чугуна однородным металлом технически мало отличается от сварки стальных деталей. Свариваемые заготовки собирают с обязательным зазором, несколько большим, чем при сварке сталей. В качестве формирующих приспособлений можно исполь зовать графитовые пластины.
Для доброкачественной заварки дефектов на массивных чу гунных отливках в ряде случаев необходим местный предвари тельный подогрев. Чтобы регулировать степень разогрева де фектного места, целесообразно использовать в качестве источ ника нагрева неплавящиеся электроды, например, графитовые.
22.3.4. Газовая сварка |
|
|
Газовая |
сварка |
обеспечивает возможность регулировать |
в широких |
пределах |
скорости нагрева основного металла и |
охлаждения сварного шва, просто осуществляется местная тер мическая обработка для отжига наплавленного металла. В ре зультате получают сварное соединение чугуна, легко обрабаты ваемое по всему сечению, и металл шва, соответствующий по качеству основному металлу.
Газовую сварку серого чугуна применяют при исправлении литейных дефектов и ремонте деталей небольшой массы, реже — при восстановлении изделий больших габаритных размеров и массы с подогревом. Сварку деталей малой массы производят без предварительного подогрева.
Относительными недостатками газовой сварки являются сравнительно низкая производительность и высокие требования как к сварочным материалам, так и к профессиональному ма стерству газосварщика.
В качестве горючего газа используют ацетилен, пропан-бу тан и городской газ, сварку выполняют нормальным пламенем. В качестве присадочного материала применяют чугунные прутки по ГОСТ 2671—80, а также используют преимущественно кис лые флюсы, состоящие из борсодержащих веществ.
22.3.5. Дефекты и их предотвращение Холодные трещины — наиболее распространенный дефект. Од
ной из причин |
большой |
склонности соединений серого чугуна |
к образованию |
холодных |
трещин является наличие графита |
в металлической матрице. Графит играет роль надреза. Под действием растягивающих напряжений у вершин графитных пластинчатых включений создается перенапряжение, которое и может вызвать разрушение. У серого чугуна практически отсут ствует запас пластичности, поэтому разрушение происходит хрупко, путем отрыва и в основном по графитовым включениям. Присутствие в чугуне цементита, ледебурита и мартенсита по вышает хрупкость и способствует образованию трещин.
Выполнение сварки с предварительным местным подогревом до температуры 150—250 °С, тщательная проковка участков шва, использование в качестве основного металла чугуна с мел ким завихренным или компактным графитом, не окисленного и не пропитанного маслами в процессе эксплуатации, способст вуют исключению продольных трещин в околощовной зоне.
Горячие трещины. Образованию трещин способствует нали чие легкоплавких эвтектик, остающихся жидкими между затвер девшими кристаллами. С и S уменьшают стойкость швов про тив горячих трещин, особенно при сварке чугуна высоконикеле выми сплавами. Углерод создает несплощности, которые ослаб ляют формирующийся шов. Это проявляется сильнее, если включении графита имеют пластинчатую форму. При сварке чу гуна никелем важно добиться, чтобы в структуре шва включе ния графита имели компактные формы, лучше всего шаровид ную или точечную.
S не растворяется в Ni, но может образовывать с ним соеди нения, например сульфид никеля Ni3S2, который дает с Ni хруп кую эвтектику с температурой плавления 644 °С. При содержа нии S в Ni свыше 0,01 % в швах, как правило, появляются тре щины. Снижение содержания серы в наплавленном металле и связывание ее в тугоплавкие соединения является важной зада чей при разработке сварочных материалов для чугуна.
Предварительный подогрев изделия до 150—250 °С благопри ятно сказывается на стойкости швов против горячих трещин, по скольку снижается темп нарастания деформации при кристал лизации шва. Проковка как технологический прием здесь не эффективна, так как трещины образуются гораздо раньше, чем Может быть осуществлено деформирование металла шва.
Поры — серьезный дефект сварных соединений чугуна, осо бенно для деталей, работающих под давлением. Отдельные'поры в чугуне, наплавленном при заварке крупных дефектов, не пред ставляют опасности. Однако при значительной пораженности металла шва сварное соединение не может быть признано удов летворительным.
