Классификация чугунов

Классификация чугунов представлена в таблице 6.2.

Таблица 6.2 - Чугуны со свободным углеродом

Примечание. Ф — феррит; П — перлит.

По цвету излома различают белые и серые половинча­тые и отбеленные чугуны. Серые чугуны образуются в результате кристаллиза­ции по стабильному варианту, а белые — по метастабильному.

Серые чугуны (СЧ)

Такое название он получил по серому цвету излома, который зависит от нали­чия в структуре чугуна свободного углерода в виде графита. По типу металлической основы различают серые чугуны перлит­ные, перлитно-ферритные и ферритные.

Графит обладает низкими механическими свойствами. Он нару­шает сплошность металлической основы, располагаясь между ее зернами, ослабляя связь между ними. Поэтому серый чугун пло­хо сопротивляется растяжению и имеет очень низкие пластич­ность и вязкость. Чем крупнее и прямолинейнее графитовые вклю­чения, тем хуже механические свойства чугуна. Твердость серого чугуна, а также его сопротивление сжатию близки показателям стали, имеющей такую же структуру, как металлическая основа чугуна. Графит оказывает и положительное влияние на свойства чугуна, он повышает его износостойкость, действуя аналогично смазке, облегчает обрабатываемость резани­ем, так как делает стружку ломкой, способствует гашению виб­раций изделий, уменьшает усадку при изготовлении отливок.

Механические свойства серого чугуна можно улучшить, если обеспечить равномерное распределение мелкопластинчатого графита в отливке.

а — перлитная; б — ферритно-перлитная; в — ферритная

Рисунок 6.4 - Микрострукту­ра серых чугунов

Это достигается модифицированием- в жидкий чугун перед его разливкой в формы вводят небольшое количество силикокальция или ферросилиция. Эти добавки образуют дополни­тельные центры графитизации, в результате чего получается мел­копластинчатый графит. Чугун с таким графитом называют мо­дифицированным. Он отличается от обычного серого чугуна бо­лее высоким сопротивлением разрыву, однако пластичность и вязкость его при модифицировании не улучшаются.

Серые чугуны имеют очень хорошие литейные свойства, хоро­шо поддаются всем видам механической обработки. Белые чугу­ны обладают высокой твердостью, плохо обрабатываются, имеют более низкие технологические свойства.

Классификация

По положению на диаграмме состояния различают чугуны доэвтектические, эвтектические и заэвтектические. Они различаются в основном соотношением в их струк­туре аустенита и графита (или аустенита и цементита) в области температур выше точки эвтектоидного превращения и феррита и графита (или феррита и цементита) в области температур ниже точки эвтектоидного превращения. Чугуны различаются также содержанием углерода и некоторых других элементов.

По форме включений графита различают чугуны: с пластинчатым, хлопьевидным, вермикулярным и шаровидным графитом.

В ГОСТ 3443-87 приведены 13 различных форм графита — от пластинчатой прямолинейной до шаровидной правильной. Кроме того, в одной отливке часто встречаются участки струк­туры с различными формами графита.

Размеры включений графита оценивают по их длине или диа­метру Приведены размеров 20 включений графита, а также предусмотрена оценка графита по распределению (девять форм) и количеству.

Роль металлической матрицы усиливается по мере перехода от пластинчатой формы графита к шаровидной. Шаровидный гра­фит в значительно меньшей степени, чем пластинчатый, выпол­няет функцию концентратора напряжений и тем самым позво­ляет реализовать свойства матрицы на гораздо более высоком уровне.

По структуре металлической матрицы (ГОСТ 3443-87) различают чугуны: ферритные, с пластинчатым перлитом (Пт1), с зернистым перлитом (Пт2), трооститные, бей-нитные и мартенситные.

Если в чугуне имеется металлическая основа различных типов, следует визуально оценивать долю (%) каждого типа и указывать эти доли при обозначении структуры. Такая оценка обязательна для ферритно-перлитных чугунов, и ГОСТ 3443-87 предусматри­вает девять баллов для оценки соотношения перлита и феррита в чугуне. Дисперсность перлита оценивается пятью баллами. Предусматривается оценка включений фосфидной эвтек­тики, цементита, ледебурита и размеров эвтектического зерна.

По химическому составу различают чугуны обычные и легированные. Чу­гуны низколегированные (до 3 % легирующих элементов), среднелегированные (3-10 %) и высоколегированные (более 10 %).

Легированные чугуны подразделяют по назначению, химическо­му составу и структуре.

По назначению легированные чугуны различают на жаропроч­ные, жаростойкие, износостойкие, коррозионно-стойкие, с повышен­ной ударной вязкостью, немагнитные и др. По хим. составу легированные чугуны разделяют на алюминиевые, хромистые, никелевые, кремнистые, марганцовистые и др.

Структура для легированных чугунов является в меньшей степени классификационным признаком, чем для нелегирован­ных, так как свойства легированных чугунов в большей степе­ни зависят от их состава. Они имеют матрицы: аустенитные, бейнитные, трооститные, мартенситные — и со структурой, похожей на структуру нелегированных чугунов, например алюминиевые чугуны с А1 < 4 %.

