтные стали типа 18-в ІХІ8Н9ТЛ
(для жаропрочных отлнвок энергетического, химического н нефтя¬
ного машиностроения). ІХ20НІ2ТЛ (для турбинных отливок, ра¬
ботающих при температурах до 600 + 610® С), Х25НІЗТЛ н
Х25Н13АТЛ (для отливок газовых турбин. работающих прн тем¬
пературах до 600е С). Х18Н12М2ТЛ и др.Из жаропрочных сталей феррнтно-мартенентного класса приме¬
няются марки 12ХПВ2НМФЛ, 12ХІ2ВНМФЛ. 12Х12НМФБЛ
н др.Жаростойкость сталей различна d условиях разных- рабочих
сред. В связи с этим большое значение имеет способность легирую¬
щих элементов взаимодействовать с элементами окружающей рабо¬
чей среды. Напрнмср, если сталь легирована хромом, то ее не еле-
дует применить в среде, содержащей углерод или ааит, так как хром
стали в результате взаимодействия с указанными элементами может
образовать карбиды нлн нитриды. В результате тиердыА раствор
обедннтся хромом и жаростойкость стали понизится, наоборот,
если легирующий элемент образует на отливке плотную окисную
пленку, жаростойкость отлиеок увеличится.Наибольшее практические применение для изготовления отли¬
вок получили ферритно-мартенентные сложнолегнрованяме стали
на осново 12% Сг (предельная температура использования отливок
600е С) и простые сложнолегнрованные марки аустеннтной стали
(предельная температура использования отливок 750®Q.Для улучшения эксплуатационных н литейных свойств жаро*
прочные и жаростойкие стали подвергают модифицированию (на¬
пример, магннсм, кальцием, церием н другими редкоземельными
элементами).Регламентируемый ГОСТ 2176—57 химический состав, свойства и
применение жаропрочных и жаростойких сталей приведены
в табл. СО и 61.Высокомаргвнцеваянзносостойнаясталь.
Высохомарганиевая сталь Г13Л (так называемая сталь Галфкльда)
по свонм специфическим свойствен является уннкальпой н занимает
особое место среди высоколегированных сталей аустенитного класса.
Особенностью отлнвок из этой стали является способность упроч¬
няться в условиях ударной нагрузки н принимать наклеп, повышаю¬
щий поверхностную твердость с 170 -і- 200 до 600 ЯООкГ.'мм*.Такое увеличение поверхностной твердости сообщает литым
изделиям исключительно высокую износостойкость в условия* исти¬
рания с единовременным ударным воздействием (в 8 + 10 раз
большую, чем у стали 35Л).Следует отметить, что в случае отсутствия наклепа стойкость
отливок нз высокоыаргаиневой стали под воздействием истираю¬
щего (абразивного) износа не отличается от стойкости отливок иэ
обычной углеродистой стали.Химический состав стандартной стали Г13Л приведен в табл. 60.Максимальное сопротивление износу прн одновременном удар¬
ной воздействии сталь Г13Л приобретает прн чисто аустеннтной
структуре после закалки с температуры охоло 1100° С.Прн медленной охлаждении отлнвок структура их состоят нз
аустсмнта и карбидов (Fe, M)s С переменного состава. Обычно эти
карбиды располагаются по границам зерен аустеннта. Чем медлен¬
нее охлаждение, тем больше выделяется карбидов н тем они круп*
нееВ процессе закалки карбиды переходят о твердый paciuop в
сталь приобретает однородную аустеннтную структуру. В таком
состоянии свойства стали тина ПЗЛ характеризуются следующими
данными: предел прочности прн растяжении 60 + 80 кГ'мм1,
относительное удлинение 22 ■+■ 30%, относительное сужение пло¬
хо
щади поперечного сечения 26 *■ 86% ■ ударней вязкость М +
+ 20кГмсм\Температура плавлення стали ПЭЛ ниже, чем других сталей
аустеннтного класса, м в зависимости от ее состава колеблется в пре¬
делах 1330-1370° С.Линейная усадка этой стали значительно выше, чей у углероде»
стой, и составляет 2,8 -+■ 3,0%. Теплопроводность ее более чем в 4
раза ниже теплопроводности стали 35Л.В связи с опасностью выделения карбидов в массивных сечениях
отлнвок содержание углерода в стали корректируется в зависи¬
мости от толщины отлнвкн.В отливках с толщиной стенки 100 мм оно состазляет 0,0 +•
+ 1.1%. а в отливках меньшего сечения — 0,9 + 1,3%. В тонко¬
стенных же отливках (например, звенья гусениц) содержание угле¬
рода может быть повышено до 1,0 + 1,5%.Обычно в стали выдерживается отношение концентрации мар¬
ганца к концентрации углерода от 10 до 11,5. Дополнительное леги¬
рование стали ГІЗ/1 улучшает те нлн иные се свойства. Так, введе¬
ние в сталь 1 -+- 1,5% алюминия повышает се неыагннтжктъ н пла¬
стичность в толсты* сеченнях в литом состоянии. Добавка никеля
(до 3%) повышает пластичность стали и увеличивает ее трещнио*
устойчивость н свариваемость. Тнтаи в количестве от 0,4 до 1%
измельчает структуру прн первичной кристаллизация.Вольфрам в пределах от 0.5 до 1% значительна повышает удар¬
ную вязкость и износостойкость.Измельчает аустепнтное зерно стали ПЗЛ цирконий, вводимый
В нее в количестве 0,1 + 0,2%.Весьма благотворно на пластических и других свойствах ска¬
зывается введенню в сталь азота.Стать ПЗЛ характеризуется повышенной склонностью к тран-
( крнсталлиэашги. образованию трещин, усадочных рыхлот. пригара
и других лнтеЛных пороков. Сталь Г13Л очень плохо обрабаты¬
вается режущим инструментом, что должно учитываться при кон¬
струировании отлнвок.В связи с тем, что »га сталь так же, как и все стали аустениткого
класса немагнитна, но значительно дешевле других, ее часто ис¬
пользуют для нвготоалення немагнитных отлнвок.
ГЛАВА ПЯТАЯ
МЕДЬ И ЕЕ СПЛАВЫ| V-1. СВОЙСТВА МЕДИМедь — металл розовато-красноватого цвета, очень ковкий н
тягучий. Плотность 8,95 гем1, температура плавлення 1083*С.
температура кнлсния 2360е С; другие свойства чистой меди харак¬
теризуются следующими данными:Предел прочности при растяжения » «и-том состоянии, кГІмм’	 17Отікм’нтсльиос уд.тиисние В антои состоя¬
нии, •/•	 18Твердость по Брннеллв, чПмм1	37,4+42Объемная усадка на иаждиг 100' С схи¬
лення температуры л» температурыплаилення, °/«	 1,90Объемная усалка при эатаердсванни, •/»• • 4,10
Объемная усадка в твердим состоянии, % 6,40Мель имеет кубическую гранецентрнрованную решетку с пара¬
метром 3,608 А н относится к числу металлов, известных с глубокой
древности (Бронзового века) в виде сплавов с оловом н другими
металлами. Применение меди сыграло большую роль в развитии
материальной культуры человечества.Несмотря на появление и применение железа и многих других
металлов н сплавов, медь в чистом виде н в виде основи большой
группы сплавов не утратила своего значення в технике.Широкое применение меди обусловлено главным образом вы¬
соко/) ?лсктро- и теплопроводностью, химической устойчивостью и
другими ценными качествами. Ее используют п качестве легирую¬
щего элемента нлн одного из основных компонентов многих сплавов
ка основе других элементов.f V-2. МЕДНЫЕ СПЛАВЫВ настоящее время в технике известно большое количество двой¬
ных, тройных н многокомпонентных сплавов па основе мели. Н ка¬
честве компонентов медных сплавов принимают олово, иннк, сви¬
нец. аЛЮМИІІНЙ. M.ipmiH'll, кремний, бериллий, никель, железо,
хром, фосфор, титан, золото, серебро и Др.Я2
Различные сплавы меди нмеот разнообразные специфические
ценные свойства, обусловливающие их широкое аркмемеинс ■ самых
различных областях.Структура медных сплавов состоит нз кристаллов твердыл ра¬
створов (например, с цкнком, оловом, алюминием, никелем, крем¬
нием и др.) н химических соединений; иногда встречаются также
структуры, представляющие собой смеси твердых растворов и хи¬
мических соединений в различных сочетаниях. В двойных системах
твердые растворы, наиболее бедные добавляемым к меди компонен¬
том. называют твердым раствором (фах>й)-а.Твердые растворы-альфа имеют такую же, как и медь, решетку
гранецентрнрованного куба с различными параметрами.Гранииы областей фазы-a медных сплавов различны для разных
компонентов. Обычно эти границы выражаются в весовых процен¬
тах содержания того нлн иного компонента в сплаве. В структуре
медных сплавов, где содержание второго компонента превышает
верхнюю границу твердого раствора а, содержатся, кроме фазы а,
кристаллы других фаз. Новые фазы, появляющиеся в медных спла¬
вах по мере повышения содержания данного компонента, называют
последовательно фазами-^, у, Л. с н т. л.В табл. 62 приведены границы областей твердых растворов (фаз)
в некоторых медных сплавах.т«» J Ш пКеалмеи
mini icejfp
««•па jmxВерам* Гр**
ига* ф*ш-я•••яы «и titу»«. ..h!КІ\\ssbИ-^исмо*'иГ°СИO.iueo130,4<*)32rS+.4S.'i'2,S+3SUhhkЗІ537нм38-5-5646І-50Алюынмий7.49.5[ ю6.8+1,5Преіраиі.іась ■ см«сьфаз-* и -1\ <»>ІЄ+2216+30,5Б< рі'лднА2,50,5<р>4,1 + 11.1Превратилась ■ смесьфаз* и Y( гТ111.1 + 12,411,1 + 12.4С)рь>и9,59,5<»>31+39,531+ЗЯ.5При небольшом содержании мементив, добавляемых к меди,
свойства сплавов незначительно отличаются от свойств чистой меди.
Одімко по мере увеличения содержания второго (или большего
числа) компонента свойства сплава заметно изменяются.Значительное влияние оказывают моменты на цвет меди. Так.
iiti и к по мере увеличения его количества в сплаве изменяет цвет.
сплава от медно-красного к розовому, розово-желтому, светло¬
серому. Никель НЛН серебро пэмевяют цвет ОТ МСДНОКрВСНОГОДОбелого.Механические свойства медных сплавов весьма многообразны и
зависят от характера композиции сплава. Медные сплавы, как пра*
вило, отличаются большей, чем сплавы железа, алюминия, магния,
коррозионной стойкостью. Особенно высоким сопротивлением кор*
розни характеризуются сплавы меди с оловом, никелем и некото¬
рыми другими элементами. Наиболее важной нх особенностью
является высокое сопротивление коррозии прн избирательном вы¬
щелачивании отдельных компонентов в условиях аммиачной среды,
морской воды и др.Многие медные сплавы характеризуются очень хорошими ли¬
тейными свойствами.По величине температурного интервала кристаллизации медные
сплавы могут быть разделены на три группы: с небольшим интер*
валом (например, с алюминием), средним (например, с кремнием,
цинком, ннкелем, марганцем) и большим (например, с оловом,
сурьмой).Отливки нз сплавов с небольшим (узким) температурным ин¬
тервалом кристаллизации характеризуются хорошей жидкотеку-
честью, высокой плотностью вследствие образования сосредоточен¬
ной усадочной раковини н малой пористостью.Отливки из медных сплавов с большим (иногда говорят с широ¬
ким) температурным интервалом кристаллизации имеют б&іьшую
по объему рассеянную усадочную пористость и сосредоточенную
усадочную раковину малого объема. Такие отливкн характеризуются
относительно меньшей плотностью и герметичностью.Сплавы со средним по размеру интервалом кристаллизации за¬
нимают по указанным свойствам промежуточное место.Медные еллайы принято делить на две большие грулны: бронзы
и латули.Бронзы — это сплавы медн с разными другими элементами, глав¬
ным образом металлами, кроме цинка.Латуни — это сплавы меди с цинком в качестве главного ком*
понента (до 50% пинке) с добавкой нередко некоторого количества
(обычно небольшого) других элементов.Сплавам, образуемым медью с некоторыми другими элементами,
присвоены другие названия. Так, сплавы медн с ннкелем называют
мельхиора.»» (константанами, никелинами), сплавы меди с біль¬
шим количеством марганца называют магнанинами.В зависимости от главного компонента сплава бронзы называют
оловянными, алюминиевыми, свинцовыми, кремниевыми, марганце-
вами, храмошми, бериллиелыми, никелевыми н т. п. Алюминиевые,
кремниевые, марганцевые и другие бронзы, не содержащие олово,
часто называют &:>г>.ювянными (или специальными). Эти бронзы
разработаны сравнительно недавно и количество нх постоянно уве¬
зе*
лнчнввстся по мере развитии мишиносіриення. приборостроения и
других областей техники.Многокомпонентным бронзам принято давать двойные, тройные
н другие названия (например, кремнемаргаицовдя, свшщоионнке-
левая, железокремннстая, алюмннневожслезомарганцован н т. п.).По действующему в ОХР стандарту различные марки бронз обо¬
значаются буквами Бр, после чего дается дополнительное буквенное
обозначение (кроме меди) компонентов с указанием цифрам^ их
среднего содержания в сппапс в процентах.Приняты следующие обозначения: О — олово, Ф—фосфор.
Ц— цнкк, С — свинец, А— алюминий, Ж — железо, II — ни¬
кель, К — кремний, Мц — марганец. В — бериллий н т. д.Двойные медноцинковые сплавы называют обычными лшпунями.
Прн вяеденнн в сплав третьего или большего числа компонентов
латуни называют специальными. В отличие от бронз латуни обозна¬
чаются следующим образом: впереди стапнтся буква Л! далее сле¬
дует целое число, показывающее содержание медн в процентах.
Содержание пинка в обозначении марки отсутствует и определяется
но разности. В специальных латунях за буквой Л следует началь-
пая буква названия компонентов, а за цифрой, показывающей коли¬
чество меди, следуют цифры, указывающие среднее содержание
каждого дополнительного (кроме цинка) элемента.Отлнвкн нз меди используют в тех случаях, когда требуется
высокая злектро- или теплопроводность.Бронзовое и латунное лнтьс широко применяют для деталей,
работающих в условиях трения (антифрикционное литье). Из них
изготавливают различного типа подшипники, вкладицш к т. п..
я также сложные фасонные отлнвкн, стойкие против коррозии.
Кроме того, бронза и латунь служат материалом для производства
художественного литья.Из специальных бронз и лату ней отливают большую номенкла¬
туру изделий для морского флота (гребные пииты н т. п.), различную
арматуру для газо*, паро- и водопроводов, летали насосил и т.п.| V-Э. ОСНОВНЫЕ ДИАГРАММЫ ФАЗОВОГО РАВНОВЕСИЯМедь — олово. Диаграмма состояния медь — олово в ста¬
бильном варианте представлена на рис. 140 н в метастабильном —
не рнс. 141. Максимальная растворимость олова а меди прн тем¬
пературе 520е С составляет 16%.Отмечается сравнительно большой интервал между температу¬
рами ликвидуса и солндусз, что приводит к большой склонности
иловянных бронз к лнквацнн. Медь преимущественно концентри-
ііуїтся на осях дендритов, а олово — у поверхности кристаллов.
Поэтому в реальных сплавах при содержании более 5% олова по
границам зерен образуется эвтектонд из смеси %■ н б-кристаллон.
Jempamypa,Рнс. 140- Диаграмма фмоноіи равновесия сііляеов мель —
олово (стабильная)Рас. HI. Диаграмма фамвого ревнонсмя сп/и-
M f д ь - и н и к Диаграмма состояния медь — цинк пред.
ставлена на рис. 142.Твердый раствор (замещения) а существует при содержания
іиінка в нем до 39%. В этом случае медь сохраняет гранецентриро-
ианную решетку. Структура а-латуни состоит нз однородных зерен
тнердого раствора с двойниковыми образованиями внутри зерен.
Прн повышении содержания цинка свыше 39% до 45% латунь имеет
двухфазную структуру, состоящую нз механической смеси зерен
а — твердого раствора н химического соединения.Фаэа-р является более хрупкой, чем фвза-а, поэтому ло мере
повышения ее содержания повышается прочность н твердость я
снижается пластичность. Повышение содержания цннка свыше 45%
приводит к образованию очень хрупкой фаэы-у с одновременным
снижением прочности и пластнчкостл.Сплавы с содержанием иннка более 45% ло этой причине не
имеют технического применения.Мель — алюминий. Диаграмма состояния медь — алю¬
миний представлена на рис. 143. С медью алюминий образует твер¬
дий раствор п. Растворимость алюминия в медн при температуре
І03Г С составляет около 7,4“б, затем она повышается линейно до
9>8по. прн понижении температуры до 570° С и далее до комнатной
температуры остается неизменной. Температура эвтектондиого рас¬
пада фазы -0 принята равной 570 ± Iе С Однако следует иметь
а виду, что распад фазы-p подвержен сильному переохлажде¬
нию с образованием относительно стойкого метастабнлького со¬
стояния.При нагреве и охлаждении наблюдаются значительные различия
а температуре эагтектондного превращения.Прн закалке из области твердого раствора ^ образуется мартен-
ентоподобная структура, аналогичная той, которая наблюдается
прн закалке стали. Сплавы, характеризуемые составом фаэы-р,
можно подвергать термической обработке и с ее помощью наменять
их механические свойства.Алюминиевые бронзы относятся к области однофазных сплавов.
Они отличаются высокой пластичностью и хорошо обрабатываются
давлением.Двухфазные сплавы с высоким содержанием алюынння харак¬
теризуются'высокой прочностью и твердостью, но имеют понижен¬
ную пластичность.R промышленности широко применяют сплавы, содержащие от5	до 11 "о алюминия.Медь — цннк — алюминий. Медный угол диаграммы
состояния представлен на рнс. 144. Иэ приведенных диаграмм сле¬
дует, что граница насышсння области — твердот расгвора-а под
нлмяннем алюминия резко сдвигается в сторону б&пыней концен¬
трации медн. Поэтому прн повышенном содержании алюминия
її медноцннковых сплавах появляются твердые и хрупкие кристаллы
фаэы-у. которые значительно увеличивают твердость сплавов и
снижают ні пластичность.Медь — uhrx — железо. На рис. 145 нрегстамены вер¬
тикальные разрезы диаграммы фазового равновесия медь — цинк —Рас. 144. Диаграмма факюго рааномсин сплавов медь—цниа—
алюыиииА:tj рлкрся по aaortNf* 400* С:	inxtnuaeru trufp4.i«b А] 1 1%|железо для содержания медн в 58% (б) от 60 до 65% (а), показы¬
вающие, как влияет железо на объем и условия существования фаз-а
И р.Медь—свинец. Диаграмма фазового равновесия медь —
свинец приведена на рис. 146. Как Следует из рассмотрения диа¬
граммы, двойная система медь — свинец характеризуется ограни¬
ченной растворимостью компонентов в жидком состоянии, отсут-ам
Риг. МГ> Вертикальпис раэрмы анаграммы фззоаого
рмиомсия системы ниь — цинк ~ ж«л«о:«> ДЛ» сокржаиаа Си »т ПО *о 0) дл> сод^жп""! Си 51%медь — евннец
с;»нем химических соединений it взаимной растворимости в твердом
состояннн.По некоторым данным в твердом состояннн в меди растворяется
0,02 +• 0,05% свинца. Сплавы, содержащие до 36% синица, являются
однофазными в жидком состоянии при температуре выше 954° С.
Сплавы с 36 99.5% выше температуры эвтектической кристалли¬
зации (954° С) образуют лва жидких слоя. В определенных усло¬
виях производства они могут представлять механическую смесь
нэ жидкой ыедн к жидкого свинца (эмульсию). Сплавы правого
свинцового угла в жидком состояннн однофазны аналогично сплавам
с повышенной концентрацией медн.Из рассмотрения диаграммы системы медь — евннец становится
ясной причина склонности свинца к лнквацнн.Медь — кремний. Имеется несколько значительно отли¬
чающихся друг от друга вариантов диаграммы фагового равнове¬
сия медь — кремний. Считается, что прн температуре 726 ■+• 782е С
в медн растворяется до 6.7% кремнии. При понижении температуры
до 350® С растворимость кремния уменьшаете» до 3,9%. По мере
повышения содержания кремния в фазе-a повышается срочность
сплава н уменьшается его пластичность.§ V-4. ВЛИЯНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ НА СВОЙСТВА МЕДНЫХ ЛИТЕЙНЫХ
СПЛАВОВОлово. Олово является осноиой группы оловянных сплавов,
в также вторым компонентом большой группы сплавов мели — оло¬
вянных бронз.Олово образует с медью твердый раствор а (см. рис. 140 н 141).
В литых сплавах, представляющих собой метасгабнльные системы,
в твердом растворена может содержаться до 7% олова. Прн более
высоком содержании олова, кроме основной фазы, (твердого ра-
створа)чх наблюдаются выделения эвтектонда а -і- А. Фаза-6 очень
хрупка. Прн нагреве сплава медь — олово выше 520е С эвтектонд
a t J превращается в твердый раствор-p. который характеризуется
при повышенных температурах высокой пластичностью.В двухфазных латунях, содержащих значительное количество
иникз, олово является нежелательной примесью, так как оно вызы¬
вает заметное сняженнс пластичности. В однофазных латунях,
содержащих небольшое количество цинка, доб&ька 1,0 +• 1,5%
плова улучшает антифрикционные и антикоррозионные свойстваВ ыедноевннцовых сплавах добавка олова повышает механиче¬
ские свойства н усталостную прочность. Кроме этого, оно умень¬
шает в них лнквацкю свинца, способствуя равномерному его
распределению в виде отдельных сфероидальных включення, Благо¬
приятно сказывается влияние олоап н в бронзе, содержащей, кроме
него, аник, никель, свинец и др.*01
Однако при производстве отлнвок нэ таких сплавов следует иыегь
в виду, что если суммарное содержанке олова н цинка в тонких
отливках превышает 12%, в в толстых 10%, то возникает опасность
образования пористости.В некоторых специальных бронзах и латунях олово является
вредной прныесью.Ряс. 147. Влияние олові л солаых медь— оло¬
во ні мсхіиичсскне свойстві:*£»«*їм»»»; t — tatpaocn, m> БрншвВлияние олова ка механические свойства сплавов медь — олово
показано на рмс. 147. Как следует нз приведенных па этом рисунке
данных, максимальная прочность достигается прн содержании олова
от 10 до 15%. Прн содержании олова более J>%. что соответствует
его максимальной растворимости для метастабильного состояния прн
лнтье в металлические формы, резко снижаются относительное
удлинение м ударная вязкость. Изменение прочности сплавов медь —
Рис 148 Вляяі(IIMUI ЫСДЬ —влево со сте¬
пенью «втехтичности 0.85; 0.90; к
0.95 ч 1.0 на прочность в раї '
личных сечекаях 	 *V4"• .и -
1 jj? -‘4\\|\Цгч 1 '* »-І»-s. ^ їв®]1			« -
иРис. 149. Влияние олова щі' 2-WN-n& *1№дг «у: ! Ід ісомркптн О Ь 0.54 Р (о),
интермл кристаллизации
* С (б), при температуре sa-
лимн на 50° С »ыш* темпе¬
ратуры ликвидус W
ід.wtсtЙЧ| ^Риє. ІвО- Влияние MOM ь crvia-
Mi кедь — алом на Tmrtr^^rypjrИуДПоА ЖЙДІОіиуЧСТН
олово со степенью «атпгтмчмосги от 0.85 до 1.0 в различных w
ниях полизано не pise. US.На рнс 149 показана влияние олова и я жизкотскучесть (а),
величину интервала кристаллизации (б) при температура* залив ни
иа 50" С выи* температуры
ликвидуса (в).Нарис 150 показано алия
ниє олова на температуру иа-
ступ,тени* нулевой жндкоте-
кучестн.Рис 151 иллюстрирует
алииние олова иа характер
образования усадочных ра¬
ковин.Цинк. Синевато-велый
италл с температурой плав¬
лення 419,5* С и температу¬
рил чинення 905.4’С. Плот¬
ность в литом состоянии
7.13 t'CM*. Для пннка харпк-
терка высокое давление пароп.
готашяюшее 1.ЛЧ- Ш‘‘ Л.¥
pm гт при 419.5' С и 11 мм
piя оя, прн 600е С Твердость
по Бринсллю для литого цип-
ка составляет 30,1 лГімм1
Как следует из рассмот¬
рения диаграммы фазового
равновесия медь — аник (см.
рнс. 142). однофазная струк¬
тура в сплавах сохраняется
до 39% содержания иннка. Сплавы с болыимм содержанием цинка
образуют сначала два твердых раствора-(а т Р> и затем твердый
раствор-РИзменение фазового состава еллацоа суцествеиио сказывается
N иа изменении их физических и механических свойств. Наибольшей
пластичностью характеризуются однофазные сплавыВ табл 63 приведены данные, характеризуют* зависимость
ме*аиическнх свойств сплавов медь — цинк от гоаермяния в струк¬
туре фазы-a при литы* в песиние формы (по А. И Мэрфи).Найдено несколько удачных сочетаний содержания цмика и
олова в оловянных бронзах, при которых достигаются наилуч-
шпе литейние и фмзнко-мехаимчеекме свойства Примером та¬
кого сочетания являются оронзы, содержащие окаю Ь\ олова
и 3^4 циика. а также по 5% олооа н цинка Эти сплавы
широко используют в качестве антифрикционных н конструк¬
ционны!.ШгттРіс 151 Влжниг озоы и гм«н
М<АЬ — озоао им !«(•*• тгр «Лриоымла
усілої*их раїмми
“ЯГГvStМшёпкн mkmгф<4ал орочшосп
кГ/ям*еа,з1002Wвз5585м28,в5959627382,25в64ел693055Т258.25536,9506056,91441,727№Н*045,в..106Вляянке цинка благоприятно сказывается на повышении гер¬
метичности бронзовых отлнвок прн содержании его 2 -ь 3% в тон¬
ких сечениях N до 3% в толстых сечениях. Цинк повышает корро¬
зионную стойкость оловянных бронз в морской воде. В оглнвках
паровой арматуры он желателен в количество зо 20/о.цинк в мвяснмоетн от комцеитряаяя мои в
цинк*. Цифры у кривых мокаэыяякгг знячеквя
предела прочности прв растяжеики (лктъе в
коявль, Д. Хаиеен)Цннк в количестве jo 3% несколько повышает прочность и плв-
чтнчностъ сплавов медь — олово — свинец (прн содержании в них
около 8% олова и 12% свинца), что объясняется более равномерным
распределением в них свинца. В то же время в аналогичных спла¬
вах, содержащих меньше олова (5%) и больше евнппа (25%), нали¬
чие 1,5 ■+■ 2,0% пинка приводит к ухудшению распределения свинца.
На рнс. 152 представлена установленная для литья в кокиль зави¬
симость предела прочности прн растяжении сплавов медь — олово-КВ
цинк Рис. 153 иллюстрирует влияние аника ма характер обра»
еакия усадочных раковин а сплавах медь — цмикАлюминий Алюминий является одним из компонентов
значительного »л>ичоства медных сплавовНаибольшее применение имеют сплавы, образующие твердый
рветвор-а (см. рис. 143).Сплавы мі-** — алюминий характеризуются малым интервалом
кристаллизации я. как следствие этого, более высокой, чем другие
медные сплавы, однородно
ctvjo свойств в разных сече-
ийях Алюминий в медных
сплавах увеличивает их проч¬
ность бед уменьшения пла¬
стичности до содержания а
$•> Большее содержание
алюминия в сплаве приводит
к сметному ухудшению пла
ЯРГ*^"^М	стичносте Все промышлен¬ные алюминиевые Дроиды
склонны к обрадоынию гру¬
бой столбчатой структуры.
Полому их используют, при¬
меняя в качестве третьего ком¬
понента железо, которое в
количестве до І % благопри¬
ятно влияет иа них.Структура сплавов медь —
алюминий может быть также
улучшена и при модифициро¬
вании бором (до0.02% В), ио-*< 153 а,		ямблс.и>>.. ииовиеэв. воли**-ИШ - Dm 01 itpurvp ол*.w* Сдо 0.10%) ИЛИ ванадием.)£моч«м< р»н.,о«в	Алюминий повышает так-же износостойкость. жаро¬
прочность. сопротивление кавитационному разрушению медных
сплавов н улучшает их антикоррозионные свойства.Он является одним из основных компонентов бронз, используе¬
мых для ответственных изделий в судостроении (гребиые винты,
госстерни и т. п.). Некоторое сплавы медь алюмпиий — железо
отличаются хорошими антифрикционными свойствамиКроме сплавов медь - алюминий — железо, для лкть* исполь¬
зуются сплавы мель — алюмнннД — марганец, характеризующиеся
огьоситглкно высокими механическими свойствами и пластичиостыо.
Наиболее высокая пластичность этих сплавов достигается при со¬
ставе. удоьлстворяюігіем отношениюfitгпІІг - а ' о.г IV. Мп|.
Среди аминов, удовлетворяющих атому отношению, наиболее
пластичны содержащие Я и 12°п Мп. Алюминий повышает также и
механические свойства свшщопистых бронз. Однако в них он может
визвоть увеличение ликвации свинца.В оловянных бронзах ивод в них ноете раскисления- фосфором
около 0,1% алюминия способствует уменьшению опасности образо¬
вания пористости в отливках.Добавка алюминия в количество до 0,35% к простым и содер¬
жащим специальные примеси р-латуням приводит к повышению
прочности и удлинения. Прн содержании алюминия, большем,
чем 0,35%, прочность продолжает возрастать, но пластичность по*
ннжается. Наиболее прочные латуни содержат I 2,5% алюминия.
Сплавы, содержащие окаю 5% алюминии, образуют группу высо¬
копрочных латуней.Лучшая обрабатываемость резанием наблюдается в а-латукях
прн содержании алюминия до 2 -г- 3% и ло 0.35% в ^-латунях.Алюминий повышает коррозионную стойкость лнтых деталей из
обычной латуни. В марганцевоевнниовнетых латунях алюминий
в количестве 0,2 ■+■ 0.5% улучшает литейные свойства, уменьшает
прн ллавхе испарение цинка и повышает механические свойстве.Повышение содержания алюминия до 1,5 ■+• 1.6% в кремнистых
и крсмяистосвинцоенстых латунях приводит к улучшению механи¬
ческих я литейных свойств. В литейных сплавах медь — никель
алюминий считается нежелательной примесью из-за увеличения
склонности сплавов к образованию плён и окислов.Свинец. Свинец является основой антифрикционных спла-
dob для заливки подшипников (баббитов). Кроме того, он исполь¬
зуется в качестве второго, третьего и т. д. компонента в бронзах и
латунях.Двойная система медь — свинец (см. рнс. 146) характеризуется
ограниченной растворимостью свинца в меди.Свмрмаи*JtawTN. К1
111іІфде.І ^«чшитиOTRK.ntJtl»*еаамІгТ.™'"*’yuainn, *». Kt/Mjfi10019,532,0ais0010as4,731,57030їв5.05050М3.023.030704.215,010002421.07,101001,44Z0*,2В табл. 64 приведены данные, характеризующие влияние свинце
не изменение основных показателей механических свойств елланов
чса». • свиней Как следует hj прицеленных в зюй таблице данных,
по мере увеличения в сплавах концентрации соннца прочность
сплавов ухудшается. Относительное удлинение сначала понижается,
а затем при высоком содержании свинца увеличивается.В многокомпонентных сплавах на основе меди свинец повышает
антифрикционные свойства и улучшает жндкотекучесть.При определенных концентрациях свинца и оловянных бронзах
повышаются плотность и герметичность изготовленных 113 них от¬
ливок. Оптимальным содержанием свинца для достижения наиболь¬
шей плотности прн различном содержании олова можно считать
отношенияслово _ 0_. 3. 5. Т_
csHHfu 11,5* Я ’ 8,5* 5 'Свинец улучшает обрабатываемость латуней режущим инстру¬
ментом.Кремний. Максимальная растворимость кремния з меди
наблюдается нрн 726 * 7Ь2 С и составляет 6.7%. Прн обычных
температурах в меди растворяется 3,9% кремния.По мере повышения содержания кремния ло 3% в сплавах иедь —
кремний заметно увеличивается прочность без снижения пластич¬
ности, При дальнейшем повышении содержания кремния заметно
ухудшается пластичность н повышается твердость.На основе меди с кремнием и меди с кремнием и марганцем
разработаны кремнистые и кремнсмарганцевнстыс бронзы. Послед*
мне обладаюг высокой коррозионной устойчивостью в атмосфере,
в растворах органических н минеральных солей и кислот, в морской
воде, хлористых соединениях И Т. II.Кремннй в количестве 0.035 *■ 0,07% оказывает положительное
влияние на повышение механических свойств оловянных бронз.
В определенной группе многокомпонентных оловянных бронз су¬
ществует критическое содержание кремния, ири котором обра¬
зуется легкоплавкая фаэя-6.В сплавах медь — никель кремннй при содержании до 0,25%
повышает плотность отливок. При более высоком содержании крем¬
ния прочность таких сплавов повышается с одновременным замет¬
ным понижением пластичности.В латунях, начиная с 2°h. кремннй способствует образованию и
увеличению фаэы-р. Прн 5% кремния структура латуни состоит
почти целиком из фаэы-р. Прн содержании кремния в 6%. кроме
фаэы-р, и структуре появляется фаза-у.На основе мели, цннка. кремния и свинца разработаны крем¬
нистые латуни, характеризующиеся хорошими механическими и
литейными свойствами. Эгн латуни с успехом используют в качестве
заменителей оловянных бронз для изготовления лнгой арматуры,
шестерен, деталей судов и арматуры, подвергающейся действию
морской воды. Кремнистая латунь со свинцом характеризуется108
хорошіїмїї антифрикционными свойствами и используется для из¬
готовления литых подшипников и втулок.Фосфор. Фосфор является интенсивным раскислнтелем при
производстве медных сплавов. Кроме этого, он используется в ка¬
честве одного из основных компо¬
нентов группы многокомпонент¬
ных, фосфористых н олпвяннофос-
форнстых бронз. Фскфор истые брон
эы больше других склонны к по
глощенню водорода.На рлс. 154 представлена завн
симость механических свойств оло
вянных бронэ от содержания фос
фора.Как следует нз рнс. 154. по мере
повышения содержания фосфора
значительно увеличиваются проч¬
ность и твердость н уменьшается
относительное удлинение.Марганец. Марганец ис¬
пользуют в качестве одного нз
основных элементов при производ¬
стве отливок нз многокомпонент¬
ных бронэ м латуней. Медноцннхо-
выесплавы, содержащие 1+5%Мп,
получили широкое распростране¬
ние благодаря высоким механи¬
ческим свойствам, повышенной кор¬
розионной устойчивости, хорошей
жаростойкости и антнфрнкннонно-
сти. Марганцевосаинцовистые ла¬
туни в ряде случаев являются
хорошими заменителями оловян¬
ных бронз.Марганцовистые латуни являют¬
ся сплавами с узким интервалом
кристаллизации н склонны к об¬
разованию концентрированных уса- р«твж™«"л>'їі£<^я"оти^м.!м»
лочных роковни.	.V.JSTbS-TJKДля изготовления гребных ВИН- •»> ппкоымит могмнтмано ««*••
ТОВ весом ДО 50 m С успехом НС-	и*'пользуют медные сплавы, содер-	""жащне 8.5 9,5% .Чп и 8 + 9% АІс небольшими добавками железа и никеля. Эти сплавы имеют
температуру плавления около 960° С, характеризуются хорошей
пластичностью (относительное удлинение 40 +• 20%) и высокой проч»
ностью. Их предел прочности при растяжения прн литье в песчаныеОропэ (лить* а кокиль. Д. Хансен)'
формы составляет 55 + 70 кГ ««' Структура и* состоит нз аеух
фаз (а 4- эвтектоил).Термической обработкой структура нх и соответственно свойства
могут регулироваться в значительных пределах. Отливкн из рас¬
сматриваемых сплавов хорошо свариваются, имеют равномерные
свойства в различных сечениях, хорошо противостоят коррозии н
кэвитапни.Железо. В оловянных бронзах железо ухудшает пластич¬
ность. По этой причине оно относится к числу нежелательных при-
месеА н его содержанке стандартами разных страх ограничивается
0,05 + 0.5%.Отрицательно сказывается влияние железа ка антифрикцион¬
ных свойствах свинцовистых бронз.В алюминиевых и ннкельалюмнкневых бронзах железо является
желательным компонентом и присутствует в количестве до 5,54.В некоторых мелпых сплавах (напрниер, ыедь ~ алюминий)
железо совместно с бором и другими элементами оказывает модифи¬
цирующее действие. В латунях железо, как правило, относится
к нежелательным примесям, н его количество в зависимости от марки
латуни ограничивается 0,1 + 0,8“і.X р о ы. В качестве второго компонента в медных сплавах хром
стели применять сравнительно недавно. Его использование вызвано
тек, что большинство других элементов в сплавах с мелью резко
снижают ее электропроводность Среди обычных медных сплввов
наибольшей электропроводностью обладают латуни. Но они могут
работать только до температуры не более 150° С. Развитие новых
областей техники потребовало производства изделий нз медных
сплавов с электропроводностью, мало отличающейся от электро¬
проводности чистой мели, способных сохранять свои свойства нрн
высоких температурах. Хром относится к числу таких элементов.
