Зависимость механических свойств сплавов от толщины стенок отливок 2 страница

Из этой же диаграммы следует, что для отливок с разной пре­имущественной толщиной стенок химический состав чугуна дол­жен быть разным. В связи с этим раньше в цехах отливки по кон­вейерам распределяли по массе отливок, исходя из зависимости: чем больше масса, тем толще стенка. Поэтому для каждого кон­вейера выплавляли чугун разного химического состава. В настоя­щее время можно выплавлять один чугун и внепечной обработкой изменять химический состав.

Взаимосвязь содержания С, Si и приведенной толщины R_np стенки может быть описана следующими уравнениями [5]: ® для перлито-цементитной структуры

C(Si+lgi?_np) < 4,5; • для перлито-рафитной структуры

С (Si + lgi?_np) = 4,5...6,0;

 

Рис. 5.8. Структурная диаграмма Н.П.Дубинина для литья в металличе­ские формы:

а - при охлаждении отливок в форме; б - при охлаждении с 950 °С на воздухе; 1-5 - то же, что на рис. 5.7

• для перлито-феррито-графитной структуры

C(Si+l gi?_np) = 10... 14;

• для ферритной структуры

C(Si+lgi?_np) > 14.

В структурной диаграмме и уравнениях не учтено модифициро­вание. При использовании модифицирования все линии диаграм­мы будут поворачиваться по часовой стрелке, уменьшая область половинчатого чугуна. Как уже отмечалось, чугун, который после затвердевания должен быть белым, в случае использования моди­фицирования затвердевает серым.

Чтобы структурную диаграмму, приведенную на рис. 5.7, при­менять для металлических форм, все линии диаграммы необходи­мо мысленно поворачивать против часовой стрелки. Для металли­ческих форм аналогичная структурная диаграмма построена Н.П.Дубининым [5] (рис. 5.8), однако в ней используется не тол­щина стенки отливки, а собственно скорость затвердевания, ко­торая определяется по специальным номограммам автора.

Имеются также много других структурных диаграмм, напри­мер диаграмма Г.Ф.Баландина [1].

 

Графитообразование в чугунах. Углерод может присутствовать в структуре железоуглеродистых сплавов в двух формах - в форме карбида железа-цементита или в форме свободного углерода-гра- фита. Графит - главный признак обычного серого чугуна - рас­пределяется в структуре либо в пластинчатой, либо в вермику- лярной (червеобразной) форме, либо в глобулярной (шаровид­ной), либо в хлопьевидной форме. Величина, форма и распреде­ление включений графита в очень сильной степени влияют на прочность чугуна. Гексогональная элементарная кристаллическая решетка графита определяет его слоистое строение и, как след­ствие, низкую пластичность, малую прочность и твердость. Чем больше в чугуне графита, тем грубее его пластинки, тем ниже механические свойства чугуна. Улучшить эти свойства серого чу­гуна можно повышением прочности металлической основы и из­менением количества, формы и размеров графитных включений. Включения графита - это как бы пустоты соответствующей фор­мы, уменьшающие эффективную площадь поперечного сечения металлической матрицы и являющиеся концентраторами напря­жений. Коэффициент концентрации напряжений около включе­ний графита пластинчатой формы составляет 4,0... 7,5, около вклю­чений шаровидной формы - 2,5...3,5. Вследствие этого в метал­лической основе детали при нагрузке возникают местные пере­напряжения, приводящие к появлению микротрещин и вызыва­ющие хрупкое разрушение.

Именно поэтому в чугуне с шаровидным графитом проявля­ются заметные пластические свойства в отличие от серых чугунов с пластинчатым графитом, у которых остаточное удлинение при растяжении составляет 0,2...0,75 % (для чугунов с перлитной ме­таллической матрицей).

