Высокопрочные чугуны с шаровидным графитом

Существенное повышение механических свойств чугуна дости­гается при переходе от пластинчатой формы графита к шаровид­ной или вермикулярной (промежуточной). Для чугуна с шаровид­ным графитом характерны не только высокая прочность (отсюда и название – высокопрочный чугун), но и значительные плас­тичность и вязкость, в связи с чем во многих зарубежных стандар­тах его называют пластичным чугуном.

Высокопрочный чугун получают путем сфероидизирующего модифицирования магнием или редкоземельными металлами (РЗМ). Обычно сфероидизирующее модифицирование совмеща­ют (комплексное модифицирование) или сопровождают (предсфероидизирующее или послесфероидизирующее, т.е. повторное модифицирование) графитизирующим модифицированием. В ка­честве элементов-графитизаторов в комплексных модификаторах содержатся Si, Ni или Сu.

Высокопрочные чугуны с шаровидным графитом (ВЧШГ) имеют широкий диапазон механических и эксплуатационных свойств. Ферритные чугуны характеризуются наивысшей среди чугунов пластичностью и вязкостью, обеспечивают литым дета­лям высокие хладо- и ударостойкость, хорошую свариваемость и обрабатываемость резанием. Перлитные ВЧШГ хорошо сопротив­ляются статическим и циклическим нагрузкам, обладают высо­кими износо- и задиростойкостью. В бейнитных ВЧШГ сочетают­ся высокая прочность с достаточной пластичностью, что обеспе­чивает высокие износостойкость, усталостную прочность и кон­тактную выносливость литых изделий.

Все марки ВЧШГ имеют высокий модуль упругости и значи­тельно большую, чем у стали, демпфирующую способность. Пре­дел текучести у бейнитных чугунов в 2,5¸3 раза выше, чем у обычных конструкционных сталей.

По способности выдерживать высокие механические нагрузки при наименьших деформациях и массе деталей ВЧШГ значитель­но превосходит сталь, ковкий и серый чугун. Масса литых деталей из ВЧШГ может быть на 5¸10 % ниже по сравнению с массой деталей из литой стали и ковкого чугуна и на
10¸20 % меньше по сравнению со стальными поковками и штамповками.

Характеристики статической прочности ВЧШГ наиболее вы­сокие в условиях сжатия, промежуточные – при изгибе, растяже­нии и кручении, наименьшие – в условиях среза. По сравнению с литой углеродистой сталью ВЧШГ при одинаковых прочностных свойствах в условиях растяжения имеют более высокие свойства при изгибе и кручении (в 1,3¸1,9 раза) и особенно при сжатии
(в 2¸4 раза).

Высокопрочные чугуны успешно заменяют углеродистую сталь и другие виды чугунов в деталях, работающих в условиях тепло­вых ударов, термоусталости (при температурах цикла до 600 °С), низких температур (до –100 °С), умеренно агрессивных сред, вы­соких давлений, знакопеременных динамических нагрузок.

Высокопрочные чугуны обладают хорошими литейными свой­ствами, что позволяет изготавливать из них высококачественные отливки с толщиной стенок 2,5¸1000 мм и массой от нескольких десятков граммов (например, поршневые кольца) до 200 т (ста­нины, цилиндры, контейнеры и др.).

Высокая герметичность в сочетании с ударной и коррозион­ной стойкостью позволяют эффективно использовать ВЧШГ в виде наиболее экономичного материала для напорных труб и фитингов. Почти половину мирового производства ВЧШГ используют на эти цели.

Принцип маркировки ВЧШГ такой же, как и для серых чугу­нов: после букв ВЧ указывается минимальное значение предела прочности в килограмм-силе на квадратный миллиметр.

Содержание углерода во всех марках ВЧШГ примерно одина­ково и составляет 3,2¸3,8 %. Основное различие между марками состоит в содержании кремния и в особенностях технологическо­го процесса изготовления отливок и деталей.

Свойства ВЧШГ регламентированы ГОСТ 7293–85, в котором предусмотрены восемь марок чугуна (табл. 5.4). Относительное удлинение, твердость НВ, а также ударную вязкость КС определя­ют при наличии требований в нормативно-технической докумен­тации на отливки, причём значения этих свойств могут отличать­ся от приведённых в табл. 5.4.

Механические свойства ВЧШГ должны быть обеспечены в ли­том состоянии или после термической обработки. Испытания про­водят на образцах, вырезанных из отдельно отлитых или прили­тых к отливкам проб. Механические свойства ВЧШГ зависят от толщины стенки отливки, хотя и в меньшей степени, чем у серого чугуна. Прочность и твёрдость чугуна в пробах обычно выше, чем в реальных отливках.

Влияние скорости охлаждения и толщины стенки отливки свя­зано с тем, что в толстых сечениях повышается количество фер­рита, увеличивается опасность флотации графита и ухудшения его формы и распределения, усиливается микроликвация элементов. Всё это вызывает снижение прочности, вязкости, а следовательно, рабо­тоспособности толстостенных деталей в эксплуатации. Например, в образцах, вырезанных из стенок крупных изложниц (средняя толщина стенок 160 мм), нелегированный чугун соответствует марке ВЧ 35, тогда как в отдельно отлитых клиновых заготовках – маркам ВЧ 50 и ВЧ 60.

Таблица 5.4

⇐ Предыдущая25262728293031323334Следующая ⇒

Поделиться: