Введение
1. Анализ предметной области
1.1 Чугуны с вермикулярным графитом и нормативные требования
к их структуре и свойствам
1.2 Бейнитная структура в железоуглеродистых сплавах
1.2.1 Характеристики и способы получения бейнитной структуры
1.2.2 Методики контроля
1.3 Патентный поиск
1.4 Методы исследования структуры и свойств чугунов
2. Оборудование и методы исследований
2.1 Металлографический анализ
2.2 Методы исследований бейнитной структуры в ЧВГ
3. Разработка методики контроля бейнитной структуры в чугунах с
вермикулярным графитом
3.1 Описание процесса получения опытных образцов
3.2 Исследование влияния способов травления на микроструктуру ЧВГ
3.3 Разработка шкалы бейнитных структур железоуглеродистых
сплавов
3.4 Исследование структуры и свойств опытных образцов
4. Техника безопасности
Заключение
Список литературы
Приложения
Одной из основных задач отечественного машиностроения является повышение качества, надежности и долговечности автомобилей при одновременном увеличении их выпуска, снижении массы и себестоимости. Решение этой проблемы неразрывно связано с внедрением более эффективных конструкционных материалов и сплавов, в частности высокопрочного чугуна с включениями графита вермикулярной формы (ЧВГ) [1].
В целом практика последних десятилетий свидетельствует о перспективности использования в промышленности чугуна с вермикулярным графитом как конструктивного материала. Так, в мировом автомобилестроении освоена большая номенклатура литых деталей из ЧВГ небольшой массы (от 1 до 25 кг): маслопроводы для тракторов, опорные детали головки цилиндров для тяжелых грузовиков, крепежные детали рам грузовиков, тормозные рычаги трактора, шкивы сервопривода грузовика, монтажные кронштейны балластных грузов трактора, бандажные кольца шестерен грузовиков, корпуса промежуточных зубчатых передач, соединительные вилки, несущие и тормозные кронштейны, цепные звездочки, разнообразные крышки и корпуса коробок передач, блоккартеры и картеры, чашки дифференциала, роторы, тормозные колодки, ступицы ротора, коробки передач рулевого управления и т.п.
В зарубежной практике из ЧВГ отливают также корпуса турбонагнетателей (100-1000 кг), выхлопные трубы локомотивных двигателей, маховые колеса, сложные толстостенные гидроплотные детали гидронасосов высокого давления, трубы газосборников, эксцентриковые зубчатые колеса и иные, герметичные и износостойкие детали для тяжелого машиностроения и т.п.
В ФРГ чугун с вермикулярным графитом в больших масштабах используется для производства головок цилиндров крупных морских дизельных двигателей взамен серого чугуна (масса этих головок 185-1000 кг), что позволило увеличить выходную мощность двигателей примерно на 50%. В Японии из ЧВГ отливают головки цилиндров для мощных высокоскоростных дизель-генераторов электростанций [2].
Широкое применение ЧВГ обусловлено уникальным сочетанием физико-механических и литейных свойств, превосходящих свойства легированных и модифицированных серых чугунов и ковких чугунов. Детали из этого чугуна обладают высокой надежностью и долговечностью. По совокупности свойств ЧВГ является наиболее перспективным конструкционным материалом в машиностроении и особенно в автомобилестроении.
Бейнитная структура на сегодняшний день представляет не меньший интерес в автомобилестроении. При высокой твердости, близкой к мартенситной, она имеет показатели пластичности и вязкости в несколько раз превышающие показатели мартенсита. Получение данной структуры в чугунах с вермикулярным графитом позволит получить уникальный комплекс свойств, что возможно составит конкуренцию сорбитным и низкоотпущенным мартенситным сплавам. Не смотря на интерес к данной структуре, на сегодняшний день нет никаких нормативных документов, с помощью которых можно было бы оценить бейнитную структуру в ЧВГ. В связи с этим есть необходимость создания подобной методики для дальнейшего использования в промышленности.
Целью данной выпускной квалификационной работы является разработка методики контроля бейнитной структуры в чугунах с вермикулярной формой графита.
Задачи исследования:
1) Исследование современной литературы;
2) Получение опытных образцов;
3) Проведение металлографического анализа;
4) Изучение микроструктур опытных образцов;
5) Разработка методики контроля бейнитных структур железоуглеродистых сплавов по методу шкал;
6) Оценка микроструктур опытных образцов по разработанной методике.
Объектом исследования в выпускной квалификационной работе выступают методы контроля бейнитного чугуна с вермикулярным графитом.
Применение ЧВГ в области автомобилестроения является перспективным направлением благодаря уникальному комплексу физикомеханических характеристик. Чугуны с вермикулярным графитом могут иметь различную металлическую основу. Однако отсутствуют специализированные регламентирующие документы для контроля совокупности параметров ЧВГ, включающих одновременный контроль графитовых включений и металлической основы.
Основным результатом работы стала разработка методики контроля бейнитной структуры в ЧВГ. Она несовершенна в силу недостатка информации, но это первая методика, позволяющая хоть как-то идентифицировать бейнитную составляющую в ЧВГ. В связи с этим необходимо продолжить исследование в этой области для более качественных результатов.
При решении задач, направленных на достижение цели были получены следующие выводы:
1. В сравнении с ЧШГ и СЧ теоретических и практических данных о ЧВГ крайне мало. Представленная информация в отечественных и зарубежных нормативных документах носит общий характер и в частных случаях неприменима.
2. Анализ предметной области показал, что существующие стандарты не описывают требований к металлической основе ЧВГ. Это требует дальнейшего изучения вопроса и разработки отечественных нормативных документов по ЧВГ, в частности по определению бейнитной структуры в ЧВГ, соответствующих современным условиям.
3. При анализе микроструктур 12 опытных образцов, полученных в результате различных режимов ТО, традиционными для БЧШГ, сделано предположение о возможности сокращении времени ТО для чугунов с вермикулярным графитом.
4. Исследование образцов второго этапа, полученных при сокращенном режиме ТО, подтвердило, что микроструктура опытных образцов не отличается от микроструктуры образцов первого этапа. Это позволяет сократить время выдержки, тем самым уменьшая энергозатраты при получении.
5. Анализ влияния 4 известных методик травления на степень выявления бейнитных структур показал, что максимально различие между мартенситом и бейнитом было получено при использовании методики травления «Ле Пера». Это может быть перспективным для количественной оценки характеристик бейнита в ЧВГ.
Таким образом, результаты работы являются актуальными, могут быть полезными для исследований и промышленных применений при производстве изделий из бейнитного чугуна с вермикулярным графитом. В то же время, для количественной оценки бейнитной составляющей требуется дальнейшее изучение.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