Выделение фазы графита происходит непосредственно из жид­кого расплава при его охлаждении в процессе кристаллизации и при эвтектическом превращении (первичный графит). Кроме того, графит может образоваться в процессе превращений в твердом состоянии сплава вследствие уменьшения растворимости углеро­да в аустените, а также при необратимом распаде цементита (вто­ричный графит). Особенно характерным распад цементита явля­ется для графитизирующего отжига белого чугуна, включая рас­пад цементита, входящего в перлит, с соответствующим падени­ем твердости:

Fe₃C -> 3Fe + С.

Графитизация, как и структурообразование, зависит от одних и тех же факторов, в числе которых химический состав (содержа­ние углерода и кремния), скорость охлаждения и модифицирова­ние. Отдельно следует рассмотреть перегрев чугуна.

Высокий перегрев при плавке (или длительная выдержка при умеренных температурах в жидком состоянии) избавляет сплав от плохой наследственности, заключающейся в соответствии разме­ров включений графита в чушках и отливках.

Графитовые включения обычных доэвтектических чугунов, ка­жущиеся под микроскопом изолированными, в действительности соединены между собой, так как при кристаллизации первичного графита возможно образование скелета в форме дерева, растуще­го из одного центра, и наблюдаемые в плоскости шлифа включе­ния являются сечениями веток этого дерева.

Содержание углерода и кремния определяет развитие графитизации чугуна. В общем случае влияние этих двух элементов на графитизацию можно выразить уравнением [5]:

С + n Si = const.

При высоком содержании углерода и соответственно низком содержании кремния п выше 1 и, следовательно, кремний дей­ствует на графитизацию сильнее углерода. В противном случае, т. е. при сравнительно низком содержании углерода и высоком содер­жании кремния, п ниже 1 и кремний, следовательно, будет вли­ять на графитизацию слабее углерода.

Кремний повышает механические свойства чугуна только при содержании углерода менее 3,0...3,5%. Содержание кремния не должно превышать в среднем 3 % для предотвращения образова­ния силикокарбида и высококремнистого феррита, которые уве­личивают хрупкость чугуна. Наиболее сильное графитизирующее действие кремния проявляется при введении его в жидкий чугун как модификатора, например, в виде ферросилиция.

Влияние марганца и серы следует рассматривать совме­стно из-за их большого химического сродства. При этом следует иметь в виду, что принимается в расчет только избыток этих эле­ментов после связывания их в MnS.

На практике наблюдается только избыток марганца и только в исключительных случаях - избыток серы.

Широко известно, что марганец и сера препятствуют образо­ванию графита в период кристаллизации и особенно в процессе перекристаллизации.

Марганец и в особенности сера оказывают также влияние на величину и форму включений графита. Влияние марганца выража­ется в размельчении графита с возрастанием его концентрации. При этом в жидком чугуне повышается растворимость (уменьшается активность) углерода и уменьшается число зародышей в чугуне.

При определенном соотношении содержаний Mn/S в ковком чугуне образуется шаровидный графит, при этом число зароды­шей значительно возрастает.

Рассмотрим также влияние легирующих элементов на графи­тизацию. Все легирующие элементы по влиянию на этот процесс можно разбить на три группы.

К первой группе, способствующей графитизации, относят­ся Ni, Со, Си, которые понижают растворимость (повышают активность) углерода в жидком и твердом растворах, а также в эвтектике и эвтектоиде и повышают эвтектическую температу­ру, одновременно понижая эвтектоидную. Никель и кобальт от­личаются неограниченной растворимостью в чугуне и поэтому не образуют новых фаз. Медь отличается ограниченной раство­римостью как в жидком (3...8 %), так и в твердом (0,15...3,0 %) состоянии. Влияние этой группы элементов во многом аналогич­но влиянию кремния.

Ко второй группе относятся карбидообразующие элемен­ты- Cr, Mo, W, V. Они повышают растворимость углерода и уменьшают его активность в жидком растворе. При содержании элементов второй группы в количестве, превышающем предел растворимости, в цементите, в чугуне возникают специальные карбиды: Cr₇C₃, Мо₂С, W₂C, V₄C₃ и др.

