Классификация, маркировка, применение машиностроительных чугунов

Чугун содержат углерода выше 2,14%.

Кроме углерода в чугуне содержаться примеси марганца (0,5-1,5%), кремния (0,5-4,0%), фосфора (0,07-2,0%), серы (0,02-0,07%). Могут также содержаться различные элементы, специально введенные для придания чугуну тех или иных свойств. Такие чугуны называются легированными. Эти примеси существенно влияют на структуру и свойства чугуна.

Содержащийся в чугуне углерод в зависимости от ряда факто­ров может находиться или в связанном с железом состоянии в виде цемента, или в свободном состоянии в виде графита, или одновремен­но в виде цемента и графита.

На свойства чугуна в значительной мере влияют количественные соотношения связанного и свободного угле­рода.

Чугун, в котором весь углерод находится в связанном состоя­нии в виде цемента, называется белым (передельным) чугуном.

Цементит придает излому чугуна специфический белый цвет и металли­ческий блеск. Белый чугун отличается высокой твердостью и хрупкостью, обработке резанием не поддается. Основное коли­чество белого чугуна идет на передел в сталь.

Чугуны, содержащие свободный углерод в виде графита, назы­вают серым чугуном, так как их цвет в изломе бархатисто-се­рый из-за черных включений графита.

Благодаря наличию углерода в виде графита, чугун имеет следующие преимущества перед сталью:

1) увеличение массового содержания углерода повышает литейные свойства чугуна. Более низкая температура плавления чугуна по сравнению со сталью и окончание кристаллизации при постоянной температуре (образование эвтектики) обеспечивает не только удобство в работе, но и лучшие жидкотекучесть и заполняемость формы. Таким образом, углерод улучшает литейные свойства чугуна и позволяет получить качественное тонкостенное литье:

2) чугун обладает хорошими антифрикционными свойствами благодаря смазывающему действию графита;

3) наличие графитовых включений быстро гасит вибрации и резонансные колебания;

4) чугун почти нечувствителен к дефектам поверхности, надрезам и т.д.;

5) наличие графита облегчает обрабатываемость резанием, делает стружку ломкой (стружка ломается, когда резец дойдет до графи­тового включения).

Серый чугун. Чугун, в котором графит имеет форму пластин различного размера, называют серым чугуном. Он получается непосредственно при кристаллизации из жидкого состояния.

Серый чугун имеет низкие характеристики механических свой­ств при испытаниях на растяжение.

Однако серый чугун обладает хо­рошими литейными свойствами и позволяет получить дешевое литье, так как при низкой стоимости обладает хорошей жидкотекучестью и малой усадкой. Он хорошо обрабатывается режущим инструментом, об­ладает хорошими антифрикционными свойствами, гасит вибрации и резонансные колебания.

В соответствии с ГОСТ 1412-85 серый чугун маркируется буквами СЧ (серый чугун) и двумя цифрами, которые показывают минимальное значение предела прочности при растяжении (σ_В, МПа).

Марки серого чугуна: СЧ10, СЧ15, СЧ20, СЧ25, СЧ30, СЧ35, СЧ40, СЧ45.

Серый чугун применяют для отливки станин мощных станков и механизмов, поршней, цилиндров, деталей, работающих на износ в ус­ловиях больших давлений (дизельные цилиндры, блоки двигателей, де­тали металлургического оборудования и т.д.).

Высокопрочный чугун имеет тот же состав, что и серый, по форме графита шаровидная.

Получение такой формы графи­та обеспечивается обработкой (модифицированием) расплавленного чу­гуна присадками небольших добавок некоторых щелочных и щелочнозе­мельных металлов. Чаще для этой цели применяют магний в количество 0,03-0,07%.

Чугун с шаровидными графитом имеет значительно более высокую пластичность и прочность при растяжении и изгибе, чем чугун с пластинчатым графитом (отсюда и название чугуна - высокопрочный). Чугуны с шаровидным графитом имеют хорошие литейные свойства и обраба­тываемость резанием, способность вибрации, высокую износостойкость и т.д.

Маркируют высокопрочный чугун буквами ВЧ (ГОСТ 7293-85) и цифрой, характеризующей величину временного сопротивления при рас­тяжении (σВ, МПа). Марки высокопрочного чугуна: ВЧ30, ВЧ40, ВЧ45, ВЧ50, ВЧ60, ВЧ70, ВЧ 80, ВЧ100.

Отливки из высокопрочного чугуна широко используют в различ­ных отраслях народного хозяйства: в авиастроении и дизелестроении для коленчатых валов, крышек цилиндров и других деталей; в тяжелом машиностроении - для многих деталей прокатных станов; в кузнечно-прессовом оборудовании, например, для молотов, прессов; в химичес­кой и нефтяной промышленности - для корпусов насосов, вентилей и т.д.

Ковкий чугун получается в результате длительного отжига (760-10000С) из белого чугуна. В ковком чугуне весь углерод или значительная часть его находится в свободном состоянии в виде графита. Графит в ковком чугуне имеет форму хлопьев.

