4. Ковкий чугун

Ковкий чугун получают отжигом белого чугуна. Хорошие свойства у отливок из ковкого чугуна обнаруживаются в случае, если в процессе кристаллизации и охлаждения отливок в форме не произойдет процесс графитизации. Чтобы предотвра­тить графитизацию, чугун должен иметь пониженное содержание углерода и кремния, а отливки незначительную толщину стенок, обычно до 25 мм. Ориентировочный состав ковкого чугуна: 2,4... 3,0% С, 0,8... 1,4% Si, 0,3... 1,0% Мn, Р<0,2% и S<0,1%

№ 43.Из чего состоит структура литого ковкого чугуна до отжига?

Ответ: структура состоит из 1) Ф+П, с. 218; 2) П+Ц_II, с. 219; 3) П + Л+Ц_II, с. 218.

Формирование окончательной структуры и свойств отливок из ковкого чугуна происходит в процессе отжига. На рис. 99 приведены схемы режимов отжига ковкого чугуна.

Отжиг на ферритный ковкий чугун. Отливки выдерживаются в печи при температуре 950...1000°С в течение 15...20 часов. При этом происходит разложение цементита Fe₃CFe_(C) + С (графит), и структура после выдержки состоит из аустенита и графита (углерода отжига). При медленном охлаждении в интервале 760 . . . 720°С (режим а на рис. 99) происходит раз­ложение цементита перлита, и структура после отжига состоит из феррита и углерода отжига: получается ферритный ковкий чугун, рис. 96, а. При относительно быстром охлаждении (режим б, рис. 99) вторая стадия графитизации полностью устраняется и получается перлитный ковкий чугун, рис. 96, в. Структура чугуна, отожженного по режиму рис. 99, в, состоит из перлита, феррита и углерода отжига, рис. 96, б. Отжиг является длительной (70 ... 80 часов) и дорогостоящей операцией технологического процесса производства отливок из ковкого чугуна. В последнее время за счет ряда усовершенствований длительность отжига в автопромышленности сокращена до 30... 40 часов.

В соответствии с ГОСТом 1215—59 различают 7 марок ков-

Таблица 5

Марки, основные механические свойства и структуры серых, ковких и высокопрочных чугунов (выборка)

Марка	в кГ/мм2	изг кГ/мм2	0,2 кГ/мм	 %	НВ кГ/мм2	Структура
Серые чугуны ГОСТ 1412-70
СЧ 12-28	12	28	—	до 0,5	143...229	Ф, (Ф+Л)
СЧ 24—44	24	44	—	„	170...246	П
СЧ 32—52	32	52	—	„	185...255	П (модифицированный)
Ковкие чугуны: ГОСТ 1215-59 ферритные
КЧ 30—6	30	—	—	6	163	Ф
КЧ 37—12	37	—	—	12	143
перлитные
КЧ 50—4	50	—	—	4	241	П
КЧ 63—2	63	—	—	2	269
Высокопрочные чугуны: ГОСТ 7293-70
ВЧ 40—10	40	—	30	10	170...207	Ф
ВЧ 45—5	45	—	38	5	187...255	Ф+П
ВЧ 60—2	60	—	42	2	197...269	П
ВЧ 120-4	120	—	90	4	302...369	П

кого чугуна (3 с ферритной — и 4 с перлитной металлической основной). Ковкий чугун маркируется: КЧ (ковкий чугун) и два числа, из которых первое показывает предел прочности на разрыв, второе — относительное удлинение. В таблице 5 приведены несколько марок ковкого чугуна, их свойства и структура. По механическим и технологическим свойствам ковкий чугун занимает промежуточное место между сталью и серым чугуном. Недостатком ковкого чугуна по сравнению с высокопрочным чугуном является ограничение толщины стенок для отливок из ковкого чугуна и необходимость отжига.

Мелкие отливки преимущественно из ферритного ковкого чугуна используются в весьма различных отраслях промышленности: в авто-тракторостроении, сельскохозяйственном машиностроении и в других областях. Такими отливками являются картеры редукторов, корпусы подшипников, звездочки приводных цепей, храповики, фитинги.

№ 44. Задний мост грузовых автомашин работает в условиях динамических нагрузок. Какой материал можно использовать для изготовления таких деталей?

Ответ: 1) модифицированный серый чугун, с. 218; 2) ферритный ковкий чугун, с. 219; 3) стальное литье, с. 219.

№ 45. Какой материал целесообразно использовать для изготовления бытовых ванн?

Ответ: 1) СЧ12—28, с. 217; 2) КЧЗО—6, с. 218; 3) ВЧ40— 10, с. 219.

Помимо серых, ковких и высокопрочных чугунов известное применение имеют отбеленные чугуны.

Отбеленными называются чугунные отливки, поверхностная зона которых состоит из белого чугуна, а во внутренних зонах имеет место серый или высокопрочный чугун. Отбеленные чугуны имеют 2,8. ..3,6% углерода и пониженное содержание кремния 0,5... 0,8%. Отбеленные чугуны имеют высокую поверхностную твердость 950 . . . 1000 HV и очень высокую износостойкость. Они используются для изготовления прокатных валков, вагонных колес с отбеленным ободом, шаров для шаровых мельниц и т. д.

Для изготовления деталей, работающих в условиях абразивного износа используют белые чугуны, легированные хромом, хромом и марганцем, а также хромом и никелем (нихард). Отливки из этих чугунов отличаются высокой твердостью и износостойкостью.

Для деталей, работающих в условиях износа при высоких температурах, используются высокохромистые (до 34% хрома) и хромоникелевые чугуны. Жаростойкость достигается также легированием чугуна кремнием (5... 6% Si) и алюминием (1 ...2% А1). Коррозионная стойкость чугунов повышается при легировании хромом, никелем, кремнием.

Свойства чугунов можно в значительной степени изменять также термической обработкой.

. Пояснения к ответам на вопросы

№ 1—1. Ошибаетесь, lp-подуровня не существует. Посмотрите материал на с. 15.

№ 2—2. Ошибаетесь. Какая решетка имеет большую плотность упаковки?

№ 5—1. Вы ошибаетесь. На с. 173 посмотрите из чего состоит перлит. Посмотрите также ответ 1 на вопрос 4.

№ 7—1. Неправильно. Определите количество аустенита при 727° по правилу отрезков. Количество перлита после превращения будет столько же.

№ 9—2. Вы не совсем правы. При температуре 3 весь углерод в сплаве еще может быть растворен в аустените, но аустенит уже насыщен углеродом.

№ 14—1. Вы ошибаетесь. Ледебурит не фаза, а смесь фаз Л.+ Д.

№ 15—3. Ответ правильный.

№ 11—2. Ответ правильный. Образуется ледебурит.

№ 13—3. Неправильно. Когда температура только что достигла 1147°С, цементит еще не образовался.

№ 18—3. Ответ не совсем правильный. Si не относится к вредным элементам.

№ 16—3. Неправильно. Так определяется состав жидкой фазы, который изменяется по линии ликвидус.

№ 19—3. Неправильно. Растворяться в феррите могут лишь посторонние атомы, а не включения, представляющие совокупность атомов.

№ 21—1. Ошибаетесь. Так как инструмент изготавливается из вьгсокоуглеродистой стали с очень плохой свариваемостью, то сварка при изготовлении таких изделий не может быть использована.

№ 1—2. Вы ошибаетесь. Для переходных металлов раньше заполняется s-подуровень, после чего идет достройка d-подуровня, см. с. 15.

№ 2—1. Правильно. Плотность решетки о. ц. к. меньше плотности решетки г. ц. к.

№ 3—2. Ответ неполный. Какое превращение при 1499°С?

№ 4—2. Неправильно. Посмотрите ответ 1 на этот вопрос.

№ 5—3. Правильно.