Следует отметить, что при содержаниях Сг > 0,06 % белый чу­гун не может быть подвергнут графитизирующему отжигу на ков­кий из-за повышения стойкости цементита, содержащего Сг.

К третьей группе элементов можно отнести Ti, Zr, Се, Са, Mg, В и др., т.е. элементы, которые характеризуются столь высокой химической активностью, что почти целиком расходу­ются на образование карбидов, сульфидов, оксидов, нитридов, и только в небольшом количестве они образуют растворы или адсорбированные пленки. Образуемые элементами третьей груп­пы соединения являются обычно тугоплавкими, формируются еще в жидком состоянии и могут служить зародышами в процес­се последующей кристаллизации. При больших концентрациях элементы третьей группы в ряде случаев препятствуют графити- зации.

К интенсивному отбеливанию чугуна приводят добавки маг­ния. Из остальных более редких элементов следует указать прежде всего на теллур, который уже при содержании 0,004...0,01 % подавляет графитизацию. Подобно теллуру действуют селен и висмут.

Кроме названных трех групп имеются также элементы про­межуточного типа. Наиболее характерным из них является алюминий, отличающийся признаками всех трех групп. При не­больших концентрациях А1 ведет себя как элемент третьей груп­пы, интенсивно реагируя с О, S, N, Р в чугуне. При более высо­кой концентрации А1 образует растворы с ферритом или соедине­ния с углеродом, подобно элементам первой и второй групп.

В эвтектоидной области элементы первой группы препятству­ют образованию феррита, особенно медь, которая в большей сте­пени, чем никель, способствует перлитизации структуры чугуна. В этом отношении медь уступает только олову и сурьме, влияние которых еще сильнее. Так, например, для получения полностью перлитной структуры в чугуне с шаровидным графитом и устра­нения образования ферритной оторочки вокруг графита доста­точно 0,8 % Си или 0,06 % Sn. Особенностью действия Си, Ni и Sn является отсутствие опасности образования отбела чугуна. Подоб­но этим элементам действует мышьяк, несколько способствуя графитизации в процессе кристаллизации и препятствуя ей при эвтектоидном превращении.

Основные структурные составляющие чугуна. Основные образую­щиеся в сплавах Fe-С (в сталях и чугун ах) структурные составля­ющие описаны ранее: графит, феррит, перлит, цементит, ледебу­рит, фосфидная эвтектика. Разнообразные формы графита в чугу­не - пластинчатый (ПГ), вермикулярный (ВГ), хлопьевидный (ХГ), шаровидный (ШГ) - определяют и основные типы чугунов: серый (СЧ) с пластинчатым графитом, с вермикулярным графитом (ЧВГ), ковкий с хлопьевидным графитом (КЧ) и высокопрочный с шаро­видным графитом (ВЧШГ). При этом металлическая матрица чугу­нов может быть различной, представляя в основной массе феррит (Фе), перлит (П), бейнит (Б), мартенсит (М), аустенит (А).

По ГОСТ 3443-87 структуру чугунов классифицируют как по форме графита, так и по матрице.

При оценке графита определяют форму, распределение, коли­чество и размеры включений.

Форма графита в значительной степени определяет механи­ческие свойства чугунов. Оценивается форма по единой шкале три­надцатью баллами от Г_Ф1 до Г_ф13 (рис. 5.9). При этом если графит в структуре чугуна присутствует в разных формах, следует визу­ально оценить процентную долю каждой и указать ее при обозна­чении структуры. Графит типа Г_ф1 и Г_ф2 характерен для серого чугуна, близкого к доэвтектическому и эвтектическому составам, а Г_ф3 и Г_ф4 - для заэвтектического чугуна, Г_ф5 и Г_ф6 - для ЧВГ, Г_ф7, Г_ф8, Г_ф9 - формы, типичные для ковкого чугуна, встреча­ются в чугунах, модифицированных редкоземельными металлами (РЗМ); графиты типа Г_Ф10...Г_Ф13 образуются в основном в высо­копрочном чугуне ВЧШГ.

Размеры включений графита оцениваются по длине l или диаметру d (в микрометрах) от Г_разм15 до Г_разм1000 баллами. Для оценки пластинчатого графита используются все восемь баллов, а для шаровидного и компактного - только первые шесть. Для оцен­ки определяются средние значения длины или диаметра трех наи­больших включений графита, видимых в поле зрения шлифа и измеренных не менее чем в трех местах шлифа.

Распределение включений графита оценивается только для пластинчатого графита по девятибалльной системе. Распределе­ния типов Г_Р1 и Г_р2 являются характерными для средних и круп­ных отливок с толщиной стенки 30... 100 мм. При толщине стенки более 100 мм образуется веточное распределение графита (Г_р5). Сетчатое распределение (Г_р6) и розеточное (Г_р7) формируется в отливках из немодифицированного синтетического чугуна. Распре­деление Г_р4 присуще колониям междендритного графита, а Г_р8 и Г_р9 - характеристика просто междендритного графита, образую­щегося при больших скоростях затвердевания.

Количество включений графита определяют визуально на микрошлифах путем сравнения с пятью эталонными структурами

h^ F / 4\i vL		; Чч		п ► ^Ъ/Т! •wM.V
sv..... Щ	Я?» «КГ / ' / V	Мл? - ™ гЭ	Siftji «ek™-*-	i... т"",Ш >- * г*10

 

 

/ i v

v ^~:

ъ

 

о со

Рис. 5.9. Классификация графита (ГОСТ 3443—87): а — по форме (Г_ф1 — пластинчатая прямолинейная; Г_ф2 — пластинчатая завихренная; Г_ф3 — пластинчатая игольчатая; Г_ф4 — гнездо- образная; Г_ф5 — вермикулярная извилистая; Г_ф6 — вермикулярная утолщенная; Г_ф7 — - нитевидная; Г_ф8 — хлопьевидная; Г_ф9 — компактная плотная; Г_ф10 — шаровидная разорванная; Г_ф11 — шаровидная звездообразная; Г_ф12 — шаровидная неправильная; Г_ф13 — шаровидная правильная); б — по распределению (Г_р1 — равномерное; Г_р2 — неравномерное; Г_р3 — колонии пластинчатого графита; Г_р4 — колонии междендритного графита; Г_р5 — веточное; Г_р6 — сетчатое; Г_р7 — розеточное; Г_р8 — междендритное точечное)

или инструментальными методами и обозначают Г2, Г4, Г6, Г10, Г12, где цифры - это площадь, занимаемая графитом на шли­фах, соответственно до 3%, 3...5%, 5...8%, 8... 12%, более 12%.

Тип матрицы оценивается по шести показателям (типам): феррит (Фе), перлит пластинчатый (П_т1), перлит зернистый (П_т2), троостит (Т), бейнит (Б), мартенсит (М). Количество пер­лита пластинчатого П_т и феррита (Фе) оценивается в зависи­мости от средней площади (%), занимаемой тем и другим на шли­фе; в характеристике указывается площадь перлита: П, П96, П92, П85, П77, П45, П20, П6, ПО, остальное по умолчанию феррит (Фе).

Перлит оценивается также по пятибалльной шкале по дис­персности П_д путем определения расстояния между соседни­ми пластинами цементита.

Структура ледебурита в отбеленных чугунах оценива­ется пятью баллами по общей площади включений цементита - в процентах от Ц2 до Ц40 и пятью баллами по площади отдельных наиболее крупных включений цементита - в квадратных микро­метрах от Ц_п2000 до Ц_п25 ООО.

Фосфидная эвтектика оценивается по четырем основным параметрам: строению (Ф1...Ф5), характеру распре­деления (Фр1...Ф_рЗ), диаметру ячеек сетки (Ф_разм250...Ф_разм1250) и средней площади трех наибольших включений (мкм²) Ф_п2000... Ф_п25 ООО.

