Ковкие чугуны

Ковкий чугун получают отжигом отливок из белого чугуна, в структуре которых не должно быть следов графитизации. Для обеспечения этого условия белые чугуны в своем составе имеют пониженное количество углерода и кремния по сравнению с серыми и высокопрочными чугунами.

Формирование конечной структуры и свойств отливок из ковкого чугуна проиcходит во время отжига (рис.7). Отливки выдерживаются в печи при температуре 950…1000^оС в течение 15-20 часов. При этом происходит превращение цементита в графит и структура после выдержки состоит из аустенита и графита. Этот этап называется первой стадией графитизации.

При последующем медленном охлаждении или выдержке при температурах 700...720°С происходит превращение в графит цементита, входящего в состав перлита, образовавшегося в результате эвтектоидного превращения аустенита (вторая стадия графитизации). Структура чугуна после отжига состоит из феррита и графитных включений и, таким образом, получается ковкий ферритный чугун.

Рисунок 7 – График графитизирующего отжига отливок из белого чугуна для получения ковкого чугуна

В случае быстрого охлаждения с температуры отжига полностью устраняется вторая стадия графитизации и получается ковкий перлитный чугун. Отжиг является продолжительной и дорогой операцией технологического процесса производства отливок из ковкого чугуна.

Существует 11 марок ковких чугунов (табл. 5). Первые четыре марки – с ферритной, последующие семь марок – с перлитной металлической основой. В маркировке буквы КЧ обозначают ковкий чугун, первая цифра определяет минимальное значение предела прочности в МПа, уменьшенное в 10 раз, а вторая – минимальное значение относительного удлинения в процентах.

Недостатком ковкого чугуна, по сравнению с высокопрочным чугуном, является ограничение толщины стенок для отливок из ковкого чугуна и необходимость проведения дорогостоящего отжига.

Таблица 5 – Механические свойства и химический состав ковких чугунов

1.4.3.5 Чугуны с вермикулярным графитом

Рассматриваемый чугун разработан и внедрен в 70-х годах прошлого столетия. Соединяет в себе высокие литейные, механические и теплофизические свойства и поэтому применяется для изготовления тонкостенных отливок сложной конфигурации, которые выдерживают значительные тепловые и силовые нагрузки.

В чугунах с вермикулярным графитом структура формируется под действием комплексного модификатора, содержащего магний и редкоземельные металлы. Графит приобретает шаровидную (до 40%) и вермикулярную – в виде мелких тонких прожилок – форму.

Чугуны с вермикулярным графитом маркируются следующим образом: сначала идут буквы ЧВГ (чугун, вермикулярный графит), затем первое число, которое указывает минимальное значение временного сопротивления прочности при растяжении в мегапаскалях, далее второе число, определяющее минимальное значение относительного удлинения в процентах. Например, марка ЧВГ 400-4 означает, что чугун с вермикулярным графитом имеет s_в ≥ 400 МПа и δ ≥ 4%.

По механическим свойствам чугуны с вермикулярным графитом занимают промежуточное положение между серыми и высокопрочными чугунами (табл.6). Они прочнее серых чугунов, особенно при циклических нагрузках, отличаются хорошей теплопроводностью, что обеспечивает их стойкость к теплосменам.

Таблица 6 – Механические свойства чугунов с вермикулярным графитом