3.3.2. Высокопрочные чугуны

В высокопрочных чугунах частицы графита имеют шаровидную форму. Шаровидная форма графита получается за счет модифицирования чугунов, путем введения в расплав солей магния. Магний изменяет поверхностное натяжение графитовых частиц, в связи с чем они приобретают форму с минимальной поверхностью при данном объеме – форму шара.

Высокопрочные чугуны отличаются более высоким содержанием углерода, чем серые, – 3,0 – 3,6 %.

Шаровидные частицы графита значительно меньше ослабляют прочность чугунов при жестких способах нагружения, чем пластинчатые. По комплексу характеристик конструкционной прочности высокопрочные чугуны выгодно отличаются от других конструкционных материалов:

– лучшей износостойкостью, антифрикционностью и обрабатываемостью резанием – от сталей;

– большей прочностью (в 3 – 5 раз) и пластичностью – от серых чугунов;

– возможностью уменьшить толщину отливки и тем самым снизить массу детали при одновременном повышении надежности – по сравнению с серыми чугунами;

– возможностью применения всех видов упрочняющей термической обработки, как и для сталей.

Марки. Высокопрочные чугуны с шаровидным графитом маркируются буквами ВЧШГ (для краткости – ВЧ) (ГОСТ 7293–85) и числом, равным временному сопротивлению разрыву (МПа), уменьшенному в 10 раз.

Термообработка высокопрочных чугунов может быть разнообразной: закалка с отпуском, изотермическая закалка, сфероидизирующий отжиг. Частицы шаровидной формы не создают в сплаве концентраторов напряжений. Такая благоприятная форма позволяет применять к высокопрочным чугунам не только отжиг, но и упрочняющую термическую обработку, без опасения образования трещин от внутренних напряжений. После сфероидизирующего отжига, без дополнительной термообработки получают чугуны марок ВЧ35, ВЧ40. Применение изотермической закалки приводит к получению бейнитного чугуна. Это обеспечивает почти равную прочность с легированными сталями. Так, например, перлитный чугун в литом состоянии имеет σ_в= 600 – 700 МПа, а после изотермической закалки – 1100 – 1200 МПа. Чугуны ВЧ80, ВЧ100 применяют после закалки с отпуском.

Применение. Такие свойства позволяют применять высокопрочные чугуны не только для малоответственных литых деталей (марки ВЧ35 и ВЧ40), но и для деталей, работающих в условиях повышенных статических и динамических нагрузок (табл. 3.15).

Таблица 3.15

Применение высокопрочных чугунов

Примеры деталей	Марки	Классификация по металлической составляющей
Ступицы колес	ВЧ35, 40	Ферритный
Поршни, корпуса редукторов	ВЧ40, ВЧ45	Феррито-перлитный
Коробки передач, распределительные валы, коленчатые валы малофорсированных двигателей	ВЧ50, ВЧ60	Перлитный
Коленчатые валы высоконагруженных двигателей	ВЧ 100	Бейнитный

3.3.3. ЧУГУН С ВЕРМИКУЛЯРНЫМ ГРАФИТОМ

Разновидностью высокопрочных чугунов являются вермикулярные, в которых графит имеет форму коротких изогнутых прутков (червеобразную форму). Для получения этих чугунов при выплавке в расплав вводят не только магний, но и редкоземельные металлы. В вермикулярных чугунах около 70 % частиц графита имеют короткую, утолщенную форму, а остальные 30% – глобулярную.

Марки чугунов с вермиркулярным графитом содержат буквы ЧВГ (Ч – чу­гун, ВГ – вермикулярный графит) и числовое минимальное значение σ_в, МПа ·10^-1 (ГОСТ 28394–89).

Чугуны с вермикулярным графитом занимают промежуточное положение между серыми и высокопрочными. Они имеют повышенную прочность, теплопроводность, малую чувствительность механических свойств к толщине отливки и скорости охлаждения (в отличие от серых), меньшую линейную усадку – по сравнению с высокопрочными. В связи с этим чугуны с вермикулярным графитом являются перспективными для использования взамен серых чугунов при изготовлении ответственных и крупногабаритных отливок, работающих в условиях динамических и термодинамических нагрузок (табл. 3.16).

Таблица 3.16