Алюминиевые чугуны (А1 < 4 %) применяют чаще всего, для получения отливок с повышенной кавитационной стойкос­тью, а также вместо серого и высокопрочного чугунов для отливок с повышенными требованиями к вязкости, ударной стой­кости. Чугун с А1 > 4 % применяют как жаростойкий и износос­тойкий.

Хромовые и хромоникелевые легированные чугуны применяют для изготовления износостойких, жаростой­ких и коррозионно-стойких изделий. С повышением содержания хрома и никеля улучшаются специальные свойства чугуна. Со­держание хрома в таких чугунах 0,5-30 %, а никеля — 0,5-5,0 %.

Никелевые чугуны обычно содержат и хром, но с преоблада­нием никеля (0,3-20 %). С увеличением содержания никеля структура чугуна постепенно изменяется, при определен­ном его содержании становится аустенитной.

Аустенит немагнитен, поэтому никелевые чугуны применяют как немагнитные, а также коррозионно-стойкие (преимущественно в морской воде), жаропрочные и хладостойкие.

Кремнистый чугун содержит 4,5-18,0 % кремния и приме­няется в основном как окалиностойкий, ростоустойчивый и коррозион­но-стойкий. Марганцевый чугун содержит до 12 % марганца и отличается аустенитной или мартенситной структурой матри­цы. Марганцовистые чугуны применяют в основном как анти­фрикционные и немагнитные.

По технологии производства различают чугуны ваграночной, индукционной, дуговой плавки, а также синтетичес­кие и модифицированные, подвергнутые внепечной обработке. Тех­нология производства различных типов чугунов в значительной степени зависит от параметров чугуна, температуры, наличия и соста­ва примесей и неметаллических включений в чугуне.

По механическим и специальным свой­ствам чугуны делят на серые, ковкие, высокопрочные и ле­гированные со специальными свойствами.

Ковкие чугуны (КЧ)

В структуре ковкого чугуна графит имеет хлопьевидную форму — такой графит называют углеродом отжига. По срав­нению с серым чугуном ковкий чугун обладает более высокой прочностью, пластичностью и вязкостью. Свое название он полу­чил потому, что имеет повышенную пластичность. Ковке в пря­мом понимании этого слова чугун не подвергается.

Процесс получения отливок из ковкого чугуна включает две стадии: изготовление фасонных отливок из белого чугуна и от­жиг полученных отливок в целях графитизации цементита. При отжиге происходит разложение цементита белого чугуна с обра­зованием графита хлопьевидной формы. В результате этого хрупкие и твердые отливки становятся пластичными и более мягкими. В зависимости от условий и режима отжига структура чугуна может иметь ферритную (Ф), перлитную (П) и ферритно-перлитную металлическую матрицу. Наибольшее распростране­ние получил пластичный ферритный ковкий чугун. Отжиг ков­кого чугуна — весьма продолжительный процесс, занимающий 70-80 ч. Однако его можно ускорить путем закалки отливок из белого чугуна перед гра-фитизацией, а также модифицированием чу­гуна алюминием, бором, висмутом или ти­таном. Существуют и другие способы ускоре­ния процесса отжига. Использование указан­ных способов позволяет сократить продолжи­тельность отжига до 35-40 ч.

Рисунок 6.5 - Микрострук­тура ковкого чугуна на ферритной основе. Темный фон — хло­пьевидный графит

В маркировке ковкого чугуна первые две цифры обозначают временное сопротивление при растяжении, вторые — относительное уд­линение в процентах.

Отливки из ковкого чугуна можно получить с сечением до 55 мм. При большем сечении в сердцевине отливок образуется пластинчатый графит, и чугун становится непригодным для отжига. В машиностроении ча­ще применяют высокопрочный чугун или чугун с вермикулярным графитом, которые получают при менее сложных и бо­лее дешевых технологических процессах, чем получение ковко­го чугуна.

ГОСТ 1215-79 предусматривает 11 марок ковкого чугуна. Чугуны ферритного класса КЧ35-10 и КЧ37-12 используют для про­изводства деталей, эксплуатируемых при высоких динамических и статических нагрузках (картеров, редукторов, ступиц, крюков, скоб, задних мостов, кронштейнов), а чугуны марок КЧ30-6 и КЧЗЗ-8 — для изготовления менее ответственных деталей (хомутов, гаек, вен­тилей, деталей сельскохозяйственных машин, глушителей, флан­цев, муфт, тормозных деталей, педалей, гаечных ключей, колодок, кронштейнов). Ковкие чугуны перлитного класса марок КЧ45-7, КЧ50-4, КЧ50-5, КЧ60-3, КЧ65-3, КЧ70-2, КЧ80-1.5 обладают вы­сокой прочностью, умеренной пластичностью и хорошими анти­фрикционными свойствами. Из них получают вилки карданных валов, шестерни, червячные колеса, поршни, подшипники, звенья и ролики конвейерных цепей, втулки, муфты, тормозные колодки, коленчатые валы.

Твердость ферритных ковких чугунов — до 163 НВ, перлитных — до 320 НВ.