Файл: Елистратов, П. С. Сварка чугуна сталью.pdf

очень редко, так как литейная технология нзотовления их сложнее, чем цилиндрических. Кроме того, плоские образцы дают более низкие показатели механических свойств чугуна тех же марок, чем цилиндрические. По­ этому сравнение получаемых механических свойств пло­ ских образцов с марочными показателями чугуна за­ труднено и оценка их условна. Это в еще большей степе­ ни ограничивает применение плоских образцов.

Учитывая изложенное, казалось бы целесообразным для испытания механических свойств сварного соедине­ ния чугуна применять также цилиндрические образцы, руководствуясь данными соответствующих ГОСТ. Одна­ ко при этом возникает ряд трудностей. Прежде всего стыкуемые концы заготовок сварного цилиндрического образца должны быть подвергнуты обточке на конус — разделке под сварку. Этим удаляется литейная корка с некоторой части образца, а механические свойства об­ разцов без литейной корки ниже, чем образцов с ней. Поэтому полученные данные сварных образцов нельзя сравнивать с соответствующими данными стандартных образцов. Кроме того, техника сварки встык двух кони­ ческих образцов такова, что основной металл в зоне сварного шва будет многократно подвергаться тепло­ вому высокотемпературному воздействию сварочного процесса. Это оказывает неблагоприятное влияние на механические свойства металла образцов, а поэтому по­ казатели механических свойств сварного образца не сравнимы с соответствующими показателями стандарт­ ного цилиндрического образца без сварного шва.

Указанные обстоятельства практически исключают целесообразность применения цилиндрических образцов для определения механических свойств сварного соедине­ ния чугуна. Это определило необходимость использова­ ния для этих целей плоского образца, тем более что тех­ ника и технология приготовления плоских сварных об­ разцов чугуна проще и легче выполнимы, чем цилиндри­ ческих. Однако применение плоских образцов вызывает необходимость предварительного решения ряда вопро­ сов.

Как указывалось выше, механические свойства пло­ ского образца ниже соответствующих свойств цилиндри­ ческого вследствие своеобразия механизма разрушения образцов при нагружении. Поэтому чтобы сравнивать

показатели механических свойств плоского и цилиндри­ ческого образцов, надо установить какие-то переводные коэффициенты. Кроме того, механические свойства ме­ талла определяются не только формой, по и размером образца. Здесь действует масштабный фактор, который необходимо учитывать при переходе от одной формы об­ разца к другой. Действие масштабного фактора опреде­ ляется тем, что качество металла ухудшается с увеличе­ нием размера отливки или поковки. Увеличение разме­ ров повышает вероятность большего наличия опасных дефектов и перенапряженных зерен, что приводит к воз­ растанию вероятности разрушения при меньших нагруз­ ках. Эти вопросы достаточно подробно рассмотрены мно­ гими авторами [82—86] и получили теоретическое и экспериментальное подтверждение.

В качестве иллюстрации влияния масштабного фак­ тора приведем данные С. В. Серенсеиа [83], полученные при испытании на растяжение образцов разных метал­ лов в широком диапазоне их размеров (диаметров) (рис. 44). За показатель изменения прочности взято от­ ношение предела прочности испытываемого образца а в

к пределу прочности образца диаметром 10 мм (оВ10) :

; е= <тв/(ТвіоКак видим, масштабный фактор проявляется очень

заметно, особенно для чугунов. Это определяется вероят-

Рнс. 44. Влияние диаметра поковок и отливок на предел прочности при растяжении: 1 — сталь углеродистая; 2 — сталь легированная; 3 — чугун модифицированный; 4, 5 — чугун серый

180

иостыо наличия опасных дефектов н связано с особен­ ностью образования структур в отливках разного разме­ ра. При одинаковом химическом составе чугуна отливка меньшего размера будет более мелкозернистой струк­ туры с преобладанием перлита и графитовых выделений в благоприятной форме (более мелкие и округлые). От-

штабный фактор для отливок серого чугуна имеет осо­ бое значение.

На рис. 45 приведены данные Валласа [85], получен­ ные при испытании на растяжение чугунных образцов разного диаметра со снятой' литейной коркой в зависи­ мости от величины эквивалентного углерода в отливках. Эквивалентный углерод подсчитывался по уравнению

Сэ = С + 1/3 (Si + Р) %.