Он в сплавах с медью обеспечивает нх высокую электропроводность
и одновременно с этни улучшает механическую прочность и жаро¬
прочность.Прочностные н электрические свойства сплавов медь — крои
заметно улучшаются термической обработкой. При нормальной
температуре в медн в растворенном состоянии может быть около
0,05% Сг. После закалки в твердом растворе может удержаться до
0,7% Сг. Для хромовых бронз применяют закалку с температуры
1000е С в холодной воде с последующим старением при температуре
400 450е С не менее 4 ч. Прн этом обеспечиваются высокие н ста*
бкльные электропроводность н твердость (электропроводность со¬
ставляет до 90 ■+■ 93% электропроводности чнеггой меди). Закален*
лыс меднохромооыс сплавы со временем ухултняют Г ПОИ СВОЙ*
ства.Сплавы медь — хром, содержащие 0.07% хрома, стабильно
сохраняют свои свойства до температуры 600' С, а при 0,0015 +
+ 0,034 Сг до 400° С.»|»
Производство отлнвок из сплавов мель — хром из-за высокой
склонности этих сплавов к образованию газовой пористости связано
со значительными трудностями. Для предупреждения образования
газовой пористости сплавы медь — хром сначала раскисляют не
большими количествами фосфористой меди, а затеч лнтнем н бо
рхдоы кальция.Сплавы медь — хром с успехом применяют для изготовления
деталей сварочной аппаратуры, электрододержателей и т. п. Прн
содержании 0,5 + 0,8% Сг н посіє упрочняющей термической об¬
работки могут быть получены следующие показатели свойств:Предел прочности при рігтяжеиип, кГ/мм’	33-5 40Тверіость по Брннеллп, кПмм*		90+110Относительное удлинение, 		IO+-19Злекіропроводіюсть прн 20* С (по сравне¬
на» е чистой медью), %		S0Теплопроводность (по сравнение с чистийиекьв), •/«		85Никель. Кроме использования в качестве основы специаль¬
ных никелевых сплавов, никель широко используется в качестве
одного нз главных н вспомогательных компонентов в сплавах
с медью. В никелевы! бронзах и мельхиорах содержание никеля
доводят до 30%. В ннкельалюмннневых бронзах его содержанке
может превышать 10 ■+■ 124. В сплавах медь — никель — цннк
(так называемые нейгшльберы) содержание никеля превышает 20%.
Никель вводится а тех нлн иных количествах в латуни и бронзы
разных типов.Двойные сплавы медь — никель (никелевые бронзы) содержат
около 30% никеля. Онн отличаются высокой коррозионной стой¬
костью.Сплавы медь — никель — цннк (нейзильберу) также характе¬
ризуются высокой коррозионной устойчивостью и широко приме¬
няются в качесгпе декоративных. Цист этих сплавов в зависимости
от состава может быть красным, желтым, розовым, желтоватым,
зеленоватым, белым н серым. Прн содержании никеля более 20%
эти сплавы отличаются очень высокой коррозионной стойкостью
в морской воде, промышленной атмосфере и т. п.В латунях никель не оказывает заметного влияния на механиче¬
ские свойства. но заметно повышает нх коррозионную н кавитацион¬
ную стойкость в морской поде и замедляет процессы обесцинковання.
Латуни, легированные никелем и используемые в судостроении,
часто называют морскими.Многокомпонентные никелевые бронзы, содержащие около 12%
никеля, алюминий н ияргянец. имеют структуру твердого растоора-u
и, кроме высокой коррозионной стойкости в морской воде, харак¬
теризуются высокой прочностью (предел прочности прн растяже¬
нии 56 + 65 кГ/мм*), твердостью (152 + 190 кГ/ммъ по Бринеллю)
и вязкостью (относительное удлинение до 30%).Ш
Днсперснонно-упрочняемые сплавы медь — никель — кремний
иене* чувствительны к изменению свойств в разных сечениях.Положительное влияние оказывает никель к на своПства обыч¬
ных бронз, содержащих олово, цинк и свиней.Присутствие никеля в этих бронзах немного повышает темпера*
туру ликвидуса, улучшает их антифрикционные свойства, повышает
прочность, улучшает распределение свинца н увеличивает плотность
отливок.Мышьяк. В обычных модных сплавах мышьяк может при¬
сутствовать в количествах до 0,15 ■+■ 0,20%, В связи с тем. что
в таких количествах он не оказывает заметного влияния на свойства
обычных бронз я латуней, в большинстве стандартов различных
стран его предельное количество не регламентируется. D некото¬
рых странах в бронзах н латунях допускается наличие примеси
мышьяка до 0,15 -+• 0,2%. В сплаве с медью мышьяк образует твер¬
дый раствор до содержанки его 7,2 -ь 7,8V Прн 7,8ач мышьяка
образуется эвтектика нз твердого растворя я и соединения CujAs
с температурой плавлення 680" С. Со свинцом мышьяк образует
эвтектику с температурой плавлення в 268° С при его содержании
в 3.0*6.В сплавах мель — свинец мышьяк в количестве до 3 +■ 4?о по-
выишет механические свойства сплавов (прочность и пластичность).
В определенных условиях благоприятным является влияние
мышьяка в сплавах медь — свинец — марганец. На основе этого
разработаны сплавы медь - свинец — марганец — мміш>як.Сурьма. Сурьма может быть использована в качестве вто¬
рого илн третьего компонента в специальных сурьмянистых брон
зах. которые в определенных условиях являются заменителями
фосфористых бронз прн отливке фрикционных и зубчатых колес,
шестерен и тяжело нагруженных вкладышей подшипников станков
и электромоторов.Сплавы медь — сурьма улучшаются дополнительными элемен¬
тами, чаще всего никелем.В производстве отливок применяют двойные и тройпме сплавы:
медь — сурьма н мель - сурьма — никель. В большинстве других
медных сплавов сурьма считается нежелательной прнмесью и ее
содержание ограничивается максимумом от 0,02 до 0,5?...Висмут. Висмут относится к числу примесей медных спла¬
вов. понижающих их прочность н пластичность. Его отрицательное
влияние заметнее сказывается в сочетании с другими элементами.
Обычно оно заметно при превышении содержания висмута боле?
0,1%, в в некоторых случаях н при значительно меньшем его со¬
держанииБериллий, титан, кобальт, вольфрам, мо¬
либден, ванадий, кадмий, ниобий, цирко¬
ний, бор, теллур. Перечисленные элементы используются
прн изготовлении отлнвок мз медных сплавов в качестве основных311
компонентов (бериллий, титан, кадмий н др.) сплавов или для «о
днфкинровзння п мнкролегнроигшня ЫСЛИ 11.1(1 ее сплавов.Сплавы медь — бериллий (содержащие от 0,25 до 2.85% Be) н
ыедь —титан отличаются высокой коррозионной стойкостью. Сплавы
ыедь — кадмий (содержащие от 0,6 до 1,0% Cd) к ыедь —теллур
(содержащие от 0,3 до 0,7% Те) иногда применяют для производства
отливок,с высокой электропроводностью и стойкостью против кор¬
розии. Они характеризуются хорошей обрабатываемостью к ста*
бнльностыо свойств до температуры около 3501 С. Бернллиевые
бронзы часто используют при литье большой группы отливок по
выпламяеиым моделям. Сплавы медь — кобальт — бериллий ха¬
рактеризуются высокой прочностью и удовлетворительной пла¬
стичностью..Модифицирование структуры медных сплавоа молибденом, кно-
бием, вольфрамом нлн ванадием (около 0,1%) дает определенный
эффект. Оловянные бронзы могут быть модифицированы небольшими
количествами титана, ванадия, ниобия, циркония или железа.
Лучшие результаты наблюдаются прн одновременном введении
одного из перечисленных элементов совместно с бором, который
самостоятельно не оказывает модифицирующего действия. Алюми¬
ниевые бронзы успешно модифицируются одним бором при введе*
нлн его в виде медной лигатуры в количестве около 0,024.s V-В, НЕКОТОРЫЕ ОСОБЕННОСТИ ЛИТЕЙНЫХ СВОЙСТВХарактер кристаллизации. В табл. 65 приведены
данные, характеризующие величину интервала кристаллизации
различных медных сплавов. Как видно из таблицы, они делятся
на две различные группы с широким интервалом, составляющим
около 140 + 170“ С, н с узким — от 8 до 20“ С. Среднее место
между ними занимает кремнистая латунь, у которой интервал
кристаллизации 96° С.■ I •гН ■пр. ос 10-10Кр. OU 8-4	88 8 4 • — I —Ьр. OUC 5-5-6	85((сйэидьбгр .	64ЛК 81-4 :	81,'1АЖ 58-1-1 1	SSЬр. АЖ І0-І :	№)Производство отливок нз сплавов с большим (широким) интер¬
валом кристаллизации связано с опасностью получения рассеян¬
ной усадочной пористости. В отличне от нлх в сплавах с узким нн-
термлом кристаллизации образуются сосредоточенные усддочмыа
ракоанны.Сплавы на медной осново мало склонны к образованию горячих
трещин. Но нэ рассматриваемых двух групп в отливках с широким
интервалом кристаллизации при резком охлаждении трещины об¬
разуются чаше. Поэтому прн литье в металлические формы их
используют реже.В тон случае, когда в сплавах с большим интервалом кристал¬
лизации основная масса кристаллов образуется вблизи температуры
солндусв, они по склонности к образованию пористости мало отли¬
чаются от сплавов с узким интервалом кристаллизации.Гзэопо глощем не. Газовая пористость в медных спла¬
вах может быть вызвана как восстановительными, так н окислитель¬
ными газами. Так, в сплавах медь — олово, медь — олово — сви¬
нец причиной пористости могут біль водород, кислород, водяной
пар, углекислый и сернистый газы.В сплавах ыедн с элементам?, обладающими большим сродством
к кислороду (алюминием, кремнием, цинком), газовая пористость
вызывается только восстановительными газами. Наличие газов
в медных сплавах сильно снижает их механические свойства и гер¬
метичность отлнвок.Развитие пористости в отливках прн данном содержании газов
зависит от скорости и характера затиердевания. Прн большой ско¬
рости значительное количество газа может остаться в пересыщенном
твердом растворе. В этом случае свойства сплава заметно не ме¬
няются. При заливке в песчаные формы и в толстых сечениях отли¬
вок газовая пористость наблюдается чаше.В сплавах с узким интервалом кристаллизации в отличие от
сплавов с широким интервалом газопые пороки образуются в форме
крупных газовых пузырей, нэолнрованлых друг от друга.В сплавах с большим интервалом кристаллизации, склонных
к образованию усадочной пористости, развитие последней усили¬
вается выделяющимся нз расплава водородом.Латуни, содержащие высокий процент цинка, надежно защи¬
щаются нм от насышення водородом.Большинство латуней не подвержено опасности образования
газовой пористости. Мало склонны к образованию газовой пори¬
стости (из-за кислорода) и алюминиевые бронзы. Но наличие в них
водорода может быть причиной значительного развития пористости.Подобно алюминиевым бронзам водородной пористости подвер¬
жены кремнистые бронзы. Большой склонностью к поглощению
водорода обладают и фосфористые бронзы.Для предупреждения образования гаэоаой пористости медные
сплавы подвергают раскислению, продувке нейтральными газами;
аакуумнровакню и др.ликвация. В медных сплавах, содержвщих большое ко¬
личество свинца, может иметь место ликвация свинца, так какJI4
в системе медь — свинец (см рнс. Ив) имеется широкая область
расслоения мели я свницд.Ликвация свнкоа может быть предупреждена очень быстрым
охлаждением.Неметаллические включення. Прн производстве
отлнвох нэ некоторых мелных сплавов (напрныер, латуней, алюми¬
ниевых бронэ и ар.) есть опасность образования окнсыых включений.
Для предупреждения нх попадания в полость формы должны біт
предусмотрены соответствующие технологические мероприятие (тор¬
мозящие и фильтрующие литниковые системы, устройство зумпфов
н шлакоулавлнвателей, спокойный подвод жидкого металла в формы
U т. о.).6	V-6. 0ТЛИ8КИ ИЗ МЕДИОтливки нз меди используют в тех случаях, когда требуется
прн больших плотностях тока высокая тепло- или электропровод¬
ность.В настоящее время нэ медн производят отливки сложной конфи¬
гурации и большого веса (например, детали распределительных
устройств и различных электроустановок).Для получения высокой электропроводности все медные отливки,
в том числе и производимые только нз чистой электролитической
медн, подвергают отжигу.Свіерш... .«.«.о., яМишачих* емістмЭмктропромшюст» ■ %ciJNUpuioio обргаа.
іф'дс<ал.ітшм<> совойасаую ирлвдосупрмм ороч>'"f/S*4-п>»
пі 1ие.е99.096.099.097.097.097.0Рэскислщелн
1,0 Cd
0,3+0,7 Ре
0,4+0,Я О
2,6 Со
0,4 Вс
2.5 Со
0,.r) SI
1,75+2,0 Вс
Си, Ni85-J-90
&V+90
®>+К5
^ 805 4Ь
5? 40
20*3515*Цв24,6эмW.I53.41WH-120ІЛ4.74,в2ІЛоО.в42,977+95252545IS10tol+зПрн изготовлении медных отливок следует особое внимание
обращать ка чистоту исходных материалов, тан как загрязнение нх
даже незначительным количеством примесей резко понижает элек¬
тропроводность.В тайл. 66 припрдрны состав и свойства применяемой для изго¬
товления отлнвох мели с cooTBtTc і в уют ими добавками. Лучшими
литейными свойствами нз сплавов, приведенных в табл. 66, обл^->16
дает сплав меди с 2,5% Со н 0,54 Si. Медь с добавкой теллура от¬
личается высокой стойкостью против корроэян, хорошей обрабаты¬
ваемостью н стабильной твердостью до температуры около 350' С.
Отлнвкн нз медн с добавкой хроыа сохраняют свои свойства до тем¬
пературы около 4509 С.Медь с добавкой бериллия и кобальта также сохраняет свои
свойства при высоких температурах, но получение иэ нее годных
отливок сопряжено с большими трудностями.| V-7. БРОНЗЫ ДЛЯ ОТЛИВОКОловянные бронзы. По действующему в СССР стан¬
дарту (ГОСТ 613—65) к оловянным бронзам относят миогокомпонеігг-Таб-іиаі 41М.».»»'.»'СМІІПІМіра*CaetefкГ/мм*%tetjiotn*Пмя*n ««е*Бр. OUCH0 аеиіюIS60Арвітурл, работав¬
шая в норсксф N
пр?гной поде, мас*
л»х R других слабо
коррозионных сре¬
ди,я іакшсподдів
леннг м до 2S кГіСм’:
антифрикционные
деталиВ кокиль2160Бр. OUCВ afMJtt18НGOАрматура, работаю¬
щая ■ лресноП soar
н tupai под миле-
нигм до 25wioВ кокиль2160(может быть НС*
пользована ллн »н-
тнфршщиинкмх де-
TMtfl)Бр. OUCВ ЭСЫЛП166“s-wВ кокиль>860АнтифрикционныеБр. OUC
4-4-17в „„„IS5.Бр. OUCВ эеялв15ОАмтнфрнкциомныс дс-
•і:3,5-7 5L) КУЬМ4ЬIS4
311
ные сплавы на медной основ*, содержащие олово, иннк. свннсц и
другие металлы.Маркировка и химический состав бронз для отлнеок приведены
в табл. 67, а в табл. 68 указаны требуемые стандартом механические
свойства и примерное назначение различных морок бронз.I t J j ■> ц і ПСпособn«o'iJ н?«"тгкяї.."“та?*Бр. АМц 9-2ЛВ кпхн.іь4020воЬр. АМп 10-2В s«H.tk> и5012поЬр. АЖМЛВ землю и401010050100Бр. АЖМц 104-1,5В кокильМ120lip. АЖС 7-1,5-1,5В э*м.щ>30ISБр. АЖН 10-4-4ЛВ кокильвоь170Бр. АЖН ll-6-бВ землв н00г250Бр. СЮВ кокиль0425Ьр СИ 90-7.5В lOKHJb3514Линейная усадка оловянных бронз, используемых для фасонных*
отливок, в зависимости от состава колеблется в пределах 1.25, —1.6%.Оловянные бронзы других марок, не охватываемых стандартом,
используют редко.Беэоловяикые бронзы. К безолооянныы бронзам
согласно ГОСТ 493—54 относят все бронзы, не содержащие олово.
Маркировка и химический состав беэоловянных бронз, используе¬
мых лля изготовления фасонных отлнвок, приведены в табл. 69.
а в тайл. 70 указаны предъявляемые к этим бронзам требования по
механическим свойствам.Беэоловянные бронзы применяют для изготовления различной
арматури, зубчатых колес н аенцов, корпусов, вкладышей втулок,
подшипников и пр. Бронзы с высоким содержанием свинца исполь¬
зуют для залнвкн вкладышей подшипников.Беэоловянные бронзы ичеют хорошую жндкотекучесть, ко усадка
их, как правило, превышает усадку оловянных бронз {линейная
усадка составляет от 2,3 до 2,5%).9 V-8. ЛАТУНИ ДЛЯ ОТЯИВОНСогласно действующему в СССР стандарту (ГОСТ 1019—47)
фасонные отлнвкн производят из 10 марок литейных латуней. Хн-
мический состав, мсханнческнс свойства н примерное назначение
отдельных марок латунн приведены в табл. 71 и 72.319
T I « 1 И П I »M«fuПр**..
првчпосіп
при расиГ/дїж»JSE.Ифнигріют шачитне ■»с»ЛА 67-Ї.û кошіль411ІЗКоррлзпоішосюНкнс UI.1IIN-В нссчалу»
форму'»12П VORH.ll»СіГіГаПмп, uirritniiuc чорсяч-
ішс аннім Дія тдшеамхусиовай работы *ЛАЖ Muсе-ф.а-2В песчануюформ) '
Цгіііробгкнці.JL7017ЛАЖСО-І-ІЛВ кокиль4ЯI»Арматура, втулки, подіили-В оесчлиую
форму38.ЛК ЫМЛВ ноешьЗО15Лита* арматура, детали,В пссчліув
форму■2510лоїасрглющмегя дсЛстянюлкс во-з-зВ КОКИЛЬЗО15Литые nUJIUKni’UKlI, стулкиВ пссчанув
форму35ЛМиС68-2-2В кожи»35вIIoJUJIIIIHHKH, atVlHII II Дру¬П 0ЄСЧЗНТЮформу»10гие аитифрнкішоїінис ОТ¬
ЛИВКИЛМи ОС
SM-2-2В SOKllJbЗО4ШестерниВ песчаную
формузовЛМц ЖВ КОКИЛЬ5010Нсслошше отдпвкм ответ-
стмнноги назначения дляS5-4-1В песчаную
форму4515работающие арм темпера¬
туре до 300* СЛМи Ж
52-4-1В песчаную
форму»15Авнадстаяи, несущие сило¬
ну» нагрузку, в армму-
раЛС 59-ІЛЦентробежный2020Иту41Ш All піармоподаип-
ншов п др.11 Латсаим (ніш	331
Из перечислении* о. табл. 72 марок латуней наилучшимн ли¬
тейными свойствами характеризуется кремнистая латунь. Жидко-
гекучесть этой латуни превосходит жндкотекучесть оловянных
Зронэ В отличие от них она не склонна к образованию пористости.
При отливке в металлические форми н центробежном лнгье проч¬
ность н относительное удлинение этой латуни в 1,5 +■ 2,0 раза пре¬
вышает требования стандарта.Креыннстосйннцовая латунь а ряде случаев является полноцен¬
ным заменителем оловянной бронзы Бр. ОЦС 5-5-5 для высоко-
нагруженных подшипников, работающих со смазкой.Стоимость литых изделий нз кремнистых латуней значительно
ниже стоимости изделий ю ОЛОВЯННЫХ бронз.
ГЛАВА ШЕСТАЯНИНЕЛЬ И ЕГО СПЛАВЫ| VI-1. СВОЙСТВА НИКЕЛЯНикель — металл серебристо-белого цвета со слабо уловимым
коричневым оттенком, Плотность 8,7+8,9 г/см*, температура плав¬
ления 1452" С; температура кнпення около 3000е С. Имеет кубиче¬
скую грансцентрнрованную структуру с постоянной решеткой
о — 3,517 А и междуатоыным расстоянием Ь =*• 2,486 А. Прн 340+
+ 360е С претерпевает превращение, сопровождающееся изменением
магнитных свойств; ниже этой температуры никель ферромагнитен,
а выше — слабо парамагнитен.Механические свойства никеля зависят от чистоты и предше¬
ствовавшей обработки. По химическим свойствам он близок к же¬
лезу и кобальту н откосится к числу влементов, образующих в ток
или иной комбинации с другими современные жаропрочные и хими¬
чески стойкие сплавы, применяемые в авиационной технике, хими¬
ческой промышленности н в других областях техники.Скорость корроэнн никелевых сплавов в воде, щелочах н многих
органических кислотах ничтожна и составляет лишь 0,0013+
+0,0025 мм в год. Технически чистый или с малыми добавками
никель не токсичен, не разрушает витаминов и потому широко
используется в пищевой промышленности.Технически чистый ннкель (99,5%) успешно применяют для
изготовления слитков и заготовок, используемых для последующей
переработки. Для фасонного литья он используется редко иэ-эа
неудовлетворительных литейных свойств. Добавки к никелю ЯС'
больших количеств кремния, углерода, марганца и других элемен¬
тов значительно улучшают его литейные свойства, не оказывая за¬
метного влияния на коррозионные и некоторые другие свойства.Обычно для фасонного литья используют никель с добавкой сле¬
дующих элементов (в %): SI 1,0+2,0; Мп 1,0 + 1,5; С не болге 0,3;
S не более 0,03; Mg 0,08+0,10; Fe не более 1,0 и Си не более 0,3.Ннже приводятся некоторые показатели механических н других
свойств, полученные на образцах, вырезанных нз отлнтых в песча¬
ные формы чягтовок:Предел прочиосін прн растяжении,кГ’ММ»	 38+44Относительное удлинение,0,'»	 lO-f-ЭОзім
Т»ера«ть по Сринед.ііо, кГ/мм'		100+125ЛингПііаи усадка, %	 1,95Интереса іриста.кизаііни, *С	]430+1360Температура эалиахн, *С	ISUH-I600Модул». ynpjrwrii прн рїстнжі'ііті,кі;см‘		2,1 • in'Модуль упругоетн при кру 'іоннн, к/'їсм1	7,75- Ю‘Никелевые отлнвкн сильно магнитны. Прочность к твердость
никеля я отливок из него значительно повышаются с понижением
температуры пижс 0е С без заметного уменьшения пластичности н
ударной вязкости. Это явление противоположно свойствам сплавов
на основе железа и других элементов и выгодно отличает от шід
отлнвкн из никеля.g VI-2. ВЛИЯНИЕ ЭЛЕМЕНТОВУглерод. Углерод в небольших количествах (0,10+0.30%)
является хорошим раскислителем никеля к его сплавов. С шекелем
углерод образует прн 1318W С эвтектику, содержащую 2,22% С
До тех пор пока углерод является раскислит ел ем к не выделяется
в виде графита, он повышает прочность и пластичность никеля и его
сплавов. Тогда, когда углерод выделяется в виде графнта, он рас*
полагается преимущественно по границам зерен и заметно понижает
прочность и пластичность Во многих никелевых сплавах содержа¬
ние углероде до 0,05+0,1% является желательным.Ссра я магний. Незначительное количество сери может
находиться в никеле в твердом растворе. Даже небольшое коли¬
чество серы (около 0,005%) уже заметно сказывается па ухудшении
пластнчностп никеля. С никелем сера образует хрупкую и легко*
плввкую эвтектику Ni — NijS, с температурой плавления 644е С
Эта эвтектика выделяется по границам зерен, нарушает синэь
между ними н вызывает повышенную хрупкость, которая наблю¬
дается как а нсрзскисленном. так и в раскисленном углеродом ни¬
келе.Хрупкость никеля к его сплавов, вызванная 0,002 + 0,005% S,
может быть парализована добавками в сплав 0,03+0,1% Mg, Са,
Be, а также Ті d количестве 0,1 + 1,0%.В некоторых сплавах никеля (например, в момель-металле) на¬
личие 0,1% Mg допускает без ухудшения свойств сплава присут¬
ствие до 0,08% S (если содержание С прн этом не превышает 0,20%).
Свойстве такого сплава идентичны свойствам сплава без серы и
магния. С вводом в сплав магння значительно повышаются предел
прочности нрн растяжении, относительное удлинение к ударная
вязкость. Твердость сплава прн лом понижается По мере повыше¬
ния в сплаве содержания углерода (0,4+0,5%) эффективность
действия магння понижается,
m
<; и и и e u, висмут, сурьма, мышьяк, фосфор,
н и с л о р о л. Все перечисленные элементы оказывают в разной
■ н-нгнн иреднос влияние иа сиойства никеля и его сплавов.• .Пимен и висмут практически нерастворимы я никеле. При со*
л''|>Ж(1мнн их более 0.002-4-0.005% (каждого) у никелевых сплавов
•ничшелыю снижается пластичность при повышенных температу¬
ра,Млмянне этих элементов в меньшей мерс сказывается при работе
шлнпок в условиях обычных температур, ло н здесь отмечается
'лічітпое ухудшение прочности и пластичности.В некоторых никелевых сплавах вредное вликпне свинца может
быть нейтрализовано небольшими добавками циркония (около
0,05 + 0,60%), который, помимо этого, увеличивает также н плот¬
ность отливок.Сурьма и мышьяк резко ухудшают пластичность нлкеля к егосплавов.Фосфор понижает механические, физические и технологически»
свонстиа никеля и его сплавов.Кислород с никелем образует эвтектику Ni — NiO прн содержа¬
нии кислорода 0,236% (нлн 1,1% NiO). плавящуюся прн 1438* С.Прн затвердевании эакнсь никеля выделяется по гранітам зерен
и значктельно повышает хрупкость изделий в холодном состоянии.f Vl-З. СПЛАВЫ НИКЕЛЬ—МЕДЬ, НИНЕЛЬ— МЕДЬ-КРЕМНИЙ И ДР.Применение. Из группы литейных сплавов на основе ни¬
келя н меди наибольшее распространение получил монель-металл.Моиель-металл обладает хорошей коррозионной стойкостью во
многих химических реагентах (в дистиллированной, жесткой, мяг¬
кой, соленой и морской воде, серной кислоте, не содержащей воз¬
духа, прн концентрации 60%, серной кислоте в смеси с воздухом
прн концентрации 5%, в кипящей серной кислоте при концентра¬
ции 20%, плавиковой н органических кислотах, растворах ней¬
тральных и щелочных солей и др.). Кроме этого, моиель-металл
отличается высоким сопротивлением кавитации и ударам в морской
воде.Отливки кэ сплавов никель — медь, никель — медь — кремний
и других применяются в нефте-хнынческом машиностроении для
клапанов, седел клапанов, работающих в воде, нефти и других
химических средах, в пищевом маигнностроелнн и т. л.Составы и свойства. Известно несколько композиций
сплавов на основе инксля и меди с добавкой (нлн без нее) других
элементов.Часто в качестве третьего компонента сплава используют крем¬
ний, который улучшает литейные свойства моиель-металлв, повы¬
шает его прочность, твердость в сопротивление износу.I»
Рис. 165 Зависимость жикогеку-
чести ННВ6Л8 И монелк-нгтила
от тсыпгрлуры аалнахи:(0.1% с.июе яяксль):Рве. І5Ь. JasiiCHUMcn. жндкетеку-
честн и формозаполкяеиоспі мо¬
нель-металла обычного назначения
и с содержанием 3,7% SI от темпе¬
ратуры заливки:чкп кемь • кспада с годеряихагк
іфсаінів 37%; t — форяшпынмааость
моаыь-вег&иа аДмчаого ннипи;
4 — фсфмдеомитостъ ыомл»-к*ти-Для сравнения на рнс. 155 н 156 представлена зависимость жнд*
котекучестк н форыоэалолняемости от температуры для ннкеля к
монель-металла обычногц назначения н ыонель-металла с 3.7% Si.Содержание «маатоа. УНммшшмспама—(рево*.'J„0'"'P"«ра.„„а«Мопеаь-мсіаадобычного63,(448,00,5+1,20Л-1.5До3,0До0,30і0,10Оси.іьв.с 2,75%’si-М.О-МЯ.О2.5+3.00,5+1,5До3.0До
0,1*2Доо,оз0,10Остадьн.Міжель-ммаалс 3.75“/, Si32863.0+6$,0W+5.00,r>+l,5До3,0До0,12До0,03о.юОсіааьи.
Как правило, в монсль-моталле содержится 1 + 2% Si. При содер¬
жании кремния больше Ги монель металл становится немагнитным.Мопель-металл, содержащий кремний, подвержен старению.
Степень получаемого при этом упрочнения зависит от температуры
и содержания кремния. Отливки нз монель-металла, содержащего
1,0+ 1,2% Si. отличаются относительной стабильностью свинств при
температурах 350+450“ С. Такое содержание кремния рекомен¬
дуете* в сплавах для изготовления малонагружеиных отливок.
В тех случаях, когда требуется повышенное сопротивление износу
н эрозии, содержание кремния в сплаве увеличивают.Обычно в ыонсль-мсталлс присутствуют марганец (от 0.5 ло 1,5%)
н железо (до 3°<i), которые не оказывают заметного влияния на его
механические и литейные свойства. Наличие свинца в монель-ме-
талле не допускается.В табл. 73 приведены данные, характеризующие состав н свой¬
ства сплавов никель — медь н никель — медь — кремний.| VI-4. СПЛАВЫ НИКЕЛЬ-МЕДЬ-ОЛОВО И НИКЕЛ> - МЕДЬ -ОЛОВО-
СВИНЕЦПрименение, состав и свойства. Сплавы ни¬
келя рассматриваемого типа относят к бронзам. Бронзы, содержа¬
щие 40+50% Ni, в ряде стран применяют в машиностроении дли
изготовления литых втулок к седел паровых клапанов, корпусов
центробежных насосов, уплотнительных колец, корроэнонно стой¬
ких подшипников н т. п. Эти сплавы характеризуются очень хоро-даг.! isо .«г/—*, с аiU,0-h52,0.2,0+61016,(4-40,08,0+!Гі,08,3&**,80 1270-j-Рабочие кл.ігсінасосої,
корпуса клапанов,
ірОЙІШКИ, IttyJKtt,Отмени, от которых
ір^Аувтся tin п ы (цеп¬
кая твердость, проч¬
ность, пластичность,
износостойкие^ нОі.тнеші, от которых
гргбустся 0'ifHb вы¬
сока» твердость в
НЗІЮСЧСІОЙКІХІЬ (на¬
сосы, клапаны, под¬
шипники сиециаяьно-
(о наэначемня и др.)3-27
idbmh антифрнкционнымп свойствами н стабильностью механиче¬
ских свойсти прн повышенных температурах.Введение ь эти сплавы евпниа еідс больше улучшает их анти¬
фрикционные свойства и делает их практически «нелаедающнмн»
даже прн плохой смаэкс.Отлнаки їв бронзы, содержащей не менее 50% Ni н не Лол ее
5'i Sn, отличаются оысокой устойчивостью в атмосфере пара прн
температуре 350 + 450° С. Олово в -«тих сплавах при такой темпера¬
туре увеличивает нх склонность к старению. Поэтому определенному
содержанию никеля должно соответствовать максимально допусти¬
мое содержание олова. В сплавах, содержащих не мспее 50% Ni,
должно быть соблюдено соотношение ннкелн н олова, равное 10 : 1.Иногда в сплавы рассматриваемого типа с целью повышения
твердости вводится крсмниЛ. Примерное назначение сплавов, ни¬
кель—медь—ОЛОВО II никель—медь—олово—свинец, нх состав н
свойства приведены в табл. 74. Линейная усадка сплавов в зависи¬
мости от состава их составляет 1.45 : 1.95%. О других физических
свойствах рассматриваемых сплавов известно очень мало.ТКНИ 74Со>сра«аи« !5! 10;Я-7 jjjliU- яе+47
10}-63
31+3810 5-20
0+1
fr+tOНагрушсикые
крышки и ссд.и
ЇЛІПЗН0В п г. п.
Корпуса iifHtpo-
Аежмнх насосов
н уплотнитель¬
ные кольца, кор
роЭНОНИО стой¬
кие UOIIUHIIIIKKH
е паре с мнгккм
вялом из м<ь
иезь-ыгтила и.тк
нержавевщей
сити
Корі?>са центро*II VIIJOTHHTfJb*ныг ко«ъиа. Кор-рПЗНОГІІО СТОЙ-
КИС ІІОІШНШІМКИв парс с гвер-
*>ым млим
f Vl-9. СПЛАВЫ НИНЕЛЬ—ХРОМ И НИКЕЛЬ—ХР0М-ЖЕЯЕ30Применение. К сплавам никель — .хром относятся нн-
кельхромистые сплавы (нихромы) на базе твердого раствора у
с добавками некоторых легирующих элементов (вольфрам, молиб¬
ден, алюмишпі и тктан). Эти сплавы яаляются жаростойкими и на¬
ходят применение для изготовления сопловых лопаток, работающих
при температуре до 600° С. К числу таких сплавов относится них¬
ром.типа 60— 20 с небольшой добавхой титана (0, 15-*-0,35®о) н алю¬
миния (0.15"»), нсполыуемин для изготовления деталей методом
литья под давлением (о Англин).К сплавам никель — хром — железо относится большая группа
сплавов типа 75-15 7 (ЭИ-118). применяемых в качестве жаростойких
{окалнностойкнх) (в США и некоторых других странах они пазы-
иакггся ннкинелями).Сплавы никель — хром — железо отличаются хорошим сопро¬
тивлением коррозии в контакте с пищевыми продуктами и разбав¬
ленными органическими кислотам л, Поэтому их используют в уста¬
новках для обработки н хранения дрожжей, ванильной эссенции,
фруктовых экстрактов, приправ, молока, вина н спирта.В различных областях такие отлнвкн с успехом применяют яд я
печной арматуры, защитных трубок пирометров, стеклодувных на-
сядок, пламенных форсунок и т. д.Состав и свойства. Сплав системы никель — хром,
используемый для получения отливок методами точного ЛИТЬЯ
ХН78Т (ЭИ435), характеризуется следующими свойствами: предел
прочности прн растяжении (при 2СГС) — 70 кГ/мм2, относительное
удлинение и сужение плошали поперечного сечения — 50%.Прн небольших напряжениях сплав хорошо сопротивляется ме¬
ханическим нагрузкам до 1000е С. Больший нагрев приводит к уско¬
ренному ыежкрнсталлнтному окислению. Сллав ХН78Т характери*
зустся сравнительно невысоким коэффициентом линейного расши¬
рения и низкой теплопроводностью, повышающейся с температурой.
