Легированные чугуны.

Легированные чугуны получаются при введении в их состав легирующих компонентов (Cr, Si, Al, Ni, Mn и др.) Легирование производится для получения каких либо особых свойств: износостойкости, жаростойкости, коррозионной стойкости и др. Из легированных чугунов можно выделить следующие группы:

· износостойкие чугуны;

· жаростойкие чугуны;

· жаропрочные чугуны;

· коррозионностойкие чугуны;

· антифрикционные чугуны.

Легированные чугуны маркируются по типу: первые буквы означают вид чугуна: Ж-жаростойкий, А-антифрикционный, Ч-жаропрочный или коррозионностойкий. Следующие буквы обозначают наличие легирующих элементов (Х-хром, С-кремний, Ю-алюминий, Д-медь, Н-никель, Г-марганец, М-молибден, В-вольфрам). Цифры после букв указывают примерное содержание легирующего элемента в процентах. Если цифры нет, то содержание легирующего элемента соответствует ~1 %. Например, ЖЧЮ7Х2- жаростойкий чугун, алюминия –7 %, хрома –2 %.

Износостойкие чугуны. Износостойкость чугуна повышается при увеличении в структуре количества карбидов как простых (цементита), так и специальных (карбидов хрома, вольфрама, ванадия и т.д.). Металлическая матрица должна прочно удерживать твердую составляющую (карбиды) и предотвращать ее хрупкое разрушение. Характерным представителем износостойких чугунов является высокохромистый износостойкий чугун ИЧХ20М2Г3Н2. Средний химический состав высокохромистого чугуна: С = 2,6-3 %, Si = 0,3-1,4%, Mn = 0,5-5,5% Cr = 12-30%, Mo=0,4-4%, Ni = 0-3% , S≤0,08% , P≤0,1%. Существуют и другие виды износостойких чугунов (белый низколегированный, ОИ-1, ИЧХ4Г7Д, нихард и т.д.), но они уступают высокохромистому по износостойкости и поэтому применяются реже. Жаростойкие чугуны. Жаростойкие чугуны используются для изготовления деталей работающих в газовой, воздушной, щелочной средах при температурах 500-1100°С. Жаростойкостью чугуна по ГОСТ 7769-85 называется способность сопротивляться росту и окалинообразованию при заданной температуре. Сопротивление окислению чугуна обусловлено наличием на поверхности плотных защитных окисных пленок (окислы Al, Si, Cr) , которые предохраняют металл от последующего окисления при высоких температурах. Жаростойкие чугуны бывают хромистые, кремнистые и алюминиевые. Средний химический состав жаростойких чугунов: С=2,0-3,9%, Si=1,5-6,0%, Mn=0,4-1,0%, Cr=0,5-32%, Al=19-25%. Структура хромистого чугуна состоит из ферроидизированного перлита, отдельных включений карбидов и графита. В высокохромистом сплаве (26-30% Cr ) структура состоит из твердого раствора хрома в α-железе и карбидов в виде карбидной эвтектики ( при С>2% ) . При содержании Cr от 3-10% отливки получаются с высокой хрупкостью и твердостью, делающей невозможной обработку резанием. Поэтому такие чугуны находят ограниченное применение. Кремнистые чугуны отличаются хорошей обрабатываемостью резанием, так как получается ферритная структура металлической матрицы. Алюминиевые чугуны даже с содержанием алюминия 8% имеют такое же сопротивление окислению, как нихром- сплав с 80% Ni и 20% Сr и жаростойкостью 800°С. При легировании алюминиевого чугуна хромом (~30% )и кремнием (~6%) жаростойкость возрастает до 1200° С при одновременном повышении прочности и сохранении литейных свойств.