Как видим, масштабный фактор проявляется тем силь­ нее, чем меньше в чугуне эквивалентного углерода. Это можно объяснить тем, что при повышенном содержании эквивалентного углерода наиболее сильно начинает про­ являться влияние ухудшения структуры отливки. Поэто­ му при замене .цилиндрических образцов плоскими надо учитывать не только их размер, по и химический состав.

181

Образцы свариваемого чугуна

При выборе размера плоских образцов для механи­ ческих испытаний брали за основу стандартный цилинд­ рический образец диаметром 30 мм. В связи с тем что необходимо установить соотношения показателей меха­ нических свойств плоских и цилиндрических образцов, целесообразно проверить эти соотношения для несколь­ ких размеров. Поэтому за основу можно взять показате­ ли механических свойств, получаемых на цилиндриче­ ских образцах следующих диаметров: 20—25—30—35— 40 мм. Такой диапазон размеров образцов позволяет, кроме того, выяснить влияние масштабного фактора для конкретных условий.

Чтобы при испытании плоских образцов получить ре­ зультаты, сравниваемые с соответствующими данными цилиндрических образцов, необходимо, чтобы размер плоских образцов был эквивалентен размеру цилиндри­ ческих с учетом масшатбного фактора. При испытании на растяжение механические свойства образцов, в част­ ности их прочностные характеристики, определяются площадью поперечного сечения, которую можно брать за основу для определения эквивалентности плоских и ци­ линдрических образцов.

Таким образом, плоский и цилиндрический образцы одинаковой площади поперечного сечения будут эквива­ лентны. Это значит, что получаемые на таких образцах показатели механических свойств сравнимы. При этом, однако, для плоского образца необходимо уточнить соот­ ношение ширины и толщины. Поэтому выбор размера образцов надо производить, руководствуясь ГОСТ 1497—61. Так как чугун хрупкий материал, то можно брать образцы короткие с расчетной длиной 10= 5,65ур0

для плоских и l0 = 5d0 для цилиндрических. В соответст­ вии с приложением к указанному ГОСТ цилиндрические образцы взяты типа III, а плоские типа I. Размеры об­

182

ГОСТ 1497—61 не предусматривает цилиндрические образцы диаметром более 25 мм. Поэтому образец диа­ метром 28 мм- приходится брать нестандартным, близ­ ким к размеру 54к, принятому по ГОСТ 2055—43.

Из приведенных данных видно, что эквивалентность плоских и цилиндрических образцов соблюдается, так как площади поперечного сечения их практически равны. При испытании на изгиб размер плоских образцов, экви­ валентных цилиндрическим, должен выбираться по ра­ венству не только площадей, ко и моментов сопротивле­ ния на изгиб. Таким образом, эквивалентные образцы должны иметь равенство:

по площади

где do— диаметр рабочей части цилиндрического образца; а0 и Ь0— толщина и ширина рабочей части плоского образца.

Руководствуясь этими соотношениями и взяв за осно­ ву указанные выше диаметры цилиндрических образцов, можно с некоторым допущением рассчитать эквивалент­ ные размеры плоских образцов.

считать эквивалентными. Поэтому данные механических испытаний таких эквивалентных образцов сравнимы между собой.

Как указывалось выше, механические свойства чугу­ на определяются не только формой и размером образца,

183

Т а б л и ц а 18

Фактический состав чугуна

Фактическое содерж ание элементов, %

но и химическим составом чугуна. Чтобы выявить это влияние, образцы указанных размеров и формы изготов­ лялись из отливок четырех марок чугуна: СЧ12-28, СЧ18-36, СЧ24-44 и СЧ28-48. Фактический химический состав чугунных отливок довольно близок к обычному, что видно из данных табл. 18.

По химическому составу принятые чугуны можно ха­ рактеризовать эквивалентным углеродом Сэ, а также степенью эвтектичности Sg, которые рассчитываются по уравнениям:

с3= с + -5і±^ %,

(132)

5э “ 4,25 — 0,3 Si % ‘

Расчет дает следующие значения этих величин:

Из чугунов указанных марок производилась отливка пластин для изготовления плоских образцов и болванок

184