Характеристика сплава

Постановка и оценка задачи

Задание

Разработать технологию серийного производства детали методом отливки (рисунок 1).

Рисунок 1 – Рис. 5, строка 7.

Деталь предлагаемая в задании относится к группе втулок (рисунок 2). Максимальный диаметр изделия – 450 мм, толщина фланцев – 20 мм, вдоль оси втулки проходит сквозное отверстие с диаметрами D₁ = 200 мм и D₂ = 240 мм. Масса детали = 60.0343 кг, объём = 8.5*10^-3м³. Количество изделий производимых за год – 3000 шт.

Рисунок 2 – Втулка.

Характеристика сплава

Данный в задании сплав СЧ20 ГОСТ 1412 – 85 относится к группе ферритных и ферритно – перлитных чугунов, имеет следующий химический состав (Таблица 1.)

Таблица 1. Химический состав применяемый для изготовления втулки

Содержание углерода в СЧ 20 (3, 3…3, 5% C и 1, 4…2, 2% Si). В СЧ 20 находится до 1% марганца.

Надежность и долговечность втулки зависит от механических и технологических свойств материала, из которого она изготовлена. В таблице 2. показаны механические свойства чугунов при сжатии, растяжении, изгибе и кручении.

Прочностные свойства чугуна (σ _в, σ _с, τ _в, σ _u) определяются характером его структуры, которая в свою очередь, зависит от химического состава и условий охлаждения чугуна в литейной форме.

Таблица 2. Механические свойства чугуна

Марка чугуна	При растяжении
σ в, МПа	HB	Е • , МПа	δ, %	, МПа
СЧ 20		170...241		0, 4...0, 6
При сжатии	При кручении
, МПа	φ, %	, МПа	, МПа	, МПа
При изгибе	КСU, Дж/	φ, % при вибрации под нагрузкой
, МПа	, МПа

Прочность серого чугуна определяется, прежде всего, его металлической основой. Такие свойства как σ _в, ударная вязкость (КСU), длительная прочность зависят как от свойств металлической основы, так и от формы или размеров и количества графитных включений.

Прочность серого чугуна зависит от вида нагружения: при растяжении σ в имеет наименьшее значение; наибольшее значение прочности серые чугуны имеют при сжатии. При кручении τ _в и изгибе σ _u ниже, сжатии, но выше чем при растяжении. Усталостная прочность характеризуется по пределам выносливости (σ _-1, τ _-1, σ _-1С и σ _-1u), значения которых почти равны при различных видах нагружения (таблица 2). От предела выносливости зависит долговечность картера шестерен.

Пластические свойства ферритных чугунов СЧ 20 зависят от вида нагруженного состояния: при сжатии φ наиболее высокое, при кручении и изгибе пластичность меньше и при растяжении еще меньше (δ = 0, 4...0, 6).

Ударная вязкость выявляет склонность к хрупкому разрушению и определяется работой распространения трещины, чем больше KCU, тем меньше возможность внезапного хрупкого разрушения. Ударная вязкость серого чугуна зависит от пластичности.

Твердость чугуна почти полностью зависит от структуры металлической основы, а модуль упругости зависит от графита.

Физические свойства серого чугуна (плотность, тепловые свойства) зависят от состава и структуры, а именно от марки чугуна (таблица 3). В жидком состоянии плотность можно принять для серого чугуна ρ = 6, 7..7, 1 г/ .

Коэффициент линейного расширения (α), теплоемкость (с) и теплопроводность (λ) зависят также от состава и структуры чугуна, но главным влияющим фактором является температура, с повышением которой с и α увеличиваются, а λ понижается.

Таблица3. Физические свойства серого чугуна.

Марка чугуна	ρ, г/	, 1/º C	, калл/(см•с•º C)	, Дж/кг•º C	tл, º С
СЧ 20	7, 0...7, 2	10...11	0, 10...0, 12	586...628	1200...1240

Коррозионная стойкость серого чугуна повышается по мерее измельчения графита и уменьшения его количества, при однофазной структуре матрицы, а также при уменьшении Si, S и P. В чистой атмосфере металла составляют 0, 025 мм/год, в городской атмосфере – 0, 125 мм/год, в воде – < 0, 125 мм/год, в почве – 0, 13...0, 60 мм/год. Термостойкость серого чугуна определяется механическими свойствами, теплопроводностью и коэффициентом расширения. Чем больше α, δ и σ _в, меньше Е, тем выше термостойкость.

Технологические свойства – обрабатываемость чугуна определяются его составом и структурой. Обрабатываемость серого чугуна связана с его твердостью НВ обратной зависимостью. Присутствие графита при механической обработке делает структуру ломкой и давление на инструмент уменьшается. Обрабатываемость оценивается стойкостью инструмента или по эквивалентной скорости резания. При 150 НВ – V_экв = 1, 0; при 180 НВ – V_экв = 0, 65 и при 200 НВ – V_экв = 0, 55.

Литейные свойства характеризуются по жидкотекучести, которая определяется по спиральной пробе, отливаемой в песчаной форме. Жидкотекучесть (λ _ж) повышается с увеличением углеродного потенциала и температуры заливки. Чем ниже марка чугуна и выше содержание С, тем больше λ ж. При высоком значении λ _ж уменьшается вероятность образования спаев, газовых раковин, усадочной пористости.