Высокопрочные чугуны

Обычный состав высокопрочного чугуна следующий: 3,2 - 3,6 % С; 1,6 - 2,9 % Si, 0,3 - 0,7 % Mn, до 0,02 % S и до 0,1 % Р.

Если в процессе кристаллизации в качестве модификатора взять магний (до 0,5 % от массы отливки), который вводят перед разливкой в жидкий чугун, то выделяющийся графит приобретет шаровидную форму. Иногда вместо чистого магния добавляют 8 - 10 % магниевых лигатур с никелем или ферросилицием. Большая доля магния в газообразном состоянии удаляется из жидкого сплава и лишь небольшая его часть (около 0,05 %)усваивается чугуном.

Чугуны с шаровидным графитом (ЧШГ) имеют более высокие механические свойства, не уступающие параметрам литой углеродистой стали, сохраняя при этом хорошие литейные качества и обрабатываемость резанием, способность гасить вибрации, высокую износостойкость и т. д.

Отливки из высокопрочного чугуна широко используют в различных отраслях народного хозяйства; в автостроении и дизелестроении для коленчатых валов, зубчатых колес, корпуса автомобильных моторов, крышек цилиндров и других деталей; в тяжелом машиностроении - для многих деталей прокатных станов; в кузнечно-прессовом оборудовании (например, для шабот-молотов, траверс прессов, прокатных валков); в химической и нефтяной промышленности - для корпусов насосов, паровых турбин, вентилей и т. д.

Высокопрочные чугуны применяют и для изготовления деталей станков, кузнечно-прессового оборудования, работающих в подшипниках и других узлах трения при повышенных и высоких давлениях (до 1200 МПа).

Для увеличения механических свойств (пластичности и вязкости) и снятия внутренних напряжений, отливки ЧШГ подвергают термической обработке (отжигу, нормализации, закалке и отпуску).

Наиболее трудоемкий вид термической обработки - высокотемпературный графитизирующий отжиг при 850 - 980 °С, который проводится для устранения в металлической матрице структурно свободного цементита. Для получения перлитной основы охлаждение проводят на воздухе (нормализация), а для формирования ферритной структуры дают добавочную выдержку при 680 - 750 °С для распада эвтектоидного цементита. Закалка в масле при 850 - 930 °С с последующим отпуском и особенно изотермическая закалка на нижний бейнит (температура изотермической выдержки 350 - 400 °С) позволяют получать высокие механические свойства. Чугун со структурой нижнего бейнита имеет s_в = 1500 - 1600 МПа, s_0,2 = 970 - 990 МПа, d = 1 - 2 % и 360 - 380 НВ.

В последние годы развивается производство отливок из чугуна с вермикулярным графитом (ЧВГ), который по своим свойствам занимает промежуточное положение между чугунами с шаровидным и пластинчатым графитом. Вермикулярный графит имеет форму отдельных продолговатых включений, получается путем уменьшения количества магния (глобуляризатора) при модифицировании. Механические свойства ЧВГ в зависимости от структуры: s_в = 320 - 510 МПа, d = 1 – 8 %, 143 - 241 НВ. Такой чугун обладает хорошими литейными свойствами.