Чугун с шаровидным графитом для отливок

При введении в чугун перед разливкой » 0,5 % магния или церия графит кристаллизуется в шаровидной или близкой к нему форме (рис. 7.4). Этот процесс называется модифицированием. Шаровидный графит в меньшей степени, чем пластинчатый, ослабляет сечение металлической матрицы и, главное, не является таким сильным концентратором напряжений. Это обстоятельство в сочетании с возможностью формировать необходимую структуру металлической матрицы позволяет придавать чугунам высокую прочность, пластичность и повышенную ударную вязкость.

Чугуны с шаровидным графитом, используемые в промышленности с 40-х годов, называют высокопрочными и, в соответствии с ГОСТ 7293–85, маркируются буквами ВЧ, за которыми следует число, указывающее значение временного сопротивления при растяжении в МПа · 10–1 (например ВЧ 50).

Сдаточными (гарантируемыми) характеристиками высокопрочных чугунов являются s в и s 0,2 , а при наличии требований в нормативно-технической документации допускается устанавливать значения относительного удлинения d , твердости НВ и ударной вязкости KCV в соответствии с нормами, указанными в ГОСТ 7293–85. Марки и характеристики механических свойств высокопрочных чугунов приведены в табл. 7.4, а рекомендуемый химический состав — в табл. 7.5.

Примечание.

Чугун марки ВЧ 35 с шаровидным графитом должен иметь среднее значение ударной вязкости KСV не менее 21 Дж/см² при температуре плюс 20 °С и 15 Дж/см² при температуре минус 40 °С, минимальное значение ударной вязкости должно быть не менее 17 Дж/см² при температуре плюс 20 °С и 11 Дж/см² при температуре минус 40 °С.

*Для отливок с толщиной стенок до 50 мм; для стенок большего сечения рекомендовано меньшее содержание углерода и кремния.

Во всех чугунах марок ВЧ содержание углерода практически одинаковое и высокое (Сэ = 4,1–4,3), что обеспечивает хорошие литейные свойства. Примесь фосфора из-за образования хрупкого фосфида снижает пластичность, поэтому его содержание не превышает 0,1 %. Особенно вредна сера, так как она снижает механические свойства (из-за образования с магнием и редкоземельными металлами хрупких сульфидов) и ослабляет модифицирующее действие этих элементов. Содержание серы не должно превышать 0,02 %, а в чугунах марок ВЧ 80 и ВЧ 100 — 0,01 %.

Механические свойства высокопрочных чугунов зависят в основном от структуры металлической основы. Чугуны марок ВЧ 35, ВЧ 40 имеют ферритную основу, ВЧ 45 и ВЧ 50 — перлито-ферритную, ВЧ 60, ВЧ 70, ВЧ 80 — перлитную. Требуемая структура металлической основы формируется в процессе литья и последующей термообработки. Для отливок из высокопрочного чугуна применяют следующие виды термообработки:

- отжиг при 500–600 °С для снижения литейных напряжений;

- графитизирующий отжиг для устранения отбела и формирования ферритной или феррито–перлитной структуры металлической основы (см. выше);

- нормализация для исправления структуры и получения перлитной металлической основы с повышенными механическими свойствами. Нормализация осуществляется путем нагрева отливок до 850–950 °С с последующим охлаждением на воздухе;

- закалка и низкий отпуск. Температура закалки 850–900 °С; время выдержки зависит от размеров отливки и исходной структуры металлической основы и составляет 0,5–3 ч; охлаждение в масле, обеспечивающее получение мартенситной структуры. Низкий отпуск проводят для снятия внутренних напряжений при температуре 250–380 °С;

- изотермическая закалка по сравнению с обычной исключает возможность образования закалочных трещин и коробления, снижает внутренние термические напряжения и обеспечивает более высокий комплекс прочностных свойств (рис. 7.6, 7.7).

Режим закалки: нагрев до 830–900 °С, выдержка 10–90 мин, охлаждение в ваннах с расплавом щелочей (60 % NAOH + 40 % KOH) или хлористых солей при температуре 300–350 °С. Получаемая бейнитная структура металлической основы обеспечивает высокую прочность и вязкость чугунов.

Высокопрочные чугуны с шаровидным графитом используют для замены литой стали в изделиях ответственного назначения (валки горячей прокатки, станины и рамы прокатных станов, молотов и прессов). По сравнению со сталью они обладают несравненно более высокими литейными свойствами и на 8–10 % меньшей плотностью (последнее позволяет снизить массу машин). Даже поковки ответственного назначения из легированных сталей можно заменять на отливки из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом. Классический пример этого — тяжелонагруженные коленчатые валы дизельных, в том числе автомобильных двигателей, к которым предъявляют высокие требования по статической и усталостной прочности.

Высокопрочный чугун используют и для замены серого чугуна с пластинчатым графитом, если необходимо увеличить срок службы изделия или снизить массу.

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

1. Плискановский С.Т., Полтавец В.В. Оборудование и эксплуатация доменных печей/Учебник для вузов. –Днепропетровск: Пороги, 2004.

2. Ефименко Г.Г., Гиммельфарб А.А., Левченко В.Е. Металлургия чугуна/Учебник. –Киев: Высшая школа. (Издания 1969…1986 г.в. – по наличию в библиотеке).

3. Бочка В.В. Краткий конспект по металлургии чугуна (спрашивать в библиотеке или деканате).

4. Плискановский С.Т., Полтавец В.В. Неполадки в работе доменных печей. Предупреждение и устранение/Пособие. –Днепропетровск: Пороги, 2002.

5. Волк Ю.П., Шпарбер Л.Я., Гусаров А.К. Технолог-доменщик. Справочник. –М.: Металлургиздат, 1986.

6. Металлургия чугуна. Учебник для вузов / Под ред. Ю.С.Юсфина. –М.: ИКЦ «Академкнига», 2004. – 744 с.

Интернет-источники: