Технология сварки чугуна

11.1. Состав и свойства

Чугун получил широкое распространение как конструкционный ма­териал в машиностроительной, металлургической и других отраслях промышленности в связи с рядом преимуществ перед многими материа­лами, среди которых ос-новные - невысокая стоимость и хорошие литей­ные свойства. Изделия, изготов-ленные из него, имеют достаточно высо­кую прочность и износостойкость при работе на трение и характеризуют­ся меньшей, чем сталь, чувствительностью к концентраторам напряже­ний. Наряду с перечисленными преимуществами из-делия из серого ли­тейного чугуна хорошо обрабатываются режущим инстру-ментом. По­следнее вместе с хорошими литейными свойствами позволяет оце-нить чугун как весьма технологичный материал.

К чугунам относятся сплавы железа с углеродом, содержание кото­рого превышает 2,11 % (2,14 %). В этих сплавах обычно присутствует также крем-ний и некоторое количество марганца, серы и фосфора, а ино­гда и другие эле-менты, вводимые как легирующие добавки для придания чугуну определенных свойств. К числу таких легирующих элементов можно отнести никель, хром, магний и др.

В зависимости от структуры чугуны подразделяют на белые и се­рые. В белых чугунах весь углерод связан в химическое соединение кар­бид железа Fe₃C - цементит. В серых чугунах значительная часть углеро­да находится в структурно-свободном состоянии в виде графита. Если серые чугуны хорошо поддаются механической обработке, то белые об­ладают очень высокой твер-достью и режущим инструментом обрабатываться не могут. Поэтому белые чугуны для изготовления изделий при­меняют крайне редко, их используют главным образом в виде полупро­дукта для получения ковких чугунов. Полу-чение белого или серого чугу­на зависит от состава и скорости охлаждения.

В зависимости от структуры чугуны классифицируют на высоко­прочные (с шаровидным графитом) и ковкие. По степени легирования чугуны подраз-деляют на простые, низколегированные (до 2,5 % леги­рующих элементов), среднелегированные (2,5 ... 10 % легирующих эле­ментов) и высоколегирован-ные (свыше 10 % легирующих элементов).

Шире всего используют простые и низко­легированные серые литейные чугуны.

Главный процесс, формирующий структуру чугуна, - процесс графити-зации (выделение углерода в структурно-свободном виде), так как от него за-висит не только количество, форма и распреде­ление графита в структуре, но и вид ме­таллической основы (матрицы) чугуна. В зависимости от степени графи-тизации матрица можетбыть перлитно-цементитной (П + Ц), перлитной (П), перлитно-ферритной (П + Ф) и ферритной (Ф). Це­ментит перлита называют эвтектоидным, остальной цементит - структурно-свободным. Некоторые эле-ввменты, вводи­мые в чугун, способствуют графитизации, другие - препятствуют. На рис. 11.1 знаком "-" обозначена графитизирующая способ-

ность рассматриваемых элементов, знаком "+" задерживающее процесс графи-тизации действие (отбеливание). Как следует из приведен­ной схемы, наиболь-шее графитизирующее действие оказывают углерод и кремний, наименьшее - кобальт и медь.

Рис. 11.1. Влияние различных легирующих элементов на

процесс графитизации углерода в чугунах

Наиболее сильно задерживают процесс графитизации (оказывают отбе-ливающее действие) сера, ванадий, хром. Поэтому в серых литейных чугунах всегда содержится значительное количество кремния.

Из рис. 11.2 следует, что при определенном содержании углерода увели-чение содержания кремния при прочих равных условиях способст­вует графити-зации чугуна и уменьшению количества цементита в базо­вой структуре (П -> Ф).

Рис. 11.2. Совместное влияние углерода и кремния на структуру чугуна:

П - перлит; Ф - феррит; Ц - цементит; Г - графит

Серый чугун маркируется буквами СЧ и цифрами, обозначающими пре-дел прочности чугуна данной марки при растяжении в МПа • 10^-1. Наибольшее распространение получили чугуны марок: СЧ10, СЧ15, СЧ25, СЧЗО, СЧ35. Прочность серых чугунов всех марок при сжатии зна­чительно превышает проч-ность при растяжении. Например, для чугуна марки СЧ20, имеющего предел прочности при растяжении 200 МПа, пре­дел прочности при сжатии составляет 800 МПа. Для увеличения прочно­сти чугуна графитовым включения придают шарообразную форму путем введения магния в ковш перед разливкой. При этом чугун приобретает и некоторую пластичность.

Высокопрочные чугуны маркируют буквами ВЧ и цифрами, характери­зующими временное сопротивление чугуна при растяжении в МПа • 10^-1. Нап-ример, ВЧ 60 или ВЧ 40.

Ковкие чугуны маркируют буквами КЧ и цифрами, обозначающими вре-менные сопротивления при растяжении (МПа • 10^-1) и относительное удлине-ние (%). Примерами марок ковких чугунов могут служить КЧ 30-6; КЧ 33-8; КЧ 35-10; КЧ 37-12 с ферритной металлической основой и КЧ 45-7; КЧ 50-5 и

КЧ 60-3, имеющие перлитную основу.

Структура чугуна в большой степени зависит от скорости охлажде­ния. Например, при постоянстве суммарного содержания углерода и кремния, а так-же других элементов, входящих в его состав, можно полу­чить ферритный, пер-литный, а также перлитно-ферритный чугун.