Наряду с формой и размерами графита и составляющих матри­цы большое значение имеет размер эвтектического зерна. Грани­цы зерен в чугуне определяются расположением включений фос- фидной эвтектики по границам эвтектического зерна обычным травлением. При низком содержании фосфора, когда выявить фосфидную эвтектику практически не удается, эвтектическое зерно выявляют при травлении на ликвацию кремния. В перлитном чугу­не эвтектическое зерно выявляется сеткой цементита Ц или леде­бурита JI. Для оценки размеров эвтектического зерна предусмот­рено восемь баллов.

Итак, наряду со словесным описанием структуры приводят ряд принятых обозначений, например: чугун Г_ф1; Г_р2; Г_разм90; П_т1; П20; П_д1,0; ФЗ, Ф_р1, Ф_разм400, Ф_п13 000.

Особенности конструкционных свойств чугунов с графитом. Как уже отмечалось, чугуны являются хрупкими материалами, поэто­му для изготовления деталей, работающих при ударных нагруз­ках, они неприменимы. Исключение составляют обладающие хо­рошей пластичностью ковкие чугуны и чугуны с шаровидным графитом. В то же время чугуны с графитом относятся к самым применяемым и распространенным в мире литейным сплавам. Наряду с хорошими литейными показателями это можно объяс­нить тем, что чугуны с графитом обладают высокими эксплуата­ционными свойствами. В первую очередь следует отметить высо­кую демпфирующую способность чугунов - способность гасить вибрацию. Одной из характеристик демпфирующейся спо­собности является величина

ш = 25-100%,

где д = 1/п - логарифмический декремент затухания; п - число колебаний, когда амплитуда колебаний изменяется в е раз (е - основание натурального логарифма).

Величина 5 для кварца равна 0,0001, для камертона из высоко­качественной стали - 0,01, для серого чугуна - 0,1. Соответственно ш_кварц = 0₅02 %, ш_сталь = 0,2 %, ш_сч = 20 %.

Из приведенных данных следует, насколько быстро затухают колебания в чугунах, в которых металл разделен графитовыми включениями, которые сами по себе обладают большой демпфи­рующей способностью. Естественно, что высокопрочный чугун обладает также существенно большей демпфирующей способнос­тью, чем сталь.

Именно благодаря высокой демпфирующей способности се­рый чугун широко используется при изготовлении станин и дру­гих корпусных деталей. Особенно важным это свойство является для станин высокоточных станков как гарантия обеспечения вы­сокой чистоты поверхности обрабатываемых деталей. Использова­ние серого чугуна для других корпусных деталей способствует уве­личению долговечности машин.

Следует также отметить малую чувствительность к надрезам такого чугуна, так как его графитные включения сами оказывают надрезывающее влияние на металлическую матрицу. Для подтвер­ждения приведем следующие данные [5] по временному сопро­тивлению а_в и пределам выносливости а__{ для чугунных образцов без надреза и с надрезом, Н/мм² (кгс/мм²):

 

д_в.................. 137(14) 171,5(17,5) 205,8(21) 250(25,5) 294(30)

д_-1, (без надреза) 63,7(6,5) 82(8,4) 103(10,5) 137(14) 159,7(16,3)

д_-1, (с надрезом) 63,7(6,5) 78,4(8,0) 93(9,5) 117,6(12) 127,4(13)

 

Видно, что кроме высокой демпфирующей способности и ма­лой чувствительности к надрезам чугуны с графитом обладают высоким пределом усталостной прочности (выносливости). Ус­талостная прочность - напряжение, при котором разру­шение материала не происходит при 10⁶... 10⁷ циклах нагружения чаще всего изгибными симметричными напряжениями. Все чугу­ны с графитом по пределу выносливости приближаются к ста­лям, а высокопрочный чугун даже превосходит стали. В том числе именно поэтому коленчатые валы в настоящее время изготовляют из высокопрочного чугуна.

