2020-04-12
144
Ковкий чугун получают длительным нагревом при высоких температурах (отжигом) отливок из белого чугуна. В результате отжига образуется графит хлопьевидной формы. Такой графит по сравнению с пластинчатым меньше снижает прочность и пластичность металлической основы структуры чугуна. Металлическая основа ковкого чугуна: феррит — ковкий ферритный чугун и реже перлит — перлитный ковкий. Наибольшей пластичностью обладает ковкий ферритный чугун, который применяют в машиностроении.
Химический состав белого чугуна, отжигаемого на ковкий чугун, выбирают в пределах: 2,5-3,0% С; 0,7-1,5% Si; 0,3-1,0% Мn; ≤0,12% S и ≤0,18% Р (в зависимости от требуемой структуры металлической основы). Чугун имеет пониженное содержание углерода и кремния. Более низкое содержание углерода способствует повышению пластичности, так как при этом уменьшается количество графита, выделяющегося при отжиге, а пониженное содержание кремния исключает выделение пластинчатого графита в структуре отливок при охлаждении.
Толщина сечения отливки не должна превышать 40-50 мм. При большем размере отливок в сердцевине образуется пластинчатый графит, и чугун становится непригодным для отжига.
Отжиг проводят в две стадии: первоначально отливки (чаще упакованные в ящики с песком) выдерживают при 950-9700С. В этот период протекает I стадия графитизации цементита, входящего в состав ледебурита (А+Fe3C), установление стабильного равновесия аустенит-графит. В результате распада цементита диффузионным путем образуется хлопьевидный графит (углерод отжига).
Затем отливки охлаждают до температур, соответствующих интервалу эвтектоидного превращения. При охлаждении происходит выделение из аустенита вторичного цементита, его распад и в итоге рост графитовых включений. При достижении эвтектоидного интервала температур охлаждение резко замедляют или дают длительную выдержку при температуре несколько ниже этого интервала. В этот период протекает II стадия графитизации: распад аустенита с образованием ферритно-графитной структуры и распад цементита, входящего в состав структуры перлита, с образованием феррита и графита (в процессе выдержки ниже эвтектоидной температуры). После окончания II стадии графитизации структура чугуна состоит из феррита и хлопьевидного графита.
Излом ферритного чугуна бархатисто-черный вследствие большого количества графита. Если не проводить выдержку ниже эвтектоидной температуры (или если в этом интервале температур скорость охлаждения повышенная), то образуется ковкий перлитный чугун (П + Г), имеющий светлый (сталистый) излом.
Для ускорения отжига применяют различные меры: чугун модифицируют алюминием (реже бором, висмутом и другими элементами), повышают температуру нагрева чугуна перед разливкой, применяют перед отжигом старение. Чаще в процессе нагрева до температуры отжига повышают температуру I стадии графитизации (но не выше 10800С) или же выполняют отжиг в защитной атмосфере. В этом случае длительность отжига составляет 24-60 часов.
Ковкий чугун маркируют буквами КЧ и цифрами. Первые две цифры указывают временное сопротивление при растяжении, а вторые - относительное удлинение. Отливки из ковкого чугуна применяют для деталей, работающих при ударных и вибрационных нагрузках. Например, ковкий ферритный чугун марок КЧ 37-12 и КЧ 35-10 используют для изделий, эксплуатируемых при высоких динамических и статистических нагрузках (картеры редукторов, задний мост, ступицы, крюки, скобы и т.д.); для менее ответственных изделий (головки, хомутики, гайки, глушители, фланцы, муфты и т.д.) применяют ферритный чугун марок КЧ30-6 и КЧ33-8. Твердость ферритного чугуна составляет НВ163. Ковкий перлитный чугун КЧ50-5, КЧ56-4, КЧ60-3 и КЧ63-2 обладает высокой прочностью, умеренной пластичностью; твердость перлитного чугуна составляет НВ269. Из ковкого перлитного чугуна изготавливают вилки карданных валов, звенья и ролики цепей конвейера, втулки, муфты, тормозные колодки и т.д. Главным образом ковкий чугун применяют для тонкостенных деталей в отличие от высокопрочного магниевого чугуна, который используют для деталей большого сечения.