Это свойство благоприятствует повышенной стойкости изделий
против изменения размеров прн действии теллосмен. Сплав ХН78Т
хорошо сваривается.Отливки нэ сплавов никель — хром — железо отличаются высо¬
кой устойчивостью против окисления и хорошими механическими
свойствами лрн высоких температурах. Они могут выдерживать
многократные нагревы и охлаждения без трещин и коробления.Наряду с высокой жаростойкостью в условиях окисліггельньи и
восстановительных газов н стойкостью против термических ударов
отлнвкн пз сплавов никель — хром — железо отличаются высокой
устойчивостью против насыщения углеродом и в связи с этим хо¬
рошо работают в цементационных установки. Они также успешно
противостоят коррозии в среде жидких расплавленных солей, исполь¬
зуемых прн хлынко-термнческой обработке,Ш
D еосстановіггельной газовой среде, содержащей сернистый газ,
отлнвкн нз рассматриваемых сплавов прн высокой температуре от¬
носительно быстро корродируют. Отлнвкн нз этих сплавов хорошо
свариваются.Установлено, что увеличение в этих сплавах содержания никеля
уменьшает склонность к насыщению углерода. Увеличение содержа¬
ния хрома улучшает стойкость против окисления, а увеличение
содержания углерода повышает прочность сплавов прн высоких
температурах. В отличне от углерода кремний зту прочность умень¬
шает. Вместе с тем отмечается, что кремний несколько понижает
склонность сплавов к насыщению углеродом.Сплав ЭИ418 в литье характеризуется следующими свойствами:
предел прочности прн растяжении 47+5] кГ/мм*, относительное
удлинение 10+15°о. твердость но Брннел.ію 150 + 170 кПммВ табл. 75 приведены данные о составе н свойствах зарубежных
литейных сплавов никель — хром — железо (типа «инконелье).ПвкшппСомршанме МсИвЯІМ, %ІР»."JW« 1 иА ! <№ 1 1*воЛинейная усам*, •/«	Мяотность, г.ем‘	Коэффициент расширении ні ГС в
нніграіЛс ii'Miicpdiyp:0—100	0—аоо	0 500	0- 700	0 800	0-900	0—1100	Магнитные свойства	1393+1425
1,95 '
в, 1+8,30,0000150,0000161Нсмвгкитси1400+14201.95в.0Т+8,280,0000120,0000130.0000140,0000150.000016
0.000017
Слабо магнитенТемпература аалиакн, ‘С ....Предел прочности при растяжении,кГ!мм>	 44-1-52	43+50Отоосительлое удлинение, •!, ....	54-15	2+10Твердость по Бринелл», к1)мл' . . 1154-300 | 150+200| Vl-Є. СПЛАВЫ HtttEJb — АЛЮМИНИЙПрименен не, состав н свойства. Сплавы яп-
ксль — алюминий в отличие от многих других сплавов не содержат
таких дефиантных к дорогостоящих элементов. как кобальт, хром,
ниобнА н др. Вместе с тем они обладают хорошим сочетанием такихзэо
свойств, как высокая плотность, прочность R коррозионная стой¬
кость прн повышенных температурах. В этих сплавах никель с алю¬
минием образуют фазы NiAl и Ni,AI.Прн исследовании группы сплавов, содержащих 14 + 30% алюмп-
ння, установлено, что плотность сплавов возрастает по мере повы¬
шения концентрации злюмнння, .Максимальная твердость получена
в сплавах, содержащих 17,5н25% алюминия. Особенностью свойств
сплава с 17,5% алюминия является высокая стабильность свойств
прн повышенных температурах. Например, при 815" С этот сплав
в литом состоянии имел продел прочности при растяжении, равный
И кГ/мм*. Гомогенизация сплляа приводит к уменьшению струк¬
турной неоднородности и повышению механических свойств.Модифицирование сплавов никель — алюминий такими эле¬
ментами, как бор, углерод, кальций, лнтнй, титан, молибден н ред¬
коземельные металлы, позволяет значктельно улучшить' свойстве
сплавов никель — алюминий.В табл. 76 приведены данные, характеризующие зависимость
свойств сплавов никель — алюминий от концентрации алюминия
в сплаве.т і б j я а і кСві«р*ая»с. кПроел itpo*pJCTtCtn».Отяосктммос
Гідяигюм. %Nl.Al35.66.3*39НЗД17,5Ni.AI, N1A1,“.8.806,997325NiAl10,806.3Я7228NiAl14,006.12703UNiAl11,405,98В связи со склонностью алюминия к окислению эти сплавы ре¬
комендуется выплавлять под вакуумом.g VI-7. СПЛАВЫ НИКЕЛЬ - КРЕМНИЙПрименение, состав и свойстве. Основным
представителем этой группы литейных сплавов является сплав,
содержащий около 90% някеля н 10% кремния (он известен под
названием «даетеллой Д»). Отлнвкн нз этого сплава используют
в условиях контакта с сорпоА кислотой всех концентраций к прн
любых температурах. Оки также устойчивы в уксусной и муравьи¬
ной кислотах, сернистом газе, аммиаке н некоторых других хими¬
чески агрессивных средах. Никелевый сплав, содержащий 63%
никеля, 9% кремния и 3% медн, характеризуется дополнительно
высокой стойкостью в фосфорной кислоте. Омавы никель — крем¬
лі
хнА хорошо сопротивляются износу н в этом отношении превосхо¬
дят высококремнистые чугуны. Отливкн нз рассматрипасчнх спла¬
вов можно подвергать заварке н сварке.Обработка сплавов резанием затруднительна. Отжиг отливок
при температуре 1050+1065° С несколько снижает твердость (с 50—
55 ло 40—45 HRC) н улучшает обрабатываемость.Ниже приводятся показатели основных свойств сллаоа, содер¬
жащего 90% N1 и 10% S1:Предел прочности при растяжении,кГ]яя’ ■ • • •		25+28То *е, у сплава, содержащего 3Си	4лОтносительное )Д.1ИНСНИе, °,'|		0Твердость 00 Брнмеллвэ, иГЫм1		400-j-500•Твердость но Рохкевлу, шкала ННС. . .	5ft+ft5Плотность, г/ел*		7,8 .Коэффициент расширения на ГС. 'фд^'0—100		0,00(10110—1000 		0,(100018Температура плавления. 'С	1100+]120Линейная усадка, ►/»		1,9( VI B. СПЛАВЫ НИКЕЛЬ - БЕРИЛЛИЙПрименение. Сплавы никеля с 2 + 3°в Вс применяют для
изделий, работающих при высоких температурах при одновременно
высоком сопротивлении коррозии и износу Из сплапов никель —
бериллий изготовляют прессформы лля лнтья пол давлением, формы
XIя стеклодувного производства, литые штампы, летали насосов,
упорные подшипники и отливки, от которых требуется высокое со¬
противление коррозии и наносу.Состав и свойства. Химический состав и химические
свойства сплавов никель — бериллий, используемых для изготов¬
ления отливок, приведены в табл. 77. а основные физические свой¬
ства и условия лнтья — в таб.1 78.Гавлав* ftCoup*»»• »»-«not, %се «оЛст.аИфІІП.ОТК»„р...,1ЧРДОСІ»Имя*при ркт»-•та"'■rwt \илу, .uia-
at НК240 С2.00 + £204.0Остальное160ІЯ4■ »54roc2.00 + 2.3П4.»OCT4.ll.hurItvS14«Ыдао с2#+ 2,804.0Остальное170157156
T a t .1 ■ U • і»Пием..»1JSO+ 12G0
1370-ь Н:Ю1685+ 1700
1533 1090
4S0 -з- *>40
В,СУ + 8.'0Температура яадивкн в иссчаныс форми, *С. . .
Тсипсраі«ра заливкі .при литье под давле-Температура магрта под эамалку, ’С	Лилейная усадка, */»	і	ІУсадка при тгрм'юбрабсіьі-, 	і	ОД'На рнс. 157 пргдстаолеиы данные, характеризующие изменении
механических споГств сплавов никель — бериллий и злвнсігжіті
от температуры. Эти сплавы отличаются хорошими лнтейиымн сиоії-
ствамн, н нэ них можно производить сложные отливки, используя
любые из нівестлид в настоящее аремя методы лнтья.Рис. 1ST. Иачепгипе ucx^HinecKiu свойств сила-
моя никель—бериллий в аавнснмости от темпера¬
туры:I - ІКРІвСЛ <« Роньмлу, Икс-, І — предел npowoctd
при рюішепяі: I — п?*дм т*«у»ссг«; 4 — отмоскгг/а-Термнческая обработка отливок производится по следующему
режниу: нагрев до температури 1066 12° С, выдержке в ««чение
2-г-3 ч, закалка в воде или масле (последнее для массивных отливок
во избежание образования значительных напряжений). Дисперсион¬
ное твердение отливок после закалки производится прн температуре
510® С в течение 3 «.Варьируя термической обработкой, можно получить отливки
различной тардости от 18 до 55 HRC.
В процессе механической обработки отливок в результате нагрева
поверхности (при действии режущего инструмента) может иметь
место повышение их твердости.|VH. СПЛАВЫ НИКЕЛЬ-МОЛИБДЕН, НИКЕЛЬ-ХРОМ-МОЛИБДЕН
И ДР.П р л м е и е и и е. К сплавам рассматриваемой группы, полу¬
чившим промышленное применение в СССР, относятся сплави
ЭИ460, ЭИ461Л. Н65М17ХІ5В5Л, Н55М6Х15Л. известные за ру¬
бежом пол названием «хастеллой» с индексами А. В. С, F к др.,
а также сплав Н65М28Л н др. Оливки нз этих сплавов часто ис¬
пользуют в химическом машиностроении при условии их работы
в контакте с различными неорганическими кислотами, жидким
хлором, хлорным железом и медью, уксусной, муравьиной и дру¬
гими органическими кислотами.Состав н свойства. Состав и свойспа сплавов рас*
сматрнваемого типа приведены в табл. 79.Эти сплавы имеют аустеинтную структуру с тем или иным ко¬
личеством интерметаллндных соединений. Все они характеризуются
определенной стабильностью свойств примерно до 800' С. При обра¬
ботке резанием они подобно некоторых! сталям аустсннтного класса
упрочняются.Для улучшения обрабатываемости н повышения коррозионной
стойкости отлнвкн из сплавов рассматриваемого типа подвергают
термообработке по следующему режиму: ЭИ460Л и ЭЙ461Л - -
нагрев до температуры 1160-*-1180е С. выдержка 20+90 мин и бы¬
строе охлаждение на воздухе или в воде; Н65МІ7Х15В5Л — нагрев
до 1205+ 1220е С, выдержка 2—3 ч, быстрое охлаждение на воздухе.Твердость отливок после термообработки может быть повышена
за счет старения.Отливки из сплавов типа «хастеллой» хорошо завариваются н
свариваются. Для того чтобы не снижалась коррозионная стойкость
сварного шва, заварка должна производиться электродами такого
же химического состава, что и сплав.Все сплавы рассматриваемого типа являются не только корро*
эионно стойкими, но и характеризуются повышенной жаропроч¬
ностью я арроэнонностойкостъю.| VI-I0. СПЕЦИАЛЬНЫЕ ЖАРОПРОЧНЫЕ МНОГОКОМПОНЕНТНЫЕ
СПЛАВЫ НА ОСНОВЕ НИНЕЛЯНазначение, требования, применение. Ра¬
кетные и реактивные двигателя, используемые в современной гоне¬
ним сверхзвуковых скоростей, по условиям эксплуатации резко
отличаются от любых двигателей других машин.ЬМ
з:2*і!+ + + + 3+-®°^ І
І-ччччіЗЯЯ+ +§
?£isІІЗ 8«rf—§0003^4+ + + +}ee"*tt® 1Я£Бя+ + +Іgeon£SS в’»чзч
+ +f! І+®®*®I I8R*4 S«a<3<§=§82eg
+ +ЙІ
S2 *'•t «Я*-® ®ЛзЧ*« 9
J + + +~ I ее Л^е 5
j $Ялч rjK«(ju '4 *+++Ia®a8і §1 7-аІІхе8І ЙЯЯ З §38-5 + + +| 1 +s+« 1 ISSS 3 24.38*§o I+++S3.3-sfc-f £І g-f-Ise>e>£ І.1-0 с и ї
£!і(кв!ї>і40схSS«: a SfcTsjlgs£»lfl1,9+ 2,0 1,9 + 2,0 2,0+ 2,3
При создании летательных аппаратов сверхзвуковой скорости
различного назначения применяют новые материалы со свойствами,
значительно іг.лнчаїоїціімися от тех, которые требуются для боль¬
шинства /ірупіх млінні!. С развитием авиации сйерхзвукових скоро¬
стей lhhj.tho развитие н применение новых высокопрочных к жаро¬
стойких сп.іанов.Необходимость повышения рабочих температур, снижения веса
конструкции н повышения коэффициента полезного действия двига¬
телей выдвигает постоянно растущие требования к свойствам ма¬
териалов. применяемых в аэродинамических условиях.Прн высоких скоростях напета различные узлы конструкции
летательных аппаратов подвергаются в разной степени нагреву
(аэродинамическому, тепловому н др.). При этом материал кон¬
струкции нагревается до максимальной температуры всего за не¬
сколько секунд. Сочетание быстрого почти мгновенного нагреаа н
высоких температур предъявляет новые необычные требования
к конструкционным материалам. Во время работы двигателей сов-
ремеяиих летательных аппаратов образуются горячие газы, про¬
текающие с большоЛ скоростью через различные части конструкций.
Для таких условий работы требуются материалы, которые могут
в течение длительного времени противостоять одновременно очень
высоким давленням и температурам. Для многих деталей, кроме
этого, должна быть сохранена в этих условиях и стабильность
поверхности.Преодоление «теплопого барьера» после преодоления «звукового
барьера» оказывается значительно более трудной инженерной зада¬
чей, По существу, в настоящее время «тепловой барьер» является
основным препятствием увеличения скорости различных летатель¬
ных аппаратов.Tifjili ю♦UTOfu orpy-J>ou«*cr»«Тр*б)Г*аы* мовомsjonulKlttf ни»ДаааемпсМсиипчесвосНапряжения в обхисПрочностьВоздушный ПОТангенциальные напря¬
жений на повгріиости
РадиацияСопротивление ДС-
форнвции
Иэл^чатсдьная
способностьTeuiuuufРассеивание тепліТслдоііроцрхносіь,Теплота(фиэпче-удедьнвї телдо-
емкостьТспловоЛ удар
Эндотермическая реак¬
цияПластичность
Температура плав¬
ленияХимическоеОкисіепнсСтоимость протавокисленияСтепень дис¬Абсорбция гмоїСохранение иска-социацииКНЯСЕКНХ свойств
В табл. 80 приведены факторы влияния окружающей среды,
ирадопределяюшие требуемые свойства материалов.Условия службы детален при высоких температурах могут быть
оС.іегчеш при условии обеспечения быстрого отвода тепла от кагре-
иаемоЛ поверхности в глубь материала изделий.В области, близкой к точке плавления, многие металлы н сплавы
обладают очень низкой механической прочностью и сопротивлением
деформации, что приводит к изменению размеров изделий и даже
к отрыву отдельных его частей под действием механических сил
горячего газопого потока. В этой связи немалое значение приобре¬
тает такое сноіістно, как v/пражаншьшш їпосі>бні>сть, так как по¬
средством лучеиспускания может быть отоедено большое количество
іепла, уменьшена температура нх нагрева и увеличена стойкость
деталей в области высоких температур. В настоящее время темпера¬
турные области применения различных конструкционных сплавов
характеризуются следующими данными (табл. 81).itСли*ы«Такп«р(гтріні ва;мр>, *СДисперсионно тоердевщиг и?ржап?яиіне стали540Жаропрочные сплавы па основе никеля, кобальтаиысокояегнронанпыс стали «устснитногв хяасса1370Из перечисленных в табл. 81 сплавов прежде всего обращают
на себя внимание легкие сплавы ка основе титана, которые получили
в последнее время широкое применение. Они имеют большие пер¬
спективы применения в авиации и других областях техники благо¬
даря небольшому удельному весу, высокой коррозионной стой¬
кости, в также высокой удельной прочности. Их с успехом приме¬
няют для изделий, работающих в условиях длительного нагрева до
425° С, что соответствует скоростям летательных аппаратов, пре¬
вышающих скорость звука примерно в 3,3 раза.Последние достижения в области производства титановых спла-
ІЮВ дают основания полагать, что область нх применения будет рас¬
ширенаПрименение высоколегированных сталей аустеннтного класса
позволяет летательный аппаратам достичь скорости, превышающей
скорость звука более чем в 3,7 раза. Недостатком использования
сталей является значительное утяжеление конструкций.837
Полеты со скоростью, превышающей скорость звука более чем
в 3,5+3.7 разе, могут производиться кратковременно. В недалеком
будущем, вероятно, потребуются материалы, позволяющие обеспе-
чігть скорости летательных аппаратов, превышающие скорость
звука более чем в 4.5 раза.В двигателях современных елмолетов многие детали нагреваются
до температуры более 1000е С. Так, например, за последние годы
эксплуатационная температура для лопаток авиационных газовых
турбин возросла с 750 до 975+ 1025° С.Прн работе турбореактивных двнгвтелей лимитирующими фак¬
торами материалов являются: ползучесть, усталостное разрушение,
медленная коррозия. В то же время они не имеют такого значения
в конструкциях ракетных двигателей и особенно двигателей управ¬
ляемых летательных аппаратов однократного действия, где наи¬
большее значение имеют такие свойства сплавов, как температура
плавлення, температура диссоциации н т. п.Наряду с изысканием и развитием новых сплавов для особых
условий службы следует совершенствовать конструкционные ма¬
териалы к сплавы н для работы прн обычных температурах, так как
всегда будет необходимость в более легких, более дешевых и более
прочных сплавах.Современные жаропрочные сплавы делят иа три группы, где
основой являются: 1) железо: 2) никель: 3) кобальт.Жаропрочные сплавы на основе железа применяют прн темпера¬
турах от 650 до 815° С. никелевые от 615 до 1035° С и кобальтовые
от 870 до 1205е С.Жаропрочные сплавы лучших марок чаше всего представляют
собой комбинации никеля, хрома, железа к кобальта, упрочненные
небольшими количествами углерода, молибдена, вольфрама, ти¬
тана, алюминия, ниобия или тантала..Некоторые из перечисленных примесей вызывают эффекты ста¬
рения, которые при кратковременных нагревах увеличивают проч¬
ность сплавов. Другие упрочняют их.Жаропрочные сплавы па основе никеля широко используют
для отливки лопаток авиационных газовых турбин, которые испы¬
тывают комплексное воздействие различных разрушающих нагру¬
зок. Прн пуске и остановке двигателя они подвергаются повторным
тепловым ударам, ведущим к образованию в них трещин от терми¬
ческой усталости.Трещины из-за термической усталости имеют межкрнсталлитныв
характер. Поэтому свойства границ зерен силам» и их сопротивле¬
ние охрупчиванию во время службы в результате выпадения хруп¬
ких фяэ нлн межкригтяллитного окислення имеют первостепенное
значение.В условиях работы двигателя лопатки подвергаются действию
очень больших центробежных сил. Поэтому важным являстся высо¬
кое и длительное сопротивление материала лопаток их разрушаю-т
іці'му действию в условиях высоких температур. Высокое сопротив¬
ление разрушению для лопаток является не менее важным кон¬
струкционным свойством, чем высокое сопротивление ползучести.
Ползучесть в условиях службы литых лопаток обычно распростра¬
няется на небольшую часть ее н может быть в определенной степени
скомпенсирована за счет конструктивных зазоров, тогда ках высо¬
кая прочность, необходимая для сопротивления центробежным
силам, должна быть обеспечена по всему объему отливки.Сплавы для лопаток должны обладать высоким сопротивлением
окисленню при высоких температурах. Обычно глубина окисленного
слоя лопаток после нескольких сот часов службы при температурах
нагрева в условиях работы
турбины не должка превышать
нескольких тысячных долей
миллиметра.Некоторые ВИДЫ XHMHKO-
термяческой обработки (на-
прммер, длнтнрованке) позво¬
ляют повысить не только
стойкость против действия
раскаленных газов, но н стой¬
кость против термической ус¬
талости, поэтому сплавы, ис¬
пользуемые для лопаток, и
состояние поверхности отли¬
вок должны позволять про-
водить эту операцию.Хвостовая н перьевая ча¬
сти лопаток имеют различное
сечение, и затвердевание нх
в форме происходит с раз¬
личной скоростью. Для обес¬
печения одинаково высоких свойств по всему сечению сплав, приме¬
няемый в этом случае, должен характеризоваться малой чувствитель¬
ностью к различным условиям кристаллизации. В конечном счете
для успешной длительной эксплуатации турбинных лопаток прл
прочих равных условиях решающее значение имеет размер зерна.В настоящее время лонаткп авиационных газовых турбин из
сплавов па основе никеля могут непрерывно надежно работать
более 2500 ч.Жаропрочные сплавы имеют большое значение не только для
авиации, но и для автомобильной промышленности н др., где приме¬
нение газовых турбин связано с необходимостью использования
отливок с высокой жаростойкостью на основе дефицитных дешевых
материалов.Состав и свойства. В нестоящее время известны
мпоГне*жаролрочные сплавы на никелевой основе, в большинствен некоторых никелевых сплавов с хро-
ыом н другмин »лечектэми ООО ч привСЮ-С):1-Ю; /-Ni-Cr: J-Nl+S0%Cf ■*■«.**; ТІ +
+ 0.7% АІ; «-Мт30%Сг-|-3.6%П +0.7% АІ;
t - м + 20% а - г.6% ті + о.7% аі +
+ 4% моі < - м -і- ЛИ; Сі + 2.0% т( +
4- 2% АІ + 3% Мої- W; Т- N1 + I if,, С, +
+ 2% Ті + г% АІ + ї% Мо +7 %W390
иэ них 6 качестве второго по величине концентрации элемента ис¬
пользуют хром нлн кобальт. На рнс. 158 показано плмянне хрома
и некоторых других элементов на длительную прочность никелевых
сплавов.Как видно нз рнс. 158, длительная прочность сплавов на никеле¬
вой основе возрастает по сравнению с прочностью никеля по мере
усложнения легирования в несколько раз. Наибольшей прочностью
нз рассматриваемой группы характеризуются сплавы, содержащие
хром я никель, а также хром, титан, алюминий, молибден, вольфрам
и бор.Современные жаропрочные литейные сплавы на основе никеля
принято делить на две большие группы.В первой группе упрочняющими элементами, хроме основных
компонентов, являются титан или алюминий, а также титан и алю¬
миний выест*. Эти сплавы используют при температурах до 1050° С
и прн времени в несколько сотен часов. Плавка и заливка сплавов
этой группы вследствие большой склонности титана и алюминия
к окислению л образованию в отливках окненых плен производятся
а вакууме нлн атмосфере ннертного газа.Вторая группа никелевых жаропрочных сплавов о меньшей
степени подвержена окислению и не относится к числу активно
плопообразующих. Шавка и заливка нх производятся в обычных
условиях на воздухе. Они используются главиим образом при тем*
пгратурах до 900е С.В том случае, когда требуется обеспечить срок службы отлнвок
до 10 тыс. ч, то для обеих групп сплавов температура должна быть
сиижсна примерно на 100° С, т. е. для первой группы ло 950° С и
для второй до 800° С.В тябл. 82 приведен химический состав различных зарубежных
никелевых жаропрочных сплавов, в в табл. 83 — некоторых спла¬
вов отечественного производства.Для всех перечисленных сплавов характерным является наличие.
хрома (от 6 до 22%). Большинство сплавов содержит алюминнв,
молибден, тнтак, вольфрам. Такие элементы, как хром, молибден,
вольфрам и некоторые другие, придают сплавам высокую стойкость
в рндс агрессивных сред. Алюминий, тнтан, ниобий,молибден, воль¬
фрам н лр. могут образовывать в никелевых сплавах различные
соединения, которые повышают нх твердость, прочность, жаро¬
стойкость н сопротивление износу. Из указанных в табл. 82 и 83
сплавов раньше других были использованы в качестве жаропроч¬
ны! г плани типа «хастеллой». «нныоннк», «нпконелы н ЭИ617.Недостатком сплава инконель — X йвлястся хрупкость в ин¬
тервале 650-*-730°С, где удлинение его понижается до 7%.Изобретение сплана инконель 71ЭС, используемого для изготов¬
ления жаропрочных отливок в оболочковых формах, в свое время
было расценено как выдающееся достижение. Этот сплав с плот¬
ностью 7.93 г/см* характеризуете» высокой стойкостью при тем-
мо
иIIІ8. * * * * 1% 1*	і • і■ в ™X а1Ьі і і і і : і і і і і - і і і J її і і ! 18111 ! 1 ! і і і : і 11 м 11 1 і І і 1 11л3 * г ^Н II і м 1 і S З І % % % ї і і і S 1 гR х ® в ® ® £ 5 ®
в в о в*» 1о о1 - 31 э 1 11 1 1"1 1 1 1 ° °ц ej а ч н ч «зn1 1 1 1 Й ! 1 * -с 1 «• II 1 -Й 1 1 1!і 3 3 - Э - ' » «ч <4 1 І ЇЇ і 1 і 1 ЇЇ — і 1 і! \il/f ■< 3 1 « • 91 п їпяп 1 1 лп*п 1 Л f 1іІ*333&і і »іSSS3 мм - І 5ЛЭ-»»ЛЛ 1 г,г .33іІ8 в - 1 1 s 5* 1 | II а 1 2 1 £ 2 1 2 м 1
ч *— 3 — !2 8 S2 Я Г -£S£2w^Soeffl^K^[535»53*2_«ллоо
oe'e‘rf^d§ ^^^Зво-о-вїсвоІ!п5*X_ > О О£;:£* «8 2 вЗCCi?iM|Cd si «-«.
|g*»§5s§ І 8 ~ 5 ^ n 8 v і і
llliuugi ss^-^l5rpilsiiSXSSHxi S005“xqius£fi0 = x:siv
мір» <ымут«ро*«я«к.'Ги*■о.твапХН70ВМТЮ (3M6I7jДо 0,12До о,ьД<0,613+162+41,8!-2Л| 1.7+2,аЖСЗ (ЭИ г,|8)0.И-С-0.1СДо 0,6д<П,614 + 181.6+2,3 1,6+2,2НЖЭ6-Л1До 0.08До 0,6п.0,510 1 123,7+4,.')0,4 -Ю.в 4.Н+Я.2ВЖЗ&-Л2До 0,06До 0,5До 0,0519+22-23+2.7' W+4.0пературах от 845 до 955е С. Пластичность его остается неизменной
примерно до 870° С. Для получения высоких механических свойств
не обязательна термическая обработка сплава 7130: структура его
характеризуется высокой стабильностью непосредственно в литом
состоянии. Хотя удлинение у сплава 7I3C и невысокое (5+10%),
это не сказывается при длительном действии нагрузок н компенси¬
руется высокой стойкостью против термической усталости.Для оценки длительной прочности различных сплавов принято
пользоваться параметром Ларсона — Миллера р, обобщающего
связь между напряжением, температурой и временем до разруше¬
ния;р = 1,8 (f + 273) • (25 + logt) • 10-*.где / — температура, * С;т — время, ч.На рнс. 159 приведены характеристики сплава инконель 713G,
полученные по пересчету на параметр Ларсона — Миллера.Необходимо подчеркнуть, что прн напряжении 11 кГІмм1 литой
сплав 7130 может работать прн температуре на 55° С выше, чем
некоторые деформируемые жаропрочные никелевые сплавы (ннко
цель 700, юдимет 500). Хотя литейные свойства сплава инконель
713С считаются удовлетворительными, они могут быть значительно
улучшены вводом в него добавок циркония (0,25+1,0%), металли¬
ческого кальция (0,3 -о), кремния совместно с молибденом (3°о крем¬
ния 2.5% молибдена) н др.Несколько лучшие результаты длительной прочности были полу¬
чены у сплава .JN-100, отличающегося от сплавь инконель 71ЭС
наличием кобальта н большим содержанием титана.Сллав ЭИ617 бил первым литейным еллавом рассматриваемого
типа, пэ которого наготавливали литые рабочие лопатки турбостар-
тера. Позже он был заменен лучшими сплавами типа ЖС. Из сплава
ЖСЗ изготовляют сопловые лопатки газотурбинных двигателей,
работающих при температуре газа 800 + 850® С. Отливки нз него
w..«.еттв., %Лрвжмни»•пл.фрааіфосфор«/«■«мы:>-<-70-4 8,5
7+90,1+0/»о,ч0.7+1,1До 5,0! До 0.021До В.»До 1.5; До 0.01
До 1,5; До 0.01Дп 0,01До 0,009До 0.01
До 0,071До0,015До 0,02бора
До 0,0)5 До 0,02 бора:До 0,01 До 0,1 бора
Ди0,015;До 0,3 бора
1Лопаїки турбин,
работающие по
Ш0-8МГ С
ЛопаТКИ сонливо¬
го аппарата
То шеподвергают закалке с 1150° С (выдержка окало 7 ч) на воздухе. Этот
сплав характеризуется высокой прочностью и жаростойкостью до
950+ 1000° С прн невысокой иластичностіг. Литейная усадка сплава
при заливке в стержневые формы составляет 2.1 + 2,3“о, в горячие
керамические — 0,4+0,8?». Для аналогичных целей с успехом
нслольэуется и сплав ЖС6-К и др.Bee** So WWltm во Vfir ««• at? &•феч» & (траления ЯХО «Рнс. 159. Характеристика длительной орочеостя
литого сплава явяонель 7J3C, полученная по
пересчету ца параметр Ларсона—МиллераВ сплаве ВЖЭ6-Л1 упрочняющей фазой являются Ni^Al и борид
типа (Mo, W)„Cr„Bt.Оптимальная температура заливки его 1500' С. Он характери¬
зуется удовлетворительной жндкотекучестыо.943
Сплав ВЖ36-Л2 обладает высокой жаростойкостью до 1050 +•
-г 1100е С н имеет повышенные механические свойстоа при темпе¬
ратуре до 900 С, зависящие от содержания борз. Он характери¬
зуется хорошими лнтейными свойствами прн температуре залникн
1520 1560й С.Отлнвкн кз него подвергают двойной закалке: с 1150е С и 1080' С
прн выдержке 4 ч па воздухе.Сплавы рассматриваемого типа являются заменителями литых
кобальтовых сплавов (ВКЗ н ЛК4).Особенностью производства отлнвок ответственного назначения
нз современных жаропрочных никелевых сплавов является приме¬
нение плавки и разливки в вакууме, что позволяет не только улуч¬
шить свойства сплавов, ко и точнее регулировать нх состав.Дисперсионное твердение никелевых жаропрочных СІІЛ200В
с выделенной фазы Ni (Ті, АІ) и результате термической обработки
или ио время службы отлнвок позволяет удлинить срок их эксплуа¬
тации.Многие сплавы, предложенные в последнее время, легируют мо¬
либденом и вольфрамом. Это связано с тем, что прн нх использовании
повышается температура рекристаллизации, прн которой сохра¬
няется повышенная прочность. Известно, что чем больше разница
атомных размеров основного металла н легирующих элементов,
тем температура рекристаллизации буает выше.Применение небольших добавок цнрконкя и бора измельчает
зерно и значительно повышает срок службы таких отливок, как
лопатки. Никелевые сплавы прн облучении несколько изменяются.
Как правило, у них при этом повышаются прочность и твердость.Никелевые жаропрочные сплавы содержат дефицитные (страте¬
гические) элементы н поэтому нх используют главным образом
в таких условиях, где прн высокой температуре требуется высокая
удельная прочность, которая не может бить получена у других
сплавов (лопатки турбин, камеры сгорания турбореактивных двига¬
телей, сопла и корпуса воздушно-реактивных двигателей, детали
ракетных двигателей, детали теплообменников ядерных реакторов
и т. п.).
ГЛАВА СЕДЬМАЯКОБАЛЬТ И ЕГО СПЛАВЫв VII-1. СПЛАВЫ КОБАЛЬТАОбщая характеристика. Свойства кобальта харак¬
теризуются следующим: плотность в зависимости от обработки
8.75 ■+■ 8,92 г'см*, температура плавлення 1490е С; температура
кипения 3185° С. Прн низких температурах у кобальта устойчива
гексагональная модификация (а-кобальт) с параметрами кристалл»-
чі-скоА решетки а*— 2,514 А, с — 4,105 Д. которая при температуре
около 400 С переходит в гранецентрнрованную кубическую модифи¬
кацию (Р-кобальт) с параметром а ~ 3.554 А. Обе модификации
кобальта ферромагнитны; в интервале температур 1075—1150е С
кобальт теряет магнитные свойства.Предел прочности при растяжении в литом состоянии 24 —
26 кПмм\ твердость по Врннеллю 124 кГ'мм*.Практическое значение кобальта в качестве основы жаропроч¬
ных. магнитных и других прецизионных сплавов связано с тем, что
он с многими элементами (железом, никелем, хромом, молибденом
н др.) дает широкие области твердых растворов. Сокращение обла¬
сти твердых растворов при поннженин температури н образование
кз них химических соединений прн соответствующей термической
обработке позволяет получить кобальтовые сплавы с высокодн-
спсрсной гетерогенной структурой. В результате этого достигаются
высокая коэрцитивная сила некоторых кобальтовых сплавов, высо¬
кая устойчивость кх против ползучести и т. д. Некоторые сплавы
кобальта относят к сплавам с так называемыми особыми физическими
свойствами. Например, 'Сплавы кобальта с железом (50% Fe +35°4 Со) имеют наибольшую нз всех известных материалов на-
м.ігннчнааемость в магнитных полях напряженностью более 6 з
(G • 10*/(4 л) л/.и). Омав кобальта с платиной после закалки с 1200® С
н отпуска при 650* С имеет очень высокую коэрцитивную силу —
2650 9 (2б5> 1СИ'(4 л) а/м), благодаря чему он используется для нз-
Iотовлення очень коротких постоянных магнитов.Сплавы, содержащие 52% (л. 35"о или 38,5% Fe, 9.5 или
13.0 п«' V, имеют высокую пластичность прн комнатной тем¬
пературе. Онн обладают коэрцитивной силой 300 460 з
(:і 10*/(4 л) -г 4.7-10*/(4 я) а/м) н максимальной плотностью маг¬
нитной энергии 40000 + 140000 эрг!см* (4000 14000 дж.'м*). ИхЬ*Ь
используют для изготовления постоянных магинтов малого попе¬
речного течения.Сплаоы кобальта с медью и никелем уступают по плотности
магнитной энергии предыдущим, но также используются для изго¬
товления постоянных магнитов.Кобальт входит в качестве одного in основных компонентов
а высоколегированные стали, а также по многие жаропрочные н
жароупорные сплавы. Он нспольэуетси и качестве добавки в
твердых сплавах н повышает режущую способность инструмента из
быстрорежущих сталей.ft VII-2. ЖАРОПРОЧНЫЕ СПЛАВЫ НА ОСНОВЕ КОБАЛЬТАПрименение. Литые кобальтовые сплавы оказались зна¬
чительно более стойкими, чем никелевые, против термических уда¬
ров и циклических тепловых нагрузок вплоть до 1100е С. Харак¬
терной особенностью кобальтовых сплавов является способность
сохранять жаропрочность вплоть до температур, незначительно
меньших (примерно не НО3 Q температуры их плавления. Прн тем¬
пературе около 980° С жаропрочность их намного выше сложнояе-
гкрованиых сплавов на никелевой основе (которые в свою очередь
отличаются от кобальтовых более высокой жаропрочностью прн
пониженных температурах порядка 750 860е С).Кобальтовые литейные сплавы получили широкое применение
в США для изготовления рабочих лопаток газовых турбин турбо»
компрессоров, сопловых лопаток реактивных двигателей и т. п.
Их нспользутбт в нескольких композициях. Судя по литературным
данным, наибольшую известность получили сплавы кобальт —
хром (кобальтхромнетые), кобальт — хром — никель (кобальтхро-
моиикелевые), кобальт—хром—никель—вольфрам (кобальтохромо-
никелевовольфраыовые) н многокомпонентные кобальтовые сплавыHiaicimnt ыиСм<р<имatpll сп.циvrjq»!.......»po«Х-40 (MS-31)0.4+0,Vi1.0t.o24,:--f^6.r,9.5+11.5 ;HS 2) (ЛКЧ>0,20!-0,301.01.0ЛО-Г^.О1,75+3,7.=)Рефрлки.юП-вО
IMA (t.Htyi.r)0.101.00.720 і2: i1 4-3—•>7+*>—НЕ-1МУ0.4_л10s-eie0380,40>02«х-да0.40&10P-4M0,40,/o0,40255346
с легирующими элементами, придающими ни высокую жаропроч¬
ность. Сплав HS-2) (свнталнум») широко используется в зубо¬
протезной практике.Состав и свойства. Состав некоторых зарубежных
литейных жаропрочных кобальтовых сплавов (по литературным
данным) приведен в табл. 84. Так же как н никелевые, кобальтовые
жаропрочные сплавы содержат а качестве второго главного компо¬
нента хром.Кроме этого, в состав кобальтовых сплавов входят углерод, мо¬
либден, вольфрам, ниобий н другие элементы. Высокое содержание
этих элементов, переменная растворимость фаз при изменении тем¬
пературы приводят к изменению свойств сплавов при старении
в интервале 600—900° С.С большой склонностью кобальтовых сплавов к старению и
связано нх упрочнение при высокой температуре.Сплав HS-2I, известный в СССР под маркой ЛК4, при темпера¬
туре 20° С характеризуется следующими свойствами:Предел прочности при расімжсннн, кЛям’. .	70Твердость по Брннеаяв, шГ;мм*		280Относительное удлинение, •/«		8Относительное сужение паощии поперечногосечения, 			10Длительна* прочность при 800' С, иГімм‘ . .	ISВ табл. 85 приведены свойства некоторых кобальтовых сплавов
при разных температурах испытания.Новейшими кобальтовыми сплавами являются сплавы типа «тан-
тунг», содержащие, кроме хрома, значительное количество воль¬
фрама. Эти сплавы обладают хорошими литейными свойствами,
имеют большую твердость и прочность при высокой температуре,
небольшой коэффициент трения и очень хорошую коррозионную
стойкость. Они характеризуются также высоким сопротивлением
ударным нагрузкам. Сплавы тамтунг немагнитны. Отливкн изТИти М•Мфи*ч>2.074-8__Основа10І.0+С.00,007Й>ад10,060—Основа2+-5—144-192+7 hjh
ивобнй2-Т-7 иди
тантал—ОсноваДо 3Ли 1,0ISU,4Основа3,04.04,04.0Основа1,06.05В2.04.0*Я—4,01,0ОсноваМ1
Х-40 оосле сире'
нявHS-21 (ЛК-4) литої*
HS-21 ПОС4Є cn-н£їм»них могут быть получены как обычными методами ЛИТЬЯ, ТАК и
литьем по выплавляемым моделям и в металлические формы.Механические свойства сплава таїггунг 166 А, характеризуются
следующими данными:Предел прочности при растяжении, кПмм'	43-46Твердость по Pokm.wv, HhC		ГіЗ-57Твердость по Брні.гдлм, кПмм‘, при 2С І.	№4при 430* С	479прнПМґС	4/9пріє *75* С	267прн twr С	114Теплопроводность, кал!(ем ■ сек ■ граб). . .	О,($4(«л'(.* • град)]	(287,В7)Кроме высокой жаростойкости, отлипни J3 сплавов тантукг
стойки в азотной, фосфорной, уксусной, молочной, лимонной, щам-
левой кислотах, некоторых щелочах я других химически агрессив¬
ных средах.Другие кобальтовые сплавы применяются для изготовления
деталей, работающих я условиях высоких напряжений и темпера¬
тур (например, для дисков турбонасосов, лопаток, деталей пуско¬
вых двигателей н диафрагм пусковых двигателей и диафрагм форсу¬
нок). Литой кобальтовый сплав НЕ-1049 по прочности обладаетMS
значительным преимуществом по сравнению с остальными литыми
сплавами, а также с лучшими нэ деформируемых жаропрочны*
сплавов.В интервале температур 925 + 1040“ С сплав НЕ-1049 нмееп
прочность не 2,1 + 2,8 кГ!ммг выше одного из лучших деформирус
мых жаропрочных сплавов на никелевой основе U-500, содержащего
19% хрома, 16% кобальта, 4% молибдена, алюминий и титан; это
различие в свойствах увеличивается прн более длнтслыюй службе.Высокая жаропрочность кобальтовых сплавов связана в первую
очередь с особенностями литой структуры, содержащей почти
сплошную сстку более тугоплавких твердых фаз. пронизывающую
высокопрочную матрицуВ силам Х-40 прочность повышается, кроме того, еще н днаїер
сиолным твердением. В сплавах рассматриваемого тнпа были най¬
дены карбиды тнпа М(С и фаза р. - Mj (обнаружена в сплав*
НЕ-1049 н. вероятно, присутствует в сплаве Х-40).В табл. 85 приведены механические свойства, максимальная
рабочая температура н сопротивление окислению для некоторых
кобальтовых литейных сплавов.Высокой прочностью прн мгновенном нагружении выше тем¬
пературы 615° С обладает сплав НЕ-1049. Вместе с тем этот сплав
имеет низкую пластичность к по этой причине* не может безопасно
работать в ракетах. Из кобальтовых сплавов только два в настоя
щее время Х-40 н HS-21 (в СССР ЛК4) характеризуются благопри¬
ятным сочетанием высокой прочности и пластичности. Видимо
в недалеком будущем будут найдены пути получения ллтого сплавв
тнпа НЕ-1049, у которого сохраняются специфические высокие
прочностные свойства с хорошей пластичностью.Ударная вязкость кобальтовых литых сплавов невысокая. Иэ
них сплавы Х-40 и HS-2! (ЛК4) разрушаются пол действием удар
ной нагрузки прн надрезе вязко, а сплавы типа НЕ-1049 проявляю]
определенную тенденцию к хрупкому разрушению.Одним нз основных факторов, определяющих усталостную и
длительную прочность литых кобальтовых сплавов, является размер
зерен. Для получения высокой длительной прочности желательно
иметь структуру с болсс крупными зернами.Высокая усталостная прочность обеспечивается ори мелкозер¬
нистой структуре. Исследования, относящиеся к сплаву Х-40, по¬
казали, что влияние размеров зерен и большей мере сказывается при
низких температурах, чем при высоких.Кроме химического состава сплава, на размер зерен оказывают
влияние условия теплоотвода и форма сечения отлнвкн. В круглых
течениях зёрна получаются более однородными, чем в квадратных.
