Глава 4. Отливки из жаропрочных чугунов

4.1. Общая характеристика

К жаропрочным чугунам относятся высоконикелевые чугуны с шаровидным графитом аустенитной или аустенитокарбидной матрицей, обладающие повышенными сопротивлением пол­зучести и пределом длительной прочности. Благодаря высоко­никелевой аустенитной матрице жаропрочные чугуны одновре­менно имеют высокую коррозионную стойкость во многих жидких и газообразных коррозионных средах, они немагнитные и в широком диапазоне температур не меняют структуру.

Шаровидный графит и вязкая матрица обеспечивают доста­точно высокие механические свойства, а хорошие литейные свойства позволяют получать из таких чугунов сложные фасонные отливки.

4.2. Марки жаропрочных чугунов, их основные свойства, области применения

Марки и химический состав жаростойких чугунов приведены в ГОСТ 7769-82.

Высоконикелевые чугуны, обладают высокой жаропрочностью, немагнитностью, износостойкостью, являются также и коррозионностойкими. В приложении № 1 ГОСТ 7769 – 82 указано, что чугуны марок ЧН15Д3Ш и ЧН15Д7 имеют высокую коррозионную стойкость в щелочах, слабых растворах кислот, серной кислоте любой концентрации при температуре выше 50 С, в морской воде, в среде перегретого пара, хотя табл. 1 стандарта не классифицирует их как коррозионностойкие.

Чугуны марок ЧН19Х3Ш и ЧН11Г7Ш прежде всего – жаропрочные, но имеют высокую коррозионную стойкость в щелочах, слабых растворах кислот, серной кислоте любой концентрации при температуре 50 С, морской воде, в среде перегретого пара. В табл. 4.2 приведены свойства чугунов согласно ГОСТ 7769 – 82.

Чугун марки ЧН11ГШ содержит, наряду с никелем, марганец, в его структуре имеются включения карбидов марганца. Чугун ма­рки ЧН19ХЗШ, легирован хромом, в его структуре тем больше легированного цементита, чем выше содержание хрома.

Данные о механических свойствах высоконикелевых чугунов при повышенной температуре приведены в табл.4.3, 4.4. Все марки чугуна имеют достаточно вы­сокую прочность (не ниже 370 МПа) и высокое относительное удлинение (7 - 25 %) при твердости не более НВ 200.

Таблица 4.1

Химический состав никелевых чугунов

Марка чугуна	Содержание элементов, %
	С	Si	Mn	Cr	Ni	Cu	S	P
ЧН15Д3Ш	2,5- 3,0	1,4-3,0	0,5-1,6	0,6-1,0	14-16	3,0-3,5	≤0,08	≤0,03
ЧН11Г7Ш	2,3-3,0	1,8-2,5	5,0-8,0	1,5-2,5	10-12	-	≤0,08	≤0,08
ЧН19Х3Ш	2,3-3,0	1,8-2,5	1,0-1,6	1,5-2,5	18-20	-	≤0,08	≤0,1
ЧН15Д7	2,2-3,0	2,0-2,7	0,5-1,6	1,5-3,0	14-16	5,0-8,0	≤0,10	≤0,3

Таблица 4.2

Механические свойства никелевых чугунов

Марка чугуна	σВ	σизг	δ, %	НВ
	МПа, не менее
ЧН15Д3Ш	340	-	2	120-255
ЧН11Г7Ш	390	-	4	120-250
ЧН19Х3Ш	340	-	4	120-250
ЧН15Д7	150	350	4	120-297

Таблица 4.3.

Удельная прочность (σ_ДЛ) и скорость ползучести жаропрочных чугунов

Марка чугуна	σДЛ, МПа, при 600 0С, 1000 часов до работы разрушения	Скорость ползучести, %/ч, при напряжении 30 МПа
ЧН19Х3Ш	120	1,0• 10-4
ЧН11Г7Ш	120	1,8• 10-4

Физические свойства. Коэффициент линейного расширения аустенитных никелевых чугунов наиболее существенно зависит от содержания никеля. Чугун с 20 % Ni имеет  = (17 - 19) • 10^-6. При дальнейшем повышении Ni, легировании Мn и Сr коэффициент снижается до  = 12,5 • 10^-6. При 35% Ni  = (1,5 – 2,5) • 10^-6, т. е. снижается.

Таблица 4.4

Механические свойства жаропрочных чугунов при 600 ⁰С

Марка чугуна	σВ, МПа	σ0,2, МПа	δ, %	КС, Дж/см2	Е, ГПа
ЧН19Х3Ш	250	180	2,0	2,0	110
ЧН11Г7Ш	300	180	10,0	2,0	120

Удельная теплоемкость высоконикелевых чугунов составляет 0,11 - 0,2 кДж/(кг*К).

Плотность высоконикелевых чугунов находится в пределах

(7,4 - 7,8) • 10³ кг/м³.

Магнитные свойства. Аустенитные высоконикелевые чугуны являются немагнитными при низком (менее 2 %) содержании хрома.

Жаропрочность характеризуется скоростью ползучести и пре­делом длительной прочности, данные о которых приведены в табл. 4.3.

В табл. 4.5 представлены условия работы и область применения данных чугунов.

Таблица 4.5

Применение высоконикелевых чугунов по ГОСТ 7769-82

Марка чугуна	Условие работы	Область применения
ЧН15Д3Ш ЧН15Д7	Высокая коррозионная и эрозионная стойкость в щелочах, слабых рас­творах кислот, серной кислоте любой концен­трации при температуре более 50 0С, в морской воде, в среде перегрето­го пара	Насосы, вентили, другие детали нефтедобывающей, химической и нефтепере­рабатывающей промыш­ленности и арматуростроении; вставки гильз ци­линдров, головки порш­ней, седла и направляю­щие втулки клапанов, вы­хлопные коллекторы дви­гателей внутреннего сго­рания
ЧН19Х3Ш ЧН11Г7Ш	Жаропрочность до 600 0С. Высокая коррозионная и эрозионная стойкость в щелочах, слабых рас­творах кислот, серной кислоте любой концен­трации при температуре более 600 0С, в морской воде, в среде перегрето­го пара.	Выпускные коллекторы, клапанные направляю­щие, корпусы турбонагне­тателей газовых турбин, головки поршней, корпу­сы насосов.