Застосування чавуну.

Властивості, маркування, класифікація, хімічний склад та

Продукт доменного виробництва чавун — залізовуглецевий сплав, який складається із заліза (до 92 %) і вуглецю (2,14 .5 %), домішок силіцію до 4,3 %, мангану до 2 % сірки до 0,07 % і фосфору до 1,2 %. Хімічний склад і призначення чавуну залежать від механічних властивостей і стану вуглецю в доевтектичному залізо-вуглецевому сплаві. Класифікація чавунів показана на рис. 3.4. У машино-будуванні використовуються чавуни з певним вмістом вуглецю в них. Вуглець може бути в зв'язаному стані, утворюючи цементит, який сприяє появі особливих механічних властивостей, а в зламі має характерний білий колір. Якщо злам сірого кольору, то вуглець у ньому міститься у вільному стані у вигляді графітних домішок кулястої чи пластинчатої форми, завдяки чому він набуває ливарних і механічних властивостей. Залежно від вмісту, розмірів і розміщення графітових включень чавуни поділяють на звичайні, високоміцні, ковкі тощо.

За кольором зламу чавуни бувають білими й сірими, а за призначенням їх поділяють на переробні, ливарні та спеціальні (доменні феросплави — дзеркальний чавун, феросиліцій та фероманган).

Чавун, який в основному переробляють на сталь, називають переробним. За ДСТУ 3133- 95 його випускають марок П1, П2 — для сталеплавильного і ПЛ1, ПЛ2 — для ливарного виробництва, ПФ1, ПФ2, ПФЗ (фосфористий), ПВК1, ПВК2, ПВКЗ (високоякісний) із вмістом сірки не більше 0,010 % і фосфору не більше 0,015 % і відзначається масова частка титану, алюмінію і арсену. У переробному чавуні, виплавленому з руди, що містить мідь, в документі про якість вказують густину міді. Переробний чавун марок П1, П2, ПЛІ і ПЛ2 виготовляють із вмістом сірки не більше 0,06 %.

З сірого чавуну, який має ливарні властивості, виготовляють виливки, тому його називають ливарним. За ДСТУ 3132-95 залежно від вмісту силіцію і призначення чавун виготовляють марок ЛІ ...Л6 (ливарний) і ЛР1.,.ЛР7 (ливарний рафінований магнієм). Ливарний чавун марок ЛІ.. .Л6 виготовляють з вмістом сірки не більше 0,06 %. За вимогою споживачів забезпечуються й інші показники якості різних видів чавунів.

Спеціальні чавуни використовують у процесі виплавлення для розкислення і легування сталі та сплавів. Вони мають підвищений вміст силіцію або мангану. Виплавляють також хромонікелеві, ванадієві, ферохромові, ферофосфорні та інші леговані чавуни. Хімічний склад чавуну залежить від призначення деталі. Вуглець, який входить до складу чавуну, може бути у вільному стані у вигляді частинок графіту, вкраплених між зернами заліза, та в хімічно зв'язаному стані у вигляді карбіду заліза FезС (цементиту). Якщо чавун заливають у піщані форми, то його структура набирає вигляду сірого чавуну, а під час швидкого охолодження (лиття в металеві форми), якшо знижено вміст силіцію чи підвищено вміст мангану, утворюється структура білого чавуну Білий чавун спеціальною обробкою можна перетворити на ковкий. Різновидом білого чавуну є відбілений чавун, який утворюється під час швидкого охолодження виливка. Виливки з цього чавуну (валки прокатних станів, вагонні колеса) мають твердий поверхневий шар з м'якою основною масою, тобто структура білого чавуну поступово переходить у сірий.

Чавуни, що містять спеціальні леговані домішки (нікель, молібден, хром) або звичайні домішки (силіцій, манган), але в більшій кількості, ніж звичайно, називають легованими. Легуючі складові вводять для одержання виливків із спеціальними властивостями (підвищеною міцністю, ударною в'язкістю, електроопором, кислотостійкістю). За призначенням виливки поділяють на звичайні машинобудівельні з сірого чавуну, підвищеної в'язкості з ковкого чавуну, поверхневої твердості з відбіленого чавуну, поліпшеними властивостями з легованих та модифікованих чавунів. Виливки, які виготовляють з чавуну, не повинні мати дефектів (раковин, тріщин тощо).

Модифікований чавун (з дрібненькими окремими включеннями графіту на основі перліту) одержують додаванням у ківш з рідким чавуном спеціальних домішок-моди- фікаторів (феросиліцію, силікокальцію тощо).

