Чугун - виды, маркировка, классификация

Чугунами называют сплавы железа с углеродом, содержащие более 2,14% углерода. Они содержат те же примеси, что и сталь, но в большем количестве.

Микроструктура чугуна состоит из металлической основы и графитных включений. Свойства чугуна зависят от свойств ме­таллической основы и характера включений графита.

Металлическая основа может быть перлитной, когда 0,8% С находится в виде цементита, а остальной углерод - в виде графи­та; феррито-перлитной, когда количество углерода в виде цемен­тита менее 0,8 % , и ферритной. Структура металлической основы определяет твердость чугуна.

Графит чугуна бывает пластинчатым (серый чугун), хлопье­видным (ковкий чугун) и шаровидным (высокопрочный чугун). На рис.4.1. обобщена классификация чугуна по строению метал­лической основы и форме феррита.

Рис. 4.1. Классификация чугуна по структуре металлической основы и форме графитных включений (схемы структур)

В зависимости от состояния углерода в чугуне, различают:

-Половинчатый чугун,в котором основное количество углерода (более 80%) находится в виде цементита; в структуре чугуна присутствуют перлит (механическая смесь феррита – Fe₂ и графита), ледебурат и пластинчатый графит (углерод);

-Серый чугун, в котором весь углерод или его большая часть находится в виде пластинчатого графита (углерода) и только поверхностный слой детали имеет структуру белого чугуна, обладающего высокой твердостью, прочностью и хрупкостью под нагрузкой. Серый чугун с пластинчатой формой графита имеет и ряд преимуществ. Он позволяет получать дешевое литье, так как при низкой стоимости обладает хорошей жидкотекучестью и ма­лой усадкой. Включения графита делают стружку ломкой, поэтому чугун легко обрабатывается резанием. Благодаря смазывающему Действию графита чугун обладает хорошими антифрикционными свойствами. Чугун имеет высокие демпфирующие свойства, он хорошо гасит вибрации и резонансные колебания.

Рис.4.2. Микроструктура серых чугунов на ферритной(а) и перлитной(б)основах

 -Белый чугун, в котором весь углерод находится в связанном состоянии в виде карбида, и чугун, в котором углерод в значительной степени или полностью находится в свободном состоянии в виде графита, что определяет прочностные свойства сплава. В изломе, чугунная деталь имеет белый цвет и характерный блеск; плохо поддается технической обработке.

Рис.4.2а. Микроструктура белых чугунов

 В зависимости от назначения выплавляемые в доменных печах чугуны разделяют на: передельный, идущий на передел в сталь; литейный, предназначенный для получения отливок из чугуна в машиностроении; доменные ферросплавы, используемые для раскисления стали в сталеплавильном производстве.

Передельный чугун подразделяют на три вида:

1.Передельный коксовый (марки М1, М2, М3, Б1, Б2).

2.Передельный коксовый фосфористый (МФ1, МФ2, МФ3).

3. Передельный коксовый высококачественный (ПВК1, ПВК2, ПВК3).

Передельные чугуны в жидком и твердом виде используется, главным образом для выплавки стали. В зависимости от химического состава и назначения, передельные чугуны подразделяются на мартеновские и конверторные. Средний химический состав:  (4... 4,5)% С; (0,5 ... 1,5)% Mn; (0,2 ... 1,3) % Si; не более (0,15 ... 0,3)% P и (0,02 ... 0,06)% S.

Литейный чугун после выпуска из доменной печи разливают в чушки и в холодном виде направляют на машиностроительные заводы, где для отливки деталей машин его вторично подвергают расплавлению в специальных печах-вагранках.

Литейный коксовый чугун выплавляют семи марок: ЛК1- ЛК7. Каждую марку подразделяют на три группы по содержанию марганца, пять классов по содержанию фосфора и на пять категорий по содержанию серы.

 Высокопрочные чугуны легируются небольшим количествами металлов, создающими условия для образования шаровидной (сферической) формы графита.

При получении данного чугуна используют модификатор магния, вводи­мого перед разливкой в количестве до 0,5 %, с шаровидной формой включений графита. Маг­ний обычно вводят в автоклавах. Действие магния объясняют увеличением поверхностного натяжения графита и образованием микропузырьков пара, в которые диффундирует углерод.

Маркируется высокопрочный чугун буквами ВЧ и цифрами, характеризующими величину временного сопротивления, напри­мер ВЧ 35.

Рис.4.3. Микроструктура высокопрочных чугунов на ферритной (а) и феррито-перлитной (б) основах.

Из высокопрочных чугунов изготавливают ответственные детали: зубчатые колеса, коленчатые валы.

"Ковкие" чугуны, получающиеся из белых чугунов после проведения их термической обработки – отжига, в ходе которого происходит распад цементита [Fe₃C] и образуется хлопья графита . "Ковкие" чугуны получили техническое название "черносердечные"- излом чугуна, структура которого состоит из феррита и гра­фита, темный.

Если в области эвтектоидного превращения проводить более быстрое охлаждение, то в структуре сохранится перлит. Такой чугун называют перлитным ковким чугуном или светлосердечным. В его структуре содержится меньше графита, чем в ферритном ковком чугуне.

Ковкий чугун маркируют буквами КЧ и цифрами времен­ного сопротивления и относительного удлинения, например КЧ 35-10.

Рис.4.4. Микроструктура ковких чугунов на ферритной (а); феррито-перлитной (б) и перлитной (в) основах.

