3.3. Ковкий чугун
В ковком чугуне графит имеет форму хлопьев (рис. 10).
По механическим свойствам ковкий чугун занимает промежуточное положение между серым и высокопрочным, причем, чем меньше размеры хлопьевидных графитных включений, тем выше качество чугуна.
|
|
Рис. 10. Хлопьевидный графит в ковком чугуне
(шлиф непротравленный) ( 250)
3.4. Получение ковкого чугуна
Ковкий чугун получается из белого доэвтектического чугуна, содержащего от 2,4 до 3,4% углерода, путем длительного графитизирующего отжига (томления).
Сущность процессов графитизации белого чугуна заключается в разложении метастабильного цементита (Fe3C) в графит. Анализ диаграмм состояния показывает, что предельная растворимость углерода в твердых растворах (аустените и феррите) в системе "железо – графит" меньше, чем в системе "железо – цементит". Поэтому при наличии зародышей графита будет иметь место направленная диффузия углерода из участков локализации цементитных частиц к графитным образованиям, обусловливая их рост. Процесс протекает до тех пор, пока весь углерод, находящийся в метастабильном состоянии (цементит), не превратится в графит.
Режим отжига белого чугуна на ковкий представлен на рис. 11.
Рис. 11. График отжига для получения ферритного ковкого чугуна
В процессе выдержки при 950 – 1000 С происходит графитизация цементита эвтектики (ледебурита). Вторая выдержка, которая устанавливается на 20 – 30 С ниже критической точки А1, предназначена для графитизации избыточного вторичного цементита и цементита эвтектоида (перлита). При таком режиме отжига практически весь углерод выделяется из ферритной основы с включениями хлопьевидного графита (рис. 12,а).
Из ферритного ковкого чугуна делают детали для автомобилей, сельхозмашин, испытывающие большие напряжения и ударные нагрузки.
Если охлаждение после первой выдержки при 950 – 1000 С
было ускоренным, то процесс графитизации не затрагивает цементита перлита и цементита вторичного. В этом случае чугун приобретает перлитную основу и называется перлитным ковким чугуном (рис. 12, б).
|
|
|
|
|
|
Рис. 12. Микроструктура ковкого чугуна на ферритной (а),
перлито-ферритной (б) и перлитной (в) основе ( 250)
Из перлитного ковкого чугуна изготавливают детали арматуры, гаечные ключи и т.д.
Ковкий чугун с перлито-ферритной основой (рис. 12, в) формируется при неполной графитизации цементита, входящего в перлит, вследствие малой выдержки ниже критической точки А1.
4. Маркировка графитных чугунов
Серые чугуны маркируются буквами СЧ и двузначным числом, обозначающим предел прочности при растяжении в кг/мм2 (МПа10-1). Например, чугуны СЧ 10, СЧ 30 и СЧ 35 имеют предел прочности соответственно 10, 30 и 35 кг/мм2 (100, 300 и 350 МПа).
Высокопрочные чугуны маркируются буквами ВЧ и двузначным числом, которое обозначает предел прочности при растяжении. Чугуны ВЧ 50, ВЧ 60, ВЧ 120 имеют предел прочности при растяжении соответственно 50, 60 и 120 кг/мм2 (500, 600 и 1200 МПа).
Ковкие чугуны маркируют буквами КЧ и двумя числами. Первое число обозначает предел прочности при растяжении, в второе – относительное удлинение в %. Чугуны КЧ 30-6, КЧ 33-8, КЧ 80-1,5 имеют соответственно предел прочности 30,33, 80 кг/мм2 (300, 330, 800 МПа) и относительное удлинение 6, 8, 1,5%.
Основные марки, свойства и назначение графитных чугунов приводятся в таблицах 1, 2, 3.
