Высокопрочный чугун

Высокопрочными называют чугуны, в которых графит имеет шаровидную форму. Их получают модифицированием магнием, церием, иттрием, которые вводят в жидкий чугун в количестве 0,02–0,08 %. По структуре металлической основы высокопрочный чугун может быть ферритным (допускается до 20 % перлита) или перлитным (допускается до 20 % феррита). Шаровидный графит является более слабым концентратором напряжений, чем пластинчатый графит, поэтому меньше снижает механические свойства чугуна (рис. 4.3). Высокопрочный чугун обладает более высокой прочностью и некоторой пластичностью.

Рис. 4.3. Микроструктура высокопрочного чугуна на феррито-перлитной основе

Маркируют высокопрочные чугуны по ГОСТ 7293–85 буквами ВЧ и двузначным числом, показывающим минимальное значение предела прочности на растяжение в десятках мегапаскалей. Например, высокопрочный чугун ВЧ 40 имеет временное сопротивление при растяжении 400 MПa, относительное удлинение – не менее 10 %, твердость НВ = 1400 – 2200 МПа, структура перлито-ферритная. Маркировка по предшествующему ГОСТ 7293–79 предусматривала дополнительное указание относительного удлинения в процентах, например, ВЧ 40-10.

Обычный состав высокопрочного чугуна: 2,7–3,8 % С; 1,6–2,7 % Si; 0,2–0,7 % Мn; ≤ 0,02 % S; ≤ 0,1 % Р.

Из высокопрочных чугунов изготавливают прокатные валки, кузнечно-прессовое оборудование, корпуса паровых турбин, коленчатые валы и другие ответственные детали, работающие при высоких циклических нагрузках и в условиях изнашивания.

Ковкий чугун

Ковкими называют чугуны, в которых графит имеет хлопьевидную форму. Их получают путем специального графитизирующего отжига (томления) отливок из белых доэвтектических чугунов. Отливки загружают в специальные ящики, засыпают песком или стальными стружками для защиты от окисления и производят нагрев и охлаждение по схеме (рис. 4.4).

Рис. 4.4. Схема отжига белого чугуна на ковкий

При температуре 950 – 1000 °С происходит графитизация эвтектического и избыточного цементита (превращение метастабильного цементита в стабильный графит и аустенит). При второй выдержке при температуре 720 – 740 °С графитизируется цементит образовавшегося перлита (иногда вместо выдержки проводят медленное охлаждение от 770 до 700 °С в течение 30 ч, при этом происходит кристаллизация по стабильной диаграмме с выделением углерода в свободном состоянии).

В результате продолжительного отжига весь углерод выделяется в свободном состоянии.

Обычный состав ковкого чугуна 2,4–2,8 % С; 0,8–1,4 % Si; ≤1 % Мn; ≤0,1 % S; ≤ 0,2 %Р. Структура – ферритная или феррито-перлитная (рис. 4.5).

Отсутствие литейных напряжений, снятых во время отжига, благоприятная форма и изолированность графитных включений обусловливают высокие механические свойства ковких чугунов.

а б

Рис. 4.5. Микроструктура ковкого чугуна:

а – ферритная основа; б – феррито-перлитная основа

Из ковкого чугуна изготавливают детали высокой прочности, работающие в тяжелых условиях износа, способные воспринимать ударные и знакопеременные нагрузки, в том числе клапаны, муфты, картеры редукторов, коленчатыевалы и др.

Маркируют ковкие чугуны по ГОСТ 1215–79 буквами КЧ и двумя числами, первое из которых – минимальный предел прочности на растя­жение в десятках мегапаскалей, а второе – относительное удлинение в %. Например, чугун КЧ 45-6 имеет временное сопротивление при растяжении 450 МПа, относительное удлинение δ = 6 %, НВ = 2400 МПа и структуру – феррит+перлит.

СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

Отчет по лабораторной работе должен содержать следующий материал:

5.1. Диаграмму состояний Fe-C(в масштабе).

5.2. Кривые охлаждения сплавов (содержание углерода задает преподаватель) согласно диаграмме Fe-C.

5.3. График зависимости механических свойств стали от содержания углерода.

5.4. Схему отжига белого чугуна на ковкий чугун.

5.5. Микроструктуры углеродистых сталей и чугунов.