Чугуны

Чугунами называют сплавы железа с углеродом, в которых содержание углерода превышает 2,14%.механические свойства и области применения чугуна определяются его структурой, в которой важнейшую роль играет углеродная составляющая сплава. По виду последней различают белые, серые, высокопрочные и ковкие чугуны. Углерод в составе чугуна может быть в виде карбида Fe₃C, графита и их смеси.

В белом чугуне весь углерод находится в связанном состоянии в виде карбида. В других чугунах углерод в значительной степени или полностью находится в свободном состоянии в виде графита, что определяет

прочностные свойства сплава, их подразделяют на:

1) серые - пластинчатая или червеобразная форма графита;

2) высокопрочные - шаровидный графит;

3) ковкие - хлопьевидный графит.

Серый чугун — наиболее широко применяемый вид чугуна (машиностроение, сантехника, строительные конструкции) — имеет включения графита пластинчатой формы. Для деталей из серого чугуна характерны малая чувствительность к влиянию внешних концентраторов напряжений при циклических нагружениях и более высокий коэффициент поглощения колебаний при вибрациях деталей (в 2-4 раза выше, чем у стали). Важная конструкционная особенность серого чугуна — более высокое, чем у стали, отношение предела текучести к пределу прочности на растяжение. Наличие графита улучшает условия смазки при трении, что повышает антифрикционные свойства чугуна. Свойства серого чугуна зависят от структуры металлической основы, формы, величины, количества и характера распределения включений графита. Перлитный серый чугун имеет высокие прочностные свойства и применяется для цилиндров, втулок и др. нагруженных деталей двигателей, станин и т.д. Для менее ответственных деталей используют серый чугун с ферритно-перлитной металлической основой.

Белый чугун представляет собой сплав, в котором избыточный углерод, не находящийся в твёрдом растворе железа, присутствует в связанном состоянии в виде карбидов железа Fe3C (цементит) или т. н. специальных карбидов (в легированном чугуне). Кристаллизация белых чугунов происходит по метастабильной системе с образованием цементита и перлита. Белый чугун вследствие низких механических свойств и хрупкости имеет ограниченное применение для деталей простой конфигурации, работающих в условиях повышенного абразивного износа. Легирование белого чугуна карбидообразующими элементами (Cr, W, Mo и др.) повышает его износостойкость.

Половинчатый чугун содержит часть углерода в свободном состоянии в виде графита, а часть — в связанном в виде карбидовека. Применяется в качестве фрикционного материала, работающего в условиях сухого трения (тормозные колодки), а также для изготовления деталей повышенной износостойкости (прокатные, бумагоделательные, мукомольные валки).

Ковким называется чугун в отливках, изготовленных из белого чугун и подвергнутых последующему графитизирующему отжигу, в результате чего цементит распадается, а образующийся графит приобретает форму хлопьев. Ковкий чугун обладает лучшей демпфирующей способностью, чем сталь, и меньшей чувствительностью к надрезам, удовлетворительно работает при низких температурах. Механические свойства ковкого чугуна определяются структурой металлической основы, количеством и степенью компактности включений графита. Металлическая основа ковкого чугуна в зависимости от типа термообработки может быть ферритной, ферритно-перлитной и перлитной. Наиболее высокими свойствами обладает ковкий чугун, имеющий матрицу со структурой зернистого перлита; им можно заменять литую или кованую сталь. В тех случаях, когда требуется повышенная пластичность, применяют ферритный ковкий чугун. Для интенсификации процесса графитизации при термообработке ковкий чугун модифицируют Te, В, Mg и др. элементами. Ковкий чугун используют в основном в автомобиле-, тракторо- и сельхозмашиностроении.

Высокопрочный чугун, характеризующийся шаровидной или близкой к ней формой включений графита, получают модифицированием жидкого чугуна присадками Mg, Ce, Y, Ca и некоторых др. элементов. Шаровидный графит в наименьшей степени ослабляет металлическую матрицу, что приводит к резкому повышению механических свойств чугуна с чисто перлитной или бейнитной структурой, приближая их свойства к свойствам углеродистых сталей. Такой чугун применяется для замены стальных литых и кованых деталей (коленчатые валы двигателей, компрессоров и т.д.), а также деталей из ковкого или обычного серого чугуна.

Легированные чугуны. Для улучшения прочностных, эксплуатационных характеристик или придания чугуну особых свойств (износостойкости, жаропрочности, жаростойкости, коррозионностойкости, немагнитности и т.д.) в его состав вводят легирующие элементы (Ni, Cr, Cu, Al, Ti, W, V, Mo и др.).

Маркировка чугунов.

Обозначения марок доменных чугунов содержат буквы и цифры. Буквы указывают основное назначение чугуна: П — передельный для кислородно-конверторного и мартеновского производства и Л — литейный для чугунолитейного производства. Литейный коксовый чугун обозначают ЛК, в отличие от чугуна, выплавленного на древесном угле (ЛД). С увеличением числа в обозначении марки уменьшается содержание кремния (например, в чугуне ЛК5 содержится меньше кремния, чем в чугуне ЛК4). Каждая марка чугуна в зависимости от содержания Mn, Р, S подразделяется соответственно на группы, классы и категории. Марки чугуна литейного производства, как правило, обозначаются буквами, показывающими основной характер или назначение чугуна:

СЧ — серый чугун (ферритные -СЧ10,СЧ15, СЧ18; перлитные -СЧ30,СЧ35, СЧ40 ; сталистые- СЧ24,СЧ25 ). Буквы: С-серый ,Ч – чугун .Цифры соответствуют минимальному значению временного сопротивления при растяжении в кг/ мм².