В последнем случае у кобальтовых лнтсныых сплавов наблюдается
склонность к образованию ослабленных зон. проходящих через
ребра. Обычно у отлнвок нэ этих сплаоов первые усталостные тре¬
щины образуются на поверхности к, как правило, от карбидной349
сетки (так как карбиды вследствие более высокого модуля упру¬
гости испытывают более высокие напряжения). Эти трещины в глубь
отливки распространяются чаше всего через карбиды. Если карбиды
не ориентированы параллельно направлению максимального напря¬
жения, как это имеет иссго в случае мелкозернистой структуры, то
дальнейшее распространение треишны затрудняется, так как тре¬
щина стремится пройти через зерно в соответствии с направлением
максимального напряжения. Вот почему при крупнозернистой
структуре, содержащей карбидную фазу, ориентированную в на¬
правлении максимального напряжения, наблюдается наименьшая
усталостная прочность. В тех же случаях, когда карбидная фаза
ориентирована перпендикулярно к направленню максимального
напряжения, усталостная прочность повышается.Для жаропрочных отливок из кобальтовых сплавов, используе¬
мых в ракетах, следует предпочитать более крупное зерно. Кобаль¬
товые сплавы так же. как н ннкыевые, испытывают небольшие
изменения в свойствах при облучении. Прн эрги у них, как правило,
повышаются прочность и твердость.Эффективным средством повышения жаропрочности нэделнй
из кобальтовых н других жаропрочных сплавов является литье
с направленной (регулируемой) кристаллизацией.
ГЛАВА ВОСЬМАЯОТЛИВКИ ИЗ ТУГОПЛАВКИХ И НЕКОТОРЫХ ДРУГИХ
МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВf VIII-1. ТУГОПЛАВКИЕ МЕТАЛЛЫОпределение и классификация. Общеприня¬
той границы по температуре плавления, которая бы четко отделяла
тугоплавкие элементы от других, еще нет. В одних случаях такой
температурой считают 1600 С. а в других — 1875" С (температура
лла&лення хрома).Если Припять температуру 1600° С за величину нижнего предела
температур плавления тугоплавких металлов, то к числу тугоплав¬
ких можно отнести ванадий, вольфрам, гафиий, кррнднй, лютеций,
молибден, ниобий, осмий, платину, рекнй. родий, тантал, теллур,
технеций, тнтан. торий, хром, цирконий.Прн температуре плавления перечисленные 18 металлов можно
разделить на три подгруппы (по элементу, наиболее .характерно
представлявшему тугоплавкость).1.	Подгруппа хрома (температура плавлення от 1600 до 2000е С):
титан, ванадий, хром, цирконий, родий, лютеций, платина н
торий.2.	Подгруппа молибдена (температура плавлення от 2500 до
3000е С): молибден, технецнй, тантал и осмий.3.	Подгруппа вольфрама (температура плавлення более 3000° С):
вольфрам и реннй.По плотности тугоплавкие металлы делятся на:легкие (от 0,5 до 5 г/см*) — титан;тяжелые (от 5 до 10 г/см*) — ванадий, хром, цирконий, ниобнП,
лютеций;очень тяжелые (молибден, технецнй, рутений, родий, гафннй,
тантал, вольфрам, осмий, иррнлнй, платина и торий).По степени распространенности в земпоА коре тугоплавкие ме¬
таллы разделяются на распространенные (от І до 1(Н%) —титан,
ванадий, хром, цнрконнй; редкие (от 10 1 до 10~*%) — ннобиЛ.
молибден, лютеций, гафннй. тантал, вольфрам, платина н торнЙ,
редчайшие (менее 10 *%) — рутений, родий, рекнй, осмий н иррн-
дий; синтетические — технеций.По стоимости тугоплавкие металлы условно делят на следующие
группы:
1)	от 1 до КЮ руб. за I кк тнтзм, ваиадиЛ, хром, цирконий, нио¬
бий, молибден, вольфрам, торий;2)	болсс 100 до 10 000 руб. за 1 кг: роднЛ, гафний, тантал, рений;3)	более 10 ООО руб. за I кг: лютеций, нррндкй, осмий, технеций.Металлы третьей группы должны рассматриваться как драго-цепные.С е о'и с т в а. Из перечисленных ныше э-иментоп достаточную
cupu-вую базу, соизмеримую с сырьевой базой никеля, цинка н
циркомня, имеют только хром к ванадий. Содержание этих эле¬
ментов в земной коре превышает содержание меди, олова н свинца.Вместе с тем хром н ванадий по сравнению с другими тугоплав¬
кими элементами имеют наименьшую температуру плавления н,
кроме того, характеризуются определенными недостатками, пока
исключающими их широкое применение в качестве основы тугоплав¬
ких сплавов (хром, например, хрупок при температуре ниже 450° С).
Физические свойства тугоплавких металлов приведены d табл. 66.Тіваоц» WМетиліШШІІрО»■иовгі■олібі«яТ1ГТЫu<n«.|>p«iiАюыниП номер	232441427374Атомный tec	50,9552.0192,9195.95180.88183Д!Параметры мгыснирнопячейки, А	3,03382.8783.294111403.29."#- 3,158Il.lOlHOtlb, t'.CM*	6.Пи8,*-4iIIUlfi,619,3Температур» п.іаалепиа, 'СIW01S7S2-11Л261029063410Температурі киоскип, ‘С. .;«5о240933004*00б:оо6700Теплогиноси (ирн 2G'C),
кал,г ■ 'С (Ї кал',г • *С «*
ы4,IMS дмс;гра&)	0,0740,160,1250ДГ>0,130,48Коэффициент ышеПногорасширении (при ’ХҐС),©,76.27,15,46.6WМохудь нормальной упру¬гости, кПмм•	1500022000—16000295JW19000ЗвГЛО—253103200041500Потолок жаропрочности, достигнутый при использовании ткта-
новых, никелевых и кобальтовых сплавов, в настоящее время уже
не удовлетворяет возрастающим требованиям современной авна-
амолиой, рякртной я атомной техники. В связи с этим усиленно
изыскиваются новые сплавы с лучшими, чем у никелевых н кобаль¬
товых, свойствами. В качестве основы новых тугоплавких жаропроч¬
ных сплавов большое внимание уделяется молибдену, танталу, нио¬
бию н вольфраму. Их образно называют «большой четверкой» ту¬
гоплавких металлов.362
Вес тугоплавкие металлы являются переходными я распола¬
гаются п первом, втором к третьем длинном периодах периодиче¬
ской системы элементов Д. И. Мендолеепа.Они обладают объемноцентрнрованной кубической решеткой, н
потому их механические свойства характеризуются общими осо¬
бенностями, предопределяемыми таким строением.Одной кэ таких особенностей является потеря ими пластичності!
в узком интервале температур.При испытании растяжением гладких
ненадрезанных образцов температура
перехода вязкого разрушения в хрупкое
составляет для:
ниобия — 200°С;
тантала — 196' С;
молибдена — 0*0,
вольфрама — 3003С;
хрома — 350°С.При ином характере испытаний н на¬
личии примесей температура перехода из
вязкого состояния в хрупкое может из¬
мениться. однако общая тенденция со¬
храняется, что должно учитываться при
выборе того или иного металла для
соответствующих условий службы и в качестве основы сплава.На рис. 160 приведены данные, характеризующие удельную
прочность тугоплавких металлов в интервале температур 18 +
-4- 2204° С. Как следует нз рис. 176. лучшие данные до температуры
1370е С имеют молибден и ниобий. При более высоких температурах
их удельная прочность уступает прочности вольфрама. По длитель¬
ной прочности при температуре 1095е С (за 100 ч> первое место ня
всех тугоплавких металлов занимает вольфрам, а за ним следуют
молибден и тантал.| V111-2. СПЛАВЫ ДЛЯ 0 ГЛИ80К НА ОСНОЭЕ ТИТАНАСвойства. Кристаллический титан существует в двух ал¬
лотропических модификациях: низкотемпературной — о, устойчи¬
вой до 882' С с гексагональной плотно упакованной решеткой,
имеющей при температуре 255 С значення а — 2.9503 ± 0,0004 А,
с — 4,6831 ±.0,0004 А, с/а ~ 1,5875 ± 0,0004 А, высокотемпера¬
турной — р, устойчивой от 682^ С до температуры плавления. Вто¬
рая модификации имеет объемкоцентрнрованную кубическую ре¬
шетку с периодом, равным при 900 ±5 С — 3.3132 \. Плотность
тятаиа при 20° С равна 4.505 г/см3Характерными для титана являются: низкая їв 13 раа цевъ-
шая, чем у алюминия и в 4 раза меиьшая, чем у железа) теплопро¬13 ЛипМы* CUUM-
водность, относительно низкий модуль нормальной упругости
(11250 кГ/,w_n'J). высокое электросопротивление и значительная ани¬
зотропия некоторых физических свойств, обусловленная его гекса¬
гонально») структурой.Тнтан — хнмнчсскн активный элемент. С кислородом он обра¬
зует окисел — рутил ТЮ. Прн наличии на своей поверхности
пленки ругала толщиной всего в 20 + 50 А он становится исклю¬
чительно стойким ьо многих агрессивных коррозионных средах.
В значительном числе случаев его коррозионная стойкость превы¬
шает стойкость нержавеющих сталей.Коррозионная стойкость титана может бьгтъ повышена легиро¬
ванием, которое увеличивает устойчивость защитой поверхност¬
ной пленки. Основное преимущество титана перед другими корро-
эионко стойкими материалами объясняется тем, что в отличие от
ннх его коррозионное разрушение происходит равномерно.Тнтан интенсивно поглощает кислород, азот и водород. Химиче¬
ски чистий тнтап характеризуется следующими механическими
свойствами:Предел прочности лрп растяжении, кПмм• 25+30Предел текучести (0,2), кГ\ям*	 10+15Относнтстмюе сушение плошали попереч¬
ного сечения, V»	 70+80Относительное уілннгкне, ‘/о	 50+60Высокие' пластические свойства. характерные для химически
чистого пиана, резко ухулшаются, а прочностные повышаются при
растворении в нем газов.Предельная растворимость кислорода в а-тнтане составляет14.5	вес. причем каждая сотая доля процента кислорода прн
растворении повышает предел прочности и предел текучести на
1,25 кГ!»ui3. а также повышает хрупкость титана.Предел рлстворігмости азота в а-тнтвне составляет 6.5 + 7,4%.
Азот упрочняет титан сильнее, чем кислород. Так. каждая сотая
доля процента азота повышает предел прочности и текучести у ти¬
тана на 2 кГ/мм*. Так же. как и кислород, вэот увеличивает хруп¬
кость гнтана. Прн 0.2% содержания азота у титана наступает хруп¬
кое разрушение. При содержании окаю 0,1% азота образуется
игольчатая фаза-a. Азот н кислород стабилизируют фазу-a и зна¬
чительно повышают температуру существования двухфазной обла¬
сти а ~ р.Водород сужаст область фазы-a н расширяет область фазы-0.
Он является чрезвычайно вредной примесью для титана я его спла¬
вов, так как очень ухудшает их ударную вязкость, что объясняется
его относительно малой растворимостью в фазе-a и образованием
гидридов, выделяющихся в виде тонких пластмиок, а орн закалке
в виде высоколнсперсимк частиц. Пластинчатые выделения гид*
рнда титана и нх ориентация внутри зерен являются основной при¬
чиной водородной хрупкости титана. Хрупкому разрушению ело
собствует н то, что гидрид титана имеет больший удельный объем,
чем тігтан.Аналогично кислороду и а юту, но с меньшей интенсивностью
на свойства титана влияет углерод (примерло в 3 рана менее ин¬
тенсивен, чем азот). Также действуют железо н кремний. Железо
н креминй стабилизуют фазу-p, железо снижает температуру суще¬
ствования смешанной обпасти а -г р.От других известных конструкционных материалов (алюминия,
железа, ыедн и др.) титан отличается значительной чувствитель¬
ностью прн механических испытаниях к скорости приложения наг¬
рузки (скорость деформации).Титан и его сплавы с трудом обрабатываются резанием. Затруд¬
нительна и их сварка. В обоих случаях следует применять особые
режими обработки.Применение. Технический тнтап благодаря высокому со¬
противлению коррозии является прекрасным материалом в хими¬
ческой промышленности и судостроении. Он используется для изго¬
товления деталей насосов, используемых для перекачки агрессивных
жидкостей, теплообменников, работающих в условиях химически
агрессивных сред. Значительно меньшая, чем у железа и друїнх
металлов, теплопроводность приводит к целесообразности исполь¬
зования титана в машинах, от которых требуется tic только проч¬
ность. но и предохранение их внутренних частей от высокой тем¬
пературы.Прн нагреве титан расширяется в 2.5 раза меньше алюминия,
его электросопротивление примерно в 6 раз больше, чем у железа,
н в 20 раз больше, чем у алюминия. Все эти свойства титана от¬
крывают перед ним особые области применения. В настоящее время
тігтан и его сплавы широко используют в реактивной авиационной
технике.Титан является основой новой группы сплавов с малым удель¬
ным весом, высокой обшей и удельной прочностью. Предел проч¬
ности прн растяжении некоторых титановых сплавов превышает
150 кПмм*. Эти сплавы с такой прочностью эквивалентны стали с
пределом прочности прн растяжекин в 255 кГ/мм*. Изделия нз ти¬
тановых сплавов с успехом работают прн значительных отрицатель¬
ных температурах, вплоть до температуры жидкого азота.Наибольшее количество титана применяют для нроизкодства
слитков с их последующей обработкой давлением. На изготовление
фасонного литья используют несколько процеїгтов от общего про¬
изводства титана. Это объясняется тем, что литье нз титапопых спла¬
вов сопряжено с большими технологическими трудностями, обуслов¬
ленными активным взаимодействием жидкого расплава со всеми
используемыми в настоящее время для изготовления литейных форм
материалами.Классификация. Промышленное», и настоящее время
использует простые н сложные титановые сплавы. Эти сплавы ха-
растеризуются большим диапазоном структур и свойств. Разнооб¬
разие структур н свойств титановых сплавов объясняется полимор¬
физмом самого титана, хорошей растворимостью многих элементов
в пей, его способностью сравнительно легко вступать в химические
соединения с другими элементами, которые в свою очередь обла¬
дают способностью растворяться в титане.В связи с этим затрудняется строгая классификация титановых
еллавов по тем нлн иным признакам. Химические элементы, обра¬
зующие с тнтаноы сплавы, принято долщъ на три группы.К первой группе относят элементы, повышающие стабильность
фаэы-а. Нх называют а-стабнлнзаторамн. Основным элементом этой
группы сплавов является алюмнинй.Система титан—алюминий для титановых сплавов по значимости
аналогична системе железо — углерод в сплавах на основе
железа.Вторую группу составляют элементы, стабилизующие фазу-0.
Их называют Р-стабнлнзаторамн. Они делятся на две подгруппы.
В сплавах титана с элементами первой подгруппы прн достаточно
низкой температуре происходит ээтектоидный распад фазы-0.
В эту подгруппу входят хром, марганец, железо, медь, никель,
бериллий, вольфрам, кобальт. С элементами второй подгруппы при
достаточно высокой нх концентрации твердый раствор-p сохраняется
до комнатной температуры без эвтектокдного распада. Элементы
р-стабнлнэатори второй подгруппы (ванадий, молибден, ниобий,
титан) иногда называют изоморфными ^-стабилизаторами.К третьей группе относятся легирующие элементы, являющиеся
нейтральными упрочннтслямн. не оказывающими существенного
влияния на устойчивость фаз а и р. К числу этих элечентов отно¬
сятся олово, цирконий, германий, а также, по-внднмому. гафний и
торий.В зависимости оттого, какая структура преобладает в титановых
сплавах после термической обработки, нх принято делить ка а,
а + 0 к р классы.Применяемые в промышленности сплавы а принято делить на
следующие подгруппы:1)	двойные сплавы тнтаы—алюминий;2)	сложные сплавы, легированные, кроме алюминия, другими
(нейтральными) упрочнителяын;3)	сложные сплавы мартенситлого типа, в состав которых, по¬
мимо алюминия, введены p-стабилизаторы в таком количестве,
которое еще не вызывает появления в структуре при коннатиой
температуре фазы-р;4)	сложные сплавы, содержащие, кроме алюминия. цирконий,
ниобий и тантал;5)	сплавы, в структуре которых, кром* фазы-а, содержатся ин-
терметаллоиды (например, сплавы системы титаи—алюминий—оло¬
во—медь).Зав
Термодинамически устойчивая фаза-p может быть получена на
основе систем, о которых легирующие элементы имеют ОбіЛМНОЦеН-
трнрованную кубическую решетку прн комнатной пмпературс и
дают с Р'тнтаноы непрерывный ряд твердых растворов. К числу
таких элементов относятся ванадий, хром, молибден, ниобий и так-
тал.Представителем этой группы сплавов является сплав ЕР-9010,
содержащий 90% титана н 10% хрома. После эакалкн и старсния
его предел прочности при растяжении достигает 160 <-170 кГ'Мл*
прн относительном удлнненнн в 2 + 6VСостав и свойства. Химический состав некоторых
титановых сплавов, используемых в СССР главным образом для
лнтья слитков н последующей обработки давлением, приведен в
табл. 87.Сплавы НТ5. ВТ5-1. ВТ-1. ОТ4, ВТ10 являются типичными пред¬
ставителями а-титаноиых сплавов. Сплави ВТЗ. ВТЗ-1. ВТ6, ВТЙ.
ВТ 14 представляют собой а + ^-титановые сплавы.В табл. 88 приведены состав н свойства некоторых титанових
сплавов, используемых для изготовления отлнвок. Образцы зля
испытаний заливались в графитовые формы.В литом состоянии и большинстве случаев прочность н вязкость
титана негосплавон инже соответствующих показателей, получаемых
па образцах иэ тех ж - сплавов после обработки давлением.Наиболее благоприятным сочетанием свойств характеризуются
титановые сплавы, содержащие одновременно фаэы-а в р. Как пра¬
вило, эти сплавы содержат алюминий, фиксирующий фазу-a. в
также хром, молибден, ванадий н марганец втом или ином сочетании.По зарубежным данным, для изготовлении фасонных отлнвок
успешно применяются сплавы типа тнтаи— железо—вгнаднй, со¬
держащий 1,2?в железа н 0,8% ванадия.Плавка В отличие от других сплавов плавка титана н его
сплавов сопряжена с большими трудностями. Титан при высоких
температурах активно взаимодействуете азотом и кислородом Реак¬
ция образования нитрида титана в этих условиях протекает столь
же активно, как горение некоторых веществ в среде кислорода
Активно взаимодействует расплавленный титан н с кислородом.
Поэтому плавка титановых сплавов должна проводиться в условиях,
исключающих возможность его контакта с этими газамн. Расплав¬
ленный титан также активно взаимодействует со всеми обычными
огнеупорными материалами, иэ которых выполнена рабочая часть
плавильного пространства.Из всех известных высокоогнсупоров мене* интенсивно с ти¬
таном взаимодействует плотный графит, но и он во многих случаях
не может бьгть использован, так как о большинстве («типовых спла¬
вов содержание углерода строго ограниченоВ настоящее время наиболее совершенным плавильным агрега
том для ныплавки титана и его силам* аалаетсв валуумаая дуговаявб?
печь с расходуемым электродом. В таких печах могут быть выплав¬
лены различные пропорции жидкого металла — or долей кило¬
грамма до нескольких тонн.НеяггпрованныПТиіін*і.івннияВ>
■iprSHfU . .
Титін-іром-молиб*я««		Титін-ілюиннлЯ-
нодибден ....
Тніїи-взюииний-
■інівиА . ,жв|!іиSь)кда?21,864,0М,ЧК2.07,%27772.56124(1,4045^973,Я4о.63a.fi47, Sз.\вв 2.551473.16»,9Ь24И.5«.456.375,96C.R85.7Н'А278.77.1890,5816103.697,9ІМ.7ем8Ц7195,884,3ОД80,2Л н т ь е. Обычные песчаные формы для изготовления фасон*
ных отлнвок иэ титана н его сплавов по отмеченным выше прнчн*
нем малопригодны. В отливках, полученных с применением таких
форм, образуется большая внутренняя пористость, а поверхность
нх получается чрезвычайно эагрязпенноА.Отлнвкн с наиболее чистой поверхностью получают прн исполь¬
зовании массивных медных форм или тонкостенных медных ВОДО*
охлаждаемых форм. Применение медных форм ограничено нх высокой86*
стоимостью и невозможностью ПРОИЗВОДСТВА С НХ ЛОЧОШЫЛ ГГГЛІЩОК
сложноП конфигурации.Достаточно удовлетворительным материалом дли изготовления
литейных форм является плотный графит. Формы нз него обычно
получают с помощью механической обработки. Графитовые формы
могут бить использованы несколько десятков раз. Но н нх стоимость
достаточно высока.Более дешевыми являются оболочковые формы, изготовленные
нз смеси высокоогнеупорных нейтральных окне.тов с применением
в качестве связующего материала фенолфорчальдегндной смолы.
Оболочковые формы могут бьгть изготовлены н кэ графитового по¬
рошка на смоляной связке.Во всех случаях применения литейных форм н.ч высокоогнеупор-
иых материалов поверхность отливок оказывается на ту или иную
величину загрязненной продуктами взаимодействия титана с ма¬
териалом формы. Так, при использовании для изготовления форм
плотного графита отливкн загрязняются па глубину около 1% тол¬
щины стенки. При использовании глинозема, окиси магния, крем¬
незема. двуокиси циркония отливкн загрязняются на глубину 0.5-і-1 мм при толщине стенок около6мм и на 0,75+ 1,5.чл при толщине
стенок около 25 мм. Залнпка в оболочковые формы нз крупнозер¬
нистого графитового порошка и фснолфорыальдегилноП смолы поз¬
воляет получать отливкн толщиной до 50 мм. поверхность которых
может быть загрязнена на глубину приблизительно до 1,5 мм.Мелкие сложные тонкостенные отливкн нз титановых сплавов
можно получать п формах, изготовленных по выплавляемым моде¬
лям. В качестве материала для форм используют кремнезем, цир¬
кон, двуокись циркония, силлиманит, а в качестве связующего —
этнлеилнкат, фосфорнокислый аммоний, нитрат циркония. Имеются
данные об использовании для изготовления форм и других мате¬
риалов. Для получения качественных отливок лнтннкопо-питающая
система должна обеспечивать быстрое заполнение формы и надежное
питание толстых сечений из прибылей. Характерной особенностью
литейных сплавов титана является отсутствие склонности к образо¬
ванию трещнн, даже в условиях затрудненной усадки.Современная техника производства позволяет получать отливкн
нз титановых сплавов с минимальной толщиной стенки в 1,5 мм на
25 мм ширины нлн высоты отливкн.| VIII-3. СПЛАВЫ ДЛЯ ОТЛИВОК НА ОСНОВЕ ВАНАДИЯПрименение. Отливки нз ванадия и его сплавов благодаря
отсутствию у вомодня оллотропичвекн* превращений могут при¬
меняться при температурах, превосходящих рабочие температуры
титана н циркония.Ванадиевые сплавы в качестве жаропрочных ионыыуют при
температуре до .650—675е С.эео
Ванадий в отличие от некоторых других металлов не сплаплястся
с ураном и одновременно имеет хорошую теплопроводность н кор
роэнонную стойкость. Сплааы ваиадня характеризуются малим
поперечным сечением захвата тепловых нейтронов. Все это пред
определяю его использование прн изготовлении тонкостенных
труб для тепловыделяющих элементов в атомных реакторах.Труби нэ ванадия изготовляют центробежным способом в графи¬
товых формах. В литературе приведены данные об отливке т$ким
методом труб диаметром 355 мм и весом около 27 кг.Ванадий относится к металлам, который в качестве основы ли¬
тейных сплавов применяется сравнительно недавно. По этой при¬
чине сведении о применении и свойствах вападневых литейных спла¬
вов ограничены.Состав к свойства. Установлено, что свойства вана¬
дия улучшаются прн сплавлении его с титаном, цирконием, ниобием
и некоторыми другими элементами. Сплавы ванадия с 50% Ті, а
также с 3% 7.Т характеризуются значительно большей пластично¬
стью, чем чистмЛ ванадий.Легирование ванадия ниобием приводит к получению более
высокой прочности и увеличению сопротивляемости окислениюСплав ванадия с 50% Ті н 2% Si характеризуется следующими
показателями свойств: предел прочности прн растяжении 105к/'«лл*,
относительное удлинение 12,5%; относительное сужение площади
поперечного сечения 17,5%.Сплав ванадия с 50% Ті и 5% АІ имеет более высокую удельную
прочность, чем сплавы на основе никеля, кобальта и желе:»в Дли¬
тельная прочность его прн 300°С соизмерима с прочностью титано¬
вых» сплавов.§ VIII-4. СПЛАВЫ ДЛЯ ОТЛИВОК НА ОСНОВЕ ХРОМАПрименение. Фасонные отливки из хрома н его сплавов
применяются в ограниченном числе случаев. К числу положитель¬
ных свойств хрома и его сплавов следует отнести сравнительно вы¬
сокую жаропрочность, а также повышенную стойкость в условиях
окислительной и эрозионной служб ори повышенных температурах.Вместе с тем для хрома характерны низкая пластичность прн
комнатной температуре, высокое значение порога хрупкости к боль¬
шая чувствительность его к ухудшению свойств под влиянием не¬
значительного количеств многих примесей я в первую очередь га¬
зов.Исии.1Е>4уемые XIн литья хромовые сплавы предназначаются для
работы в области температур 980+1200° С.Состав и свойства. Чистый хром прн 900s С я напря¬
жении 4,6 кГмм* имеет высокую ползучесть. Многие элементы,
еллавляеыые с хромом (кобальт, никель, палладий, алюминий, крсы-XI
ний н титан), повышают ползучесть. Железо до концентрации
9,5-} 15% понижает ползучесть. Сплав хрома с 10% Fe и 5-!-10%
Та нмест наименьшую ползучесть прн 800° С н напряжении14,5	кГ'ЧМ*. Общая деформация такого сплава за 100 ч составила
около 0,25%.Сплавы хрома с 40—50% Ni характеризуются после термической
обработки показателями прочности прн растяжении от 92 до
113*.77.*ж2 и относительным удлинением 0—12%.Сплаам хрома с железой и никелем обладают большой устойчи¬
востью против газовоА коррозии н стойкостью во многих агрессив¬
ных средах. Введение в сплав хрома с железом молибдена (15% Fe
н 25% Mo) обеспечивает получение длительной прочности окшо
1000 ч прн температуре 870і С и напряжении 14 кПям*. удлинение
образцов п этих условиях составляет 8-ь 10%.Введение в сплавы подобного типа никеля (10% Fe, S% Мо.
45% Ni) делает их из непластичных при комнатной температуре
пластичными.Сплав кз 60% Сг и 30% Fe с молибденом, титаном, алюминием
нон хорошей термической стоЛкости имеет длительную прочность —
100 ч прн 816° С и напряжении 19,6 кГ/мм*.Сплавы хрома с 25% Mo, J5% Fe. н 2% Ті обладают длительной
прочностью — 100 чпри температуре980°С и напряжении 16 кПнм*
и 1700 ч при температуре 870 С и напряжении 25,5 кГ/мм*.Характерной особенностью большинства из известных компо¬
зиций сплавов является отсутствие пластических свойств прн нор¬
мальных температурах.Сплавы на основе хрома по жаропрочности превосходят все из¬
вестные жаропрочные сплави па основе железа, никеля и кобальта.| VIII ». СПЛАВЫ ДЛЯ ОТЛИВОК НА ОСНОВЕ НИОБИЯПрименение. Фасонные отлнвкн нз ниобия н его сплавов
применяют в небольших количествах в условиях высокотемператур¬
но* службы. Известно применение ыиобневых сплавов для деталей
турбин, работающих при температурах 1100-ь 1400а С. Высокая
жаропрочность и жаростойкость ниобия и его сплавов, несмотря
на большие технологические трудности, делают нх перспективными
для изготовления изделий, работающих в условиях более высоких
температур, чем широкоизвестные в настоящее время жаропрочные
н жаростойкие сплавы.Применение ннобневых сплавов позволит повысить температуру
газа прн входе в турбину с 925 до 1370е С. Это приведет к снижению
отношения и*са двигателя к его мощности с 0,113 до 0,045 kj/л. с.,
а расход топлива — с 0,32 до 0,227 кг'а. с. в час.Ниобий не взаимодействует с расплавленным натрием и вис¬
мутом, которые применяется в качестве теплоносителей в реакто¬
рах. С ураном ниобий не образует хрупких соединений. Многие
369
гплааы ниобия, так же как ы сплавы на основе ванадия, имеют малое
поперечное сечение захвата тепловых нейтронов. Этj: качества нио¬
бия позволили применить его для изготовления оболочек тепло¬
выделяющих элементов в ядерной энергетике.Состав и свойства. Чистый ниобий характеризуется
очень высокой пластичностью при комнатной температуре. Он имеет
отличную коррозионную стойкость, обладает хорошими эмиссион¬
ными свойствами н хорошо сваривается.Удельная прочность инобня при температуре белого каления
выше, чем у любого другого конструкционного материала.Изшхтни патенты на двойные, тройные к многокомпонентные
сплапы ниобия с железом, углеродом, хромом, титаном, алюминием,
бериллием, кобальтом, молибденом, никелем, кремнием, танталом,
вольфрамом, цирконием н другими элементами.Сплав на основе ниобия, содержащий 5—35% Сг к 5— 30*6 Ті,
при температуре 1000° С имеет наибольшую, чем у всех других
сплавов, окзлнностойкость. Предел прочности при растяжении
у этого сплава прн 20е С составляет 168,7 кГ/мм*. а при 1300° С
75,9 кГ'мм*. Другой сплав ниобия с 0,75-i l,00j Zr имеет темпе¬
ратуру плавления окаю 2400° С и плотность 8,6 г'см*.Наибольшей жаропрочностью отличаются сплав кнобмя с W
(15%), Мо (5/о) и Zr (1,0%) и сплав ннобня с W (15%), Мо (5%),
Zr (1,0%) и Ті (5°о). Линейная усадка ннобня — 1,8%. объемная —
3,3%. Легирование увеличивает усадку.| Vlll-в. СПЛАВЫ ДЛЯ ОТЛИВОК НА ОСНОВЄ МОЛИБДЕНАРазвитие производства. В современной технике
получило развитие применение молибдена и его сплавов как в виде
изделий, полученных различными методами деформации, так н ли¬
тьем. Большое значение имеет применение молибденовых сплавов
в качестве конструкционного материала дли жаропрочных отливок.Использование молибдена в качестве конструкционного мате-
рнвла и основы сплавов связано с значительными трудностями, К
главным технический проблемам, которые должны быть решены
для широкого применения молибдена, относятся: I) разработка
методов очистки молибдена для обеспечения его высокой пластич¬
ности в интервале от отрицательных температур до 1095е С и выше;2)	изыскание защитных покрытий, позволяющих надежно защитить
молибден от окнелення, которое, начиная с температур 650-ь760“ С
н выше, протекает настолько интенсивно, что изделия из молибдена
могут разрушиться эо несколько часов, 3) н^ысканне рациональных
методов приготовления н заливки молибденовых сплавов; 4) созда¬
ние молибденовых сплавов с пониженной температурой перехода
в хрупкое состояние.Уже давно известно применение литых молибденовых труб весом
до 150 кг, получаемых центробежным литьем. Молибден для этой863
цслн плавится в медном водоохлажлаеыом типе r зпшктнон ат¬
мосфере.Со с і а п и свойства. Модуль упругости молибдена выше,
чей у других конструкционных металлов н сплавов. Он составляет
при комнатной температуре 32 400 к/* •'•ил* и прн 870 С —
28 000 *Г мм*Сплавы моїпбдена характеризуются не только хорошей дли¬
тельной прочностью, но и высокой удельной прочностью. Начиная
с температуры 615“ С. молибденовые сплавы превосходят все другие
по удельной прочности. Прн этом следует учитывать, что плотность
молибдена (10.2 е/см*) почти в 1,3 раза превышает плотность стали.Для отлнвох применяют следующие сплавы молибдена:молибден - 0.5% титана:молибден - 0.5% титана + 0.08"о циркония 4- 0.02% углсроіа;моїнбіси f 0.3% ниобия;молибден f 30®i вольфрама.Сллавм молибдена с титаном н другими элементами характери¬
зуется высокий твердостью, прочностью н теплопроводностью (при¬
мерно в В раз большей, чем у стали). Из сплава молибдена с титаном
и цирконием производят отлнвкн вкладышей прессфпрч-н высокопа-
пряжениых стержней прн литье под давлением медных, алюминиевых
и магниевых сплавов Отливки из сплава молибдена с вольфрамом
отличаются высокой стойкостью в расплавленном цинке.| VIII-7. ОТЛИВКИ ИЗ УРАНА И ЕГО СПЛАЗОЄСвойства урана. Уран — радиоактивныЗ химический
элемент с явно выраженными металлическими свойствами, плотность
его 19.05 г1сма, температура плавлення 1133еС. ^гот элемент при¬
надлежит к числу рассеянных и содержание его в земной коре со¬
ставляет 3- 10~1Л вес. % Уран — серебристый, блестящий, сравни¬
тельно мягкий металл с голубоватым оттенком. Твердость литого
урана 200 + 220 кГ’Ям* (по Брннеллю): удельная электропровод¬
ность 3,1 • 10* оч > - си ‘ (3.1 • 10* симім) Ниже 1.3е К уран стано¬
вится сверхпроводником.Для урана известны три аллотропических формы: а-ромбнчсс-
кая: Р-нубнческая яли ромбическая (точная форма кеюосстна) я
у-объемноцентрнроввннвя кубическая. Температуры превращения:
а -» р прн 6б2’С н р -* у при 772®С.Уран приобрел исключительно большое значение в связи с про¬
блемой получения н использования атомной энергии. Изотопы урана
U,a и U,M нарплу с получаемый на урана плутонием Ри*®* являются
важнейшими видами ядерного горючего.При повышенных температурах уран активно соединяется с га¬
логенами, а также с кислородом, серой, азотом к углеродом. Уран
может поглощать большие количества водороде с образованием гид¬
рида ина.