Поры представляют собой не успевшие выделиться до за твердевания металла пузырьки Н2, N2, водяного пара, оксида углерода. В наибольшей степени образованию пор в наплавлен ном чугуне способствуют N2 и Н2 вследствие скачкообразного изменения их растворимости в период кристаллизации свароч
ной ванны.
Уменьшение пористости наплавленного чугуна достигают тщательной очисткой основного металла от ржавчины и органи ческих загрязнений (борьба с водородом), связыванием водо рода в соединения (HF, ОН), нерастворимые в жидком металле Благодаря способности N2 образовывать стойкие нитриды титана, алюминия, циркония исключают его вредное влияние пу
тем легирования сварочной ванны этими элементами. Чтобы предотвратить образование газовых пузырьков водяного пара и оксида углерода, сварочную ванну жидкого чугуна раскисляют Ti, Al, Si. Вероятность образования пор снижается с уменьше нием скорости кристаллизации жидкого чугуна. Поэтому при больших объемах ванны, характерных для сварки с предвари тельным подогревом, успевает пройти дегазация и поры не об разуются.
Глава 23. КОВКИЕ, ВЫСОКОПРОЧНЫЕ и ЛЕГИРОВАННЫЕ ЧУГУНЫ
(Грецкий Ю. Я., Метлицкий В. А.)
23.1. Состав и свойства
23.1.1. Классификация по составу и свойствам
Ковкие ч угун ы (КЧ), которые получают в результате отжига белого чу гуна, характеризуются повышенной прочностью, пластичностью и ударной вязкостью вследствие образования при отжиге хлопьевидного графита. Ос новные преимущества КЧ заключаются в однородности их свойств по се чению, практическом отсутствии напряжений в отливках, высоких механиче ских свойствах н хорошей обрабатываемости.
Отличительной особенностью высокопрочных чугунов с шаровидным графитом (ЧШГ) являются еще более высокие прочностные свойства, обус ловленные сферической формой графита, при которой в меньшей степени, чем при других формах графита, ослабляется рабочее сечение матрицы и гораздо ниже концентрация напряжений у графитовых включений.
Л еги рован н ы е ч угун ы обладают специальными свойствами, обеспечива ющими длительную и надежную работу отливок в разнообразных условиях
эксплуатации. |
|
|
|
|
|
Ковкие чугуны |
(ГОСТ 1215—79) получают ферритными или перлит |
||||
ными. Содержание |
основных |
элементов |
в КЧ составляет, |
%: |
С 2,3—3,0; |
Si 0,9— 1,6; Мп 0,3—0,6 (при |
ферритной |
матрице) и до 1,2 |
(при |
перлитной |
|
матрице). Снижение содержания углерода в указанных пределах увеличи
вает прочность КЧ благодаря уменьшению количества и размеров графита, а также улучшению его формы. Фосфора и серы в КЧ меньше, чем в сером
чугуне.
Ч уеуны с ш аровидны м графитом (ГОСТ 7293—85) различают на фер ритные, перлитно-ферритные, перлитные и бейнитные. Содержание основных
элементов |
в |
ЧШГ |
составляет, |
%: С 3,2—3,8; Si 1,9—2,9 |
(в бейнитных — |
|||||
3,4—3,6); |
Мп |
0,4—0,9; |
С г^ 0,1. |
Примеси достигают, |
%: |
S < 0 ,0 2 ; Р ^ 0 ,1 , |
||||
т. е. значительно |
ниже, |
чем |
в |
сером |
чугуне. Содержание |
магния — сферо- |
||||
идизатора графита — колеблется |
от 0,03 до 0,08 %. |
на |
жаростойкие, кор |
|||||||
Л еги рован н ы е |
хром овы е |
ч угун ы |
подразделяются |
|||||||
розионностойкие и |
износостойкие и содержат до 36 % |
Сг; с увеличением |
||||||||
хрома содержание С, Si, Мп уменьшается. Никелевые имеют в своем со ставе до 21 % N1, кремнистые — до 18% Si, марганцевые — до 12% Мп, вы соколегированные алюминиевые — до 31 % Д1. Практически все легированные чугун** могут иметь как пластинчатую, так и шаровидную форму графита.
