Лекция 2 металлы, их сплавы и изделия из них

1. Классификация и ассортимент чугуна

Чугун — сплав железа с углеродом (содержанием углерода более 2,14 %), содержащий постоянные примеси Si, Mn, S, Р, а иногда и легирующие элементы Cr, Ni, V, Al и др.

Основным классификационным признаком чугуна как товарной продукции является его назначение. По этому признаку его делят на передельный, литейный, чугуны специального назначения.

Передельный чугун предназначен для передела в сталь в конвертерах, мартеновских и электрических печах.

Основной и единственный критерий передельного чугуна — химический состав, т. к. он определяет способ и режим технологии его дальнейшего передела в сталь.

В зависимости от массовой доли кремния и назначения передельные чугуны изготавливают (ГОСТ 805-95):

– передельный чугун для сталеплавильного производства марок П1, П2.

– передельный чугун для литейного производства марок ПЛ1, ПЛ2;

– передельный фосфористый чугун марок ПФ1, IIФ2, ПФ3;

– передельный высококачественный чугун марок ПВК1, ПВК2, ПВК3.

В маркировках буквы обозначают П — передельный; Л — для литейного производства отливок; Ф — фосфористый; ВК — высококачественный, а цифры — порядковый номер марки. Чем он выше, тем меньше содержание кремния в чугуне.

Передельные чугуны разделяются на группы по содержанию марганца, на классы по содержанию фосфора и на категории по содержанию серы.

Причем, в этом делении, в отличие от кремния, чем выше порядковый номер группы, класса, категории, тем больше содержание соответствующих элементов.

Литейный чугун предназначен для изготовления изделий (отливок) методами литья. В качестве литейного чугуна используют серый, высокопрочный и в меньшем количестве ковкий чугуны.

Литейный чугун может поставляться в форме чушек (чушковый литейный чугун) или в виде готовых отливок.

Чушковый литейный чугун поставляется в виде чушек массой 18–45 кг, предназначенный для дальнейшей переплавки в чугунолитейных цехах при производстве чугунных отливок.

Для чушкового чугуна важен только химический состав, а не его структура и свойства, т.к. последние не сохраняются при переплаве.

В зависимости от массовой доли кремния и назначения чушковый чугун (ГОСТ 4832–95) изготовляют:

– литейный марок Л1, Л2, Л3, Л4, Л5, Л6;

– литейный рафинированный магнием марок ЛР1, ЛР2, ЛР3, ЛР4, ЛР5, ЛР6, ЛР7.

Буквы в маркировке чушковых чугунов обозначают: Л — литейный коксовый, Р — рафинированный магнием. Цифры в маркировке этих чугунов, как и в маркировке передельных, обозначают порядковый номер марки — чем он выше, тем меньше содержания кремния.

Литейные чушковые чугуны также, как и передельные разделяются : на группы по содержанию марганца, на классы по содержанию фосфора, на категории по содержанию серы.

При поставке литейного чугуна в виде готовых отливок потребителю важнее знать не химический состав, а его механические свойства.

Для литейного чугуна в виде готовых отливок буквенная часть отражает наименование чугуна, что аналогично маркировке машиностроительных чугунов, которые делят на серый, ковкий и высокопрочный.

Серый чугун — чугун с пластинчатой формой графитных включений. Отливки из него составляют до 80 % общего объема чугунного литья.

Маркируется серый чугун буквами СЧ (серый чугун) и двумя цифрами, обозначающими предел прочности при растяжении в кгс/мм² (1 кгс/мм² ≈ 9,8 МПа). ГОСТ 1412-85 устанавливает следующие марки серого чугуна: СЧ10, СЧ15, СЧ20, СЧ25, СЧ30, СЧ35, СЧ40 и СЧ45. По требованию потребителя допускаются марки серого чугуна СЧ18, СЧ21 и СЧ24.

Высокопрочный чугун — чугун с шаровидной формой включений графита.

Маркируют высокопрочный чугун буквами ВЧ и цифрами, обозначающие предел прочности при растяжении (кгс/мм²). ГОСТ 7293-85 устанавливает следующие марки высокопрочного чугуна: ВЧ38, ВЧ42, ВЧ45, ВЧ50, ВЧ60, ВЧ70, ВЧ80, ВЧ100, ВЧ120.

Промежуточное положение между серым и высокопрочным чугунами занимает чугун с вермикулярной (червеобразной) формой включений графита.

Маркируют чугун с вермикулярной формой включений графита буквами ЧВГ и цифрами, обозначающие предел прочности при растяжении (кгс/мм²). ГОСТ 28394-89 устанавливает следующие марки чугуна с вермикулярным графитом: ЧВГ30, ЧВГ35, ЧВГ40, ЧВГ45.

Ковкий чугун — чугун с хлопьевидной формой графитных включений.

Маркируют ковкий чугун буквами КЧ и цифрами: первые две цифры — предел прочности при растяжении (кгс/мм²); вторые — относительное удлинение при растяжении (%). ГОСТ 1215–79 устанавливает следующие марки ковкого чугуна: КЧ30-6, КЧ33-8, КЧ35-10, КЧ37-12, КЧ50-4, КЧ56-4, КЧ60-3, КЧ63-2.