ж*
Уран легко сплавляется с многими металлами и образует ннтер-
металлические соединения.Под облучением при повышенных температурах изделия нэ
урана изменяют свон размеры н форму: удлиняются или разбухают.
Легированием этот недостаток может быть уменьшен.Отлнвки кз сплапов урана. Уран используют
преимущественно в атомной энергетике в качестве ядерного горю¬
чего и для защиты от гамма-иэлучення. Наряду с этим уран н его
сплавы являются наиболее тяжелыми из всех конструкционных ма¬
териалов.Отливкн нз таких сплавов необходимы я тех областях техники,
где требуется сочетание большого веса с высокой прочностью и
пластичностью. Посіє термической обработки урановые лнтые
сплавы характеризуются следующими средними показателями меха¬
нических свойств:Предел прочности прн растяжгшш, кГ.ч.м*. .Относительнее удлинен»*, '/»	Отиоппельнос сужслмс площади поисргчмо-го геченкя, •/«	Иаотнооь урановых сплавов составлясі около
19 г!<м', г. t. в полтора раза больше, чем
у свинца.Известны следующие сплавы урана:
уран — молибден;
уран *г молибден кремний;
уран 4* маїнбден -- алюминий;
уран 4- марганец;уран + цирконий -г алюминий н др,Сплавы на основе урана подвергаются термической обработке
ло различным режимам в зависимости от нх состава и строения.
Некоторые нэ них после закалки имеют структуру типа мартенсит-
ной, другие приобретают структуру твердого раствора к подвер¬
гаются старению.Для изготовления отлнвок большой интерес представляют
сплавы со структурой твердого раствора-у- К их числу относятся
сплары урана с молибденом. Сплавы этой системы, содержащие до
3% Мо, в результате термической обработки изменяют свои свой¬
ства в очень широких пределах, причем наибольшую прочность
они приобретают после закалки и последующего старения ниже
Б75°С, Сплавы урана с 3+5% Мо обладают повышенной хрупкостью.
При содержании 7+\2% Мо можно в литом состоянии получить
тмрлыб ряггилр-Y В отличие от чистого урана сплави с 7-*-12%
Мо характеризуются высокой коррозионной стойкостью.Пределы прочности при растяжении н текучести двойного сплава
урана с 3,0-*-3,5®6 Мо в 5 раз выше, чем литого нелегнрованного
урана. Внесение в этот сплав дополнительно 0,1% АІ увеличивает
разницу в свойствах по сравнению с чистым ураном до 7 раз.Ш100IS45
Огнопш.-е трудности, возникающие при изготовлении отливок
нэ урана п t ic сплаиои, обусловлены уже отмеченной выше высокой
хнчнческ- й активностью урана. Между тем даже ничтожно малые
количсстиа примесей іюдорода. азота, кислорода, углерода и некото¬
рых других Дюмонтов резко ухудшают свойства урана н его спла-
поп. Например. увеличение содержания водорода в сплаве с 0,000008
до 0,00002,Vo понижает пластичность в не¬
сколько раз.Для плавки урановых сплавов исполь¬
зуют вакуумные индукционные печи с гра¬
фитовыми тиглями, рабочая поверхность
которых защищена двумя слоями специ¬
альной обмазки из циркона я муллита,
что предупреждает непосредственный кон¬
такт расплава с углеродом. Схема лечи
для нлаикн и эалнвкн урановых сплавов
представлена на рнс. 161.Плавка может также производиться в пе¬
чах с расходуемым электродом в вакууме
нлн с защитной атмосферой.При плавке в вакуумных индукцион¬
ных мечах разрежение вначале составляет
окаю 1 • 10 a мм рт. cm, затем оно повы¬
шается до 0.2 мм рт. ст. Расплав нэ тиг¬
ля выпускают через отверстие в дне в гра¬
фитовую форму, верхняя часть которой по
догревастся индуктором для обеспечения
направленного затвердевания.Графитовая форма, так же как и ти¬
гель, окрашивается двумя слоями защит-			н°й краски: цнрконовой и муллитовой.«к.-* "V-н‘>д,-*гор:,”у« - Для заливки могут быть использованы к
і*п.їк»мі керамические формы (например, нэ мул-
лита)-»«><»(>	Качественные плотные отлнвкн полу¬чаются тогда, когда верхняя часть формы
нагрета до температуры 1050-ь 1200° С, т. е. примерно па 60° С ниже
температуры плавления сплава, а нижняя часть — не менее 700е С.
Градиент температур по высоте формы должен бить в пределах
350 —500* С. В этом случае обеспечивается высокая плотность прн
изготовлении тонкостенных отлнвок. Прн изготовлении относительно
толстостенных отлнвок градиент температур может быть меньшим.Заливка урановых сплавов производится также под вакуумом
центробежным способом в медные водоохлаждэемыс формы с верти¬
каль юй осью вращения, расположенные под тиглем.13	атомных реакторах применяют в качестве горючего сплав уране
с 8% молибдена. Отходы этого сплава используют прн производстве
ЭМРяс. |6|. Схема вакуум-
МОЙ КіиуЯЦІІОККС'Й печи
для плавки к заливки
урановых сплавов:I - стопор ішжімгп «плуги,
саго ori’prm > пг.ч; і —
графтеыв шп-ль: I - mi-
ракетных снарядов, а также в ряде промышленных устройств, где
должны быть испольэорпны мдтепналы с болмиич удельным весом
(например, контрбчлансы а инерционных следящих системах).Сплав урана с молибденом имт плотность окаю 18.3 г-'см* н
по сравнению с другими металлами и сплавами (например, с воль¬
фрамом) характеризуется относительно низкой температурил плав¬
лення (около 1300° С). Особенностью этого сплава является высокое
значение предела текучести — о0Д =» 91 кГ!ммг.ЛнтеЙные свойства сплава урана с молибденом аналогичны свой¬
ствам малоуглеродистой стали. Плавка везется п вакуумной ин¬
дукционной печн в графитооом тигле с цнрконовой облицовкой.
Металл заливается в форму при температуре Ы70; С.Для улучшения условий пнтяпня отливок и предупреждения
образования в них усадочных раковин перш выпуском жидкого
металла в форму камера вакуумной печи заполняется аргоном до
давления около I am.Выбивка отливок производится с большой осторожностью, так
как до последующей термической обработки п нх структуре содер¬
жится хрупкая фаза-Л,После радкографнровання отливки подвергаются термической
обработке в вакуумной термической печн (нагрев до 9Ш С и тече¬
ние 10 ч и закалке в масле).в viii-в. отливкн ич тория и ЕГО СПЛАВОВСвойства торн я. Торий — серовато-бслый, блестящий,
относительно мягкий металл с плотностью 11.5 г'см*. температурой
плавления —1842“С н температурой кипения — 1842°С Природ¬
ный торнй состоит нз одного долгоживущего элемента TliCM. Кроме
него, известно наличие ряда короткожнвущнх радиоактивных изо¬
топов. Радиоактивный изотоп Th служит исходным материалом
в синтезе ядерного горючего — изотопа ypafla Usa® Подобно урану
торий способен поглощать большое количество водорода н при по¬
вышенных температурах соел нчется с серой, азотом и углеродом.
При прокалнваинн на воздухе он легко соединяется с кислородом
н загорается.Отливкн из сплавов торн я. В атомных реакторах
в качестве топлива наряду с прессованными нашли применение
и литые стержни нэ сплавов тория с ураном (1 .5-ї- 13.0%).Легирование тория ураном приводит к измельчению зерен и
повышению механических и улучшению литейных свойств. В сгглнв-
каи стсржксА из чистого тория и «.клане юрнн с ураном при содер¬
жании последнего до 1% наблюдается образование осевой рыхлости,
рассеянной по всему сечению пористости и неелнтин С. увеличением
в сплаве концентрации урана образование перечисленных дефектов
уменьшается.867
Плавке и разливка торнйурановых сплавив производится в ва¬
куумных индукционных печах с графитовыми тиглями, поверхность
которых также как н прн плавке урановых сплавов с помощью изо¬
ляционной обмазки защищена от взаимодействия с жидким распла¬
вом.s VIII 9. ОТЛИВКИ ИЗ СПЛАВОВ ПЛУТОНИЯСвойства плутония. Плутоний — первый искусствен¬
ный радиоактивный химический элемент с атомным номером 94.
В настоящее время известно несколько изотопов плутония с раз¬
личным временем полураспада.Долгоживущий изотоп плутония Ри,л (период полураспада
2360 лет) используется для получения атомной энергии.Металлический плутоний известен в виде нескольких аллотро¬
пических модификаций, кз которых каждая устойчива в своей
области температур. Плотность плутония в зависимости от модифи¬
кации колеблется в пределах 16,4—19 г/см*, температура плавления
плутония 640е С.От липки нз сплавов плутония. Как топливо
для реакторов, плутоний применяется прн температуре выше 500® С
в жидком виде. В технике используют сплавы плутоний—железо
(эвтектический сплав, содержащий 90,5 ат. % плутония) Стемпера-
турой плавления 409° С и плотностью\Ьг!смг, плутоний + церий +
-I- кобальт (содержащие соответственно в вес. % плутония — 33,5;
49,3; 68,0; церпп — 56,3; 40,8;- 23,7 и кобальта — 10,2; 9,9; 8,3)
с температурами плавления 430 и 440° С и плотностью 8,95; 10,13
к 11.75 г/см3.Для обеспечения ядерной безопасности прн производстве литей¬
ных операций максимальный вес загрузки материалов, содержащих
высокий процент плутония, не должен превышать 6 кг, в случае
загрузки с небольшим количеством плутония — до 10 кг, а при па-
личин в них влаги не более 0,50 кг.Стержни подаются в реактор в танталовых капсулах (температура
плавления тантала окаю 3000' С) Каждая капсула содержит около10,5	см* жидкого топлнпаПриготовление стержней нэ эвтектического сплапа плутоний—
железо производится следующим образом; чистая железная стружка
смешивается с четырехфторнстым плутонием. Эта смесь подвергается
восстановлению, в результате чего получаются корольки сплава.
Эти корольки (70+90%) н отходы (10 + 30%) служат основной
шихтой для производства литых плутониевых топливных стержней.Сем процесс производства інтих плутониевых ТОПЛИВНЫХ снеж¬
ней состоит нэ распляпления шнхти п вакуумной индукционной
печи (прн пес* загрузки в 5+6 выплавки заготовок, расплавле¬
нии заготовок В loyroft мечи от.пнпки стержней в многоместные
формы (17+19 стержней) и стабилизирующей обработки стержней.Збб
После отливки стержни подвергают механической обработке и
зятем в обработанном виде загружают в тапталояые капсулы.На рис. 162 показана установка для вакуумной выплавки плу¬
тониевых заготовок. Вакуум в данном случае применяется для
максимальной дегазации корольков сплава и отходов. Исходныематериалы в тигле нагревают до
600е С; таким образом достигается
перегрев выше температуры плав¬
ленні сплава примерно на 2009 С.
Подвижный индуктор сначала рас¬
плавляет основную массу металла
в верхней и средней части тигля,
а затем в нижней части тигля. При
таком режиме плавки облегчается
очистка расплава. После расплав¬
ления расплав подвергается пере¬
греву н перемешиванию при по¬
мощи вертикально установленной
танталовой мешалки, вращающейся
(до того момента, пока расплав яе охладится до температуры плав¬
ления) облегчить всплывание неметаллических включений н пре*
дитвращАСГ опасность получения дефектных стержней. Многомест¬
ная конусообразная металлическая форма для отлнвкн плутониевых
стержпеА отлита нз чугуна и состоит иа наружной и внутренней
частей.На внутренней поверхности наружной частн н наружной по¬
верхности внутренней частн имеются желобки, прн сборке формы
образующие цилиндрические отверстия, в которые заливают сплав
для получения стержней заданного размера (диаметром около 10 мм
н длиной окаю 200 х.н).Поверхность формы перед сборкой покрывают слоем фтористого
калышя толщиной 0,025 мм, чтобм предупредить взаимодействие
ее с жидким плутонием.После эаливкн н охлаждения до 100° С форма с отливкой извле¬
кается из лечи и перекосится в термостат, где поддерживаются ус¬
ловия, прн которых отливка охлаждается до 40‘ С за 2 ч. Прн этой
температуре отливки переносят ня воздух без опасности коробления
н папучения нежелательной структуры.
ГЛАВА ДЕВЯТАЯАЛЮМИНИЙ И ЕГО СПЛАВЫі 1X1. ЛИТЬЕ ИЗ ЧИСТОГО АЛЮМИНИЯСвойства алюминия. Алюминий характеризуется сле¬
дующими свойствами, предопределяющими использование его в
чистом вяде:Плотность, е!ем*		2,7Температур* ола»д«ння, 'С	859,1Tcvucpmpi кшісшія, ’С		2500Теплоемкость (яри 20* С), кал.'грлд. . .	0,220(джїград)		(0,924)Теплопроводность (при 20* С; ко.^емху,с(кгрод		0£2?{tmjM-tpad)	 (217,7)Удельное электрическое сопротивление(при 0* С), ом'ИмЧм		0.0286(ом-я)	(28,0• I®"*)Модуль упругости про рдстяжеияк,кПмм*		7880Пря лнтье в песчаные н металлические формы были получены
следующие механические свойства:Ляп* ь п*л>»	Лам • кпиUI« «орні	И»аді фораыПредел текучести (0,1е/»).кГ!мм■	 8,1	а,1Предел прочности при раст*-■енин, кПммг	 7,9	7fiОтносительное удлинение. */• 48	55Твердость по Брннрдлю, кГЫм* 23	24Лнтье. Фасонное литье из чистого алюминия затруднительно
нэ-эа его плохих литейных свойств, легкой окнслясмостн и Т. П.
Алюминий промышленной чистоты используется только в конструк¬
циях, где необходимо обеспечение высокой электропроводности
(например, короткозамкнутые роторы н токопрлплляшяе детали
типа кабельных разводок). При заливке алюминием короткозамкну¬
тых роторов применяют часто метод литья под давлением.Отливки из чистого алюминия обладают небольшой прочностью,
но имеют приятный цвет и характеризуются высокой коррозионной
стойкостью.п
g 1X-2. СПЛАВЫ АЛЮМИНИЯРазвитие н применение. Алюминий был получен
в промышленном масштабе раньше других легких металлов. Первый
завод для его производства был построен в 1854 г.Вольшнх размеров достигло производство алюминия в годы
второй мировой войны. Темпи развития производства алюминия
характеризуются следующими данными: за первые сорок три гола
нынешнего столетня мировое производство алюминия увеличилось
оримерно в 175 раз, тогда как производство медн аа то же время —
лишь а 5 раз, а чугуна — ft 3 раза. Можно считать, что в настоящее
время по значенню в технике алюминий н его сплавы после сплавов
железа занимают второе место.Широкое применение алюминия и его сплавов определяется бла¬
гоприятной совокупностью физических, химических к механичес¬
ких свойств, особенно малой плотностью н большой теплопровод¬
ностью. Алюминиевые лнтеАмые сплавы широко используют в ма¬
шиностроении и моторостроении, электротехнический, химической
и приборостроительной промышленности. Исключительно велико
значение алюминия и его сплавов в авиационной промышленности
прн изготовлении всех типов летательных аппаратов.В СССР производство ьіюмишія и его сплавов получило широкое
развитие лишь в годы Советской власти.В настоящее время в мировой технике известно применение
большого числа деформируемых и литейных алюминиевых сплавов
с различными показателями физических, физико-химических н
физико-механических свойств.Предел прочности при растяжении лучшего нэ известных спла¬
вов составляет около 70 кПмм*.Алюминиевые литейные сплави. Широкое ис¬
пользование алюминия в технике началось с того момента, когда
была найдена возможность производства на его оспове сплавов,
многне свойства которых значительно превосходили свойства чи¬
стого алюмнння. Первый период промышленного использования алю¬
миниевых сплавов характеризуется применением простых по со¬
ставу к способам обработки сплавов.По мере накопления опытных данных к разработки теоретичес¬
ких основ металловедения алюминия композиции сплавов услож¬
нились. н в настоящее время нх число очень велико и непрерывно
увеличивается. Первой по развитию следует считать группу сплавов
алюмнння с медью (1911 —1920 гг.). Вторая большая группа сплавов
алюминия с кремнием (енлумнны), нмеюшая в производстве отлн¬
вок наибольшее значение, получила развитие в 1920—1929 гг.,
после того как модифицированием были значительно улучшены нх
свойства. По мере длліїнейшего развития производства алюминиевых
сплавов составы их усложнялись и различные- свойства улуч¬
шались.373
Основные композиции алюминиевых сплавов характеризуются
данными, приведенными в табл. 89.Г.«« «тшм* «0*1*0ліаииA1-CjАІ —Си—Me; Al-Cu-Ni -.Ми; Al-Cu -TiA)—S1А1—SI—Си: ЛІ—Si	Си—Мп: Al—Si—Си—,Mg: А1—Si—-М*;Al-St-Mg-MiiAl-MgA!—Mg—ZnAl-ZnAl-Zn-MgА 1-І)При изучении свойств алюминиевых сплапои нх обычно делят
яа пять групп:1)	сплавы на основе системы алюминий—мель (АЛ7, АЛ7В,
АЛ 12, АЛ22);2)	сплавы на основе алюминий—кремний (АЛ2, АЛ4, АЛ9,
АЛ4В. АЛ9В);3)	сплавы на основе алюминий—кремний—медь (АЛЗ, АЛЗВ,
АЛ5, АЛО, АЛ10В, АЛМВ. АЛ 15В);4)	сплавы ка основе алюминий—магний (АЛв, АЛ 13. АЛ19);5)	прочие сплавы (АЛ1. АЛ11В. АЛ16В. АЛ17В, АЛІ8В,
АЛ2І, ВАЛ4).| 1Х-Э, ОСНОВНЫЕ ДИАГРАММ J ФАЧОЮГО РАВНОВЕСИЯА л ю м и її п И - м е а ь На рис 163 показал левый (алюми¬
ниевый) угол анаграммы состояния системы алюминий—мель.
Как следует из диаграммы, при
обычной температуре а алючи
Пии медь растворяется не.чначи
тсльно. По мере повышени)
температуры растворимость мед»
в алюминии увеличивается и прі
температуре эвтектического про
вращения в алюминии раство
ряется 5.65е» Cl. Эвтектика в
этих сплавах состокт нз твердого
раствора-а н puAI,. Она содер¬
жит 33% Си. Рассматриваемая
гнгтрия вплвпея основой стаи
лартиого литейного сплава АЛ7.
содержащего 4.5% Си. Из диаграммы фазового равновесия видно,
что этот сплав имеет большой интервал кристаллизации н относи¬
тельно плохие литейные свойства. Вводом других компонентов Свой'
ства сплава улучшается.апРнс. i(U A.ltvuHHM«f>uu, угол диа¬
граммы фазового рзвнопссна СИСТСМЫ
алюминий — МСЗЬ
	^уг— —і
і	іадяY-/іііг—г1--h1Гг/" •~Г1в1Я S3-н—1-X ООДрждое фгги/«, zА л ю м н и и ft — к р е м п и А. На рис. 164 представлена дна*
гпячмл фазового равновесия системы алюминий—кремннй. Эта
^	система яплястсн основойбольшой группы литейных
сплавов, называемых силуми¬
нами. Максимальная раство¬
римость кремния в алюникнн
имеет место при температуре
эвтектического превращения
(t.65?« Si). Эвтектика,состоя¬
щая из твердого раствора
кремния в алюминии, содер¬
жит 11,7% Si.Силумины откосятся к
числу сплавив с лучшими ли¬
тейными свойствами. Для
улучшения механических и
других свойств в силумины
вводят другие компоненты,
модифицируют и подвергают
другим видам обработки.Алюминий — маг*
к к й. Диаграмма фазового
равновесия системы алюми-
ннй—магний представлена на
рнс. 165. Из диаграммы состо¬
яния видно, что магний обра¬
зует с алюминием широкую
область твердых растворов от
(а) до (ft). При эвтектической
температуре в алюмипли раст¬
воряется более 15% Mg. До¬
статочно высокой (2,95%) ос¬
тается растворимость магния
и при обычных температурах.Система алюминий — маг¬
ний является основой группы
литейных сплавов, характе-
ШЬм«г«ммх	1> рпзующихся главным образом1»ис II» -ЧнаМ-мми *-«*!» равном хорошей прочностью и высо¬
си* алюиинип — чагний	кой коррозионной стойкостью.I IX-4. ЛИТЕЙНЫЕ СПЛАВЫ НА ОСНОВЕ СИСТЕМЫ АЛЮМИНИЙ-
МЕДЬЛитейные сплавы на основе системы алюминий—медь в свое
время имели широкое применение. Однако посте открытия сплавов
системы алюминий—кремний, обладающих лучшими литейными
свойствами, применение сплавов алюминий—мель ограничено опре¬
деленными специфическими областями. Наибольшее pacttpocrpa
ненне паїучнл сплав, содержащий окаю 4,5% мели, ^тот и другие
двойные алюминневомедные сплави имеют структуру, состоящую
нэ демдрнтов твердого растпора-а C'uAl,. Большие включении СиAlt
заметно снижают пластичность сплава. Термической обработкой
они могут быть частично переведены в твердый раствор.Прн быстром охлаждении в тонких сечениях у этого сплава
могут быть патучеиы высокие показатели прочности н пластично¬
сти (предел прочности при растяжсннн до 40 к/'.'ммг н относительное
удлинение в пределах от 3 до
18»i).Прочность гомогенизированных
и закаленных двойных сплавов
алюминий — мель увеличивается
пронорпкоиалыю содержанию меди
только до предела растворимости
в твердом состоянии. Большая
скорость охлаждения даст лучшие
свойства как в литом,так Н в тер¬
мически обработанном состоя¬
ниях.На рнс. 166 представлены дан¬
ные. характеризующие жндкотску-
честъ сплавов системы алюминий —
медь прн разных температурах.Большей прочностью и пластич¬
ностью. чем двойные алюминиево-
медные сплавы, отличаются сплавы с добавками титана нлк титана
и магния.Паюжительное влияние добавок титана связано с измельчением
зерен, а также с частичным устранением дендритной структуры и,
как следствие этою, уменьшением усадочной пористости. Содержа¬
ние титана не должно превышать 0,3%. Дополнительное введение
а сплав магння несколько повышает прочность, но понижает пла¬
стичность.Сплавы с добавкой титана склонны к лккваинн по удельному весу,
которая приподкт к неоднородности как по содержанию меди, так
н титана. По этой причине длительная выдержка этих сплавов в
жидком состоянии, например, с целью дегазации недопустима.Действующим в СССР стандартом предусматривается производ¬
ство следующих сплавов рассматриваемой гнгтты: АЛ7, АЛ7В,
АЛ12 н А.'ПУ.Сплав ЛЛ7 имеет большой интервал кристаллизации н характе¬
ризуется плохими литейными свойствами, которые частично могут
быть улучшены введением в него кремния (до 1,2% прн литье в пес¬
чаные и до 2 + 3% при литье в металлические формы). Этот сплавЯ1ЪСи. Ас *Рнс. 166. Жндкотсхуч(<тъ СОЛ6ВОВ
системы в.ІЮЧШІНв — медь
склонен к естественному старению; коррозионная стойкость его
понижене, обрабатываемость хорошая, свариваемость удовлетвори¬
тельная. Он используется при изготовлении мелких деталей неот¬
ветственного назначения, подвергающихся сложной обработке ре¬
занием.Сплавы типа АЛ7 имеют повышенную усадку и большую склон¬
ность к образованию горячих трещнн и по этой причине их не ре¬
комендуют при литье в металлические формы. Введение в них крем¬
ния улучшает нх литейные свойства и герметичность изготовляемых
отливок.Улучшает свойства t-нлавов АЛ7 и введите и них марганца,
который способствует высокой степени пересыщения твердого ра¬
створа.Сплав применяется только в закаленном состоянии ал я деталей,
требующих постоянства размеров в условиях повышенных темпе¬
ратур (например, поршни).Сплав АЛ12 (содержащий 9+12% медн) применяется в литом
состоянии главным образом для изготовления литых поршней авто¬
мобильных и мотоциклетных двигателей. В последнее время сплав
АЛІ2 заменяют другими болте жаропрочными сплавам».Сплав АЛ19 выгодно отличается от других повышенной пластич¬
ностью и жаростойкостью. Ввод в этот сплав других в дополнение к
медн элементов (марганца, титана, циркония, церня, магния и др.)
и применение термической обработки позволяет получить большое
разнообразие сплавов с широким диапазоном различных свойств.В настоящее время оптимальным следует считать следующий
химический состав сплава АЛ 19 (в %): медь — 4,5 + 5,3; марганец —
0,6-і-1,0; титан—0,2+0,4; остальное алюминий.Сплавы АЛ(9, содержащие титан, обладают более высокой проч¬
ностью и пластичностью при комнатной температуре и пределом
длительной прочности прн температуре 300е С.Аналогично, но более интенсивно действует цернй (0.05+0,1®о)
в сплаве АЛ 19 без титана. Цирконий значительно повышает дли¬
тельную прочность сплава при 300° С.Отрицательно на свойства рассматриваемого сплава действуют
нрнмесл железа и креыння.в Ш-б, ЛИТЕЙНЫЕ СПЛАВЫ НА ОСНОВЕ СИСТЕМЫ АЛЮМИНИЙ-
КРЕМНИЙ (СИЛУМИНЫ)Литейные сплавы иа основе алюминий—кремний широко при¬
меняют в различных областях техники. Их главными потребителями
являются машиностроительная, авиационная, автомобильная, элек¬
тротехническая, приборостроительная и судостроительная промыш¬
ленности. В большом количестве они используются в в других ОТ*
раслях техники и строительства.37»
Ведущее положение п группе алюминиевых сплзвои силумины
яанн.чн (иному, что ош< обладают лучшими, чем друшс сплавы,
литейными свойствами. Большинство нз них могут быть использо¬
ваны в литом состоянии.Модифицирование силуминов обеспечивает получение достаточно
высоких показателей прочности н пластичностиК достоннстплм силуминов нужно также отнестн н нх повышен-
нун> KOppOJHOHIiyiO стойкость.Для изготовления отливок применяются ДО'їВТеКТПЧОСКИС (до
9*с Si), эвтектические и близкие по составу к эвтектике (10+ 14°о
Si) и за->втектіічсскіге (до 25“e Si) сплавы.По мере увеличения в доэвгектическнх сплавах содержания крем¬
ния в них увеличивается содержание эвтектики, которая обуслов¬
ливает значительное улучшение литейных свойств (жндкотекучесть,
уменьшение усадкн, понижение склонности к образованию трещин,
уменьшается склонность к образованию ыежкристаллитных уса¬
дочных рыхлот, увеличивается герметичность и т. п.).По мерс повышения содержания кремния о силуминах умень¬
шается коэффициент их литеАного расширения. Наибольшее при¬
менение получил енлумнн эвтектического состава, так как он обла¬
пает ианлучшими литейными свойствами в сочетании с хорошими по¬
казателями механических свойств.Обычная структура доэвтектнчсскнх силуминов состоит нз ден-
дритов твердого раствора кремния в алюминии и эвтектики твердый
раствор — кремний. Эвтектика может кристаллизоваться в двух
формах: пластинчатой и зернистой. Пластинчатая форма характерна
тем. что выделения кремния имеют вид тонких пластин с приблизи¬
тельно постоянным направлением на отдельных участках. В зерни¬
стой форме эвтектики отмечаются первичные кристаллы кремния в
виде многогранников, сама же эвтектика неравномерна по строению.
Характер строения эвтектики зависит от ряда причин, среди кото¬
рых основное значение имеют характер исходных материалов к
способ плавки. Большое влияние на характер строения эвтектики
оказывают мнкропрныссн некоторых элементов. Например, наличие
в силумине фосфора в количестве 0.00015% и более приводит к об¬
разованию тернистой эвтектики.Пластинчатая и зернистая эвтектики характеризуются различ¬
ной склонностью к модифицированию. Различна у них и склон¬
ность к переохлаждению. Первая переохлаждается прн большей
скорости охлаждения. Зернистая эвтектика при большой скорости
охлаждения не переохлаждается и не модифицируется.Как правило, силумины подвергаются модифицированию нат¬
рием. Модифицирование силумина, содержащего мккропримесь
фосфора и имеющего зернистую эвтектику, требует большого рас¬
хода иатрня.Эффект модифицирования в этом случае сохраняется меньшее вре¬
мя по сравнению с силумином, имеющим пластинчатую эвтектику.877
Вредней Примесыо П сялумпилх ЯИЛЯЄТСН ЖС.1С10
Прн зернистой эвтектике отрицательное влияние железа ска¬
зывается прн меньшем содержании, чем в случае пластинчатой эв¬
тектики.Данные табл. 90 иллюстрируют влияние характера эвтентккв ко
механические свойства эвтектического силумина.ту,!Измельчение частно кремния в эвтектике и, как следствие этого,
повышение механических свойств может быть достигнуто следую¬
щими способами:1)	большой скоростью охлаждения (только при пластинчатой
форме эвтектики):2)	кристаллизацией под большим давлением;3)	введением в сплав модификаторов.Последний способ является универсальным для любых сплавов
алюминий—кремний it в практике производства отлнвок исполь¬
зуется чаше других.Модифицирующее действие на силумины оказывают небольшие
количества натрия, кальция, калия, окислов щелочных металлов,
сурьмы, висмута, лития, бора, титана, мышьяка и др.Прн модифицировании натрием эвтектика переохлаждается иа14	+ 33° С, а эвтектическая точка сдвигается в сторону ббльшего
содержания кремния (с П.7 до 13+15% SI). В процессе модифици¬
ровании до»втектнческих и эвтектических силуминов, натрий вво¬
дится в расплав при температуре 780 + 790° С либо в виде металли¬
ческого натрия, либо в виде солей. Модифицирование часто совме¬
щают с различными методами дегазации.Имеются патентованные экзотермические смесн, в состав кото¬
рых входят фторид натрия н алюминий. Модифицирование с нх по¬
мощью может производиться при более низких температурах (600+
630е С).Обычно прн модифицировании силумина, предназначенного для
литья в песчаные формы, в расплав вводят 0.1% металлического
натрия. После модифицирования в силумине остается около 0.025S
№. Прн литье в металлические формы дииускаешм ілпаїичние со¬
держание натрия в количестве 0,002 + 0,005%.Количество натрия, необходимого для модифицирования, зави-
сет от содержания в сплаве кремния.378
Около 0,01% Na должно остаться после модифицирования в си¬
луминах, содержащих 8-і-10% Si, н 0,017+0,025% в силуминах с
11+13% Si.Избыток натрия приводит к так называемому неремоднфнциро-
ванню, признаком чего служкт огрубление структуры.Эффект модифицирования натрием прн последующей выдержке
расплава сначала уменьшается, а затем пропадает. При литье в
песчаные формы жидкий склу мин более 15 мин выдерживать нельзя.Модифицирование приводит к некоторому снижению жидкоп-
кучести (ка S+-30%). Изменяется также и характер усадочних де¬
фектов. В немоднфицнрованном эв¬
тектическом силумине усадка про¬
является в виде концентрированных
раковин. После модифицирования
усадка приобретает характер мелкой
пористости, внешне похожей на га¬
зовую. На абсолютном значении ве¬
личины литейной усалкн модифици¬
рование не сказываетсяМодифицирование благоприятно
сказывается ка улучшении прочности
и пластичности силуминов, содержа¬
щих от 1 до 15% Si. Наибольшее улуч¬
шение саоАсти имеет место при модифи¬
цировании эвтектического силумина.В сплавах, содержании не более
8% Si, применение модифицирования
не всегда целесообразно, так как в
втом случае значительно большее влия¬
ние может оказать скорость охлаж¬
дения.Модифицирование силуминов натрием значительно улучшает
обрабатываемость резанием п повышает восприимчивость к терми¬
ческой обработке.Необходимо отметить, что модифицирование приводит к значи¬
тельному понижению электропроводности (более чем Н8 30%).—Часто процессу модифицирования предшествуют (нлн он сов¬
мещается) различные методы дегазации (продувка азотом, хлором,
фильтрация н обработка ультразвуком н т. п.). Улучшение свойств
доэвтектнческих н эвтектических силуминов осуществлялось
за счет ввода в них других элементов, которые не оказывают отрица¬
тельного влияния на результаты модифицирования и не сказываются
заметно на увеличении низкого коэффициента расширения сплавов
исходного состава. К таким элементам прн определенны) их кон¬
центрации относятся медь, никель, магний, марганец, цинк и др.
Силуминыболеедругнхсплавовсклониыкобраэованию газооой по*
ристостн (рис. 167).ЬПД ~aicna'Al
• -6*«Й4ItQiSl!“7-А4£АI-'112?*Л.Лйржаад азов.Ркс. 167. Зависимость нгкду
содержанием газов н объемом
пористости а (планах алючнан»
с кремнием (Б Р. Дсорас в
В. Квкдкк)
Эаэвтектнчеекие силумины, легированные различными цемен¬
тами. нахоілт асе баїьшее применен е. В отличие от алюминия и
доэвтектнческнх енлучнноо онн характеризуются прежде всего
меньиінм удельным весом, так как кремний легче алюминия. Их
успешно применяют ДЛЯ Н1ІОТОВЛЄІІИЯ поршней. ГИЛЬЗ И ГОЛОВОК
цилиндров, клапанных коромысел, блоков, тормозных барабанов
н других изделий. Заэвтектнческне силумины характеризуются
хорошими антифрикционными, актихорроэконкыми свойствами и
малым коэффициентом линейного расширения.Изделия из эаэвтектнческнх силуминов могут производиться
литьем в песчаные и металлические формы, а также методом литья
под давлением. Заэвтектнческне силумины, используемые для изго¬
товления отливок, содержат 17+25“о Si с добавками меди, никеля,
магния, марганца, хр^ма, кобальта н других металлов.В обычных условиях литья первичный кремний выделяется из
расплава в визе крупных кристаллов, ухудшающих не только ли¬
тейные н механические своГістпа. но и обрабатываемость отливок
резанием.Мелкозернистые выделения кремния получают введением в рас¬
плав фосфора, который в этом случае в отличие от лоэвтсктнческнх
и эвтектических силуминов не нилнетси вредной примесью, а дей¬
ствует подобно модификатору. Фосфор с алюминием образует мел¬
кие нерастворимые в расплаве частицы фосфида алюминия, которые
служат центрами кристаллизации для кремния Для получе¬
ния мелкозернистой структури п расплав ввозится от 0.025 до
0.15% Р.Наличие в зяэптектнческом силумине натрии и кальция ухудшает
эффект модифицирования. Их содержание в сплаве не должно пре¬
вышать соответственно 0.001 и 0.004 VСнижение вредных я эаэнтектнческом силумине примесей нлтрпя
и кальция осуществляется хлорированием жидкого расплава перед
вводом фосфора. Известно несколько методов ввода фосфора в жид¬
кий расплав: в виде фосфористой* мелн. пятнхлорнстого фосфора,
в виде смеси нэ красного фосфора, фтортнтама и хлористого калия
н др. В последнем случае фтортнтан дополнительно измельчает
твердый раствор кремния в алюминииМодифицированные фосфором заэптектнческне силумины имеют
лучшие механические свойства. Отливки из них значительно легче
обрабатываются режущим инструментом, износ которого сохра*
щается в несколько раз. прн этом лучшей становится н чистота
поверхности отливок.Отливки нз ааэвтектнческнх силуминов могут быть улучшены
термической обработкой Прн лнтье в песчаные и металлические
формы заэвтектнческне силумины склонны к оЛрачлряниіг» концен¬
трированных усадочных раковин, поэтому при изготовлении нз них
отливок необходимо обеспечить направленное затвердевание, для
чего следует применять прибыли.
Из стандартных сплавов к сплавам на основе алюминий—крем¬
ний относят АЛ2, АЛ4, А-Л9, АЛ4В. АЛ9В. Эти сплавы лашлн ши¬
рокое применение в различных областях техники и. кяк отличаю¬
щиеся хорошей коррозионной стойкостью, в судостроении.Сплав АЛ2 характеризуется отличными литейными свойствами,
но склонен к образованию газовой пористости.Сплав А/14 по химическому составу сложное сіиава АЛ2, кроме
8+10,5% Si, он содержит магний, марганец, а также примеси
железа, медн и цинка. Поэтому его фазовый состав, кроме наличия
твердого' раствора-а н кремния, характеризуется и присутствием
включений MgjSi и AISiMnle. Этот сплав имеет прочность
в 24 + 28 кГ.'мм* при удовлетворительных показателях пластичности
(относительное удлинение 3+7%). Отливкн нз него отличаются
хорошей герметичностью. Сплав АЛ-J используется при изготовле-
инн самых сложных и крупных деталей. несущих большие нагрузки
(бЛОКН головок цилиндров. картеры к другие ответственные детали
двигателей жидкостною охлаждения).Высокая прочность сплавы достигается при закалке с ЗЗо1' С,
в воде и искусственном старении нрн 185" С. Основным упрочните-
лем в этом случае служит фаза Mg,Si.Сплав АЛ4 имеет повышенную склонность к поглощению водо¬
рода н образованию пористости. Для получения нэ него плотных
отливок применяют различные методы рафинирования н дегазации:
взкуумнроваиие. кристаллизацию под давлением, хлорирование,
обработку ультразвуком и .чрСплав АЛ9 содержит 6+ 7% Si н 0,25+0,4% Mg, Он применяется
в закаленном и вчастнчпосостаренном состояниях нрн изготовлении
тонкостенных и сложных но конфигурации отливок, несущих сред¬
ние по величине нагрузки (летали карбюраторов, корпуса различ¬
ной аппаратуры и т it.)Этот сплав характеризуется хорошими литейными свойствами,
близкими к свойствам сплава АЛ2. и имеет меньшую, чем у сплава
АЛ4. склонность к образованию газоноЛ пористости, что позволяет
упростить технологический процесс и исключить такне операции,
как применение кристаллизации под давлением, иакуумкроввние.
