Ковкий чугун

Ковкими называют чугуны, в которых графит имеет хлопьевидную форму. Обычный химический состав ковких чугунов: 2,4-2,8 % С; 0,8-1,4 % Si; 1% Мп; 0,1 % S; 0,2 % Р.

Их получают путем специального графитизирующего отжига (томления) отливок из белых доэвтектических чугунов. Отливки загружают в специальные ящики, засыпают песком или стальными стружками для защиты от окисления и производят нагрев и охлаждение по схеме (рис. 6.3).

В процессе отжига цементит, входящий в структуру белого чугуна, распадается на феррит и графит хлопьевидной формы.

При температуре 950-1000 °С происходит графитизация эвтектического и избыточного цементита (превращение метастабильного цементита в стабильный графит и аустенит).

При второй выдержке при температуре 720-740 °С графитизируется цементит образовавшегося перлита (иногда проводят медленное охлаждение от 770 °С до 700 °С в течение 30 часов при этом происходит кристаллизация по стабильной диаграмме). В результате продолжительного отжига весь углерод выделяется в свободном состоянии.

Рис. 6.3. Схема отжига белого чугуна на ковкий

Отсутствие линейных напряжений, снятых во время отжига, благоприятная хлопьевидная форма и изолированность графитных включений обуславливают высокие механические свойства ковких чугунов. Они более стойки при ударах и изгибе, чем серые, и имеют высокие пластические свойства.

По характеру металлической основы ковкие чугуны различают на:

− ферритные (рис. 6.4, а);

− феррито-перлитные (рис. 6.4, б);

− перлитные.

а) б)

Рис. 6.4. Микроструктура ковкого чугуна:

а– ферритная основа,б– ферритно-перлитная основа

Ферритный ковкий чугун КЧ30-6; КЧ33-8; КЧ35-10; КЧ37-12 получают из чугуна белого с содержанием углерода не более 2,5 %, а перлитный КЧ45-7; КЧ50-5; КЧ55-4; КЧ60-3; КЧ65-3; КЧ70-2; КЧ80-1,5− из белого чугуна, в котором углерода не более 3,2 %.

Маркируют ковкие чугуны по ГОСТ 1215-79 буквами КЧ и двумя числами, первое из которых − минимальный предел прочности на растяжение в десятках мегапаскалей, а второе − относительное удлинение в %.

Например, ковкий чугун КЧ 45-7 имеет временное сопротивление при растяжении 450 МПа, относительное удлинение δ = 7 %, НВ 240 и структуру – Ф + П.

Из ковкого чугуна изготавливают детали высокой прочности, работающие в тяжелых условиях износа, способные воспринимать ударные и знакопеременные нагрузки (головки соединительных рукавов воздушной тормозной магистрали, корпусы вентилей, клапаны, муфты, картеры редукторов, коленчатые валы и др.).

Высокопрочный чугун

Высокопрочными называют чугуны, в которых графит имеет шаровидную форму. Их получают модифицированием магнием, церием, иттрием и ферросилицием, которые вводят в жидкий серый чугун в небольшом количестве 0,02-0,08 %. Обычный состав высокопрочного чугуна: 2,7-3,8 % С; 1,6-2,7 % Si; 0,2-0,7 % Мn; 0,02 % S; 0,1 % Р.

По структуре металлической основы высокопрочный чугун может быть:

− ферритным (до 20 % перлита) − ВЧ35, ВЧ40, ВЧ45;

− перлитным (до 20 % феррита) − ВЧ50, ВЧ60, ВЧ70, ВЧ80, ВЧ100.

Шаровидный графит является более слабым концентратором напряжений, чем пластинчатый графит, поэтому меньше снижает механические свойства чугуна (рис. 6.5). Высокопрочный чугун обладает более высокой прочностью, хорошей износостойкостью, антифрикционностью и некоторой пластичностью. Он является хорошим заменителем литой стали, ковкого чугуна, сплавов цветных металлов.

Рис. 6.5. Микроструктура высокопрочного чугуна на феррито-перлитной основе

Маркируют высокопрочные чугуны по ГОСТ 7293-85 буквами ВЧ и двузначным числом, показывающим минимальное значение предела прочности на растяжение в десятках мегапаскалей.

Например, ВЧ40 − высокопрочный чугун, имеет временное сопротивление при растяжении 400 MПa, относительное удлинение − не менее 10 %, твердость НВ140-220, структура ферритная.

Маркировка по предшествующему ГОСТ 7293-79 предусматривала дополнительное указание относительного удлинения в процентах, например, ВЧ40-10.

Из высокопрочных чугунов изготавливают прокатные валки, кузнечно-прессовое оборудование, корпуса паровых турбин, коленчатые валы, шатуны двигателей внутреннего сгорания и другие ответственные детали, работающие при высоких циклических нагрузках и в условиях изнашивания.