Название «ковкий» является условным, т.к. чугун ковке не подвергается.

В зависимости от структуры металлической основы различают ферритный и перлитный ковкий чугун. Ферритный чугун более мягкий и пластичный, перлитный более прочный и хрупкий.

Маркируют ковкий чугун КЧ и цифрами (ГОСТ 1259-79). Первые две цифры указывают предел прочности при растяжении (σВ, МПа), а вторые – относительное удлинение (δ, %).

Ковкий чугун широко применяют в сельскохозяйственном машиностроении (при изготовлении зубчатых колес, муфты, тормозные колодки), в автомобильной, тракторной и многих других отраслях промышленности.

По своим литейным механическим свойствам ковкий чугун занимает промежуточное положение между серым чугуном и сталью.

По сравнению со сталью ковкий чугун более дешевый, имеет лучшие литейные свойства, прекрасно гасит возникающие в нем вибрации, меньшую чувствительность к надрезам.

По сравнению с серым чугуном ковкий чугун более пластичный, вязкий и прочный. Серьезным конкурентом ковкого чугуна является высокопрочный чугун, у которого высокие механические свойства получены при менее сложных технологических процессах.

Товарная классификация чугуна

Основным классификационным признаком чугуна как товарной продукции является его назначение.

По этому признаку его делят на:

- передельный,

- литейный.

- чугуны специального назначения.

Передельный чугун предназначен для передела на сталь в кон­вертерах, мартеновских и электрических печах. Производство этого чугуна очень велико – 90% всего металла, выплавляемого в доменных печах.

В качестве передельного преимущественно используют белый чугун. Для передельного чугуна важен только химический состав, так как он определяет способ и режим технологии его дальнейшего передела на сталь.

Химический состав передельного чугуна отражают в его марке, которая состоит из букв и порядкового номера.

Согласно ГОСТ 805-80 передельный чугун изготавливают:

1) для сталеплавительного производства марок П 1 и П 2. В зависи­мости от содержания марганца, фосфора и серы чугуны делят на три группы, три класса и пять категорий;

Литейный чугун является важнейшим машиностроительным материалом. Из него методом литья изготавливают многие металлоемкие детали машин и конструкций: станины, радиаторы, шестерни, валки прокатных станов и др.

В качестве литейного чугуна используют серый, высокопрочный чугун и меньшее количество ковкого.

Эти чугуны обладают высокими технологическими и эксплуатационными свойствами. Они являются прекрасным литейным материалом, хорошо обрабатывается резанием, достаточно прочны, имеют высокую износоустойчивость при работе на трение.

Литейный чугун поставляют в виде готовых отливок или в форме чушек, из которых на заводе-потребителе путем повторного переплава получают нужные отливки.

К чугунам специального назначения относятся легированные чугу­ны, в которых кроме обычных примесей содержатся легирующие элемен­ты - хром, молибден, никель, ванадий, титан, кремний, улучшающие механические свойства чугуна и придающие ему особые физико-механические качества. Содержание серы и фосфора в этих чугунах минималь­ное.

Из легированных чугунов изготавливают отливки по ГОСТам, ко­торые устанавливают полный химический состав чугуна, разных марок, их структуру, механические свойства и некоторые специфические тре­бования, соответствующие эксплуатационным условиям отливки.

Антифрикционный чугун (ГОСТ 1585-85) предназначен для отливок, работающих условиях абразивного износа и в узлах трения. Эти чугуны легируют хромом (до 0,5%), никелем (до 0,5%) с добавками таких элементов как титан, медь, алюминий. Антифрикцион­ный чугун подразделяется на марки в зависимости от формы включения графита и марки чугуна. Из таких чугунов изготавливают тормозные барабаны автомобилей, диски сцепления и другие детали.

Жаростойкий чугун (ГОСТ 7769-75) обладает дос­таточной жаростойкостью - способностью оказывать опоротивление окалинообразованию (не более 0,5 г/м2×ч) при высоких температурах. К ним относится хромистый чугун с содержанием хрома от 0,5 до 30%; алюминиевый чугун, содержащий 19-25% Аl. Применяются жаростойкие чугуны для изготовления деталей печей и вагранок, коксохимических установок, горелок, кокилей и др.

Коррозионно-стойкие и жаропроч­ный чугуны (ГОСТ 11849-76) обладают высокой коррозионной стойкостью и прочностью не только на воздухе, но и в различных агрессивных средах. К жаропрочным чугунам относится чугун с шаровидным графитом, содержащий 10-12% Ni, 5-8% Mn, 1-2,5% Cr. Их приме­няют для изготовления деталей дизелей, компрессоров, по сжатию газов и др.

Коррозионно-стойкие чугуны бывают низколегированные, работающие при повышенных температурах в газовых средах (блоки и головки цилиндров двигателей внутреннего сгорания) и высоколегированные - кремнистые чугуны (ферросилиды, содержащие 14-18% Si), стойкие во всех кислотах и щелочах. Их применяют для изготовления труб, теплообменников и других деталей химической промышленности.