сложное модифицирование И Т. 11.Недостатками сплава являются худшая, чем у других сплавов
этой группы, обрабатываемость резанием, пониженная коррозион¬
ная стойкость в азотной кислоте н пониженная жаропрочность.ft IX-6. ЛИТЕЙНЫЕ СПЛАВЫ НА ОСНОВЕ СИСТЕМЫ
АЛЮМИНИЙ -КРЕМНИЙ МЕДЬСплавы алюминия с кремнием к мелью (иногда с небольшими
добавками магния) состаэлиют большую л важную группу литей¬
ных енлавон с примерно одинаково уцоилетворнтельнымн литей¬
ными свойствами, но различными областями применения. К >тойMl
группе относятся сплавы АЛЗ, АЛЗВ, АЛ5, АЛб, АЛ10В, АЛ14В,
АЛІ5В.Сплав АЛЗ применяется главный образом для изготовления
корпусов различных приборов, к которым предъявляются следую¬
щие требования: сохранение постоянства размеров в процессе дли¬
тельной эксплуатации, хорошая чистота обработанной поверхности,
достаточная прочность и твердость.Широкие пределы содержания компонентов в сплаве приводят
к значительным колебаниям прочности. Коррозионная стойкость у
сплава АЛЗ пониженная. Свариваемость удовлепюрнт«іьіі8Я. об¬
рабатываемость хорошая.Сплав АЛ5 применяют для отливок крупных н нагруженных
деталей, работающих в условиях повышенных температур. Наиболь¬
шее применение ои нашел в авиационной промышленности прн из¬
готовлении головок цилиндров двигателей воздушного охлаждения.
Он обладает сравнительно хорошими литеЭиымн свойствами (пони¬
женной СКЛОННОСТЬЮ К гаэопоглощенню, повышенной Tpell'lllioyc-
тойчивостью н т. п.). Технология производства его несложна ІІ от¬
лнвкн из него могут производиться без модифицирования.Сплав АЛ6 отличается от предыдущих большим содержанием
мели и отсутствием магния.Отлнвкн, изготовленные из этого сплава, лучше сохраняют ста¬
бильность размеров. Поверхность отливок после обработки реза¬
нием хуже, чем у отливок из сплава АЛЗ.Сплав АЛ 10В применяется преимущественно для отлнвкн порш¬
ней автомобильных н тракторных двигателей. Этот сплав лучше
других алюыннневокремннстых сплавов обрабатывается резанием.
Жаропрочность его выше, чем у сплава АЛ5. Вместе с тем он имеет
ряд недостатков: повышенный коэффициент термического расши¬
рении, склонность к объемным изменениям в процессе эксплуатации
и пониженную коррозионную стойкость.В настоящее время известны сплавы на основе алюминия, кото¬
рые с большим успехом, чем сплав АЛ10В, могут быть использо¬
ваны для изготовления поршней. К ним прежде всего относятся
эаэвтекшческие силумины.8 IX-7. ЛИТЕЙНЫЕ СПЛАВЫ НА ОСНОВЕ СИСТЕМЫ АЛЮМИНИЙ -
МАГНИЙСплавы на основе алюминия и магния прн меньшей. чем у других
алюминиевых сплавов плотности (2,61+2,65 г/см*), имеют лучшую
корроанонную стойкость н прочность. Известными в промышлен¬
ности представителями этой группы сплавов пвлпютсл ЛЛ8, АЛ 13
и АЛ22.Сплав АЛб применяют для изготовления отливок, нссуіцнх боль¬
шие вибрационные нагрузки нлн подвергающихся воздействию нор¬
ма
скол воды. Он пнллекн тнпнчиым представителем двойных сплавов,
которые в литом виде состоят из зерен твердою раствора магния в
алюминии. По границам этих зерен образуется фаза-р.Производство качественных отливок нз сплава AJ18 связано с
необходимостью преодоления ряда серьезных технологических труд¬
ностей, вызываемых недостаточно удовлетворительными лнтеЛмымн
свойствами сплава, с;о повышенной склонностью к окислению в
жидком состоянии. высокой чувствительностью и изменению ско¬
рости кристаллизации. склонностью к гористости из-за взаимодей¬
ствия расплава с влагой, содержащейся в форме.Солав А/18 рекомендуется производить из алюминия максималь¬
ной степени чистоты. Для предупреждения окисления сплава в него
вводят 0,05 + 0.15% Be. Одиоиременно с бериллием добавляют та¬
кое же количество титана для нейтрализации действия бериллия,
увеличивающего зерна.Высокопрочный сплав, содержащий такое же количество маг¬
ння, как и сплав АЛ8. но дополнительно содержащий 0,05-ь0,15%
Ті. 0.05+0.2% Zr, 0,05+0.15'.'о Be. получил название сплава
АЛву.Сплав АЛ8у имеет широкий интервал крнсталлнзацнн (около
100е Q и предрасположен к образованию рассеянной усадочной
пористости, распределяющейся по сеченню отливки настолько рав¬
номерно, что ее иногда трудно обнаружить рентгеновским просве¬
чиванием и отделить от газовой пористости. Чтобы получить герме¬
тически плотные отливки нз рассматриваемого енлвва, необходимо
ирхиять специальные иери, обеспечивающие улучшенное питание
кристаллизующейся части отлнвок (например, кристаллизация под
давлением, направленный теплоотвод н т. п.).Для предупреждения образования газовой пористости прн про¬
изводстве отливок нэ сплавов типа АЛ8 в состав формовочных
смесей вводят различные вещества, которые препятствуют взаимодей¬
ствию расплава с влагой смеси (например, борную кислоту, фтори¬
стые присадки к др.).Кремний, введенный в двойные сплавы, улучшает нх литейные
свойства и повышает жаростойкость.Сплав АЛІЗ используют для отливки деталей средней степени
иагруженности. работающих в условиях коррозионных воздействий.
Этот еплав содержит значительное количество эвтектики н характе¬
ризуется лучшими литейными свойствами, чем сплав АЛ8. Однако
механические свойства этого сплава (его не рекомендуется подвер¬
гать термической обработке) ниже, чем аналогичные свойства тер¬
мически обработанного сплава АЛ8.Сплав АЛ2'2 предназначается преимущественно для отливки
методом литья под давленном деталей, подвергающихся воздействию
ыорской воды. Он удовлетворительно сваривается газовой сваркой,
хорошо обрабатывается реэаннем и полируется. По коррозионной
стоАхостн в ыорской воде оа ие уступает сплаву АЛ8.Ш
По мере возрастания жаропрочности сплавы рассматриваемой
группы могут быть расположены о следующий ряд: ЛЛ8 -* АЛ 13 -*
-►АД 22. Причем жаропрочность сплаиа АЛ8 значительно хуже
жаропрочности двух других сплавов.В промышленности применяются и другие композиции сплавов
на основе алюминия и магния. Так, например, высокой коррозион¬
ной стойкостью н меньшей склонностью к разупрочнению, чем сплав
АЛ8, характеризуется сплав А.М6Л, применяемый ь литом состоянии
и содержащий Mg 6-5 74», Be O.OS-s-O.t. Ті 0,05+0.15®i,Zr 0.05-!-
+0.2VI IX-9, ДРУГИЕ ЛИТЕЙНЫЕ АЛЮМИНИЕВЫЕ СПЛАВЫС и л а в АЛ1. Основой этого сплава является система алюми¬
ний— медь—никель—магний. Он используется для литья деталей,
работающих при повышенных температурах.Сплав АЛ11. В атом сплаве содержится значительное каїн*
чеетво эвтектики алюминий -кремний, чти является предпосылкой
его хороших литейных свойств. Наличке ь сплаве цинка, входящего
в твердый раствор, упрочняет его и пркводігт к улучшению механи¬
ческих свойств сплава.Сплав не нуждается в термической обработке. Он способен к
старению в литом состоянии. Отливкн нэ сплава АЛ 11 хорошо обра¬
батываются резанием. Коррозионная стойкость сплава низкая.Сплав ВАЛ4. Применяется для деталей приборов, требуюшнх
повышенной стабильности размеров, к для различных литых деталей
сварных конструкций. Он характеризуется удоялстворительнымн
лнтейнымн свойствами.Основной особенностью сплава является способность упроч¬
няться в результате естественного старения. После 8—10-дневной
выдержки сплав приобретает механические свойства, превосходя¬
щие свойства многих других сплавов алюминия. Термической об¬
работкой свойства сплава значительно улучшаются.По коррозионным свойствам он мало отличается от сплавов
АЛ 2 н АЛ 13.Сплав АЛ20. Этот сплав относится к числу новых лнтейных
жаропрочных сплавов и характеризуется следующим оптимальный
химическим составом (в %): Си 3,5+5,5; Mg 0,7+1,2; Si 1,5+2,0;
Ке 1,2+1,7; Мп 0,2+0,3; Сг 0,1+0,19; Ті 0,1+0,18 в остальноеАЛЮМИНИЙ.В этом сплаве содержится больше, чем в других алюминиевых
сплавах, железа, которое здесь не является вредной пркмесыо. а
служит легирующим элементом. По длительной прочности сплав
АЛ20 в литом состоянии превосходит сплна АЛ1. а посте термичес¬
кой обработки он характеризуется такими же показателями.Литейные свойства этого сплава не уступают литейным свойствам
многих других алюминиевых сплавов.
Из этого сплава могут успешно производиться огляякм. работаю-
инк' в условиих повышенных температур и высоких давлении.С її л а в AJ121. Отличается от сплава АЛІ наличием большего
содержании і)ик«-ля и меди. Это предопределило появление н ней
фачм AyQiNi).. увеличивающей его прочность при высоких тем*
пературах. Он применяется для отливок, работающих при повышен¬
ных температурах. Вместе с тем наличие этой же н аналогичных фаз
обусловливает ок) пониженную пластичность- Коррозионная стой¬
кость сплава пониженная; обрабатываемость резанием хорошая;
сварішаемость удовлетворительная.Сплавы алюминия с ураном. Эти сплавы (20-*-
-+- 35% I.) применяют для изготовления замедлителей в ядерных ре¬
акторах. Литые заготовки из этих сплавов производят методом цен¬
тробежного ліпьи в металлические изложницы. Перед заливкой
расплав дегазируется гелием.Легковесные ячеистые сплави алюминия.
Эти сплавы относятся к типу пенопластиков, но с металлической ос¬
новой Способ производства отливок ні ячеппых легковесных спла¬
вов заключается в следующем: литейная форма, изготавливаемая
обычным способом, заполняется солью определенной зернистости.
Во время сушки выделяющаяся нз формы влага сначала коиденсн-
рус-тсн на зернах cant, а при дальнейшем нагревании к полном не-
паренки влаги соляной заполнитель цементируется а сплошной кар¬
кас с образованием н ік-м ііолос-iefi. которые затем заполняются ме¬
таллом. И~ іііілучиїііон таким образом отливки соль выщелачивается
н получается пористая (ячеистая) отлняка, н которой поры могут
занимать до 70% объема Размеры пор определяются зернистостью
соляного заполнители н могу; измениться в широких пределах.Описанным методом изготавливаются отлнпкн из сплата на ос¬
нове алюминия, содержащего 7% Si и 0.3“<» Mg.Известны и другие сплавы алюминия, производимые аналогич¬
ным методом с плотностью от 0.3 до 0,6 -см*.Из ячеистых сплавов могут быть изготовлены различные метал¬
лические фнльтры, подшипники II Т. II.6 IX-9, НОРМЫ ТРЕБОВАНИЙ, СОСТАВ И ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА
АЛЮМИНИЕВЫХ ЛИТЕЙНЫХ СПЛАВОВХимический состав н виды термической обработки алюминиевых
сплавов приведены в табл. 91.В табл. 92 приведены некоторые физические, а а табл. 93 —
механические свойства алюминиевых сплавов при нормальної)
темпера". > го.Значении іемперагур лнкнндусл и солндуса. а икже жидко-
текучесть (температура эалнлкн 700й С) некоторых алюминиевых
сплавов приводятся п табл 'И.V* 1* Л..*»ши« CIUI3.U	3*5
1 I I I 1 і I I I I I I ! =! I + + v I I I I 1-І I I IIч §і + % Viii+ v+ I + + I I + + + •!• і і I + I
!J і 1 1 1 1 1 1 v £?■?	e-TIlf+ * 7 1 I I 5 I 3 3
'■- і ■> *■•; + + +
§ 1 і і з гІ г + I I I-• 'iі * +J ” .L J. •* I* «> W? «1 1 - 5 * і і X • 1і
>/. 12*+ + + + *» I I +scene= 22Е2£г;Я5 3 5 3 5 5 3 54}Гїіті І1г 1
І?!
■I J•и
і« І-! іІ І*•3 і
33II іtr|| Н
н иЕ*їїіijjljЫп
Т 14 .< ■ и а «9А/II
АЛ 2
АЛЗ
АЛ4кпьАЛ7
АЛК
А.'Ю
A.'ll I
А.Ч14
АЛ19
Л.'121
Л.І22
ПА.147>гі.»сііфоаоіл*>с(ь.І84.0іиаOJi*o>,\mллза;і4ЛЛ8АЛ9АЛІ!дли, яа«,і,ісі(ПчЛ н C"CT»|uii-3, «олифиппркнлн'ыПІД|3. ІІЛП К, злнденпыП и со
іілренниЛ
3, ыолнфиинроваиныЛ, за
мяенииЛ н состаренный3,	эахадскпыП и состаримЭ. Т4
3. Т5
З, Т4З,	Ї47200Г>00глю72007200720070007200720067Ш
ЛрЫ*одхгнш тгіл. 03SSЙ,*1мILJlfі&АЛ213, Т722201,57570003. Т2211.2697000а, тс30230.7807000АЛ22д2921003, Т42418ЭЮ7000ВДЛ4ЛптоЛ гтос*« *СТ«ТВСНН0ГО
єменця (ній искусствен¬
ного стареная при 120* С3-в «о2417SU6900З — їли t печ>1Ы« ф»р«м;X - ти • піимміп фораи;A — лш ом шмпі:Т — р«*ма крипкп* сврабогы (пм >1).АлвчннвАаліЛЛ2АЛЯАЛ4АЛЗАЛвЛЛ7АЛВАЛ9АЛ13А.'Н9АЛ21АЛ22ВАЛ4
ГЛАВА ДЕСЯТАЯ
МАГНИЙ И ЕГО СПЛАВЫ| Х-1. СВОЙСТВА МАГНИЯ И РАЗВИТИЕ ПРОИЗВОДСТВА СПЛАВОВ
НА ЕГО ОСНОВЕСвойства. Магнии — серебристо-белый легкий металл с
ярким блеском. Егофизнческие и механические свойства следующие:Паогнисть, 		1.738Тсиіісраі;р« планлгния, 'С		<>51TcuDcpaivpa юшемкя, "С		1)20Теплоемкости (в интервале от - 184 до420'С) ha.ij.yiuO (ОжІ.-раІЇ)		0,2234(0,927)Теплопроводность <в интервале or 0 до100' С) кал.'ем -сек- граф (*ті.ч ■ град) ■ .	0,370 (15*,4)УДСЛЬНОС Э.Н'КГрИЧССКОГ 1'ОІІрОІІГВ.ТСІІНЄ(прн \ 20* Q ом ■ ся (ом ■ м)	4,46 • ІСГ1 (4,46 10 'JПредел прочности при растяжении:при лшье в кетаалнчсскгсе формикГІмм*		І2Лпри лгтьс в песчаные фириы, кГі'мм’ \ ю,7
Относительное удлинение, 			4 к5Из конструкционных материалов, производимых в промышленном
масштабе, магынй является самым легким. В течение многих лет
он применялся в очень малых количествах из-за того, что о чистом
виде характеризуется низкой коррозионной стойкостью, недоста¬
точной однородностью свойств н относительно легкой воспламеня¬
емостью.Развитие производства сплавов. Магниевые
сплавы по удельной прочности приближаются к наиболее прочным
алюминиевым сплавам. Прн использовании нх в конструкциях вес
деталей уменьшается по сравнению с алюминиевыми сплавами при¬
мерно ка 20 + 30% я на 50 + 75% по сравнению с чугуном н сталью.Применение магниевых сплавов в различных областях техники
связано главным образом с успешным использованием нх в авиации.В нестоящее время в технике широко используют сплавы маг¬
ния с алюминием, цинком, марганцем и другими элементами.В результате проведенных исследований была установлена воз¬
можность упрочнения н улучшения многнх свойств магниевых спла¬
вов вводом в них торня, лнтня. бериллия, кальция, кадмня. церия,
титапа, циркония, олова, серебра н других элементов, а также путем
термической обработки. Из перечисленных элементов особое зна¬
чение придается торию, который упрочняет сплавы прн высоких
температурах. Номенклатура совремеииыд магниевых сплавов390
непрерывно увеличивается, а свойства нх энатателыю превосходят
свойства первых магниевых сплавов, известных в свое время под
фнрыениыми названиями «электрон», «доу-металл* п др.| Х-2. основные ТИПЫ (ГРУППЫ) МАГНИЕВЫХ ЛИТЕЙНЫХ
СПЛАВОВВ настоящее время известно большое количество различных КОМ¬
ПОЗИЦИЙ магниевых литейных сплавов, используемых в машинострое¬
ния, приборостроении, авиации, ракетной технике и т.п.Условно магниевые литейные сплавы могут бить разделены на
следующие группы:I	— сплавы на основе системы магний—марганец (МЛ2);И — сплавы на основе системы матий—алюминий—цинк (MJ13,
М/И, МЛ5. МЛ6. МЛ7-1);III	— сплавы, легированные редкоземельными металлами и цир¬
конием (MJI9, МЛ 10, МЛИ, МЛ12. ВМЛЗ);IV	— сплавы, содержащие торий к некоторые другие элементы
(МЛІ4, ВМ/11 и др.).В табл. 95 приведен химический состав (по основным элементам)
литейных магниевых сллавов, применяемых в СССР. Их механиче¬
ские, физические и технологические свойства приведены в табл. 96
н 97.В некоторых зарубежных странах принята несколько ивая спе¬
цификация магниевых литейных сплавов.Так, в США пысокопрочные магниевые сплавы (данные 1963 г.)
делят на следующие группы:I — сплавы на основе системы магний — алюминий — цинк;II	— сплавы па основе системы магний — цинк — цирконий;III	— сплавы ка основе системы магний — редкоземельные эле¬
менты — цирконий;IV	— сплавы на основе системы магний — торий — цирконий.В табл. 98 приведены данные о химическом составе, а в табл. 99 —о	механических свойствах магниевых литейных сплавов по данный
спецификации MIL — М — 46062 (MR) (1963 г.).§ Х-3. СПЛАВЫ СИСТЕМЫ МАГНИЙ-МАРГАНЕЦСплавы магний — марганец представляют собой твердый раст¬
вор марганца о магнии и включеннями первичного марганца, коли¬
чество которого зависит от его содержания в сплаве н скорости
охлаждения. При низком содержании марганца н быстром охлажде¬
нии количество первичного марганца в структуре сплава мини¬
мально. Характерный представителем этой группы сплавоп является
сплав МЛ2. Он характеризуется узким интервалом кристаллизации
(около 5"), хорошей жидкотекучестью. большой усадкой, малой
склонностью к образованию мнкролорнстостн, отноаггельно вы¬
сокой горячеломкостью.
I-ft'вS" 1u.йл 15H.1S® 191:M I-►i2m I*(MKF4OIVWc.- 1<irwa* 1i-xws^a«1■aЯ°88-XnS^S!•*2-8{UX11ялаЇfourSIa«gXUал8і««.г2«SSU-H2e?eraa«gs3і Л§:*§ЇІІІЙ»Ц їч “ ■ X
*£*8.
і"іг
Lw*n>i.-*.13МЛ»ЯЛІ№1*МЛ7-1МЛІПангиосік при 20* С,1.771 78l.tt*1.8]1.В21.7*;.еТгмпсрвт\'ра ліікщі-ДО67Яею607600еюB4SТеипгротчра сизн-
ауеа, О'С	645Ml466492440505555Склонность к обра¬
зованно иикро-
рыхаоты в усяов-
иых ешттэх ■ . ■01а2Э11Жнлкотгкучгсіь,
ДЛИН* проАм, ммЭ002152352903352502501 орпеаоніпсть •
устных гдтіп-504? ft37,530+3525+3032,5+37,532.5Лингйная усэ.-кя, */.1.7+1,»I.*l.S+1.41,2+1,31,1+1/-!,2+1.4i1.2+1,45Паоїиосіь прив/г**	TexRppitvpJ ядусв■ус*, ОС	Скдонііосіь к ortpi-
аоаанию инкро-миї санннн’ах . - ■
Жнякоіскуліть,
длин* проби, .ИМ
Горвюомкмть вyctotHMi fJUIIH-мл;вМЛ 11НЛ1І_«лыпч;1’_вчла1.77I.R01,М1,8-11.791.S3G50643«35--6311355935»--V*J1Я0132502502302302302503152032^25+30U-: 1,51,2+1,51,з-: 1,51.3-Г 1,51,3 1,51,2+1,4ЦІЇ ■
Лмиейнай усаНнзкие механические свойства сплаве МЛ2 ограничивают
область его применения. Введением в сплав 0,2% Са достигается
измельчение его зерен н некоторое улучшение механических свойств.
Термическая обработка не улучшает его свойств, и она (отжкг прн
340* С в течение 2—3 ч) применяется только ал я сиятня внутрен¬
них напряжений.Особенностью отливок нз сплава МЛ2 является их высокая
коррозионная стойкость в плавиковой кислоте, концентрированных
растворах едкого натра (до температуры 120° С) и растворах соды.
Сплав сваривается и хорошо обрабатывается режущим инстру¬
ментом.
\i15Mill I 1 і IIЩр ЇІЇ si11111 1111+ I ill +**	— і	a pt*iЬ aI I I I 1 I I I I + IT8 I15 85333 *І їШЛ I1 &Шif.
2 '«! •>
5и rS!U’8*32fraI I I I I 1 ! I I3 !a8<<w<**iceabIsnSn<<<<<55<S5XNNNN
М>р*1 IIUI1I'іГгЖїї:_пр™=|AM 100 АT-t.1110бTG:и17-AZG3AT431И7.TS.44163AZS1AT-1:н117AZ9ICT43-І117T6HI1в3AZ01АT4и11ЧТВ34181HIA24в147. K5IA•re342«5ZKG1AтеЗв2957.U41AT528192,5ZHK2AT535SUMIAТб1Й1KZWAT520142QK22AтеУ,232ІІКЗІАТб27134HZ«AТ527134в Х-4. СПЛАВЫ СИСТЕМЫ МАГНИЙ—АЛЮМИНИЙ ЦИНКВ сплавах рассматриваемой системы упрочняющими фазами
являются соединения Mg,,AI|, и Mj^Al.Zn,. Введение п эти сплапы
марганца повышает их коррозионную стойкость. К этой группе
относятся сплапы МЛЗ, МЛ4. МЛ5, jMJI6, МЛ7-1.Сплап в МЛЗ характеризуется относительно небольшим интер¬
валом кристаллизации, малой склонностью к образованию микро-
пористости, повышенной склонностью к горячелоыкостн, грубоаср-
пнетой структурой и низкой жндкотекучестью. Термическая обра¬
ботка отливок (отжиг прн 340° С в течение 2—3 ч) применяется
только для снятия внутренних напряжений. Отлнвкн из сплава
МЛЗ хорошо поддаются обработке резанием и сварке. Они обладают
удовлетворительной коррозионной стойкостью только ііосле окси¬
дирования.Этот сплав применяют для изготовления отливок несложной
конфигурации, работающих в условиях, требующих повышенной
герметичности лрн статических и динамических нагрузках средней
величины.Сплав МЛ4 (нормальный и повышенное чистоты) имеет широкий
интервал кристаллизации и больше других магниевых сплавов
склонен к образованию усадочной микропористости и горячелом-
костн. Сплав модифицируется лрн перегреве до температурыт
650 ■+• 900“ С п введении веществ, содержащих углерод. Он упроч¬
няется термической обработкой. Жндкотекучесть сплава МЛ4
удовлетворительная.Отлнакн из сплава МЛ4 характеризуются высокой коррозион¬
ной стойкостью. Ил группы сплавов рассматриваемой системы по
коррозионной стойкости он занимает посте сплава МЛ2 второе
место, причем коррозионная стойкость отливок кз сплава повы¬
шенной чистоты о несколько раз выше, чем у отливок из сплава
нормальной чистоты.Сплав МЛ4 не рекомендуют променять для лнтья под давлением
н в металлические формы. Из него обычными методами могут быть
нэпэтовлены отливкн, работающие в условиях средней нагружен-
ностн п в среде с высокой влажностью, т. е. в тропическом н морском
климате.Сплав МЛ5. так же как к сплав AL14, может иметь нормальную
и повышенную чистоту. Он модифицируется в тех же условиях, чго
и сплав МЛ4. и свойства его могут быть улучшены термической
обработкой. Его от других сплавов рассматриваемой системы отли¬
чают лучшие литейные свойства. Посте окелднровзш’л он приобре¬
тает удовлетворительную коррозионную стойкость; хорошо свари¬
вается а обрабатывается.Из сплава МЛ5 производят отливкн высокоиагружспных дета¬
лен различными методами лнтья. Отливки нз сплава МЛ 5 повышен¬
ной чистоты применяют в тяжелых атмосферных условиях с высокой
влажностью при тропическом и морском климате.Сплап МЛ6, так же как и сплав МЛ5, характеризуется хорошими
литейными свойствами, но имеет несколько больший интервал
кристаллизации и поэтому более склонен к образованию усадочной
микромористостн.Жндкотекучесть сплава МЛ6 ішніе, чем у сплаиа МЛ5. а горя-
челомкость несколько меньшая. Он модифицируется так же, как
и сплав МЛ4, и упрочняется термической обработкой. Посте окси¬
дирования этот еллао приобретает удовлетворительную коррозион¬
ную стойкость и хорошо обрабатывается резанием н сваривается.Сплав МЛ6 нспатьзуют для изготовления различными методами
яисокопагружениых отливок, от которых требуются повышенные
значения предела текучеспі. Без термической обработки применять
сплав МЛ6 не рекомендуется.Сплав МЛ7-1 имеет меньший интервал кристаллизации, чс-м
сплавы МЛ4, МЛ5 к МЛ6, н характеризуется удовлетворительными
литейными свойствами. Термическая обработка отливок из сплава
МЛ7-1 применяется только для снятия внутренних напряжений.
Особенностью сплава МЛ7-І является более медленное, чем у других
сплавов рассматриваемой системы, разупрочнение при температуре
до 200е С.Он так же хорошо обрабатывается реэаияем м сваривается, как
н другие сплавы системы ыапшй — алюминий — цинк.396
Сплав в МЛ7-1 применяют для изготовления отливок, работаю¬
щих в условиях средних нагрузок прн температурах до 200° С, прн
ггом напряжения не должны превышать 5,5 кГ/мм* прн 150“ С
н 2,5 кГ/м.ч* прн 2005 С.| Х-8. СПЛАВЫ СИСТЕМЫ МАГНИЙ РЕДКОЭЕМЕ/ЪНЫЙ
МЕТАЛЛ—ЦИРКОНИЙК сплавам системы магний — редкоземельный металл — цир¬
коний относятся МЛ9, МЛ 10 н МЛИ. Редкоземельные элементы,
введенные в магниевые сплавы, заметно повышают их жаропроч¬
ность. которая увеличивается по мере перехода от лантана к нео¬
диму. Прн комнатной температуре о магнии растворяется около
0,5% La и 1% Nd. Прн эвтектической температуре в магнии раство¬
ряется 1,5% La, 1,6% Се н около 2% Nd.Лантан, церий н неодим образуют с магипем несколько типов
соединений. Наиболее богатые магнием соединении (содержащие
9 атомов магння) образуют с ним эвтектику. Основой сплавов рас¬
сматриваемой системы являются зерна упрочненного тпердого раст¬
вора редкоземельного элемента в магнии, сцементированные о те
более прочной эвтектической смесью, состоящей кз твердого раст¬
воре н того млн иного химического соединения.По изменению величины раетнорнмости редкоземельных метал¬
лов в магннн о зависимости от температуры можно судить о возмож¬
ной степени упрочнения сплавов с помощью термйческоА обработки.Чем больше разница и величине растворимости при эвтектиче¬
ской и комнатной температурах, тем в большей crviichii сплав может
быть упрочнен с помоніью термической обработки.Сплав МЛ9 характеризуется удовлетворительными литейными
свойствами к однородностью свойств а тонких н толстых сечениях.
Особенностью сплапа является его значительная склонность к обра¬
зованию охненых плен.После оксидирования коррозионная стойкость сплапа не усту¬
пает аналогичным показателям сплава МЛ5. Оглнаки нз сплава
МЛ9 хорошо обрабашпаются резанием и могут свариваться методом
аргоно-лугпвой сларкн. Этот сплав используют для изготовления
отливок, работающих п условиях значительных нагрузок при тем¬
пературе до 250 + 300е С.Сплав МЛЮ отличается высокой герметичностью. Другие свой¬
ства его, за исключенном более низкой жид котеку чести, такие же,
как у сплава МЛ9. Он предназначается для производства высоко-
нагруженных отлниок. работающих длительное время прн темпера¬
туре до 250 ■+ 300е С.Сллав МЛИ п отличие от других сплавов своей группы о боль¬
шинстве случаев применяется в литом виде без термической обра¬
ботки, так как практически она его не упрочняет. Литейные и тех-397
нологнческне свойстве сплава МЛИ аналогичны свойствам других
сплавов рассматриваемого типа. Основной отличительной особен¬
ностью сплава МЛ 11 является высокая жаропрочность прн темпе¬
ратуре 250* С. Из сплава МЛ 11 производят отливки поаыиюшеой
герметичности, работающие в условиях средних нагрузок при тем¬
пературе около 250° С.Ц Х-в. СПЛАВЫ СИСТЕМЫ МАГНИЙ—ЦИНК—ЦИРКОНИЙ
К этой группе магниевых сплавов относятся МЛ 12 и ВМЛЗ.
Двойные сплавы магний — цинк, хоти и ішеют высокие показатели
механических свойств, для производства отливок не применяются
из-за плохих литейных свойств. Ввод в енлаоы циркония улучшает
литейные свойства, измельчает зерно н упрочняет нх. Оптимальные
результати при этом достигаются прн введении 0.6 + 0,6% Zr.
В литом состоянии микроструктура сплавов системы магний —
иимх — цнркопиЛ состоит из зерен твердого раствора цинка н
циркония в ыагнии, по границам которых располагается химическое
соединение MgZn3. Исли в сплавы рассматриваемой системы допол¬
нительно ввести лантал, то по границам зерен наряду с MgZn, будут
располагаться химические соединения магния с ланталом тина
Mt’,l.a.Отличительной особенностью сплава МЛІ2 является наличие
високого предела текучести прн одновременно высоком относитель¬
ном удлинении. Механические свойства его после термической обра¬
ботки вьпие. чем у других магниевых сплавов. Литейные свойства
сплава удовлетворительнее. Он хорошо обрабатывается резанием,
по не сваривается. Коррозионная стойкость его после окскдкровАння
віллє, чем у сплава МЛ5. Из сплава МЛ 12 производят высокона-
груженные отливки, от которых требуется однородность свойств
н различных сечениях н высокий предел текучести при работе до
температуры 250° С.Литейные н технологические свойства сплава ВМЛЗ превосхо¬
дят аналогичные свойства сплава МЛ 12. Он характеризуется высо¬
кими механическими свойствами при нормальной температуре и
повышенной прочностью в пределах температур 200—250'С. усту¬
пая, однако, в этом отношении сплавам МЛ9, МЛ10 и МЛ 11.После оксидирования коррозионная стойкость сплава ВМЛЗ
выше, чем у сплава МЛ5.Сплав ВМЛЗ хорошо обрабатывается резанием н поддается
вргонп-дуговой сварке. Из этого сплава производят отливки, от
которых требуются высокая плотность и герметичность до темпера¬
туры окаю 250 С.5	Х-7. СПЛАВЫ СИСТЕМЫ МАГНИЙ—ТОРИИ—ЦИРКОНИИ
Сплавы магний — торий — цирконий являются в настоящее
время наиболее жаропрочными магниевыми сплавами, отлнвкн из
которых могут работать до температур 350 +■ 400° С.
Высокая жаропрочность характерна для двойных сллавов маг¬
ний — торий. Введение в эти сплавы дополнительно циркония при¬
водив к измельчению зерен, повышению механических II улучше¬
нию литейных свойств..Добавка к тронным сплавам магний — то¬
рий ~ цирконий цинка увеличивает сопротивление усталости и
длительной прочности ирн повышении* температурах.Сплав В.МЛ1 характеризуется наиболее высокой жаропрочностью
и удовлетворительными литейными свойствами. Он упрочняется
термнчесхой обработкой. Коррозионная стойкость его после окси¬
дирования, обрабатываемость резанисч и свариваемость такая же,
как у многих других магниевых сплавов. Из сплапа производят
отливки, работающие в условиях высоких нагрузок при темпера¬
турах от 300 до 400° С.Сплав МЛ 14, так же как н сплав В.ЧЛ1, упрочняется тер¬
мической обработкой. Он отличается боли- высоким, чем у других
магниевых сплавов, сопротивлением ползучести прн температуре
350-{-400вС.Литейные н другие свойства сплава мало отличаются от свойств
большинства других магниевых сллавов. Он используется дли про¬
изводства отлнвок, работающих в условиях больших нагрузок при
температуре от 300 до 400® С.Использование сплавов ВМЛ) и МЛ14 для изготовления отлн¬
вок, работающих прн более низких температурах, нецелесообразно,
так как при этих условиях целесообразнее применять другие маг¬
ниевые сплавы.I Х-8. НЕКОТОРЫЕ ОСОБЕННОСТИ ПРОИЗВОДСТВА ОТЛИВОК
ИЗ МАГНИЕВЫХ СПЛАВОВОпивки из магниевых сплавов могут быть получены любым
метолом. Олнако в процессе их производства в значительно большем
масштабе, чем при производстве отлнвок нз других сплавов, приме¬
няются различные методы литья в металлические, гипсовые и дру¬
гие формы.Получение качественных отливок па магниевых сплавов ослож¬
нено ослеасівнс малой теплоемкости расплава, его низкой плот¬
ности и небольшой разницы п плотностях жидкого магния и его
различных соединений (главный образом окислов), а также боль¬
шой химической активности магния.Исключительно большую опасность о различных стадиях про¬
цесса производства сплавов н нх заливки ч формы представляет
образование окислов н попадание нх в эалиял^муш форму.В связи с этим приготовление магниевых сплавов, процесс из¬
готовления литейных форм и заливка их требуют особых отличаю¬
щихся от применяемых ирн изготовлении отлнвок нэ большинства
других сплавов приемов.
Все вредные примеси нз магниевых сплавов трудно удалить
в процессе плавки. Поэтому требуются тщательный контроль ка¬
чества исходных материалов н высокая степень нх чистоты.МагннЛ н компоненты, входящие в состав его сплавов, легко
окисляются. Поэтому прн выплавке магниевых сплавов в промыш¬
ленности широко применяют различные флюсы.В состав флюсов в большинстве случаев входят хлористые и
фтористые соли. Применение этих флюсов преследует двоякую аель:
во-первых, предохранить расплав от окисления и возгорания; во-
вторых, вывести нз расплава неметаллические включения (окислы,
пптриды и др.). Флюсы, как правило, составляются нэ двух-трех
композитов, состав которых подбирается таким образом, чтобы
был обеспечен эвтектический или близкий к нему состав. Требуемые
физические свойства флюса (вязкость, жидкотекучесть, поверхност¬
ное натяжение и т. л.) корректируются различными дополнитель¬
ными добавками.При выплавке сплавов системи ыагннй — марганец. магний —
алюминий — цинк, магний — цинк — цирконий используют флюсы,
содержащие хлористый магний.Основой ряда фпюеов является плавленный карналлит с добав¬
кой фтористого кальция (плавикового шпата).Прн необходимости производства магниевых сплавов*с повышен¬
ной коррозионной стойкостью применяют двойную обработку: сна¬
чала хлористыми, а затем бесхлористыми флюсами. Компонентами
бесхлорнстых флюсов могут быть фтористые алюминий, кальций,
магний л марганец, а также борная кислота.Даїжіпії быть созданы необходимые условия и дія обеспечения
удаления иэ магниевых сплавов твердых неметаллических включе¬
нии. Эти включения, имеющие большую, чем расплап. плотности,
могут прн достаточно высокой температуре* расплава (около
750° С) и выдержке осесть не дно тигля. Используя флюсы, можно
процесс очистки значительно сократить.Для удаления нежелательных металлических нркмгегй прн
производстве магниевых сплапов применяют и рафинирование.
