Свойства и применение чугунов

Серые чугуны. Определяющее влияние на свойства чугуна оказывает углерод. Пластинки графита в сером чугуне играют роль надреза, ослабляющего его металлическую основу. Чем больше графитовых включений и чем они крупнее, тем ниже пластичность и прочность чугуна при растяжении. Но снижение углерода отрицательно сказывается на жидкотекучести и, следовательно, на литейных свойствах. Поэтому, чугуны с нижним пределом содержания углерода применяют для толстостенных отливок, с верхним - для тонкостенных. Кроме того, графит повышает износостойкость, антифрикционные и демпфирующие свойства серого чугуна вследствие "смазывающего" действия, улучшает обработку резанием (измельчает стружку).

Применяют ферритные серые чугуны СЧ 10, СЧ 15, СЧ 18 для слабо - и средне - нагруженных деталей: крышки, фланцы, маховики, корпуса редукторов, подшипников, насосов, а также суппорты, тормозные барабаны, диски сцепления и др. Ферритно - перлитные серые чугуны СЧ 20, СЧ 21, СЧ 25 применяют для деталей, работающих при повышенных статических и динамических нагрузках: блоки цилиндров, картеры двигателя, поршни цилиндров, барабаны сцепления, станины различных станков, зубчатые колёса и другие отливки.

Перлитные серые чугуны СЧ 30, СЧ 35 обладают наиболее высокими механическими свойствами, главным образом, из-за мелких разобщенных графитных включений. Используют их для деталей, работающих при высоких нагрузках или в тяжелых условиях износа: зубчатые колеса, гильзы блоков цилиндров, шпиндели, распределительные валы и пр. Чугуны этих марок обладают наибольшей герметичностью. По этой причине их широко применяют также для корпусов насосов, компрессоров, арматуры тормозной пневматики и гидроприводов.

Высокопрочные чугуны. Шаровидная форма графита в высокопрочных чугунах не является активным концентратором напряжений и в меньшей мере нарушает сплошность металлической основы по сравнению с пластинчатой формой в серых чугунах. Они обладают более высокой прочностью и некоторой пластичностью.

Используют высокопрочные чугуны для массивных отливок ответственного назначения, обладающих высокой усталостной прочностью, работающих при переменных нагрузках: оборудование прокатных станов (прокатные валки, массой до 12 т), кузнечно-прессовое оборудование (траверсы прессов, шаботы ковочных молотов), в турбостроении (корпуса паровых турбин, лопатки направляющего аппарата), в дизеле -,тракторо - и автомобилестроении (распределительные и коленчатые валы, поршни, шестерни) и многие другие ответственные детали, работающие при высоких циклических нагрузках и в условиях изнашивания.

Ковкие чугуны. Графит хлопьевидной формы в этих чугунах меньше снижает механические свойства металлической основы в отличие от пластинчатого, вследствие чего ковкий ферритный чугун по сравнению с серым обладает более высокой пластичностью, а перлитный - более высокой прочностью, твердостью, высоким сопротивлением удару.

Изготавливают из ковкого чугуна, главным образом, тонкостенные детали сложной конфигурации, работающие при высоких статических и динамических нагрузках: картеры заднего моста, ступицы грузовых автомобилей, различные педали, тормозные колодки и т. д. Большая плотность отливок из ковкого чугуна позволяет изготовлять детали водо- и газопроводных установок. Хорошие литейные свойства исходного белого чугуна позволяют получать отливки сложной формы. Недостаток ковких чугунов - повышенная стоимость из-за продолжительного дорогостоящего отжига.

Антифрикционные чугуны. Основные служебные свойства - антифрикционность и сопротивление усталости. Антифрикционность - способность материала обеспечить низкий коэффициент трения скольжения, и тем самым, низкие потери на трение и малую скорость изнашивания сопряженной детали - стального или чугунного вала. Антифрикционность обеспечивают следующие свойства сплавов: высокую теплопроводность; хорошую смачиваемость смазочным материалом; хорошую прирабатываемость, основанную на способности материала при трении легко пластически деформироваться и увеличивать площадь фактического контакта; способность образовывать на поверхности защитные пленки мягкого металла.

Сопротивление усталости характеризуется пределом выносливости, т.е. наибольшим напряжением, которое может выдержать металл без разрушения заданное число раз.

Достоинство чугунов - невысокая стоимость; недостатки - низкая прирабатываемость по сравнению с другими антифрикционными материалами, чувствительность к недостаточности смазочного материала и пониженная стойкость к воздействию ударной нагрузки. И, тем не менее, антифрикционные свойства для ряда чугунов весьма высокие, а в некоторых условиях могут быть лучше, чем у бронз.

Предназначены антифрикционные чугуны для изготовления подшипников (опор) скольжения, работающих как при малых, так и при повышенных скоростях скольжения.

Легированные чугуны. По условиям эксплуатации различают легированные чугуны жаростойкие, жаропрочные, износостойкие, коррозионностойкие и немагнитные.

Хромистые чугуны применяют, главным образом, как жаростойкие, коррозионностойкие и износостойкие материалы. Как жаростойкий материал хромистые чугуны используются при изготовлении колосников и балок агломерационных машин, деталей контактных аппаратов химического оборудования, деталей турбокомпрессоров, деталей стекломашин, арматуры химического машиностроения, печной арматуры, деталей цементных печей.

Кремнистые чугуны применяют, главным образом, как окалино- и коррозионностойкие материалы. Отливки хрупки и требуют осторожного обращения при механической обработке, транспортировке и монтаже. Изготавливают из этих чугунов такие детали, как: колосники, бронеплиты для печей отжига цементной промышленности, топочную арматуру котлов, газовые сопла, подовые плиты термических печей, трубы и фасонные детали для трубопроводов и теплообменников и другие детали химической аппаратуры.

Алюминиевые чугуны применяют, главным образом, как жаростойкие и износостойкие материалы. Изготавливают из этих чугунов пресс - формы для стекольных изделий, детали печного оборудования, детали арматуры котлов, детали нагревательных печей, колосники агломерационных машин.

Никелевые чугуны применяют как немагнитные, коррозионностойкие, жаропрочные и хладостойкие материалы. Изготавливают: немагнитные литые детали электротехнической промышленности, детали бумагоделательных машин, насосы, вентили и другие детали химической и нефтеперерабатывающей промышленности и арматуростроения, детали двигателей внутреннего сгорания.

Марганцовые чугуныприменяют как магнитные и износостойкие материалы. Изготавливают: немагнитные литые детали электротехнической промышленности, крышки цилиндров дизелей, головки поршней, маслоты поршневых колец, холодильные цилиндры и валы бумагоделательных машин.