Жаропрочные чугуны. Жаропрочные чугуны применяются для изготовления деталей, работающих под нагрузкой при повышенных температурах (до 600°С). Марки жаропрочных чугунов обозначаются буквой «Ч», остальные обозначения такие же, как у всех остальных. Буква «Ш» в конце обозначения означает «с шаровидным графитом». Наиболее высоким уровнем жаропрочных свойств обладает аустенитный чугун с шаровидной формой графита. Отличительной особенностью структуры аустенитного чугуна, легированного хромом и магнием, является наличие в структуре карбидной составляющей, количество которой составляет 50%. Мелкодисперсные структуры показывают более высокую жаропрочность, поэтому жаропрочные чугуны подвергают специальной термообработке - гомогенизирующему отжигу. (1050° С- 4 часа) Аустенитный жаропрочный чугун имеет следующий состав: С=2,5-3,0%, Si=1,8-2,5%, Mn=1,0-8,0%, Cr=1,0-3,5% ,Ni=10-20%, S≤0,05%, P≤0,03%.

Коррозионностойкие чугуны. Коррозионностойкие чугуны применяются для изготовления деталей с высокой коррозионной стойкостью в различных рабочих средах (морской воде, растворах кислот, расплавах солей, в перегретом водяном паре, в сернистых газах и т. д.). Для повышения коррозионной стойкости чугун легируется в основном Cr , Ni, Cu и другими элементами, которые создают на поверхности чугуна защитные (пассивирующие) пленки, а так же легируют металлическую матрицу (преимущественно, феррит) образуя химические соединения с высоким химическим потенциалом. Происходящее при этом измельчение структуры понижает число микропор и уменьшает разность потенциалов между отдельными структурными составляющими. Коррозионностойкие чугуны делятся на следующие группы: - низколегированные чугуны (Cr до 1%, Ni до 1%); -высококремнистые чугуны (ферросилиды); -кремнемолибденовые чугуны (антихлоры); -аустенитные никелевые чугуны (нирезист); -высокохромистые чугуны. Каждая группа чугунов применяется в особых, специфических условиях, для которых и была специально разработана. Коррозионностойкие чугуны широко применяются в химическом машиностроении, на железнодорожном транспорте для перевозки продуктов химической промышленности , в металлургическом машиностроении и др.

Антифрикционные чугуны. Антифрикционные чугуны (ГОСТ 1585-85) применяются для изготовления подшипников скольжения, работающих в присутствии смазки. Из антифрикционного чугуна изготавливаются цилиндры, поршни, станины, зубчатые колеса, втулки, вкладыши подшипников и т.д. Наиболее важными свойствами антифрикционного чугуна являются высокая износостойкость, хорошие литейные свойства и низкая стоимость. Главный недостаток антифрикционного чугуна – пониженная по сравнению с бронзой прирабатываемость. Средний химический состав антифрикционного чугуна: С=2,5-3,8 %, Si=0,8-2,7 %, Мп=0,3-1,2 %, Р<0,15 %, S<0,03 %, Cr=0,2-0,4 %, Ni=0,2-0,4 %, Ti=0,1 %, Cu=0,3-0,7 %. (ГОСТ 1585-85). Антифрикционные чугуны легируются хромом, никелем, титаном и медью, что позволяет получить мелкодисперсную структуру перлит+феррит. Маркируется антифрикционный чугун буквами АСЧ, АВЧ, АКЧ, что означает антифрикционный серый, антифрикционный высокопрочный или антифрикционный ковкий. Последний (АКЧ) применяется с термообработкой, остальные без термообработки. Для нормальной работы деталей из антифрикционного чугуна ГОСТ 1585-85 устанавливает режим работы в узлах трения.

Вопросы для самоконтроля:

1. Какой сплав называется чугуном?

2. Какие элементы входят в состав чугунов?

3. Как влияет содержание углерода на структуру и свойства чугунов?

4. Какие примеси в чугунах являются полезными, а какие вредными?

5. Какова форма графитовых включений в сером чугуне?

6. По каким признакам классифицируются чугуны?

7. Почему белые чугуны не маркируются?

8. Как маркируются серые, высокопрочные и ковкие чугуны?

9. Где применяются различные марки чугунов?

10. Как маркируются легированные чугуны?

11. Какие марки чугунов применяются преимущественно в машиностроении?