За ДСТУ 2891-94 чавуни бувають білі, сірі, половинчасті, відбілені, ковкі, антифрикційні, леговані, модифіковані, зносостійкі, жаростійкі, жароміцні, корозієстійкі тощо. Половинчастий чавун (структурно-половинчастий пістрявий чавун), у якого після твердіння структура має дві складові: білу (ледебуритно-карбідно-перлітну) та сіру (перлітно-феритно-графітну). Такий чавун (відбілений) одержують залежно від швидкості охолодження. Антифрикційні — це чавуни з низьким коефіцієнтом тертя Залежно від вмісту легованих елементів чавуни бувають мікролеговані (не більше 0,1 %), низьколеговані (не більше 3 %), середньолеговані (від 3 до 10 %) та високолеговані (понад 10 %). Зносостійкий чавун здатний чинити опір зношуванню за різних умов. Жаростійкий (окалино-стійкий) чавун протидіє руйнуванню в процесі взаємодії з газами за температур до 1100°С, корозієстійкий, який не руйнується внаслідок хімічних чи електрохімічних впливів у корозійних середовищах.

Ковкий чавун має високу в'язкість, феритну або перлітну металеву основу та графітні включення округлої або розеткової форми. Ковкий чавун одержують у процесі відпалювання білого. Придатний для цього чавун із вмістом силіцію 0,5. . 1,2 %, мангану не більш як 0,5...0,6 % та вуглецю 2,1...3.1 %.

Ковкі чавуни маркірують за границею міцності на розрив і відносним видовженням. Так, марка КЧ37-12 означає: ковкий чавун, границя міцності на розрив ои - 370 МПа, відносне видовження д= 12 %.

Ковкі чавуни поділяють на перлітні та феритні. Перлітний ковкий чавун марок КЧ45-6, КЧ50-4, КЧ56-4 КЧ60-3, КЧ63-2 одержують тривалим відпалюванням. Внаслідок цього зменшується вміст вуглецю в поверхневих шарах, бо під час відпалювання цементит у цих шарах розпадається на ферит і графіт — утворюється майже чистий ферит, який переходить у феритно-перлітну і частково перлітну структури.

Чавун, структура металевої основи якого перліт і 0 . 20% фериту, дістав назву перлітного. Деталі, виготовлені з такого чавуну, мають підвищені міцність, твердість і стійкість до спрацювання.

Якщо структура металевої основи ковкового чавуну складається з фериту і 3...10 % перліту, то його називають феритним чавуном. Він характеризується помірною міцністю та великою в'язкістю порівняно з перлітним чавуном. Виливки з феритного чавуну можна правити, тому їх застосовують як замінники сталі для виготовлення деталей сільськогосподарських машин, частин вагонів тощо.

Структура ковкого чавуну в перерізі різна, тому товщина виготовлених з нього деталей не повинна перевищувати 10... 12 мм. Перлітні чавуни обробляються гірше, ніж феритні, — поверхня деталей виходить шорсткою.

Деталі з ковкого чавуну мають поверхню з підвищеною стійкістю проти спрацювання, тому на них можна одержати якісну різьбу. Можливість нарізування різьби на деталях з чавуну дає змогу використовувати їх для виготовлення фітингів трубних з'єднань, тонкостінних деталей тощо. Ковкий чавун, оброблений методом нормалізації, застосовують як замінник антифрикційних матеріалів.

Сірий чавун маркірують літерами та цифрами.

Розрізняють такі марки сірого чавуну: СЧ10, СЧ15, СЧ20, СЧ25, СЧ30, СЧ35, СЧ40 і СЧ45. Виливки із сірого чавуну маркірують літерами СЧ і цифрами. Літери означають сірий чавун, число — границю міцності на розтяг. Наприклад, марка СЧ15 означає: сірий чавун з міцністю на розтяг до 150 МПа Високоміцний чавун маркірують літерами та цифрами. Розрізняють такі марки: ВЧ35, ВЧ40, ВЧ45, ВЧ50, ВЧ60, ВЧ70, ВЧ80, ВЧ100. Літери ВЧ означають високоміцний чавун, число — границю міцності на розрив у мегапаскалях.

З чавунів незначної міцності виготовляють деталі, що сприймають малі навантаження. Структурно вони складаються з великих пластинок графіту і феритної або феритно - перлітної основи.

Чавуни підвищеної міцності характеризуються дрібними включеннями графіту і перлітною основою. З них виготовляють станини верстатів, поршні та інші деталі. До цих чавунів належать також модифіковані чавуни. З них виготовляють деталі, що постійно спрацьовуються (зубчасті колеса, гальмові колодки тощо). Високоміцні чавуни мають графітові включення у формі дрібних кульок і лінійовану перлітну основу. їм властива висока міцність та пластичність — високоміцний чавун іноді може замінити сталь і кольорові метали та сплави. Такий чавун можна одержати, якшо у рідкий сірий чавун додати чистий магній (0,3... 1 %) або сплав його з нікелем, міддю, алюмінієм чи силіцієм.

Якшо крім магнію в чавун вводять і феросиліцій (0,6...2,2 % маси металу), то його якість значно поліпшується.

Модифікуванням чавуну можна регулювати розміри та форму графітових включень, змінюючи фізико-механічні та технологічні його властивості. Як модифікатор ви­користовують присадки феросиліцію, силікокальцію, церію (до 0,8 %). Модифікований чавун застосовують замість ковкого чавуну, сталі та кольорових металів.