Кроме того, графит сам является смазкой и адсорбирует ее, что предотвращает задиры на коленчатых валах при запусках, осо­бенно после длительных стоянок автомобилей.

Смазывающее действие графита позволяет применять чугун с графитом в узлах трения, особенно там, где нельзя применять смазку (в кислородных машинах, машинах для приготовления те­ста и др.).

Наконец, простыми технологическими средствами можно из­менить поверхностную твердость чугуна с графитом. Например, распределительный вал автомобиля можно отлить из чугуна, по­лучив с помощью холодильника местный отбел, или залить его в облицованный кокиль, в котором у кулачков отсутствует обли­цовка и металл соприкасается с кокилем.

5.2. Серый чугун с пластинчатым графитом

На долю отливок из серого чугуна с пластинчатым графитом приходится от 80 до 90 % всего чугунного литья, что свидетель­ствует о широком использовании отливок из серого чугуна.

ГОСТ 1412—85 устанавливает девять основных марок серого чу­гуна. Основным критерием, по которому чугун делится на марки, является временное сопротивление чугуна (предел прочности при растяжении) а_в (табл. 5.1).

В других сплавах, как известно, таким критерием является хи­мический состав. Например, в маркировке углеродистых сталей указывается содержание углерода в сотых долях процента (необ­ходимо цифру в марке разделить на 100). В чугунах же химиче­ский состав не является обязательным. Объяснение факультатив­ности химического состава, приведенное выше, сводится к тому, что из чугуна одного и того же химического состава можно по­лучить путем изменения скорости охлаждения разные типы чу­гунов (см. рис. 5.7). Для получения одной и той же отливки в песчаную и металлическую форму химический состав чугуна так­же должен быть разным.

К другим характеристикам, которые регламентирует ГОСТ, кроме а_в, относятся предел прочности при изгибе и твердость.

Для ориентировочного расчета механических свойств для об­разцов 030 мм по степени эвтектичности *У_эет можно пользоваться эмпирическими уравнениями [5], кг/мм²:

временное сопротивление а_в = 102 - 82,5s_3bt; твердость по Бринеллю НВ = 140 + 3,5а_в;

 

'319_ '

' 1 7Я_ 9

103.

модуль упругости Е

V 1, / о ^эвт У

Таблица 5.1 Механические свойства и рекомендуемый химический состав серого чугуна по ГОСТ 1412-85 Марка чугуна Механические свойства Среднее содержание элемента, мае. %   ^изг НВ С Si Мп с Н/мм2 (кгс/мм2), не менее Заэвтектические чугуны СЧ10 98(10) 274(28) 143...229 3,6 2,4 0,6 4,4 СЧ15 147(15) 314(32) 163...229 3,6 2,2 0,6 4,33 Эвтектический чугун СЧ18 176(18) 358(36) 170... 229 3,5 2,1 0,7 4,2 Доэвтектические чугуны СЧ20 196(20) 392(40) 170... 241 3,4 1,8 0,85 4,0 СЧ25 245(25) 451(46) 180... 250 3,3 1,8 0,8 3,9 СЧ30 294(30) 490(50) 181...255 ЗД 1,1 0,8 3,9 СЧ35 343(35) 539(55) 197...219 2,9 1,0 0,9 3,23

Примечание. Содержание примесей, мае. %, менее: Р 0,2; S 0,15.

Как видно, с увеличением степени эвтектичности механичес­кие свойства снижаются (за исключением демпфирующей спо­собности). В заэвтектических чугунах (СЧ10, СЧ15) формируется в основном ферритная металлическая матрица с образованием большего количества пластинчатого графита прямолинейной или игольчатой формы. Наилучшим комплексом механических свойств обладают доэвтектические чугуны СЧ20, СЧ25, СЧ30, СЧ35 прак­тически с перлитной основой, которые нашли широкое приме­нение для изготовления сложных и ответственных отливок в авто­мобильной промышленности (блоки цилиндров, гильзы, тормоз­ные барабаны), в станкостроении и др.