К овки й ч угун маркируют буквами КЧ и цифровыми обозначениями в зави симости от механических свойств. Первые две цифры соответствуют времен
ному сопротивлению, вторые — относительному удлинению |
(ферритные — от |
КЧ 30-6 до КЧ 37-12, перлитные — от КЧ 45-6 до КЧ |
63-2). Ферритные |
КЧ имеют более высокую пластичность, а высокая твердость перлитного чугуна обеспечивает лучшую стойкость против износа. КЧ с зернистым пер литом используют для изготовления отливок, подверженных знакоперемен ным (в том числе, ударным) нагрузкам при эксплуатации [1].
Аналогично ковким |
маркируются |
высокопрочные |
ч угун ы с |
ш аровидным |
|
граф ит ом : ферритные (ВЧ 38-7 |
и ВЧ |
42-12), перлитно-ферритные (ВЧ 45-5 |
|||
и ВЧ 50-2), перлитные |
(от ВЧ |
60-2 |
до ВЧ 80-3), |
бейнитные |
(ВЧ 100-4 и |
ВЧ 120-4). ЧШГ обладают комплексом ценных свойств, значительно превос ходящих те же характеристики серого чугуна: износостойкостью, жаростой костью, коррозионной стойкостью и др. Многие свойства дополнительно по
вышаются в результате рационального легирования и термической |
обра |
||||||
ботки [1]. |
|
|
|
|
|
|
|
Промежуточными |
по свойствам |
между КЧ |
и ЧШГ |
являются |
чугуны |
||
с верм и кулярн ы м |
графитом, обозначаемые ЧВГ. |
|
|
|
|||
Обозначение |
леги рован н ы х ч угун о в |
разнообразное. |
Согласно |
ГОСТ |
|||
7769—82 и 11849—76 |
жаростойкие |
хромовые |
чугуны |
обозначают |
ЖЧХ, |
||
а коррозионностойкие — ЧХ, после чего |
ставят цифры, указывающие |
содер |
|||||
жание Сг. Износостойкие чугуны обозначают ИЧХ и далее цифры содер жания Сг и других элементов (как при обозначении сталей, например, ИЧХ13ГЗМ). Пример обозначения никелевого чугуна: ЧН15Д7Х2. Если графит имеет шаровидную форму, добавляется буква Ш. Аналогично обоз начение кремнистых чугунов, обладающих окалино-, росто- и коррозионностойкостью (ЖЧС5, ЖЧЮ7Х2, ЧС15М4); алюминиевых жаропрочных (ЖЧЮ7Х2) и марганцевых износостойких чугунов (ИЧХ4Г7Д).
Характерными структурными составляющими матрицы |
легированных чу |
|
гунов являются: феррит, перлит, аустенит, карбиды. Условие |
образования |
|
аустенита в никелевом чугуне (содержащем 2,3—3,6 % |
С и |
до 2% Si). |
N i+2,5 Mn + C u ^ l8 [1]. |
|
|
23.2. Свариваемость чугунов
23.2.1. Склонность к образованию трещин
Склонность сварных соединений к образованию трещин в ЗТВ у ЧШГ значительно выше по сравнению с обычными серыми чугунами при одинаковых содержаниях С, Si и Мп. В то же время требование высокой прочности, предъявляемое к сварным соединениям ЧШГ, является одним из основных при и зго т о в л е нии и ремонте деталей. Только выполнение сварки с высоким предварительным подогревом всей детали или местным, если позволяет конструкция, способствует исключению трещин, а по лучение наплавленного металла в виде#ЧШГ дает полную равнопрочность сварных соединений с основным металлом.
Свариваемость легированных чугунов (в первую очередь, стойкость против образования трещин) ухудшается, с ростом содержания легирующих элементов. Особенно свойственно это хромовым, кремнистым и марганцевым чугунам вследствие уве-