Специальный чугун (доменные ферросплавы):

- ферромарганец с 70 и 75% Mn;

- ферросилиций СИ 10 с (9...13)% Si; СИ 15, содержащей не менее 13% Si;

- "зеркальный" чугун с(10...25)% Mn и не более 2% Si; свое название получил по той причине, что после расплавления в мартеновской печи, образуется спокойная – "зеркальная" поверхность металла без признаков его "кипения". Используется для раскисления и легирования стали; старое название – "шпигель"; имеет блестящий излом.

Легированные чугуны

Требования к легированным чугунам для отливок с повы­шенной жаростойкостью, коррозионной стойкостью, износостой­костью или жаропрочностью регламентированы ГОСТ 7769-82.

Легированные чугуны подвергаются термической обработке для обеспечения необходимых свойств и структуры.

Важным свойством легированных чугунов является сопротив­ление износу.

В качестве антифрикционных используются чугуны по ГОСТ 1585-85. Они предназначены для изготовления деталей, рабо­тающих в узлах трения со смазкой. Стандарт определяет марки антифрикционных чугунов, их химический состав, характери­стики, назначение, форму, размер и распределение графита, дисперсность перлита, характер распределения фосфидной эв­тектики, твердость и предельные режимы эксплуатации деталей из этих чугунов. Основой их является железо, постоянные компоненты, %: 2,2-4,3 С; 0,5-4,0 Si; 0,3-12,5 Мn. Допускаются примеси, %: 0,1-1 Р; 0,03-0,2 S.

Марки и свойства легированных чугунов (ГОСТ 7769-82)

4X1,4X2,4X3-чугуны, обладающие повышенной коррозионной стойкостью в газовой, воздушной и ще­лочной средах в условиях трения и износа, жаростойкие в воздушной среде, выдержива­ют температуру от 500 до 700 °С. Предназна­чены для изготовления деталей металлурги­ческого производства, кокилей стеклоформ, деталей химического оборудования и др.

ЧХЗТ, ЧХ9Н5, ЧХ22, 4X16М2, 4Х28Д2 - чугуны, обладающие повышенной стойкостью против абразивного износа и истирания

4С13, 4С15, 4С17, 4С15МА, 4С17МЗ - устойчивы к воздействию концентрированных        и разбавленных кислот, растворов щелочей, солей

4Г8ДЗ- немагнитный, износостойкий чугун

ЧН15ДЗШ, 4Н15Д7, ЧН19ХЗШ, 4Н11Г7Ш, ЧН20Д2Ш - чугуны, обладающие высокими механическими                  свойствами, высокой коррозионной и эрозионной стойкостью в щелочах, слабых растворах кислот, в морской воде. 4угун 4Н20Д2Ш может быть пластически деформирован в холодном со­стоянии

Марки антифрикционных чугунов, их свойства и назначение (ГОСТ 1585-85)

АЧС-1 Перлитный чугун, легированный хромом (0,2-0,5 %) и медью (0,8-1,6%); предназначен для изготовления деталей, рабо­тающих в паре с закаленным или нормализованным валом

АЧС-2 Перлитный чугун, легированный хромом (0,2-0,5%), нике­лем (0,2-0,5%), титаном (0,03-0,1 %) и медью (0,2-0,5%); назначение – такое же, как и чугуна марки АСЧ-1

АЧС-3 Перлитно-ферритный чугун, легированный титаном (0,03-0,1 %) и медью (0,2-0,5 %); детали из такого чугуна могут работать в паре, как с "сырым", так и с термически обработанным валом

АЧС-4 Перлитный чугун, легированный сурьмой (0,04-0,4%); ис­пользуется для изготовления деталей, работающих в паре с закаленным или нормализованным валом

АЧС-5 Аустенитный чугун, легированный марганцем (7,5-12,5 %) и алюминием (0,4-0,8 %); из этого чугуна изготавливают дета­ли, работающие в особо нагруженных узлах трения в паре с закаленным или нормализованным валом

АЧС-6 Перлитный пористый чугун, легированный свинцом (0,5-1,0%) и фосфором (0,5-1,0 %); рекомендуется для производства де­талей, работающих в узлах трения с температурой до 300 °С в паре с "сырым" валом

АЧВ-1 Перлитный чугун с шаровидным графитом; детали из такого чугуна могут работать в узлах трения с повышенными окруж­ными скоростями в паре с закаленным или нормализованным валом

АЧВ-2 Перлитно-ферритный чугун с шаровидным графитом; изготов­ленные из этого чугуна детали хорошо работают в условиях тре­ния с повышенными окружными скоростями в паре с "сырым" валом

АЧК-1 Перлитный чугун с хлопьевидным графитом, легированный медью (1,0-1,5%); предназначен для изготовления деталей, работающих в паре с термически обработанным валом

АЧК-2 Ферритно-перлитный чугун с хлопьевидным графитом; детали из этого чугуна работают в паре с "сырым" валом

Чугуны маркируют двумя буквами и двумя цифрами, соответствующими минимальному значению временного сопротивления при растяжении в МПа-10. Серый чугун обозначают буквами "СЧ" (ГОСТ 1412-85), высокопрочный - "ВЧ" (ГОСТ 7293-85), ковкий"КЧ"(ГОСТ 1215-85). СЧ10 - серый чугун с пределом прочности при растяжении 100МПа;
ВЧ70 - высокопрочный чугун с сигма временным при растяжении 700 МПа;
КЧ35 - ковкий чугун с растяжением примерно 350МПа. Для работы в узлах трения со смазкой применяют отливки из антифрикционного чугуна АЧС-1, АЧС-6, АЧВ-2, АЧК-2 и др., что расшифровывается следующим образом:

АЧ - антифрикционный чугун:

С - серый,

В - высокопрочный,

К- ковкий.

А - цифры обозначают порядковый номер сплава согласно ГОСТу1585-79.