Чугуны специального назначения подразделяют на антифрикционные (ГОСТ 1585-85) и легированные чугуны для отливок со специальными свойствами (ГОСТ 7769-82).

Антифрикционный чугун (ГОСТ 1585-85) предназначен для отливок, работающих в узлах трения со смазкой.

ГОСТ устанавливает следующие марки антифрикционного чугуна: АЧС-1, АЧС-2, АЧС-3, АЧС-4, АЧС-5, АЧС-6, АЧВ-1, АЧВ-2, АЧК-1, АЧК-2. В обозначении марки: АЧ — антифрикционный чугун, С — серый с пластинчатым графитом; В — высокопрочный с шаровидным графитом; К — ковкий с хлопьевидным графитом; цифра — порядковый номер марки.

Главное достоинство антифрикционных чугунов по сравнению с баббитами и антифрикционными бронзами — низкая стоимость, а основной недостаток — плохая прирабатываемость, что требует точного сопряжения трущихся поверхностей.

Легированные чугуны для отливок со специальными свойствами (ГОСТ 7769-82)  подразделяют на жаростойкие, коррозионно-стойкие, износостойкие, жаропрочные и маломагнитные.

Легированные чугуны со специальными свойствами в зависимости от преобладающего в его составе легирующего элемента подразделяются на хромистые, кремнистые, алюминиевые, марганцевые и никелевые, а по суммарному количеству легирующих элементов — на низколегированные и высоколегированные.

В обозначении марок чугуна буквы означают: Ч — чугун; легирующие элементы: X — хром, С — кремний, Г— марганец, Н — никель, Д — медь, М — молибден, Т — титан, П — фосфор, Ю — алюминий. Цифры, стоящие после буквы, означают примерную массовую долю основных легирующих элементов. Буква Ш в конце марки указывает, что графит в чугуне имеет шаровидную форму.

Продукция литейного производства. Все детали, получаемые из чугуна, изготавливают методами литья.

Чугунные отливки по структуре литого чугуна подразделяются на четыре группы: серые (СЧ), ковкие (КЧ), высокопрочные (ВЧ) и специальные (жаростойкие, антифрикционные и др.). Маркировка наносится на необрабатываемую поверхность отливки в виде литых, набивных или красочных обозначений.

Чугунные отливки поставляются партиями, сопровождаемыми документом о качестве, в котором приводятся товарный знак предприятия-изготовителя, номер чертежа детали или отливки, номер или дата плавки, количество и масса отливок, марка чугуна, результаты испытаний, штамп ОТК и обозначение стандарта.

Массовой продукцией литейного производства являются чугунные трубы и соединительные изделия к ним — фитинги.

Трубы и соединительные части к ним изготавливаются из серого чугуна с пластинчатым графитом по ГОСТ 1412-85 и в соответствии с требованиями к отливкам по ГОСТ 26358-84.

По назначению чугунные трубы подразделяются на напорные (ГОСТ 9583-75), используемые для транспортировки жидкости под давлением, и канализационные (ГОСТ 6942-98).

В зависимости от толщины стенки напорные трубы подразделяются на три класса: ЛА, А и Б. В зависимости от длины эти трубы изготовляют мерной и немерной длины.

Основными характеристиками чугунных труб являются внутренний диаметр (условный проход), толщина стенки и длина.

При заказе чугунных труб указывают их назначение, основные размеры и номер стандарта. Например:

• труба ЧНР 150 × 6000 Б ГОСТ 9583-75 (труба чугунная напорная раструбная мерной длины 6000 мм, диаметром 150 мм, класса Б);

• труба ЧНР 400 ЛА ГОСТ 9583-75 (труба чугунная напорная раструбная немерной длины, диаметром 400 мм, класса ЛА);

• ТЧК 100×2000 ГОСТ 6942-98 (труба чугунная канализационная, длиной 2000 мм, диаметром 100 мм).

Согласно ГОСТ 6942-98 соединительными (фасонными) частями чугунных труб являются компенсационные и переходные патрубки, колена, отводы, отводы-тройники приборные, отступы, тройники различных конструкций (прямые, прямые компенсационные, тройники косые и др.), крестовины различных конструкций (прямые, косые, двухплоскостные и др.), муфты, ревизии, заглушки, прочистки, необходимые для сооружения сложной системы трубопроводов.

При заказе в условном обозначении фасонных частей к трубам указывают их вид, основные размеры и номер стандарта. Например:

• ПК-100 ГОСТ 6942-98 (патрубок компенсационный диаметром 100 мм);

• К-100 ГОСТ 6942-98 (колено диаметром 100 мм);

• TK 45°-100 × 50 ГОСТ 6942-98 (тройник косой под углом 45° диаметрами 100 и 50 мм);

• КПС-100 × 50 ГОСТ 6942-98 (крестовина прямая со смещенной осью отвода диаметрами 100 и 50 мм);

• Р-100 ГОСТ 6942-98 (ревизия диаметром 100 мм).