ВЧ — высокопрочный ( ВЧ35,ВЧ40, ВЧ60, ВЧ100 ). Буквы В-высокопрочный , Ч-чугун. Цифры соответствуют минимальному значению временного сопротивления при растяжении в кг/ мм².

КЧ — ковкий ( ферритные- КЧ37-12, КЧ35-10; перлитные- КЧ50-4, КЧ56-4,КЧ60-3). Буквы: К-ковкий,Ч-чугун. Первая цифра соответствуют минимальному значению временного сопротивления при растяжении в кг/ мм², вторые -относительное удлинение в %.

АЧС, АЧВ, АЧК - антифрикционный чугун ( АЧС-1,АЧС-2, АЧВ-2 ). Буква А впереди означает то, что чугун антифрикционный. Цыфра- порядковый номер по ГОСТУ

Легированный чугун – ЧХ28, ЧХ32, ЧС13, ЧН15Д7,ЧН19Х3Ш. Обозначение марок легированных чугунов состоит из букв, указывающих, какие легирующие элементы входят в состав чугуна, и стоящих непосредственно за каждой буквой цифр, характеризующих среднее содержание данного легирующего элемента; при содержании легирующего элемента менее 1,0% цифры за соответствующей буквой не ставятся. Условное обозначение химических элементов такое же, как и при обозначении сталей (Сталь). Пример обозначения легированных чугунов: ЧН19ХЗ — чугун, содержащий ~19% Ni и ~3% Cr. Если в легированном чугуне регламентируется шаровидная форма графита, в конце марки добавляется буква Ш (ЧН19ХЗШ).

              Углеродистые конструкционные стали

• Стали углеродистые обыкновенного качества

• Стали углеродистые качественные конструкционные

• Стали углеродистые специального назначения

• Стали листовые

Стали углеродистые обыкновенного качества

Эти наиболее широко распро­страненные стали поставляют в виде проката в нормализованном состоянии и применяют в ма­шиностроении, строительстве и в других отрас­лях народного хозяйства.

Углеродистые стали обыкновенного качества обозначают буквами Ст и цифрами от 0 до 6. Цифры — это условный номер марки. Чем боль­ше число, тем больше содержание углерода, вы­ше прочность и ниже пластичность.

В зависимости от назначения и гарантируе­мых свойств углеродистые стали обыкновенного качества поставляют трех групп: А, Б, В (табл. 1). Индексы, стоящие справа от номера марки, означают: кп — кипящая, пс — полуспокойная, сп — спокойная сталь. Между индексом и номе­ром марки может стоять буква Г, что означает повышенное содержание марганца. В обозначе­ниях марок слева от букв Ст указаны группы (Б и В) стали.

По требованиям к нормируемым показате­лям (химического состава и механических свойств) стали обыкновенного качества подраз­деляют на категории. Категорию стали обозначают соответствующей цифрой правее индекса сте­пени раскисления, например Ст5ГпсЗ означает: сталь группы А, марки Ст5, с повышенным со­держанием марганца, полуспокойная, третьей ка­тегории. В случае заказа стали без указания сте­пени раскисления, но определенной категории, последняя пишется за номером марки через ти­ре, например Ст4—3. Сталь первой категории пи­шется без указания номера последней, например Ст4пс.

Химический состав сталей группы А не рег­ламентируют, а гарантируют    их    механические свойства .

Углеродистые стали обыкновенного качества 

Группы	Гарантируемые свойства в состоянии поставки	Марки (с учетом степени раскисления)	Кате­гории
А	Механиче­ские свой­ства	Ст0, Ст1кп,   Ст1пс,   Ст1сп, Ст2кп, Ст2пс,   Ст2сп,   Ст3кп, Ст3пс, Ст3сп, Ст3Гпс, Ст4кп, Ст4пс, Ст4сп,   Ст5пс,   Ст5сп, Ст5Гпс, Ст6пс, Ст6сп	1,2,3
Б	Химический состав	Б Ст0,   БСт1кп,   БСт1сп, БСт2кп,   БСт2пс,   БСт3кп, БСт3пс,   БСт3сп,   БСт3Гпс, БСт4кп,      БСт4пс, БСт6пс, Б Ст6сп	1,2
В	Механиче­ские свой­ства и хи­мический состав	ВСт1кп,   ВСт1пс,   ВСт1сп, ВСт2кп,   ВСт2пс,     ВСт2сп, ВСт3кп,   ВСт3пс,    ВСт3сп, ВСт3Гпс,   ВСт4кп,    ВСт4пс, ВСт4сп, ВСт5пс, ВСт5сп	1,2,3,4,5,6

 

Стали этой группы применяют обычно для деталей, не подвергаемых в процес­се изготовления горячей обработке (сварке, ковке и др.).

Сталь группы Б поставляют по химическому составу и применяют для деталей, которые про­ходят в процессе изготовления термообработку и горячую обработку давлением (штамповку, ковку). Механические свойства стали группы Б не гарантируют.

Механические свойства углеродистой стали обыкновенного качества

 

Марка	Предел прочности при растяжении, σв МПа	Относительное удлинение, δ %	Назначение
Ст0	310	20	Малонагруженные детали: шайбы, прокладки
Ст1 Ст2	310…400 330…420	32 20	Малонагруженные детали: болты, шпильки, гайки
Ст3 Ст4	370…470 410…520	24 22	Средненагруженные детали: рычаги, оси, кронштейны
Ст5 Ст6	500…640 600	17 12	Средненагруженные детали: оси, валы

Сталь группы В поставляют по механическим свойствам, соответствующим нормам для стали группы А, и по химическому составу, соответст­вующему нормам для стали группы Б. Сталь группы В используют в основном для сварных конструкций.