№ 6—3. Неправильно. При 727°С существуют 3 фазы. Кроме того сущность превращения следует знать более конкретно.

№ 7—2. Правильно, так как в перлит превращается весь аустенит, который был при 727°С.

№ 8—2. Неправильно. Вы перепутали методику определения количества и состава фаз, см. с. 125... 128.

№ 10—2. Неправильно. Вы определили количество аустенита при 727°С, который превращается в перлит.

№ 11—1. Ответ правильный, но не конкретный. У эвтектики есть свое название.

№ 13—1. Неправильно. При температуре 1147°С кристаллизация еще продолжается, значит есть жидкость. Определите количество ее по правилу отрезков.

№ 14—3. Вы ошибаетесь. Таково состояние системы между точками 2 и 2' на кривой охлаждения, т. е. когда кристаллизация еще идет. Вопрос же касается состояния в точке 2', когда кристаллизация закончилась.

№ 15—2. Правильно, но объяснение недостаточно исчерпывающее.

№ 2—3. Ошибаетесь. Разве плотность упаковки в этих решетках одинаковая?

№ 3—1. Неправильно. Разве при 727°С кристаллизуется жидкая фаза, чтобы назвать такое превращение эвтектическим?

№ 4—3. Правильно.

№ 5—2. Неправильно. Перлит состоит из Ф и Ц. Значит он не является фазой, а структурной составляющей. По­смотрите ответ 1 на вопрос 4.

№ 6—1. Отмечены не все фазы. Ведь при 727°С одна из отме­ченных фаз претерпевает превращение и появляется: третья фаза.

№ 7—3. Неправильно. Вы определили количество феррита при 727°С. Определите количество той фазы, которая превращается в перлит.

№ 8—3. Ошибаетесь. Вы определили количество жидкой фа­зы, см. с. 125 . . . 128.

№ 9—3. Совершенно правильно.

№ 10—1. Правильно. Сколько Цц в сплаве при 727°, столько^ его будет и в структуре сплава.

№ 11—3. Неправильно. Ведь превращается жидкая фаза, ко­торой при эвтектоидном превращении нет.

№ 12—1. Ответ правильный, но не совсем точный (неясно что превращается в перлит).

№ 16—2. Ответ правильный.

№ 17—3. Правильно.

№ 18—1. Ошибаетесь. Si и Мп не является вредными элемен­тами.

№ 19—1. Ошибаетесь. Внутри зерна такие включения наиме­нее опасны.

№ 1—3. Правильно.

№ 3—3. Правильно. При этих температурах существуют три фазы и С = 0.

№ 4—1. Ошибаетесь. Ледебурит Л не является фазой. Он состоит из Л и Д. Для определения фазового состоя­ния возьмите любую точку в данной области, прове­дите коноду и, спроектировав точки пересечения ко-ноды с ближайшими линиями диаграммы на ось кон­центрации, найдите состав, а значит и природу фаз.

№ 6—2. Правильно.

№ 8—1. Ваш ответ правильный.

№ 9—1. Вы ошибаетесь. Разве в области SECFK существует углерод, как фаза? Проверьте каков состав и какие фазы в этой области.

№ 10—3. Неправильно. Ведь это абсурд. Вы получили цемен­тита больше, чем количество всего сплава. Посмот­рите материал на с. 128.

№ 12—2. Ответ правильный.

№ 17—2. Ответ правильный, но неточный.

№ 18—2. Правильно. Эти элементы по разным причинам сни­жают качество стали.

№ 19—2. Правильно. Во всех случаях выделение посторонних фаз по границам зерна наиболее сильно охрупчивает материал.

№ 22—3. Ответ правильный, но неконкретный, см. с. 145.

№ 21—3. Ошибаетесь. Инструмент штамповкой обычно не изготовляется.

№ 25—1. Правильно.

№ 12—3. Неправильно. Ведь перлит состоит из фаз феррита и цементита.

№ 13—2. Ответ правильный.

№ 14—2. Правильно. Таково состояние системы после окончания кристаллизации жидкости.