Например, для удаления из расплава железа могут быть иснольэо-
ваны вводимые в расплав марганец, церий н цирконий.С целью дегазации расплавов используют продувку инертным
газом, азотом, хлором, смесью хлора с четыреххлористым углеро¬
дом. Последний вид обработки (хлором н чстыреххлорнстам угле¬
родом) d связи с токсичностью хлора требует специальных мер
предосторожности н применяется ограничено.' Для измельчения зерна и получения высоких механических
свойств некоторые магниевые сплавы подвергают модифицированию
(чаще всего сплавы системы магний — марганец м магний — алю¬
миний — цянк).Эффект, подобный модифицированию, достигается прн перегреве
магниевых сплавов после рафинирования до температуры 850 +400
+ 900е С н ныдкржке нрн утих температурах d течеине 10 20 мин.
Последующая длительная шдержка при температуро 680 > 72<)' С
приводит к уничтожению эффекта нїмельчения зерна. Повторный
nepi-ipm восетаиавлинает утраченную способность. Перегрев ни
даст указанного эффекта, если в сплаве отсутствует марганец и
содержание железа ниже 0,001 %. Наибольшая степень измельчения
зерна перепк-ком наблюдается при содержании в сплаве 0,2% Мп
и 0,02 + С,03% Р'е.Более рациональным методом улучшения свойств магниевых
сплавов является модифицирование нх веществами, содержащими
углерод. Магниевые сплавы, содержащие алюминий, можно моди¬
фицировать продувкой остуженный природным газом, ацетиленом
и углекислым газом. Для этой же цели используется введение
• расплав различных карбидов (алюминия, кальиля н др.), графита,
углекислых солен (мела, мрамора, магнезита и др.). Для модифи¬
цирования могут быть также использованы н хлориды (четыреххдо-
рнстый углерод, гексахлоретан, гексахлорбензол).D практике большое распространение имеет модифицирование
мелом нлн мрамором (0,5 ■+• 0,6% от веса металла). Их завертывают
в и а кет нэ тонкой бумаги н с помощью колокольчика в 2—3 приема
вводят в расплав при температуре 760 i-780c С..Модифицирующее действие на сплав М/12 оказывает металли¬
ческий кальций, который вводят в сплав в количестве 0.05 -г 0,15%.Дій получении качественного лнтья должны быть приняты
специальные меры при заливке форм. Заливка является одной нз
наиболее ответственных стадий технологического процесса изготов¬
ления отливок нэ магниевых сплавов. Ее следует производить я та¬
ких условиях, которые бы исключили возможность попадания
вформу остатковфлюсл и окисления расплава. Поэтому при заливке
песчзн.чых фирм рекомендуют применять стальные литые нлн штам¬
пованные литниковые чаши. Каналы литниковой системы должны
быть устроены так, чтобы исключалась возможность образования
завихрений.Ианлучиш? результаты достигаются тогда, когда жидкий металл
подводится о нижнюю наиболее толстую часть отливки с помощью
щелевого питателя, сечение которого должно быть в данном мосте
больше сечения тела отливки.В основании сгонка помещают металлические сетчатые экраны
иэ жсстн толщиной 0,2 0.3 мм. Для предупреждения окисления
металла в форме в состав формовочных смесей вводит серу, борную
кнелоту, фтористый аммоний, мочевину и т. л.Так как магниевые сплавы имеют значительную склонность
к образованию трещин, стержни должны быть податливыми и зат¬
вердевание равномерным. Для равномерного затвердевания ме-
твлла в различных сечениях применяют холодильники.
ГЛАВА ОДИННАДЦАТАЯ
ПОДШИПНИКОВЫЕ СПЛАВЫf ХМ. ТРЕБОВАНИЙ. ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К ПОДШИПНИКОВЫМ
СПЛАВАМВ процессе работы в узлах трения подшипниковые сплавы под¬
вергаются различным механическим воздействиям. Чтобы успешно
нм противостоять, сплавы должны обладать определенными свой¬
ствами. Наиболее важными нз них являются прочность, пластич¬
ность, прнрабатываемость, коэффициент трения, износ, предел
усталости, теплопроводность, коэффициент лилейного расширения,
сопротивление коррозии, прклужнваеыость. температура плавле¬
ния, жидкотекучесть и др.Прочность. Мерой прочностя подшипниковых сплавов, как
пластичных материалов, является твердость. Прн низкой твердости
подшипникового сплава будет происходить его смятие, выдавли¬
вание нз подшннинка, увеличение зазора между подшипником и
шейкой вала, что нарушит нормальную работу узла трення.Прн комнатной температуре хорошяе подшипниковые сплавы
должны обладать твердостью в пределах 20—35 кПмм*.Если твердость этих сплавов, залитых толстым слоем, будет
ниже 20 кПмм%, то он» будут деформироваться во время рсботы.
Прн твердости большей, чем 35 кПмм*, подшипниковые сплавы
с трудом прирабатываются к шейке вала.Установлено, что прн нормальном работе подшипники н залитые
в них сплавы иагренаютея до температуры 40 -8- 90° С. Прн рабочей
температуре твердость сплава должна быть не ниже 12 кГ/мл«* для
толстого слоя заливки н не ниже 8 кГ/мм* для тонкого.Кроме твердости, механические свойства подшипниковых спла¬
вов характеризуются также пределами прочности, пропорциональ¬
ности и текучести как прн растяжении, так н при сжатии (табл. 100).Пластичность иодшниннкоеых сплавов характеризуется
ударной вязкостью, относительным удлинением прн растяжении и
величиной осадки при сжатии до пояпления перной трещины. Пла¬
стичные материалы легче лрирабатываклен к шейке вала. Хорошая
пластичность этих сплавов должна сочетаться с достаточной меха¬
нической прочностью Чистые олово и сшіііец имеют наибольшую
пластичность. Однако они в чистом виде не применяются в качестве
подшипниковых материалов, так как не обладают необходимой
механической прочностью.
190Л*рп—<»в*пм1/Льыы.6НИм6СБКПяотность, tie**	7 а7.389,29%v,_0,6010,110.5Начало «риегэл.шзаикн,м?Ж410400_4«1410470Предел прочности при
растмжснни, кГ.мм* .0.20.07,87,08.04.210,0Относительное удлине¬
ние. */«	0,00,00,2Ю2.00.20.62.5Предел текучести прпVI8/2в,в8.17.1__ІІ.8Пргаг.1 прслорпкоиаль-П«ТИ При СЖІІІІІ1,2,37,34,74.54.0126,0Tiffuocib по БркнсллюкПмя*	п30302925322032Ударная вюиость (образ¬
им ' бгз надреза),
кГ-міем‘	І0см>0,140,30,260,15o,is0,80Коэффициент трепня со-0,0050,0060,0060.1ДВ0,(60,0070,004Материал вкладыша должен быть одновременно к твердим н
мягкнм. Мягкими подшипниковые сплавы должны бить для того,
чтобы хрупкие частицы, оторвавшиеся прн трепки от твердого вала
нлн попавшие вместе со смазочным маслом, легко вдавливались
во вкладыш и, следовательно. поверхность сплава могла легко де¬
формироваться без образования трещин нлн иных дефектов.Сплавы олова к свинца позволяют получить такое сочетание
противоположных свойств, если онн двухфазны нлн многофаэны.
При этом необходимо, чтобы одна из составляющих была твердой,
а другая мнгкоЛ н пластичной. Твердой составляющей должно быть
меньше, в ес кристаллы в ни,к- включений равномерно распределены
в мягкой составляющем основе.В процессе прнрабатывземостн шейки вала к вкладиша подшип¬
ника шіичале истирается мягкая основа я включения теердоА
составляющей оказываются выступающими (в рельефе), далее тре¬
ние в основном переносится на них. Их обтекает смазка, находя¬
щаяся в зазоре между валом и вкладышем, и задерживается ими.
Давление, возпикаютсс н отдельных точках, амортизируется бла¬
годаря тому, что твердые включения сплава вдавливаются в мягкую
осмопу.Прнрабатывасыость. Под прнрабвтываемостью дета¬
лей mbuihh понимают их способность взаимно приш.тифоиы1)аться
путем некоторого нстнрання. в результате чего не трущейся поверх¬
ности трение уменьшался. В паре вал — вкладыш прирабатывается403
d основном вкладыш, увеличивая поверхность прилегания к шейке
вала. В результате приработки удельное давление на фактическую
рабочую поверхность подшипника снижается до минимума прн
стопроцентном приработке.Коэффициент трения. Прн подборе подшипниковых
сплавов для определенных конкретных условий выбираются такие,
которые 1ІМСЮІ возможно меньший коэффициент трения прн хорошей
теплопроводности вкладыша.И з и о с.. Оптимальная износостойкость служит паиболее важ¬
ным показателем работы узла трения. Подшипниковый сплав
дол ж їм і иметь небольшой износ н не должен существенно изнаши¬
вать шейки кала. Величина износа зависит от качества трущейся
поверхности. Для каждого подшипникового сплава существует оігтн*
мальная величина шероховатости, прн которой износ будет наи¬
меньшим.Предел усталости. В процессе работы подшипник под¬
вергается вибрациям, которые могут вызывать появление усталост¬
ных трещин. Поэтому подишппнковын сплав должен обладать
высоким пределом усталости.Установлено, что чем тоньше рабочий слой сплава, тем меньше
возможность образования усталостных трсаїші. Наиболее высокий
пред«л усталости имеют подшипниковые сплавы на кадмиевой
осійте, несколько меньший медноевннцовые сплавы (БрСЗО). Прн
повышении температуры сопротивление усталости заметно умень¬
шается, особенно у подшипниковых сплавов на оловянной ос¬
нове.Теплопроводность играет большую рать для отвода
тепла от подшипника ц процессе его работы. У наиболее распростра¬
ненных ангнфрнкцнонкш сплавов она удовлетворительная, но
в некоторых случаях (при больших скоростях и нагрузках) она
должна быть очень высокой и тогда применяются сплавы на кад¬
миевой или даже серебряной основах, так как эти сплавы имеют
более высокую теплопроводность, чем сплавы на оловянной, евин-
цоьоГі, медной или других основах.Сопротивление коррозии. Антифрикционные
сплавы не должны разрушаться под коррозионным воздействием
сказочных масел.I I р її л у ж и в а е м о с т ь сплавов играет большую роль а ха¬
рактеристике антифрикционных сплавов, так как она обеспечивает
прочность соединения сплава с телоы подшипника. Этот показатель
особенно важен в подшипниках с тонким слоем сплава (0,2 ч- 0,7 лм).Температура плавления антифрикционных спла¬
вов не должна быть ниже, чем возможные температуры нагрева
подшипников. В противном случае сплав может выплавиться нэ
подшипника.Жидкотекучесть имеет значение с точки зрения хоро¬
шей заполняемое™ сплавом подшипника.401
I XI-2. КЛАССИФИКАЦИЯ ПОДШИПНИКОВЫХ СПЛАВОВПодшипниковые сплавы в основной являются сплавами цвет-
пых металлов. В зависимости от преобладающего содержания того
нлн нного металла эти сплавы разделяются ка следующие группы:1)	сплавы на оловянной основе системы олово — сурьма — медь
(693, Б90, Б83);2)	сплавы на свшшовой основе системы свинец — сурьма —
олово, свинец— медь — натрий, свинец — медь (БС, БК н др.);3)	сплавы иа оловянноевнкцовой основе системы свинец — оло¬
во — сурьма — медь, свинец — сурьма — олово — никель, сви¬
нец — сурьма — олово — железо, свинец — сурьма — олово —
кадмий (Б18, ВН. ВТ, Б6);4)	сплавы на кадмиевой основе системы кадмий — никель, кад¬
мий — серебро, кадмий — цинк;5)	сплавы на цинковой основе системы цинк — алюминий —
медь, цинк — сурьма — олово;6)	сплавы на алюминиевой основе системы алюминий — медь,
алюминий — кремний, алюминий — железо и др.;7)	сплавы на медной основе (бронзы и латуки);8)	сплавы па железной основе — антифрикционные чугуны.
антифрикционные стали,9)	мета.Тлокераынчсскне материалы, изготовляемые прессова¬
нием и спеканием смесей порошков металлов.9 XI-3. СТРУКТУРА И СВОЙСТВА ПОДШИПНИКОВЫХ СПЛАВОВСплавы н в оловянной основе. Эти сплавы, назы¬
ваемые баббитами, содержат меди до 6,5°4 и сурьмы до 12%. Их
структура в основном определяется
диаграммой равновесия олово —
сурьма (рнс. 168).Микроструктура типичного для
этой системы сплава 583 приведена
на рис. 169. Она состоит нз фаэы-а
(темное поле иа рнсуике) — мягкая
составляющая н нэ кристаллов
фээы-р (светлые квадраты на ри¬
сунке) — твердая составляющая.Фаза-р, как видно нз рнс. 168.
прн затвердевании выпадает в
двойном сплаве олово — сурьма
в первую очередь. В ней сурьмы
значительно больше, чем в жал¬
кой фазе, нз которой она выпадает.Олояо имеет большую плотность, чем сурьма, и поэтому фаэа-р
всплывает. В результате чего образуется лнквацня. Для предотвра-W 57Я*гХ S»
Рис. Iвв. Диаграмма соекяиия
сплавов олово—сурьме14 Лкгеімі* «инн
ШЄННЯ ЛНКМЦКИ ■ СЛЛВВ ЯІОЛЯТ ИГДЬ. коїорвя С ПЛОВОМ оЛрЛ)у?Ттуюплавхуюфвзу-* (Си»$п). выпадающую при затвердевании раньше
фазы-Р По алотвостн она близка к жидкой фа« и поэтому при
оыпйдсиии равномерно распределяется по всему ее объему. После
фвэы-в ка жидкости выпадают криствллнмн фоэи-0. но их втлы-
вами» в тройном сплаве олово — сурьма — медь препятствуют
мелкие кржтдлликнфвзы-е. они на рнс I6‘j выглядят. как звездочки
и ланит» киВ табл. 101 и 102 приведены свойства и состав основных марок
баббитов не олоелккоА основе, применяемые для заливки лосшип-
и и кип Сплави 1Ї93А. БЭ1.
Б89 применяются в слу¬
чаях. когда необходимо
иметь максимальную вяз¬
кость н тонкий слой залив¬
ки подшипникаБаббит 683 не твн вя¬
зок. мк вышеупомянутые
баббиты, на зато обладает
высокими механическими
свойствами и поэтому мо¬
жет быть применен только
ДЛЯ залнпхи толстым слоем.
Кроме того, не^ос татком
еллока Ь63 является его
невысокое сопротивление
усталости. Поэтому он не
может быть прммспсп дляІВЛИВКИ ПОДШПППІІКОВ том
ким слоем, подвергающихся
вибрационным нагрузкам.Сллаэы на осноас олова
обладают очень хорошими
антифрикционными свойствами, по олово является дорогим и дефм-
цитиым металлом. что предопределило поиск новых сплавов беэ o-iobbvСплавы на свинцовой основе. Чистый емшец
обладает малой твердостью н прочностью, поэтому под нагрузкой
вала он может быть выдавлен н» псишиниика. Для повышения проч¬
ности н твердости свинец легируют оловом, мышьяком, кадмием ц
другими мгментамн.Нпнболес распространенными свинцовыми антифрикционными
сплавами являются сплавы систем:1)	свинец — сурьма, соаержволе. кроме сурьми, медь, ннкель.
кадмий, мышьяк, теллур:2)	евнкеи — кальинй - натрий. содержащие, кроме кальция и
изтрчя. до 2^#Sn и другие добавки;Ч| свинец — медь н £р.¥Л144т 2MX WjrVm*- cr,ВУинP»t 109 Мл* ростр) итур» литого гад**»
M34I1S СиКмм-аосиом.фам 0-
«pyunwt Ярясталлм * фл*г <* ао< >•»>
аочп > д»*агг»»и»)
Т > e J ■ в а 1*1дцммМаршна оміпмі мтыхБЯЬЫвидгм7,3WТемпературі імавлемия, *С	870298223260Пр*дм прочности при растения,
к ft мм*	8.0Предел текгчссти при растикснип,V6JІІОтносительное удяингннг, •/• ....4010414,0Предел прочности ори сжатии,11,511.49.0Прсаг.1 текучести при сжатии,8,2V»Твердость но Брнне.иг, кГ}мм% ■ . .3024,322,016,1Ударная вязкость (образны без під*V»реэа), кГ- *;<Мг	0,60Ко»4фниисит линейного расширс-212Телаопроводность, калі((м-(ек град)0,0800,092—“Т * в й а а • 103Сомраим « к**'»•, *Нари «им.пр«... .. *Сгр»**OltllW«4*М»И«.)ГТЬ93А93,05.02.0__Б9І91.0ОБ8989,08,03,0ОД1)0.08од»Б S381010+12CU50,08одеНа рнс. 170 прппсдена диаграмма состояния сплавов свинец —
сурьма, нз которой видно, что сурьма со свинцом образует ограни¬
ченный твердий раствор с максимальной растворимостью 2,54 прн
температуре 247е С н эвтектику с содержанием около 13% Sb, пла¬
вящуюся прн той же температуре.Сплавы, содержащие менее 13% Sb. состоят нэ кристаллов твер¬
дого раствора сурьмы 8 евкице н эвтектики. В сплавах, где более
13% Sb, помимо 9BTCKTHKH, содержатся избыточные KpKl-ГНЛЛЫ
сурьмы кубической формы.При содержании в сплаве немее 13% сурьмы основная составляю¬
щая настолько пластична, что прн небольших нагрузках выдавли¬
вается н акладыш деформнууекя.407
Сплавы, у которых Sb больше, имеют более високую твердость,
но меньшую ударную вязкость. Тех, силав свинца с 17% Sb имеет
ударную вязкость 0.21 кГ м/см1, тогда как для хорошей работы под¬
шипникового материала этот показатель должен быть не ниже
0,60 кГ -и! см*.Чтобы повысить свойства подшипниковых сплавов этой группы,
к ним добавляют различные количества меди, кальция, натрия,
олова и других элементов.В зависимости от добавляемых элементов устанавливается парка
сплава.Так. например, анткфрнкцнокиые сплавы свинца, сурьмы н меди
обозначаются маркой БС, сплавы с добавкой кальция н натрия БК.
олова, калыиш к натрия БК2 к др.Рис. 170. Диаграына состояния сплавов евхнеа -
Сурьыа (по данный Хансена)Р троАном сплаве олова, сурьмы н медн, содержащем 16 ■+■ 18%
Sb н 3% Си, образование структуры происходят так же, как и
« сплаве олово — сурьма — медь, В двойной системе свинец —
сурьма в зеэптектическнх сплавах избыточной фазой выделяется
сурьма. В тройных сплавах с медью происходит то же самое. Эти
кристаллы Убыточной фазы сурьмы являются твердой составляю¬
щей подшипникового сплава, а мягкой составляющей — эвтектика
(свинец — сурьма).Однако зга эвтектика, содержащая 87% РЬ, в отличне от фазы-а
в баббитах обладает бблыиен твердостью и хрупкостью.В сплавах свинец — сурьма нз-за большей плотности свинца
лнкнацня по ней развита сильнее, чем в сплавах олова и сурьмы.
Наряду с повышением антифрикционных свойств этих сплавов медь
также препятствует всплыванию кристаллов сурьмы при охлажде¬
нии сплава (около температур кристаллизации) вследствие образо¬
вания химического соединения CujSb, которое равномерно взве-40»
иіено в жидкой фазе, обогащенной свинцом, н препятствует всплы¬
ванию кристаллов сурьмы.В качестве подшипникового применяют также свкнцовокальцне-
натрневый сплав на основе свинца, содержащий 0,85 1,15% Са
н 0,6 0.9% Na. Кальций очень незначительно (0Д1%) раство¬
ряется в твердом свинце, однако прн 6% Са образуется твердая
промежуточная фаза (химическое соединение с примерной формулой
РЬ,Са). Эго соединение играет роль твердой составляющей сплава,
а мягкой основой служит твердый раствор натрня в свинце. Раство¬
римость натрия в свинце уменьшается почти в 5 раз при охлаждении
сплава от 300° С до комнатной температуры, и поэтому его свинцо¬
вая основа упрочняется прн старении.Твердость кальциевого баббита 34 кПмм1, т. е. несколько
больше, чем у рассмотренных подшипниковых сплавов, в темпера¬
тура начала плавления значительно выше (32С* С против 240
+ 250е С). Однако содержанке свинца более 98% приводит к тому,
•по этот антифрикционный сплав в паре со сталью имеет почти
в 1,5 раза больший коэффициент сухого трення, чем другие сплавы
на основе олова н свинца. Но прн правильно выбранной смазке
этот коэффициент значительно снижается и становится почти
таким же. как у всех ранее рассмотренных сплавов. Из этого сплава
чашо изготавливают вкладыши подшипников подвижного состава
железнодорожного транспорта.Для повышения свойств кальциевого баббнта БК разработана
марка БК2 следующего химического состава (в %): Sn 1.5 2,5;
Са 0.35 + 0,55; Ка 0,25 + 0,50; Mg 0,04 + 0,09; РЬ остальное.В расплавленном состоянии сплав имеет на поверхности толстую
корку окислов, которая препятствует сцеплению баббита с телом
подшипника при заливке по луженой поверхности. Добавка в сплав1.5	+ 2.5“о Sn устраняет это явление. Натрий повышает твердость
с плана вследствие образования твердого раствора со свинцом н
выпадающего при закалке нэ твердого раствора ннтерметалличе-
ского соединения NatPb6.Кальций, образуя химическое соединение РЬ.Са. равномерно
распределенное среди твердого раствора Pb—Na—5п, создает необ¬
ходимую антифрикционную структуру.Магннй увеличивает твердость сплава, так как входит в твердый
раствор, и уменьшает угар'натрия и кальция прн переплавках
баббнта БК2.Сплав БК2 применяют для залнвкн по стали или бронзе, причем
рабочий слой заливки не должен превышать 1,0 мм. Подшипники,
залитые тонким слоем сплава БК2. работают дольше, чем подшип¬
ники, залитые оа&бнтом ЬвЗ.Сплавы на свинцовооловянной основе,
К этан сплавам относятся баббиты марок 516. БН, БТ и Бб, в ко¬
торые для (юнышгкня пластичности н прнрабатываемостн. кроме
сурьмы, вводят медь, никель, теллур и другие элементы.DA
На основании анализа диаграммы равновесия свинец — олово —
сурьма предложен (А. М. Бочвар) сплав, содержащий 16% Sn н
16% Sb, который нашел широкое применение н является лучший
заменителем сплава БЙЗ.На рис. 17) приведен* диаграмма фазового состояния тройного
сплава свинец — олово — сурьма прк низких температурах, ні
которых видно, что введение олова за счет свинца в этот сплав
приводит к образованию фаэы-0, состоящей приблизительно иа
57% Sb и 43% Sn. При этом вместо избыточной сурьмы выпадают
кристаллы фазы-6 твердого раствора олова
й свинца в сурьмб. В этом твердом растворе
ьсего только 5% Sn и меньше 1% РЬ, од¬
нако его кристаллы значительно л.твстнч-
Ясс, чем кристаллы избыточной сурьмы
в безоловяннстых сплавах евннец сурь¬
ма. Фазы р н 6 представляют собой твер¬
дую, а двойная эвтектика свинца -4 фаза 6
мягкую составляющие подшипникового
сплава. -На рис. 172 показана микроструктура
сплава 616 указанного состава. Темный
фок — это мпгкая эвтектическая состав¬
ляющая, белые крупные включения —
смесь кристаллов р н А. Кроме того,
видны мелкие игольчатые образования
Cu,Sb.В сплавы тяпа Б16 для улучшения нх
антифрикционных свойств вводят также Аз.
Si, СА до 1.0% и Те до 0,1%. Теллур вво¬
дится для упрочнения свинца, кадмий и мышьяк — для полу¬
чении твердого соединения.Температура начала расплавления силана 616 составляет 245° С,
т. е. примерно такая же, как и у сплава 583.Для предотвращения ликвацнн в этот сплав вводят 1,5 ч- 2,0%
Си. С целью получения постоянных свойств сплава содержание
в нем примесей в виде железа, цинка. внсиута н т. д. ограничено
величиной порядка 0,1% каждого элемента.Сплав 616 применяется для работы я условиях спокой¬
ных нагрузок, так как вязкость у него меньше, чем у спла¬
ва 683.Сплавы БН и БТ характеризуются ыеяьшкм содержанием олора.
чем сплав Б16, но в ннх вводят добавки никеля, мышьяка, кадмия
н теллура.Присадки кадмия и мышьяка образуют в сплавах уовое твердое
химическое соединение, что позволяет пошпить содержание хрупкой
сурьмы. Сплавы Г>Н. Г>Т и БС рекомендуются как заменители баб¬
бита DftJ н иоіут ііу.'іносгью заменкть баббит Біб.Рис. 17|. Диаграмма фа-
so кэ го состояния трой¬
ных сплавов системы
cuueu — олово—сурьма
прн имзкнхтемператургх410
С ft л 11 ы м хнипгюА о с и о 11. Эти салаки по
•.равнению с раїїмотреиимм раї,се облазают ралом положитель¬
ных свойств, к которым относятся.1)	более высокая температура начала их расплавлена* (3)5 ♦
«• 320" С вместо 240 245* С), что позволяет ж применять зля
подшипников, а которых кратковременно температура может повы¬
шаться до 200 24(Г С,2)	твердость при комнатой температуре пмше. чем у оловяим-
стых и свинцовистых сплавов:I)	они более прочны* по сравигнши с оловянными и свинцовыми
сплавами;4)	теплопроводность их
и 2 3 раза лучше, чем у
fufifillTOe с высоким содер¬
жанием олова.5)	длнгильные испыта¬
ния >тнх еллаяоа на под¬
шипниках ЛИЗСЛЄЙ теплгню-
юв показали, что эти спла¬
вы также подвержены ус¬
талости. но в меньшей сте¬
пени. чем аыоокооловлииыс
баббиты.Сплавы иа кадмиевой
основе при повышенной
температуре подвергаются
кпрроіин от пействия сма¬
зочных часы. Даже пали
чиє в них i-epdjpa ие предот¬
вращает коррозионного
воздействия смазки.Усиление коррозионной стойкости таких сплавов достигается
покрытием нх поверхности индием и нагревом до 170* С. При »том
происходит диффузия индия в поверхностный сло|» баббита. и обра¬
зующаяся структура препятствует проникновению коррозии в глубь
сплава К *тьм сплавам для повышения их свойств добавляются
никеле., ыедь. цинк, серебро и магний.Омів с 0,5*4 никеля удовлетворяет всем требованиям. орел>яв-
ляемым к хорошему амтмфрпкиионпому сплаву. Ои имеет такую ж»
твердость, как и вылкоодовяиистЛ баббит 583.Микроструктура сплавов кадмий — никель (при небольших
добавках никеля) еогтоит из з гге чти ческой основы (99.75S Cd
4- 0.25% N1) и кристаллов химического соединения кадмия с нике¬
лем Исследования мпкротвсрдости отдельных составляющих спла¬
вов показали, что основная пласплеская масса — эвтектика —
имеет твердость около 55 кГ<мм*./ристаллы химического соедине¬
ния Cd,Ni — 260 я/ хм*.«II
Система кадмий — цинк (рис. 173) характеризуется эвтектикой,
содержащей 17,4% Zn с температурой плавления 266° С. В качестве
антифрикционного применяется сплав, содержащий 82% Cd и
18% Zn, микроструктура которого состоит из эвтектики (кадмий —
цинк) и избыточных кристаллов твердого раствора-0, богатого
цинком.В качестве антифрикционных сплавов применяют также двойные
сплавы кадмии — медь н тройные кадмий — серебро - медь, кад¬
мий — никель — медь.Эти сплавы наряду с хорошими антифрикционными свойствами
обладают высокой теплопроводностью и применяются для заливки
подшипников автомобилей, дизелей тепловозов н прокатных станов.1чмзгг\Щ. і1■ і■ і‘j9 to і1то іа	гп.весх	inСплавы ка цинковой основе. Широкое распростра¬
нение в промышленности получили тройные сплаиы цинка с алюми¬
нием и медью. Их применяют как заменители оловяннстых бронз
н евмпцовооловянистых подшипниковых сплавов (баббитов). Они
обладают удовлетворительными актнфрикционнымн свойствами и не
являются дефицитными.Состав и свойства рекомендуемых длн промышленного исполь¬
зования сплавов на цинковой основе приведены в тайл, 103.Из данных тв&я. 103 видно, что эти сплавы по сравненню си
сплавом Б83(см. табл. 100) обладают более высокими механическими
свойствами и несколько худшим коэффициентом трения.По значению твердости они близки к бронзам. На рис. 174
приведена микроструктура сплавов ЦАМ10-5. Структура состоит
иэ небольшого количества первичных кристаллов фазы-0 твердого
раствора на базе алюминия (ееетлые дендриты) двойной эвтектики,
состоящей из кристаллов фазы-0 и е твердого раствора меди и алю¬
миния на базе химического соедтіеикя CuZn, (светлые двухфазные
112
участки на рисунке) н тройной эв¬
тектики (Р + е + л)| где эта ц-кри-
еталлы твердого раствора на базе
цинка.Алюминий в сплаве повышает
механические свойства, уменьшает
износ н препятствует налипанию спла¬
ва на шейку вала при полусухом
тремни. Медь улучшает литейные
свойстваДля улучшения коррозионной стой¬
кости. увеличения прочности, умень¬
шения способности сплава размяг¬
чаться при повышенных температурах
добавляют магннй.Сплав ЦАМ10-5 может заменить
олоаяннстые бронзы в подшипниках
прокатных станов, в подшипниках и
втулках различных агрегатов, рабо¬
тающих на малых скоростях прн
удельном давлении до 200 кПсм*,
а прн небольших удельных давле¬
ниях, работающих на скорости до
7 м/сек (прн общей величине произве¬
дения давлення на скорость pv-100).
Наиболее широко применяется он
для изготовления подшипников то¬
карных. револьверных станков, то¬
карных автоматов н полуавтоматов,
шлифовальных н строгальных станков.Для получения подшипниковых
сплавов не цинковой основе с мень¬
шей твердостью находит применение
сплав системы Zn—Sb-Sn. Наиболее
благоприятным сочетанием свойств из
сплавов этой системы обладает сплав
марки ЦОСЗ-З с 3% сурьмы н 3%
олова.Сурьма в этом сплаве повышает
твердость цннка, создает гетероген¬
ную структуру н предотвращает на¬
липание сплава на шейку, вала прн
полусухом трении. Олово повышает
жндкотекучесть, уменьшает нэнос
сплава н стальной шейки вала.Сплав марки ЦОСЗ-З рекомен¬
дуется применять для замены баб-41»
вита марки Біб а подшипниках ПОЗвИЖНОГО СОГТ4М у*коколейиыд
железных дорог.Cniaiu на основе алюминия. Вследствие малой
плотности алюминия (2.7 и см*) н высокой теплопроводности
(0.502 млі см • сек ■ град) сплавы па его основе имеют наименьшую
плотное!* н наиба** високую теплопроводность, что выгодно
от.іичагт на от других подшипниковых спламввОдивко к недостаткам сплавов этого тнпа относится их сравни
тельяо HML-окаи твердости, что MtTjpin подбирать для работы
Я иаре с ними стальные
шейки валов повышенной
ты-рдостн. а рабочую по¬
верхность подшипника
тщательно обрабатывать
Краме того, ути сплавы
t ^^1	I обладают высоким коэффк-,1 * r I	* цнеятоы линейного рвешиU рения, что вынуждает уве
\ личмватъ за юр между шей
коА вала и подшипником,
а также требует тщатель¬
ной сборки, в противном
случае произойдет прежде
временный к*нос или будет
имогь место эаедавне шей
кя вала.Алюминиевые подшип¬
никовые сплавы создаются
на базе двойных систем:
алюминий — медь, ключиний — кремний. алюми¬
ний — железо. алюми¬
ний — сурьма, алюмииий—
олово, алюминий — ни¬
кель с небольшими добавками других меиектов (кремний, магний
свинец, тктан м др.)Наиболее типичные представители утих сплавов содержат от 2
до t5% Си: 8% Ре И 0.5*» Ме; от б до б1» Sb; от б до 30%
Sn к немного меди: от 5 до 6*я Ni и 0.5S Ft: не Солее 2*»
кремнияМягкой составляющей этих систем сплавов являются чистый
алюминий или твердий раствор на ею основе, твердой составляю¬
щей - различные ннтсрмствлдическяс включення типа CuAI,.
PeAl,. NiAl,, ТіАІ, и т д..'*ги сплавы рекомендуются для наготовленим вкладышей мало-
нагруженных подшипников, работающих в условиях спокойной
иэгр>аки и хорошей смазки при окружной скорости до Б м сек и4І<Ряс ІМ MasjKCT?y«:)pi л-і.^■ото типового спич 1(ДМІ0Л 00% AI:
S*» Со. остальное Zn|. «100 Саегдм* аеид-
р»гм - «ристделм fiiu(, сагтам* д»у*
<*>1*мт у чается -моімі »*геятия* l( t «)
■ пням* участки - грсйнаа іяіеятяіі
tP ч- ( <• Ц)
давлении до 50 кГ’см*. например вкладыши по.гшнпмнков станки*,
тракторов н т. л.Сплавы ка медной ослов е. Из литейных сплавов на
медной основе изготавливают атулкн для подшипников и сами под¬
шипники.Подвергающийся износу слон во втулках невелик, а поэтому
такие втулки могут быть заменены биметаллическими со стальной
основой н тонким (от 0,5 до 1,5 ли) рабочим слоем бронзы.Применение биметаллических втулок позволяет достигнуть зна¬
чительного сокращения расхода цветных металлов. Кроме того,
преимуществом является то, что поверхность нх обладает свойствами
медного сплава (например, аитифрихционностью). а основная
масса — прочностью стали, что создает более благоприятные усло¬
вия для работы подшипников.Вместо стали в качество основного материала может применяться
также чугун.В настоящее время известны следующие методы изготовления
биметаллически;» отливок;1)	заливка бронзы или латуни иа детали нли вокруг детали в ста¬
ционарных формах с применением восстановите иной атмосферы.2)	заливка в стационарные формы с применением флюсов, пре¬
дохраняющих поверхность заливаемой детали от окисления;3)	метод погружения стальной заготовки в расплавленную
бронзу;4)	центробежная заливка бронзой по стали с применением вос¬
становительной атмосферы нли защитных флюсов.Сплавы на железкой основе. В-качестве замени¬
телей цветных антифрикционных сплавов применяют графнткзиро-
паииую сталь, структура которой состоит нз феррита, перлита н
свободною графита. Подобную структуру можно получить после
отжига стали следующего состава (в %): 1,5 + 1.7 С; 0.9 ■+■ 1,1 Si;
0.2 ■+■ 0,4 Мп; до 0,03% S каждогоДли улучшения качества этой стали, как антнфрикииокного
материала, в состав ее вводят медь в количестве до 1%.Наряду со сталью в качестве антифрикционного материала
широко используют чугуны (см. главу четвертую, § IV-13).Металлоксрамнческне антифрикционные
материалы. Мсталлоксрамнческнс антифрикционные детали
изготавливают прессованном металлических и других порошков н нх
последующим спйканнем.Таким способом изготавливают втулки, шайбы н другие подшип¬
никовые детали. Пдсле прессовки металлокерамические изделия
подвергают спеканию прн температуре ниже температур плавления
входяшпх в смесь металлов. Такие изделия после спекания в отличие
от литых имеют 20 -*■ 30% пор от объема изделия, Затем нх пропи¬
тывают маслом (при этом они впитывают до 30% масла от объема
подшипника). В таком состоянии они могут работать долго* время41»
без дополнительной смазки. Это яаляется их существенным преиму¬
ществом. К нх преимуществам также относятся отсутствие потерь
масла от спекания, снижение расходов на обслуживание, снижение
пускового коэффициента трения, малый износ трущейся пары и
хорошая прнрабатываемость.Особенно распространены мсталлокерамнческне аитифрикипон
ные материалы, содержащие графит: меднографитовые, бропюгра-
фитовыс н желеэографятовые. которые носят название псевдпсп,1авы.Иэ меднографнтоеых псевдос плавов изготавливают главным
образом щетки электромоторов. Прн трении щеток по медным кол¬
лекторным пластинам ротора электромотора графит служит смаз¬
кой, он уменьшает износ скользящего контакта и препятствует
лрялнпанню н прнвариваиню металлнчгских частиц.
