Отливки из высокопрочного чугуна

Высокопрочным называется чугун с шаровидным графитом. Его металлическая матрица может быть: ферритной, феррито-перлитной, перлитной или бейнитной (после термической обработки). По ГОСТ 7293-85 установлено 10 марок ВЧШГ.

Таблица 7 – Механические свойства и средний химический состав ВЧШГ

С повышением марки ВЧ, повышается прочность, но снижается пластичность.

Ферритные ВЧ имеют минимальную прочность, при максимальной пластичности.

Феррито-перлитные и ферритные ВЧ имеют более высокую прочность, но меньшую пластичность по сравнению с ферритными.

Бейнитные чугуны обладают максимальной прочностью, при равной пластичности с перлитными, за счет легирования их небольшими добавками(Cr-0.1%, Cu-0.4%, Ni-0,8%) и термической обработки (для перлитных - нормализация, для бейнитных - закалка с отпуском).

ВЧ обладают механическими свойствами, которые не достижимы в других видах чугунов, т.к шаровидный графит оказывает минимальное надрезывающее влияние на металлическую матрицу и создает существенно меньшие напряжения по сравнению с пластинчатым графитом. Поэтому модуль упругости ВЧ (Е_ВЧ = 140-180 ГПа), в 1,5-2 раза выше, чем у СЧПГ, при той же матрице, но циклическая вязкость в 2-4 раза ниже, чем у СЧПГ.

Обычно размер шаровидного графита от 15-360мкм, часто в реальных чугунах, кроме ШГ формируется компактный графит типа Гф9 или вермикулярный типа Гф6.

Существует 4 типа ШГ: разорванная Гф10; звездообразная Гф11; шаровидная неправильная Гф12; шаровидная правильная Гф13.

ВЧ имеют повышенное содержание С=3-3,6%, что обеспечивает хорошие литейные свойства, также облегчается его выплавка в вагранках. Содержание Si=2-2.4%, в бейнитных ВЧ 3,4-3,8, что обеспечивает хорошую пластичность, графитизацию.

ВЧ получают обработкой жидкого металла сфероидизирующими модификаторами (Mg, Ce, Y, Ca, Na и др.), по названию элемента называется и вид ВЧ.

Наиболее дешевый из этих элементов Mg, поэтому его используют чаще. При введении Mg происходит сильный пироэффект (интенсивное возгорание, с выделением белого дыма). Mg активный металл, поэтому он является сильным раскислителем, десульфуратором и нитридообразующим элементом:

FeO + Mg → Fe + MgO + Q₁;

FeS+ Mg → MgS + Fe + Q₂.

При введении металлического Mg в жидкий чугун на воздухе от угарает до 95%. Степень усвоения Mg зависит от способа ввода, времени выдержки и длительности разливки.

С учетом всех статей расхода Mg можно записать

Мg = η·(Мg_усв + Мg_исп + Мg_окс + Мg_сульф + Мg_нитр),

где η = Мg_усв/Мg_{введ –} коффициент усвоения магния.

После обработки жидкого чугуна сфероидизирующим модификатором рекомендуется дополнительно модифицировать графитизирующим – ферросилицием 75%, в количестве 0,3-2% от массы жидкого металла.

Очень эффективна комплексная обработка лигатурой (Mg+Ce+Y).