№ 15—1. Ответ неполный. Здесь имеют место и некоторые изменения структуры сплава из-за изменения состава фаз при понижении температуры. Проверьте состав аустенита в точках 2 и 3.

№ 16—1. Неправильно. Так определяется количество фаз и этим путем определить природу фазы нельзя.

№ 17—1. Ошибаетесь. Разве в этих условиях фазы одни и те же?

№ 20—1. Ошибаетесь. Эта сталь имеет пониженную пластичность из-за повышенного содержания углерода и кремния.

№ 21—2. Ответ правильный.

№ 23—2. Правильно. Так как в решетке г. ц. к. размеры пор больше.

№ 24—1. Правильно. У этих сплавов нет фазовых превращений в твердом состоянии.

№ 26—2. Ошибаетесь. По рис. 1 посмотрите, разве неметаллы имеют недостроенную d-орбиталь.

№ 27—3. Ответ правильный только в случае, если в сплаве много углерода.

№ 20—3. Правильно. Пластичность хорошая: мало углерода и кремния до 0,03%.

№ 22—2. Правильно. При этом происходят диффузионные процессы, выравнивающие состав стали в пределах зерен.

№ 23—1. Ошибаетесь. Объемы отдельных пор в решетке Fe_a о. ц. к. меньше, чем в решетке Fe_ г. ц. к.

№ 24—2. Ошибаетесь. Все такие сплавы имеют превращение , поэтому могут подвергаться всем видам термообработки.

№ 25—3. Неправильно. Область а+  у этих сплавов при меньшем содержании марганца.

№ 26—1. Ответ неточный.

№ 28—3. Ответ правильный.

№ 30—1. Ошибаетесь. Гораздо выше.

№ 31—1. Ответ неполный.

№ 33—3. Неправильно. Прочтите внимательно как создается марка легированной стали.

№ 34—3. Ответ правильный.

№ 35—2. Правильно. Пои малой скорости охлаждения степень, переохлаждения мала (рис. 13). Если кристаллизация происходит при температуре выше 1147°С, то согласно рис. 92 возможно образование только смеси, аустенита и графита.

№ 36—2. Неправильно. Еще раз прочтите материал.

№ 39—1. Неправильно. Металлическая основа всех этих чугунов может быть одинакова.

№ 45—1. Правильно. Материал имеет хорошие литейные свойства, дешев, достаточно прочен.

№ 40—2. Правильно. При этом главным образом увеличением кремния, так как изменять в широких пределах состав по углероду, особенно при плавке чугуна в вагранке, трудно.

№ 20—2. Неправильно. Эта сталь недостаточно пластична: (много углерода).

№ 22—1. Неправильно. Отливки являются полуфабрикатом, который подвергается только механической обработке.

№ 24—3. Ошибаетесь. Ведь все эти сплавы имеют превращение в твердом состоянии. Подумайте, что это значит с точки зрения возможностей термообработки?

№ 25—2. Неправильно. Ферритную структуру имеют сплавы при низком содержании марганца (Mn<12%).

№ 26—3. Совершенно верно.

№ 27—1. Неправильно. Если углерода мало, карбидов хрома, в структуре может не быть.

№ 29—1. Ошибаетесь. Посмотрите внимательно рис. 88.

№ 30—3. Ответ правильный.

№ 31—3. Ответ правильный.

№ 32—1. Неправильно. В эвтектоидной стали с 5%Cr меньше-0,5% С.

№ 33—2. Правильно.

№ 35—3. Неправильно. При малых скоростях охлаждения кристаллизация происходит при малых переохлаждениях.. Исходя из рис. 92 подумайте, какие фазы в этих условиях могут образоваться.

№ 37—2. Ошибаетесь. Ведь толстостенная отливка охлаждается медленно. Подумайте, как это должно отразиться на второй стадии графитизации.

№ 30—2. Неправильно. Посмотрите еще раз рис. 88.