ГЛАВА ДВЕНАДЦАТАЯ
ЛИТЬЕ ИЗ НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ| ХІІ-1. ПЛАСТМАССЫПластическими массами называют материалы, основу которых
составляют природные или искусственные высокомолекулярные
соединения (эфиры целлюлози, фенол оформальдегидные смолы, ка¬
зеин и др.).К этой основе добавляют наполнители (древесную муку, асбест,
стеклянное волокно м лр.). которые повышают прочность и сни¬
жают усадку.Для повышения пластических свойств добавляют лластнфлка-
торы (днбутнлфтолат, трнкрезилфосфят и др.). Кроме этого, в состав
пластмасс входят смазки (стеорнн. воск), вводимые для устранения
прилипання к прессформе, красители для придания овета н т. д.Различают два вида пластических масс: термопластичные к
термореактииныс. Первые переходят в пластичное состояние при
нагревании без химических изменений, поэтому из них можно
производить изделия многократно. К ним относятся полнетнроль-
ные, полихлорвиннловые, акриловые, асфальтопековые и др.Терыореактнвные пластмассы (реактопласту) прн пагроваиин
переходят в пластическое состояние. Прн определенных темпера¬
турах нагрева связующее вещество химически видоизменяется,
в результате чего оно приобретает определенные свойства (плав¬
кость. растворимость и др.). Эти пластмассы относятся к группе
необратимых, т. е. могут быть использованы только один раз.Мировое производство пластмасс (по литературным данным)
к 1965 г. составляло около 10 млн. т.Трудоемкость литых изделий из пластмасс, как правило, ниже
металлических.Литые изделия ил пластмасс могут быть изготовлены с ббльшей
точностью, чем нз металлических сплавов (с допусками .Ь 0,050 мм
на первые 25 мм и ± 0,0025 мм на каждые следующие 25 мм).
При изготовлении литых деталей нз термопластов с повышенной
стабильностью допуски па размеры мигу г быть еще меньшими.Широкое применение получают литые пластмассовые изделия
в машиностроении, строительстве, транспорте, медицине н т. д.
В ряде случаев они с большим успехом заменяют изделия из метал¬
лических лнтейных сплавов. Типичными изделиями нз пластмасс*17
являются водосточные желобя, труйы (из полкямнилхлорнда).
ванны, раковины, канализационные трубы н фитинги (нэ винило¬
вого полимере), подшипниковые втулки, скользящие башмаки и др.Рис. 175. Схема горячего прессования:В связи со сходством процесса формообразования часто произ¬
водство литых изделий кэ пластмасс организуют в литейных цехах.Основными способами производства из¬
делий из пластмасс являются горячее прес¬
сование и литье под да пленном. Сущность
первого способа заключается а юм. что
в прсссформах помещается определенный
состав в виде порошка или волокнистого
материала, который подвергается нагреву
под давлением. При этом он превращается
в пластичный материал, заполняющий все
полости формы. Схема этого процесса
представлена ка рис. 175.Разновидностью этого способа является
способ литьевого прессования. Сущность
этого способа заключается в том. что пресс-
материал из загрузочной камеры под дав¬
лением и ири нагреве поступает через лит¬
никовые каналы в полость формы и за¬
полняет ее. Схема этого способа приведена
на рис. 176.При литье под давлением материал,
предварительно приведенный в текучее со¬
стояние путем нагрева, поступает в по¬
лость формы через литниковые каналы и
сопло.Прн этом способе температура формы
должна быть всегда ниже, чем температура
поступающего в нее материала, чтобы он мог быстро охла¬
диться и сохранить полученную форму. На рис. 177 пред¬
ставлена схема процесса получения изделии из пластмасс путем418
литья пол давлением. Принципиальная схема литьевой машини для
получения литых пластмассовых изделий показана на рис. 178.
Св^іпва некоторых литых реактопластов приведены в табл. 104.Ряс. 177. Схеме литья пол даямппеи:а) форм, огьритл: 6) форм» » провгссс «рессомияя; I — лиломш «ер-
»ч г — aferrwK t — одупір; 4 — буямр; 4 — oug9 ХІ1-2. КАМЕННОЕ ЛИТЬЕП р к N& пение и свойства. Производство каменного
ліггья, известное под названием петрургии, относится к началу
XVIII вИсходное сырье для каменного литья подбирается в зависимости
от требуемых свойств литых изделий (высокая механическая н
химическая стойкость, износостойкость, огнеупорность, термостой¬
кость, диэлектрические свойства, декоративность к т. д.).Приобретаемые лнтымн изделиями свойства предопределяются
как минералогическим составом исходного сырья, так и конечной
микроструктурой, которая прн одном н том же химическом составе
изделий может бить различной в эавнснмостн от характера терми¬
ческой обработки. Так стекловидная структура отливок обеснечн-418
ІІ;ШHl!1Is!® 8 5 3 18 1 2 « aS
sf! + + + + + + + i+ + + +
ІЇЇ® І " 5 І § I	2 2s	Э S	1 і I	.8!+	I + +	+ + +	+ V +*	§2	IIS	a £ n>5	s з	8 I !	:■%v	I + +	+ + +	+ + +Я	§ g	g § §	§2 "І IЯSS*fcsc
c 8.*tao
веет более высокие электроизолирующие своПстяа, в то же время
высокие механические свойства (твердость, кислотостоЛкость н тер¬
мостойкость) могут бьгть получены прн минимальном количестве
стекла и однородной мелкокристаллической плотной микрострук¬
туре.Обычно различную микроструктуру каменных изделий полу¬
чают регулированием скорости охлаждения отливок и их термине
ской обработкой. Этими же видами теплового воздействия устра¬
няют и предупреждают образование внутренних напряжений и
трещин.Основными свойствами камиелнтых изделий являются высокая
химическая стойкость по отношению к концентрированным кислотам
и щелочам, а также большая механическая прочность к устойчивость
против нстнраиия.В определенных условиях службы стойкость камнелнтых изде¬
лий выше стойкости изделий из высоколегированных сталей, свинца
и специальных сплавов (защита пневматических н гидравлических
проводов прн транспортировке, измельченных горных пород и
шлааов, футеровка производственной аппаратуры и химической
н коксохимической промышленности н т. д.).К отрицательным свойствам камнелнтых изделий относятся
нкзкая термостойкость, повышенная хрупкость, очень плохая обра¬
батываемость.В зависимости от применения каыкелнтые изделия делят на сле¬
дующие группы:1)	химически стойкие, получаемые нз базальтов нлн екктетн-
чсскнх шихт аналогичного химического состава (плити, фасонные
изделия и кислотоупорный порошок, используемые химической
и ромі лилен костью);2)	износостойкие, получаемые нз такого же сырья, как и хими¬
чески стойкие (бронеплкты, шары к футеровка шаровых мельниц,
трубы н т. п., используемые для облнповки каналов, желобов,
течек, буккеров, рамп и другого оборудования и устройств, транс¬
портирующих различные абразивные материалы);3)	строительные к архитектурные (заменители гранита и мра¬
мора), обладающие высокой механической прочностью, хорошей
сопротивляемостью нсткранню и стойкостью против атмосферной
коррозии. К этой группе откосят и светлокаменное и художественное
лнтъе (фонтаны, скульптуры, памятники к т. п.);4)	диэлектрические (изоляторы и т. п.), сырье для этих изделий
не должно содержать железорудных минералов, ухудшающих диэ¬
лектрические свойства;5)	ошеуноуные (плавленые олокн), используемые главный
образом для футеровки ответственных участков стекловаренных
лечей н обладающие высокой тепловой и химической сто Я костью.
Сырье для них характеризуется повышенной концентрацией глино¬
зема. входящего в минерал муллит, и циркония;
6)	тепло- и звукоизоляционные (пористые отливки н минераль¬
ная пата), применяемые в строительстве, электротехнической и
друггх отраслях промышленности. Их основная особенность —
нгАо'ьшсн объемный вес. низкая теплопроводность и малая :<ауко-
проитиемость;7} специального назначения, например высокотвердые, алеіиро-
прополиые. высокотермостойкие, с пнэким коэффициентом ЛНПСЙ-
ного расширения и другие изделия.Более 80% продукции каннелнтеииых заводов состав¬
ляют изделия, получаемые отливкой в металлические формы
(КОКНЛИ).Сырье. Для изготовления камиелнтых изделий различного
назначения используют базальт, лнабаэ, муллит, боксит, глинозем,
каолинит, кпариепые пески, днопенд (нзмнткояо-магнеэнальиый
силикат), доменный шлак, шлаки цветной иеталлургнн. горелые
породы угольных шахтных выработок, отходы горючих сланцев
и др. В качестве шихтовых добавок и прн использовании синтети¬
ческих шихт для ускорения процесса плавки, улучшения литейных
н кристаллизационных свойств расплава, а также для получения
тех или иных свойств каменных отливок применяют плавиковый
шпат, хромистый железняк, хромомагнезитовий порошок, талько¬
вый кирпич, окись цинка н др.Расплавы перед заливкой могут быть подвергнуты модифициро¬
ванию темн или иными веществами (поверхностно-активными идр).
Добавки, растворяющиеся в расплаве к понижающие его вязкость
и, как следствие этого, повышающие кристаллизационную способ¬
ность, называют минерализаторами. К их числу относят фтор, бор,
хлор, яодород, окись углерода, сероводород, конституционную
воду И др.Главнейшими элементами, входящими в минералы, которые
используют для каменного литья, являются кремний, алюминий,
желгао, кальций, магний, кислород, натрий, калий, титан, хром,
марганец, фтор н др. В отлнэках эти элементы представлены в виде
различных окислов и пх соединений (главным образом, в виде
силикатов).В зависимости от назначения изделий н наличия местных источ¬
ников сырья подбирается шихта того нлн иного состава. При этом
учитывается склонность рлеплавз к образованию а структуре отли-
пок фазы пекла.Стсклообразопанню силикатных расплавов способствует наличие
в них соединений типа R,0 и R204.Минералогический состав, структура и
свойства о т л и о о к. li каменном лнтье могут присутствовать
в различных соотношениях следующие мшхралы: пироксены (дноп-
сид CaMg |SiOj|2, геленбергнт CaFi'[SiO,1, и авгид — изоморфная
смесь диопенда с геденберглтом), плагиоклазы (изоморфные смеси
минералов альбита Na[AISi,Q*| н анортита Са|AltSi,0,|, магнетит423
(Fo,0,), оливин (.Mgre^lSiO,!. полластоіпгт — CiSiOj пмфибо.пи
имеют сложный химический состав).Отливкн из каменного лнтья, содержании- пироксен н оливин,
отличаются хорошими диэлектрическими свойствами. Отливкн,
содержащие олнвнн н магнетит, отличаются повышенной хруп¬
костью.Мннералообразоваиие и последовательность выделения минера¬
лов нэ расплава каменного лнтья зависят от химического состава
расплава, атмосферы плавки и температурного режима. В началь¬
ной стадии кристаллизации порядок выделения минералов зависит
от их концентрации 8 расплаве и растворимости. Особое внимание
при разработке технологического режима кристаллизации уделяется
регулированию в структуре отливок стекловидной фазы, которая
а зависимости от назначения изделий может быть полезной нлн
нежелательной.Микроскопический слой стекла, покрывающий отдельные кри¬
сталлы минералов, цементирует нх и этим самым повышает механи¬
ческую прочность отливок.В то же время неравномерное распределение остаточного стекла
с локальной концентрацией его в тех нлн иных местах приводят
к ухудшению механической прочности отливок, так как по этим
месгай п отливках в процессе эксплуатации нлн при хранении может
происходить скат.Химическая и термическая стойкости отливок по мере уэеличе-
ния концентрации в нх структуре стекла ухудшаются. Вместе
с тем при наличии в стекле большого содержания кремнеземи, и,
если оно в расплаве избыточно, химическая стойкость стекла повы¬
шается.В каменном литье, кроме кристаллической фазы, в зависимости
от степени переохлаждения может быть от 5 до 15% стекловидной
фазы.Прн одном н том же химическом составе н одних и тех же мине¬
ралах в зависимости от режимов термической обработки можио
получить различную структуру в отливках.Химический состав н свойства каменного лнтья некоторых кам¬
нелитейных предприятий представлены в тайл. 105. Как следует нэ
данных таблицы, для изготовления камиелнтых изделий исполь¬
зуют главным образом силикатные расплавы. Эти расплавы склонны
к переохлаждению. Отливки из них имеют резко выраженное
зональное строение, что связано с нх низкой теплопроводностью, и,
как результат лого, — различные температурные условия форми¬
рования зон н узлов отливок.І Інже дается oOmwr инисанне некоторых процессов производства
каменного лнтья нэ диабаза, базальта, светлого камня, шлака.Производство отливок нэ диабаза заключается в следующем:
куски диабаза нагреваются до температуры 1500 + 1600е С в пла¬
менных печах (рис. 179). Затем в виде расплавленной пористой433
і<3►1 1 I § 1 1я -іti! 1 і - ' 'и**І " Si !шП - ї 1 1*і\іож1 s і i 9 1 16р* 8і 1 3. 1 1 ін-г®JS*+3 - ? 1
і « I 1 эt-м2 <ч %± - j • 5! |оо-t-O
0£
£ +лI 5 Ї « * |І 1‘ Ї 1^4
й 50Ї - I 1 я if£5 5 5 е а 5S J я1ї*: ІІ і і : з *s* S * ng s * £ ■»"I a* * 22 8 5S
e 2 5. ® 2 5 e S'S* £« ■ S' X S 4 2 S 2
°U 5Ї 1 52 1 |aі s is. ss 2 si 1 is
3 a s з -а д4Э«
массы диабаз стекает в ванну, где происходит удаление газов. Далее
расплавленный диаба^ поступает а обогреваемый копнльник бара-
банного типа.Расплавленный диабаз из этою копнльпнка прн температуре
1200 + 1250е С разливается по формам, которые предварительно
подогреваются до температуры 400 + 450° С. Формы изготавливаютРис. 179. Схема плачеиоой печи для гимнз смеси кварцевого песка н 20% огнеупорной глнны. Залитые
формы для медленного охлаждения помещают я тонпельные печн.
что необходимо для кристаллизации и предотвращения образовании
трещин на каменном литье. Время выдержки отливок в формах
г оставляет 18-е- 20 ч.Отлнвкн нэ диабаза имеют следующие свойства:Плоімм'їь, г'см3		3Твердость no Moot} 		74-8llptirj ирочкосін, кГІем*:при сжатии		3000при рветйшгнии		200пра изгибе		300Теплоемкость, ккал:ч - град		0,25Теплопроводность, ккол'.м* ■ ч • град		1,2Коэффициент расіпиргннм		1,00 -10" •Базальт принадлежит к породам вулканического происхождения
с температурой плавления окаю 1200 +■ 1250е С; плотность его
2,9 +■ 3,0 гісм*. твердость по шкале Мооса 8 + 9, теплопровод¬
ность 0.8-+- 1,0 кка.\>я* ■ ч • гр&д. Расплавы баэал&тов к аидезкто*
башлыив ибладаст высокой вязкостью. Жндкспекучестъ их при
1300° С составляет всего 8 -s- 10 мм.Жндкотекучесть я к дегэнтабазал ьтов зависит от коэффициента
кислотности, под которым имеется в виду отношение суммы глино-
лема И Kf'OWItMtM.I К СУЧМЄ ПГРХ оснопккіх окііг/юв Лучіиля жидко-
текучесгъ отменяется При КОЧффіИЦКЧТТС •кислотности, равным1,5	+ 2,0. Для получения такого значении козффнцнеігтя кнелот-
ностн в расплав добавляют доломит и железную рудуИэ базальта отливают плігткк различных размеров, трубы диа¬
метром 200 + 350 лл к длмион до 2 метров, колена к тройники для
соединения трубопроводов и т. л. Технологический процесс изго¬
товления нх аналогичен диабазовому литьюМеханические свойства лктья нз базальта следующие:Предел прочности при гжапгк, кГїм*	29<W}-.1fi50Предел прочности прн растяжении, кГ'лм*. . 25CH-2JKIПредел прочносін при нягиЛе, ЧfitM*	 ЧЯО-КЙЙКо»ффяч*ея1 износа, t.ыЧгм*	O.MS+O.OViОсновным достоинством отливок нз базальта является высокая
износостойкость, шелоче н кнслотоупориостъ в растворах любых
концентраций.Отливки нз светлого камня получили распространение главным
образом как облицовочный строительны!) материал.В процесс кэготовлення литья из этого камня пходят:1)	подготовке исходных шихтовых материалов (квариевый пе¬
сок. доломит, мел нлн мрамор), пключаюиия дробление, размалы¬
вание, просушку н просеивание;2)	плавление шихты в алектродуговых однофазных печах (тем¬
пература пламенна 1450 -ь 1550° С);3)	изготовление форм нэ песчано-глинистой смеси к нанесения
на поверхность формы тонкого слоя маршлита; перед заливкой
форму прокаливают прн температуре 800s С в течение 5 ч:4)	кристаллизация отливок в ({юрмах: для этой цели нх поме¬
щают в печь с температурой 900 + 920е С, где происходит кристал¬
лизация н охлаждение отливок до температуры печи; после этого
отливкн подвергают медленному охлаждению со скоростью 10%
от 900е до 450° С и со скоростью 30“Ы от 450° до 150е С;5)	окончательное охлаждение отливок нз воздухе в течение
55 60 ч.В качестве сырья для шлакового лцтья с успехом применяют
доменные шлаки. Из доменных ишаков изготовляют брусчатку,
армированные н пористые блоки, плиты, различные противовесы
и т, п.Технология изготовления'-литых изделий иэ доменных шлаков
аналогична приведенной выше, но в зависимости от состава шлаке
может несколько изменяться режим нх расплавления, а также после¬
дующего охлаждения.	,Пористые блоки получают путем заллвки вспененного шлака
в железные формы. Вспенивание достигается продувкой расплавлен¬
ного шлака паром прн его давлении от I до 3 am.Производство шлаковой ваты представляет интерес для метал¬
лургов с точки зрения использования отходов в икде шлака непо-431
среастненно около плавильных агрегатов, т. е. когда шлак нахо
днтся в расплавленном состоянии. Это имеет большое значение
я в связи с тем, тго шлаковата н изделия нз нее находят большое
применение в жнлнщноч и промышленном строительстве.Шлаковату получают пародутьевым, центробежным н гаэоструЙ-
ным способами.Паролутьеьой способ состоігт в том, что сильная струя сжатого
пара нлн воздуха раздувает витскаю:цнА нз печи жидкий шлак и
за счет большой скорости частицы шлака растягиваются в виде
нитей шлаковой ваты.Центробежный способ заключается в направлении струн жидкого
шлака во вращающийся барабан с отверстиями нлн металлический
диск, вращающийся с большой скоростью (2300 н- 3000 об/мин).
При этом процессе капли жидкого шлака под действием центробеж¬
ных сил разбрасываются с большой скоростью в стороны, вытяги¬
ваясь в тонкие стекловидные ннтн шлаковаты. Этот процесс из-за
более медленного охлаждения позволяет получать более длинные
волокна ваты.Гаэоструйный способ состоит в том. что расплавленный шлак,
вытекающий из печн, раздувается газом. Давление газа небольшое
н равно 0.8 +■ 1,0 от. а его температура достигает 700 ■+■ 800 °С.Прн г-ггом способе можно получать более длинные нити за счет
медленного охлаждения. Однако необходимо особое внимание к вен¬
тиляции. чтобы не загрязнялся окружающий воздух.Обычно технологический процесс получения шлаковаты закан¬
чивается скатыванием ее в рулоны, в которых она поступает на
стройки.
Таблгаа пересчета часто употреблаекых допущении» • СССР
Государственными стандартами единиц uatptHKl
иа единицы системы СИ§1ІІ1*^^ип'/иас*
»увіпні eruuip-cacnuw СИГТлОІНОСІЬ	г'ем*кг/м*1 г'<м* = і пои кгім* =*= 1 Мг'м*(н) ньютон1 ()ш*= І - КГ* *Смла	. Kl'(Ktt)(н) ньвюн1 ігГґкг^ —О.М№-ІО'*иУдельная сил» тя¬
жести (удгп-иый *ес).....кПм‘ (кгсім*)НІЖ*) КГіМ* (ККІМ*) ж:= ©.8<1М5*/м* ,Лем* (и!см>)Н<М*І Г;(м* (и!ем*) =
*=9,80Єв5Ю*нім*Дааягние (uexi-
иичесиое иіпрі-жение)	ОМ (1ЄІННЧР-ра)м/м*1 от = 9МЖ£*!м» <т
= 98,0663 іеиїм***
а. 0,1 Ммім*вям (атмосфе¬
рі техническая)■ НІМ*1 атм — 101325 кім* =
= 101,325 к*!м**/>.«*{кге/мм1)кім*1 кГІям' (т(!мм‘і =
М*<М**е
<*> 10* мім* 10 Мнім*мм рт. ея.Щм*^іІзЗОнім*P«6ota »иергия>рг (дин ■ см)дж1 зрі (дам ■ ем) •=
si • ІО-'дж =0,1 мкдждиная сила'Час)дж1 л. і. ч = 2.W78 X
ХІ(і»0ж»*2.648 Мджкал (некд.)дж1 кв.«(межд.) = 4.1Н68 джввсть 	кг1(м ■ сек)к ■ еекім*1 кг!(м ■ сік) = 1 н х
X іемім*яз (пуаз)Н ■ СІКІМ*І и = 0,1 H-teKjM*cm (стокс)
кГ-я/ем*(Kit ■ МІСМ%)M*!ctK1 ет = \ Ю 4м*ісекУдарная аоаостьдж',м*І кГ-м!ем*= O.fWftB X
X 104 дж м' —= 98.0665 кджім*Иоаеріностное ва-дйМІЄМt дия/ем 1 ірг.ІСМ*«рг/гл*дж!м*= 1 • |0-»я/л =
—» 1 • >0-* дж їм* ■=
= 1 иджім*Тгнпрратхр» ....■с.•к.. ГкГ„ =/b-(-?73.|VТсплоаоя поток.1 кка.і/ч ** 1,163 ія43а
J nctrzУагпяшп м»ссо- [
вія Ttnioen*Козффиаисш те
плообыена (іе
пдоотіїчл) нге*
пяопергдачиУдеаьнис мектрм-Ч««ОЄ СОІГрОІК 1■лет<	Vдальнім s.ic»ipn-
чесна» проводи-п!(м‘ ■ град)
ті(м - град)І ккалЦнг грид)~= і І ££,8 &жІ(жг ■ град) ™
= 4,1868 кджіїкг ■ град)1 калКем• ■ сек - град) =—	4,1808 • 10а aaft«* X
X tрай)І0-* оя • яІ	ож-яяЧж ——	) ■ КГ'ом - я■Я-‘ ■ еЯ-‘ -а ІООсиЯ/.Ч
І мЦам ■ ЖМг) е>= 1-10* еня/м
ИСПОЛЬЗОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА1.	Аксенов П. Н. Технология лктейюто производства Машгаз.
1*7.2.	А <п і к > к М. Б.. Л «беде а А. А.. Чух ров .4, В. Плавяа
м лнтъс сплавов цветных металлов. Металлургиэдэт. 1963.3.	Б о ч в а р А А Металловедение. Металлургнэдат. 1956.4.	Б и д у л я П. Н. Технология стальных отливок. Металлургкадат,1961.5.	Бдактер М.Е. Металловедение и термэчесхая обрабогка. Maui-
ГН1. 1963.6.	Богачев И. Н. Металлография чугуна. Свердлове», Машгнз,1962.7.	Б у к н и К. П. Структур* чугуна. Машгнз, 1952.в. Б у н и н К. П.. Ива ыпо в Г. И. Мали ночка Я. Н.
Структура чугуна. Киев — Москва, Машпм, |952.9.	большая Советская знцнклоиедкя, над. 2-е. Изд-во«Большая Советская
Энциклопедия», 1950.10.	Ваше л ко К. И., Соф р он в С. Магниевый чугун. Кие* —
Москва, Машгнз. 19S7.П. Вопросы теории литейных проасссов. Машгнз. I960.12.	В в ще к ко К. И. Модифицировании* чугун. Машгнз. 1946.13.	В ей инк А. И. Усадочные явления * гштаине отливок. Минск,
«Высшая школа», 1964.14.	В е А и и к А. И. Теория затвердевания отлнвок. Машгнз, I960.15.	В я а я к к о В Н. Ф. Легированная сталь. Мсталлургкздвт. 1963.16.	Г и р ш о в н ч Н. Г. Чугунное лить*. Металлургвэдат, ISH9.(7. Г к р ш о в н ч Н. Г.. пехендзи Ю. А. Формирование ка*
чества отливок. Изд. НТОМашпрон, І9Й2.18.	Г о л о в и а С. Я. Особые виды лнтье. Мащгяз, I9S9.19.	Гольдштейн Я. Е. Ммкролегнрованне стали н чугуна. Маш*
ги1, I9S9.20.	Г у л я е в А. П. Металловедение. Оборонгнз, 1956.21.	Г у л я е в 6 1». ЛкггВиыс процессы. Мкс.гнд, I960.22.	Гуляев В. Б., Магницкий О Н. Демидова А А.
Лнтье из тугоплавких металлов. «Машиностроение». 19G423.	Г р у з я в В. Г. Взаимодействие литейной форыы п отливкв. Изд.
АН СССР. 1962.24.	Г р у а и ы х И. В. Процессы у ездки отлпвох. Изд. НТОМдшпрои,
196225.	Дар* ей Л. С, Г у р р н Р. Б. Физическая хныня металлов.
Переводе английского кз. Мяаллургнздат, i960.26.	Жевтунов И. П. Литейные сплавы Млшгнз, 1967.27.	Э у в а р е в В Ф Теоретические основы графитнэаики белого чугу¬
на н стали. Машгнз, 1957.28.	К л я ч к о Ю А.. Атласов Г. А.. Ш в г я р о М М. Анализ
газов и включений в сталь. Металлургиздат, 1953.29.	Короткое В. Г. Рафинирование литейных алюминиевых сплавов.
Машгнз, 1063.430
80. Кодовое* И. Ф. ЖароЛрОЧНОСТЬ ЛМТСЙНЫ1 аЛЮМЯНИевЫ! СПЛВ
вок. Мтллургиздат. 1964.ЗІ. Коттрелл А. X. Строевме метило* ■ содавов. Перевод с англий-
ссого я*. Металлургязавт, 1961.33.	Крекер М. А. Фасонное .питье на легароввнгад стале*
«Машиностроение». [964S3.	Кривошее» A. D Литы? валки. Мегаллургнмат. 1966.34.	К р и ш т а л М. А. Диффузионные процессы • желеавых сплавах.
Метаялургиздат, 1963.35.	Корольков А. М. Литейные свойства металлов и сшивов.
Изд. АН СССР. I960.36.	Куинм Л. Л. Поверхностные явления в металлах. Металлург-
издвт, 195937.	Л выеден Дж Термодинамика сплавов. Перевод с английского
av под ред. Н. 11 Сирота. Метадлургнэдог. 1959.М Л*» И. Е. Карбидный анализ чугуна Харьков, Металиурлшат,1963.39.	Лева Л. И. Акт я чугуне для отливши. «Машниосгроевие», 1964.40.	Л и в ш н Ц Б. Г. Металлография. Метылургиздат, |96Э.41.	ЛмповскиА И. Е , Дорофеев 8. А. Камнелитейное про¬
изводство. «Металлурги»», 1966.42.	М • л ь а е в .4 В., Барсукова 'Г, А.. В о р и и Ф А Ме¬
таллография цветных металлов и силовой. Ммаллургнздвт, I960.—	‘ '	М.В. Модифииирсввинеструктурц металлов н сплавов.«Металлургия», 1964-44. .4 а л л и и Д ж. В.Кристаллизация. Перевод с английского яа.
«Металлурги»». 1964.	>46. Мелвнн-Хьюа. Физическая химия. Перевод с английского ЯІ.
Кн. 1. 11. Изд-во ИиостраиноЙ литературы, I960.46.	М е р Ф и А. Д ж. (под редакцией) Плавка в литье цветных металлов
к сплавов М«шілурсни*т, 19Ї947.	23-й. 2-1-fl. 26 й. 26-й. 27-й. 26-й междуввродные конгрессы литейщиков.
Машгнз. 1959—1964.48.	Марганцовистая сталь. Под ред. Блвятера М. Е. Металлург
и»дат, 1939.49.	Н е х е и д з и Ю. А. Стально* литье. Металлургиздат. 1948.60- Новме материалы в технике. Под ред. ТроствьскоЙ Е. Б.
Колачева Б. А., С н л ь » е р С т р о в я н а С. И. Гостолгехнздвт, 1963.51. И и в о в а р с к и А Е. высококачественный чугуи. Т. 1 и II. Пере¬
вод с mueuKoro нз. под ред. ПН. Богачева * Б. Г Л и в ш и п в.
«Металлургия», I9&S.52 Попов А. А. Фазовые превращение в металлургически* сплавах
Металлургиздяг. 1963.53.	ПржиОыл И. Затвердевание и питание отливов. Перевод с чеш¬
ского вэ. Машгиз. 1966.54.	П р н д а и ц е в М. В. Влияние примесей и редкоземельных эле¬
ментов на свойства сплавов. Металлургиздат, 1963.66. Р а д д л Р. Ч. Затвердгмнве отливок. Перевод с английского яа.
Изд-во Иностранцев литературы, 1955.56.	Р а в и н о в к ч М. л. Прочность и саерхпрочиостъ металлов.
Ивд. АН СССР. 1963.57.	Р ы * н к о в А. А. Теоретические основы литейного производства.
Мвшгив, 1961.Св. С її • с t ■ a 1 А. Г. Основы датеяного производств*. Металлург-
издаг, 19.-/0-69. Т v р о в а е в 4 3. .М., К у и и к Л- Л, Анализ газов в металлах.Из* АН (‘ССР, 1%9.W К v. и '■ 'Vi л » 4> Ф. Летироваиие . «рмнчккаи обработав и свой-
ства жари/уочиыд iu..cfl и сплавов. Оборингиі, 1962.431
ві X и к у їй и н Ф. Ф. Жаропрочны* стали и сплавы- сМеталлургия»,1964.в.	Ш «сто пал В. М. Слсшалнмаив і оровгаромвяе липйишж
веков н ыводов. Машгні, 1963.63.	Ш г j г м н А- И. Антифрикционные свлааы. Мтллургидат. I0S6.64.	Ш у л ь т е Ю. А. Немртилнчеекне включення в «лентростали.
«Металлургая». 1964.65.	Чалмерс 6. Физическое истмловедеине. Переед с аяглиЯсниго
ві. Матаялургиэяат. 1953.Журналы: (1955—1966 гг.)1.	Литейное производство. СССР.2.	8CJRA Journal ol Res. and Developmcn (аагл,). Англия.3.	British Foundrymen (англ.). Англия.4.	Fonderie (фраїш.). Франции.5.	Fonderie Beige (франц.). Франция.'. Foundry (англ.). ІША.. Foundry Trade Journal (англ.). Англия.8.	Gieuerei (йен.). ФРГ.9.	GieuereitcchnJck (нем.). ГДР.SO. Modem GaMlnc* (англ.). США.II.	Ontode (венгр.). Венгрия.12	Prufltad Odleaniclaa Оіопьск.) Польша.13	S!$v*r*nstvi (чсшсъ.). Чехослоыкяя.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Обцяя кляссяфпдцяя метилов ■ intliMi спда-!1-|. Промышленная классификация металлов	1-2. Литейные сплавы (общая характеристика)	1-3. Основныетрейомпня, предъявляемые к лктейиым силами	1-4. Л нтсйиые сплавы, применимые в промышленности	Глава вторая. Фюяяо-меплауртссхяе основы ироюаодстылятеДяих седа вое	I II I, Плавление	I IТ-2. Плавление и дырочная теория строения жидкостей	| 11-3. Жидяне расплавы	J 114. Сплавы, кая коллоидные системы	| 11-5. Некоторые основные аакомнерностн взаимодействия газовс металлами и сплавами	11-6. Неметаллические включения	11-7. Затвердеыние и христаллшаияя 	И-в Легирование	11-9. Модифицирование	11-10. Физические воздействия на жидкие расплавы и процессы кри¬
сталлизация 	Глава третья. Лпейкые свойств*	С ИI -1. Общее положения	*	111-2. Жидкотекучесть	f ІП-3. Усадка	 	І 111-4. Сллоиногть (образованию трещин и искажению геометрическилразмеров 	$ Ш-S. Ликвация	Глава четвертая Железо я его сплавы	f TV-1. Свойства железа 	 	I IV-2. Диаграммы фазового равновесия сплавов на основе железа . . , .I IV-3 Диаграмма фазовот равновесия железо — углерод	I IV 4 Некоторые особенности равновесия железо — углерод а сталях| IV-5 Фазы и структурные диаграммы чугуна	| 1V-6 Оценка свойств чугуна	| IV-7. Влияние химического состава на структуру и свойства чугунаС IV-8 Расчет структур к свойст» чугуна	« 1V-9. Отлнвкн из серого чугуна с пластинчатый графитом	{ IV-10. От.іиякн из модифицированного серого чугуна с пластинчатымграфитом 			$ IV II. Оглквкп пд Чуі jna ї шаривндПЫЧ ГрафнТОМ	$ IV-I2. Отливки из отбеленного чугуна	$ IV-13 Отлип к и нэ легированного чугуна	| 1V I4 Термическая обработка чугуна 	I 1V-I5. Отлноки нэ ковкого чугуна . 		) IV- 1C Углеродистая сталь для отлнвок 		£ ЗЁЗШёйЭ ЇЇЇЗЯВЗЕИВ 8^
JIV-I7. Нмэко-и средмелегироватіая сталь для отливок 	1V-I8. Высоколегированная (нержавеющая. кислотостойкая, жлро
прочная, жаростойкая и взиосостойхая) сталь для отливок . . .Г л а а а пятая Неї к ■ с* смввы	і V-I. Соовсти медн	і V-2. Медные сплави	І V-З. Основные диаграммы фаїового равновесна	I V-4. Влияние мйкнш ка свойства медных лвтейиых сплавов	| V-5. Некоторые особенности литейкы» свойств	| V-6. Отливки нэ меди 	| V-7. Броши для отливок	} V-8, Латуки для отливок	Глава шестая. Нявсдь ■ «г» сплавы	« VI-1 Свойства никеля	$ VI-2. Влияние элементов	І Vl-З. Сплавы никель — медь, никель — і
| VM. Сплавы ннкель—медь — олово ісвиней 	VI-5. СпЛЯВЫ ннкель — крон и никель — яроы -- железо	VI-6. Сплавы никель — алвниний	VI-7. Сплавы ннкель-кремний	VI-8. Слляаы ннкель — бериллий	VI-9. Сплавы никель — молибден, никель — хром — молибдел и др
VJ • 10 Специальные жаропрочные ыиогокоыпонептиие сплавы на осно¬
ве никеля 	Глава седьмая. Кобальт * его смавы	} VI1-1. Сплавы кобальта	\ VII-2. Жаропрочные сплавы не основе кобальта	Глаяа восьмая Огаявкя яі тугоплаамк к аедоторыхлругих нас¬
тыло• ■ еллааов			$ VMM. Тугтшлаакие металлы	< VHI-2. Сплаиы для отлипок па основе титана	•	viil-З. Сплавы але «т.пияох на основе аанадкя	$ VIІІ-4. Сплавы для стлквох на оспопе крона	§ VI11-5 Спланы для отлнвок на основе ниобия	!VJII 6 Сплавы для отливок на основе молкбдоиа	Vlli-7 Отливки нз уран» н его сплавов . 		V'ili a Отлнвкн ил торкя н era сплавов	VIII-9. Огливнн нэ сплавов плутония 	Глава девятая. Ллммявий ■ его епдааы	$ 1X1. Литье из частого алючмння	ІІХ-2. Сплавы а.івмнния	IX-Э Основные диаграммы фазового равновесия . . . 	4	1X 4. Лпейныссилавы на основе системи алюмнннй — медь	§ 1X-S ІІІитейнне сплавы ив основе системы алюминий — кремний(силумины)	$ ІХ-6. Лнтейные сплавы пя основе системы алюминий — кремний —ыеаь	{ )X-7. Лнтгйныг сплавы на «сном системы алю.чнннЙ — магний	С 1Х-8. Другие литейные алюминиевые сплавы 	) 1Х-9 НОриЫ требования, илі'іав и миевкые свойства алюминиевыхлнтейныт енлэпов
(j Х-Э	Сплииы системы магкн! — чаргаиео	б	X-4	Сплавы снътсиы иагниА — алюминий - uhiik5 .4 5	Смаем системы uannifl — рсдхоїгигльїіиґі и< м.іл — цнркшікЗІ Х в	Сплавы системы мамшй — цннк — цнркокнЛ ...$ Х-7. Сплави системи иагннЯ —торий - цирконий 	і Х-в	Некоторые особенности проиаводствя ПТ4ИМК кэ магниевых салі5 ХМ. Требования, предъявляемые к нодшипнмкозыи сплаааы . . . . ,$ XI 2. Классификация подшипниковых сплавов	S	ХІ З Структура и свойства лодшнпникову* сплавов	Глава двенадцатая. Лвгм и неметаллических наїерамм} ХІІ-1. Пл&стчаесы	f X112. Каменное литье		391ЖЛОТзааэм39940240240540541741741»
И»р«і>л*«ичЛ ■ ■ иСг*кисл« Комєгаиіикоіич
КактаимкЛИТЕЙНЫЕ СПЛАВЫ