Таблица 1 Серый чугун ( ГОСТ 1412 – 85 )
Марки чугунов |
Содержание углерода ,% |
Предел прочности , МПа |
Твердость, НВ |
Назначение |
||
|
|
при растяжении |
при изгибе |
при сжатии |
|
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
СЧ 10 СЧ 15 СЧ 18 |
3,5 - 3,7 3,5 - 3,7 3,3 - 3,5 |
100 150 180 |
260 320 360
|
500 650 700 |
120-205 130 -241 143 - 255
|
Детали, работающие при низких динамических нагрузках, а также в условиях сухого трения и трения со смазкой: корпуса, ступицы, маховики, крышки, кронштейны, стойки, плиты, основания металлообрабатывающих станков, тормозные барабаны, диски сцепления, блок цилиндров и т.д. |
СЧ 20 СЧ 25 |
3,3 - 3,5 3,2 - 3,4 |
210 250 |
400 440 |
750 850 |
143 -255 156 - 260 |
Детали, испытывающие средние динамические нагрузки: блоки, головки и гильзы цилиндров, корпуса, картеры, крышки, барабаны сцепления, балансиры, станины, стойки различных станков, салазки, столы, |
продолжение таблицы 1 |
||||||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
|
|
|
|
|
|
гидроцилиндры, корпуса гидронасосов и золотников и другое ответственное литье. |
СЧ 30 СЧ 35 |
3,0 -3,2 2,3 - 3,0 |
300 350 |
480 560 |
1000 1300 |
163 - 270 179 - 290 |
Детали, работающие при высоких динамических и статических нагрузках или в тяжелых условиях, износа :шестерни, звездочки, храповики, шпиндели, тормозные барабаны, специальные втулки, поршневые втулки, поршневые кольца и т.д. |
Таблица 2 Высокопрочный чугун ( ГОСТ 7293-85 )
Марка чугунов |
Содержание углерода ,% |
Механические свойства |
Назначение |
||
|
|
В , МПа |
, % |
Твердость НВ |
|
ВЧ 35 ВЧ 40 ВЧ 45 ВЧ 50 ВЧ 60 ВЧ 70 ВЧ 80 ВЧ 100 |
3,3 - 3,8 3,3 - 3,8 3,2 - 3,7 3,2 - 3,7 3,2 - 3,6 3,2 - 3,6 3,2 - 3,6 3,2 - 3,6 |
350 400 450 500 600 700 800 1000 |
22 15 10 7 3 2 2 2 |
140-170 140-202 140-225 153-245 142-277 228-302 248-351 270-360 |
Коленчатые валы автомобильных и тракторных двигателей, картеры, крышки цилиндров, кронштейны, шестерни, звездочки, тормозные диски, прокатные валки, корпуса паровых турбин и т.д. |
Таблица 3 Ковкий чугун (ГОСТ 1215-85)
Марки чугунов |
Механические свойства |
Назначение |
||
|
В , МПа не менее |
, % |
Твердость НВ не более |
|
КЧ 30-6 |
300 |
6 |
163 |
Детали, работающие в условиях низких статических и динамических нагрузок: головки, хомутики, гайки, глушители, клапаны, ниппели. Тройники, фланцы, муфты и т.д. |
КЧ 33-8 |
330 |
8 |
163 |
Детали, работающие при средних статических и динамических нагрузках башмаки, подкладки, вилки, подшипники, хомутики, кронштейны, скобы, держатели, коромысла и т.д. |
КЧ 35-10 КЧ 37-12 |
350 370 |
10 12 |
163 163 |
Детали, работающие при высоких статических и динамических нагрузках, материал которых по условиям работы должен обладать повышенной прочностью при высокой пластичности и вязкости : карьеры редукторов, задний мост, пальцы, ступицы, крючки, хомутики, скобы и т.д. |
КЧ 45-7 КЧ 50-5 КЧ 55-4 КЧ 60-3 КЧ 65-3 КЧ 70-2 КЧ 80-1,5 |
450 500 550 600 650 700 800 |
7 5 4 3 3 2 1,5 |
207 230 241 269 269 285 320 |
Детали, работающие при высоких и особо высоких динамических и статических нагрузках или в тяжелых условиях износа, материал которых должен обладать высокой прочностью и износостойкостью при возможно большей вязкости : муфты, звездочки и звенья приводных цепей, буксы, тормозные колодки, рычаги, кронштейны, храповики, коленчатые валы, вилки карданных валов, лопасти центробежных дробеметных барабанов, звенья и ролики цепей конвейеров и т.д. |