3.2. Преимущества чугунов.

Чугуны имеют следующие преимущества по сравнению со сталью и другими конструкционными материалами.

1) Простота получения и дешевизна чугунов. Чугуны по-прежнему являются самым дешевым литейным сплавом.

2) Технологичность, чугуны обладают наилучшими литейными свойствами.

3) Высокие прочностные характеристики. Чугуны хорошо воспринимают сжимающие нагрузки; ковкие и высокопрочные чугуны с шаровидным графитом, кроме того, обладают достаточными пластичностью и вязкостью.

4) Хорошая выносливость. По повторно-переменным нагружениям чугуны успешно конкурируют с высокопрочными легированными сталями.

5) Высокая износостойкость; циклическая вязкость, теплоустойчивость и другие, физические и механические свойства делают чугун зачастую незаменимым материалом в машиностроении (для поршневых колец, коленчатых валов и других деталей).

Благодаря сочетанию высоких литейных свойств, достаточной прочности, износостойкости, а также относительной дешевизне чугуны широко применяются в машиностроении. Детали машин, полученные из чугунных отливок, значительно дешевле, чем детали, изготовленные обработкой резанием из стальных горячекатаных профилей или из поковок и штамповок.

Значительная часть выплавляемого чугуна переплавляется в сталь по классической схеме руда – чугун – сталь. В процессе переплавки из чугуна путем окисления удаляется некоторое количество серы и фосфора.

3.3. Виды чугунов доменного производства.

Среди конечных продуктов доменной плавки основным считается чугун, а шлак и доменный (колошниковый) газ – побочными.

Различают три основные разновидности доменного чугуна: передельный, литейный и доменные ферросплавы.

Передельный чугун используется для последующей плавки стали в конвертерах или мартеновских печах. На него приходится до 90% общего производства чугуна. Примерный состав легирующих добавок и примесей в предельном чугуне: 3,5-4,4% С, 0,3-1,2% Si; 0,2-1,0% Mn, 0,15-0,2% P и 0,02-0,07% S. Передельный чугун подразделяют на три вида: передельный коксовый (марки М0, Б0), передельный коксовый фосфористый (МФ0), передельный коксовый высококачественный (ПВК0).

Литейный чугун отличается от передельного повышенным содержанием кремния (до 3,6%) и в некоторых марках – фосфора (до 1.2%). Чугуны с высоким содержанием фосфора применяются в художественном литье, а с низким – для производства изделий с достаточной прочностью.

Природнолегированные чугуны, выплавляемые из руд отдельных месторождений, содержат хром, ванадий, никель и др.

Доменные ферросплавы применяются в качестве легирующих добавок и раскислителей при выплавке сталей. К ним относятся ферромарганец (70-75% Mn и более, до 2% Si, до 0,45% Р и до 0,03% S), а также получаемые ранее в доменном производстве бедный ферросилиций (9-15% Si, до 3% Mn, 0,2% Р и до 0,04% S) и зеркальный чугун (15-25% Mn, 2% Si, 0,2% P и до 0,03%S).

3.4. Классификация и маркировка чугунов.

Чугуны классифицируют по нескольким признакам: назначению, свойствам, формам углеродных внедрений, составу металлической матрицы, зерненной структуре металлической матрицы, другим признакам.

По внешним признакам чугуны подразделяют на следующие виды:

- белый чугун, в котором углерод находится в виде цементита и перлита, что придает излому чугуна блеск;

- серый чугун, в котором углерод находится в виде пластинчатых зёрен графита, что и придаёт чугуну серый цвет.

Чугун, в котором углерод одновременно находится в виде цементита и графита, называется половинчатым.

По специальным свойствам чугуны классифицируют на:

- ковкий чугун, в чугуне зёрна углерода имеют хлопьевидную форму;

- высокопрочный чугун с зёрнами углерода шаровидной (глобуловидной) формы;

- жаростойкие чугуны, легированные хромом, никелем, кремнием, магнием;

- жаропрочные чугуны;

- ростоустойчивые чугуны;

- антифрикционные чугуны – хромоникелевые серые чугуны, высокопрочные и ковкие чугуны;

- коррозионностойкие чугуны;

- кислотостойкие чугуны - ферросилиды, антихлор, нирезист.

Характерные физические свойства чугунов приведены в таблице 3.1.

По виду первичных и эвтектических зёрен чугуны подразделяют на доэвтектические (2,14 – 4,3% углерода), эвтектические (4,3%), заэвтектические (4,3 – 6,67%).

По химическому составу чугуны подразделяют на: нелегированные (общего назначения), легированные (специального назначения).

По степени легирования чугуны подразделяют на: простые, низколегированные (до 2,5% легирующих элементов), среднелегированные (2,5- 10% легирующих элементов), высоколегированные (свыше 10% легирующих элементов).

В зависимости от физико-механических свойств чугуны можно разделить по твердости на четыре группы: мягкие (HB < 149); средней твердости (HB149 – 197); повышенной твердости (HB197 – 269); твердые (HB > 269).

По прочности чугуны можно разделить на три группы:

- обыкновенной прочности (σ_В ≤ 20 кгс/мм²⁾ - серые чугуны;

- повышен­ной прочности (σ_В = 20 – 38 кгс/мм²) - серые и ковкие чугуны;

- высокой прочности (σ_В ≥ 40 кгс/мм²) - ковкие и высокопрочные чугуны с шаровидным графитом.

По фазово-зёренному составу металлической основы чугуны подразделяют на: перлитный, ферритный, перлитно-ферритный, аустенитный, бейнитный (табл. 3.1).

Углерод в чугуне может находиться в составе цементита, феррита, аустенита, перлита, ледебурита в виде свободного углерода (графита). В чугуне может присутствовать часть или все из перечисленных фаз.

Форма частиц свободного углерода оказывает значительное влияние на свойства чугунов. В сером чугуне частички графита имеют пластинчатую форму, в высокопрочном – шаровидную (глобуловидную), в ковком – хлопьевидную.

Чугуны маркируют двумя буквами и двумя цифрами, соответствующими минимальному значению временного сопротивления (_в) при растяжении в МПа 10^-1. Серый чугун обозначают буквами "СЧ" (ГОСТ 1412-85), высокопрочный - "ВЧ" (ГОСТ 7293-85), ковкий - "КЧ" (ГОСТ 1215-85). Например: СЧ 10 - серый чугун с пределом прочности при растяжении _в=100 МПа - 10 кг/мм². ВЧ 70-5 - высокопрочный чугун с пределом прочности при растяжении _в=700 МПа (70 кг/мм²) и максимальным относительным удлинением 5%; КЧ35 - ковкий чугун с пределом прочности при растяжении _в=350 МПа (35 кг/мм²).

Табл. 3.1.

Виды металлических матриц и формы графита в чугунах. Условные обозначения: Ф – феррит, П – перлит, Гр – графит.

Для работы в узлах трения со смазкой применяют отливки из антифрикционного чугуна АЧС-1, АЧС-6, АЧВ-2, АЧК-2 и других подобных чугунов, что расшифровывается следующим образом: АЧ - антифрикционный чугун, С - серый, В - высокопрочный, К - ковкий; цифры обозначают порядковый номер сплава согласно ГОСТ 1585-79.

Передельные чугуны маркируются следующим образом: передельный чугун – П1, П2, передельный чугун для отливок — ПЛ1, ПЛ2, передельный фосфористый чугун – ПФ1, ПФ2, ПФ3, передельный высококачественный чугун – ПВК1, ПВК2, ПВК3.