Чугуны с графитом являются хрупкими материалами, дефор­мационные свойства которых характеризуются в основном упру­гой деформацией. Именно упругие деформационные свойства ха­рактеризует стрела прогиба при испытании на изгиб литых образ­цов 030 мм и длиной 300 или 600 мм - Узоо ^иУбоо- Относительное (остаточное) же удлинение при растяжении образцов является малым и составляет максимально, как уже выше было отмечено, 0,2...0,75 %.

Таблица 5.2 Механические свойства серых чугунов, не предусмотренные ГОСТ 1412-85 Марка чугуна При растяжении При сжатии Демпфиру­ющая спо­собность, V, % Е, кгс/мм2 5, % кгс/мм2 Е, кгс/мм2 СЧ10...СЧ15 6000... 8000 0,2... 1,0 50... 80 6500... 9000 30...32 СЧ20...СЧ25 8500... 12000 0,4...0,7 85...95 9300... 12500 25...30 СЧ30...СЧ35 1300... 14500 0,6...0,9 110... 120 14000... 15500 10...20

Примечание. Для пересчета в единицы СИ 1 кгс/мм2 = 9,8 Н/мм2.

 

Следует отметить, что расчет предела прочности при изгибе по уравнениям сопротивления материалов является некорректным, так как уравнения получены для гипотезы плоских сечений. Для чугуна гипотеза плоских сечений неприменима, потому что серый чугун неодинаково ведет себя при растяжении и сжатии. Изгиб же явля­ется видом нагружения, когда часть волокон растягивается, часть сжимается. Для чугуна нейтральное волокно сдвигается в сторону сжимающих волокон, а прямолинейная эпюра напряжений сильно. искривляется в этом же направлении и гипотеза плоских сечений не выполняется. Видимо, поэтому в ГОСТ 1412-85 по маркам чу­гуна данные о пределе прочности при изгибе не приводятся.

Из не предусмотренных ГОСТом механических свойств следу­ет назвать модуль упругости Е, относительное (остаточное) удли­нение и демпфирующую способность (табл. 5.2).

Особенную роль для чугунных базовых деталей, особенно стан­ков, играет релаксационная стойкость.

Под релаксацией понимается самопроизвольное умень­шение напряжений в нагруженной детали из-за перехода упругой деформации в пластическую. Релаксация характерна для многих сплавов и деталей из них. Можно напомнить, что с течением вре­мени необходима настройка струнных инструментов, пружины «са­дятся», ослабляется затяжка болтов и т.п. В серых чугунах даже при малых нагрузках возникают пластические деформации, а с учетом остаточных напряжений в отливках даже малые рабочие напряжения вызывают пластические деформации, которые с те­чением времени накапливаются, и размеры детали выходят из пределов допуска на них. Примерами таких деталей являются ста­нины точных станков. В ряде случаев станина длиной несколько метров имеет допуск на прямолинейность направляющих 1... 2 мкм. Известно также, что разобранный для ремонта блок цилиндров снова собрать нельзя, и его приходится растачивать.

Поэтому для повышения релаксационной стойкости деталей из серого чугуна издавна применяют естественное старение, за­ключающееся в длительном (9... 12 мес) вылеживании под откры­тым небом или в складском помещении. Остаточные напряжения при этом уменьшаются на 2... 10 %, а отливки после этого прак­тически не коробятся. Оказалось, что при длительном естествен­ном старении происходит релаксация максимальных напряжений в местах их концентрации около графитовых включений и упроч­нение металлической основы на этих участках. Поэтому при пос­ледующей нагрузке в этих местах не происходит пластическая де­формация, и, таким образом, стабилизируются размеры детали. Следует заметить, что естественному старению подвергаются от­ливки, предварительно подвергнутые черновой обработке, так как при механической обработке происходит перераспределение ос­таточных напряжений. На чистовую обработку оставляют припуск, равный 0,5... 1,0 мм.