№ 32—3. Неправильно. Чтобы сталь с 5% Сr была ледебуритной нужно, чтобы в ней было больше 1,5% углерода.

№ 34—2. Вы очень невнимательно прочитали материал о маркировке легированных сталей.

№ 36—3. Правильно. В этих условиях жидкость кристаллизуется в смесь A + Ц несмотря на то, что G этих фаз; выше, чем фаз А +Г. Это объясняется тем, что образование цементита, состав которого ближе к составу жидкости, чем у графита, протекает более легко (требуется значительно меньшая развитость диффузионных процессов).

№ 38—3. Правильно. Имеем ферритный чугун.

№ 39—2. Неправильно. Прочтите внимательно материал на с. 204.

№ 40—3. Теоретически Вы правы, но практически реализовать влияние изменения скорости охлаждения отливки в форме трудно. См. ответ 1 на этот вопрос.

№ 41—2. Неправильно. Структура этого чугуна будет П+ Ф + Г.

№ 42—2. Неправильно. Изгиб менее жесткое нагружение, чем растяжение.

№ 43—1. Ошибаетесь. Это структура доэвтектоидной стали.

№ 44—1. Решение неправильное. Этот материал недостаточно прочен при динамических нагрузках.

№ 45—2. Неправильно. Для таких деталей нет необходимости в материале с такими высокими механическими свойствами. Стоимость изделий будет высокая.

№ 28—1. Неправильно. В этих сплавах Fe₃C совсем нет, см. рис. 87, а.

.№ 32—2. Правильно.

№ 27—2. Правильно, так как титан является наиболее активным карбидообразующим элементом.

№ 29—3. Ошибаетесь. В эвтектоидной стали этого состава 0,23% С.

№ 31—2. Ответ неполный.

№ 38—1. Ошибаетесь. В этом случае 0,8% С должно быть в цементите перлита.

№ 33—1. Ошибаетесь. Эта марка не отражает высокое качество стали.

№ 37—1. Правильно. Скорость охлаждения такой отливки большая, поэтому процесс графитизации цементита, входящего в перлит, не успевает реализоваться в достаточной степени.

№ 40—1. Теоретически правильно, но скорость охлаждения зависит от толщины стенки отливки и теплопроводности формы, чего практически изменить трудно.

№ 41—3. Неправильно. При таком содержании кремния мы попадаем в область половинчатых чугунов со структурой П + Ц + Г.

№ 42—1. Правильно. У серых чугунов эти характеристики очень низки.

№ 43—3. Правильно. Это структура дозвтектического белого чугуна, которая после отжига дает структуру ковкого чугуна.

№ 44—3. Неправильно. Получить тонкостенные отливки из стали очень трудно.

№ 29—2. Ответ правильный.

№ 34—1. Ошибаетесь. Что показывает первое число в марке стали?

№ 38—2. Ответ неточный. Углеродом является также алмаз.

№ 36—1. Вы ошибаетесь в части образующихся фаз. Подумайте, что образуется, если кристаллизация происходит при температуре ниже 1147°С, см. рис. 92.

№ 39—3. Правильно. Форма графитовых включений является основой для того, чтобы считать чугун серым, ковким или высокопрочным.

№ 41—1. Правильно. Попадаем примерно в середину области перлитных чугунов.

№ 42—3. Неправильно. Концентраторы напряжений наиболее сильно снижают прочностные свойства при жестком характере нагружения.

№ 43—2. Вы неправы. Такую структуру имеет заэвтектоидная сталь.

№ 44—2. Правильно. Материал достаточно хорошо сопротивляется действию динамических нагрузок, обладает удовлетворительными литейными свойствами.

№ 45—3. Для таких деталей нет необходимости в таком прочном материале. Стоимость изделий будет высокая.

№ 28—2. Ошибаетесь. По рис. 87, а это имеет место при содержаниях хрома 2 ... 3%.

№ 35—1. Неправильно. Посмотрите ответ 3 на этот вопрос.

1Опубликовано отдельной брошюрой.

231