Високоміцний чавун

У високоміцному чавуні графіт має кулясту форму. Кулястий графіт утворюється в литій структурі в процесі кристалізації. Кулястий графіт, який має мінімальну поверхню при даному об'ємі, значно менше послаблює металеву основу ніж пластичний графіт, і не являється активним концентратором напружень. Куляста форма графіту досягається модифікуванням. Модифікатори чавуну SiCa, FeSi, AlMg, але найчастіше використовують магній, який вводять перед розливанням чавуну, у кількості до 0,5%. Дія магнію пояснюється збільшенням поверхневого натягу графіту і утворенням мікробульбашок пари, в які дифундує вуглець.

Чавун з кулястим графітом має більш високі механічні властивості, які не поступають властивостям литої сталі. При цьому зберігаються гарні ливарні властивості та оброблюваність різанням, здатність гасити вібрації, чавун має високу зносостійкість.

Склад чавуну як правило: 2,7…3,7% C, 1,6…2,9% Si, 0,3…0,7% Mn, ≤0,1% S та P.

Маркується високоміцний чавун літерами «ВЧ» і цифрою, що характеризує границю міцності при випробовуванні на розтяг, ВЧ-45.

Високоміцні чавуни використовують для виливання деталей в автобудуванні, дизелебудуванні – колінчаті вали,кришки циліндрів, деталі прокатних станів, в ковальсько – пресовому обладнанні – шаботи, молоти, траверси, преси, корпуси насосів, вентилі – у хімічній та нафтовій промисловості.

Високоміцні чавуни піддають багатьом видам термічної та хіміко-термічної обробки, і зокрема ізотермічне гартування на бейніт забезпечує границю міцності на рівні 100 МПа.

Високоміцні чавуни поряд з кулястими можуть містити деяку кількість вермикулярного графіту. Графітні включення в ньому мають округлі краї і менше співвідношення довжини і товщини. Тому вермикулярний графіт представляє собою перехідну форму від пластинчатого до кулястого графіту і не є таким значним концентратором напружень, як пластинчатий.

Співвідношення кількості кулястого та вермикулярного графіту у чавуні при однаковій кількості кремнію і вуглецю залежить головним чином від обробки розплаву лігатурами, що містить магній і рідкоземельні метали. Чавун з вермикулярним графітом може містити не більше 40% кулястого графіту, його позначають «ЧВГ», за яким йде число, що вказує на значення границі міцності.

Марку чавуну з вермикулярним графітом можна змінити шляхом використання термічної обробки, змінюючи структуру металевої основи. При однаковій структурі металевої основи механічні властивості чавуну з вермикулярним графітом знаходяться між значеннями властивостей сірого чавуну з пластинчатим графітом і високоміцного чавуну з кулястим графітом. Чавуни марок «ЧВГ» міцніші , а при однаковій міцності більш пластичні, ніж чавуни марок СЧ. Вони перевищують чавуни марок ВЧ з оброблюваності різанням та здатності до демпфірування , і їх використовують на заміну марок СЧ для виливання деталей верстатів, ковальсько-пресового обладнання, корпусних деталей.

При певних умовах роботи застосовують чавуни зі спеціальними властивостями, які поділяють на антифрикційні, зносостійкі, жаростійкі та корозійностійкі.

Антифрикційні чавуни використовують для роботи у вузлах тертя з мастилом, підшипників ковзання, втулок,вкладишів. Для цього застосовують нелеговані або низьколеговані сірі чавуни з пластинчатим графітом АЧС-1… АЧС-6, високоміцні чавуни з кулястим графітом АЧВ-1, АЧВ-2, та ковкі чавуни АЧК-1, АЧК-2.

Включення графіту зменшують коефіцієнт тертя в парі зі сполученою сталевою деталлю. Додавання міді в чавуни поліпшує їх корозійні та антифрикційні властивості.

Більшість антифрикційних чавунів мають перлітну, або перліто-феритну основу, до того ж кількість в'язкого фериту не повинна перевищувати 30-50%, щоб запобігти налипанню матеріалу підшипника на шийку вала. Чавун АЧС-5 після гартування має 80% аустеніту і використовується для роботи в особливо навантажених вузлах тертя.

Підвищення зносостійкості, жаростійкості та корозійної стійкості чавунів досягають легуванням хромом, кремнієм, алюмінієм та іншими елементами. Маркуються чавуни буквою «Ч», за якою йдуть букви, що позначають легуючі елементи, а потім цифри, що відображають кількість цих елементів у відсотках. Буква «Ш» наприкінці означає наявність кулястого графіту. (ЧХ22, ЧХ22С, ЧС5Ш).

До найбільш зносостійких відносяться білі чавуни зі значною кількістю хрому ЧХ22, ЧХ33, в яких замість цементиту утворюються карбіди М₇С₃ з високою твердістю. Такі чавуни широко використовуються в гірничодобувній промисловості та металургії.

Жаростійкі чавуни легують хромом, кремнієм і алюмінієм, які утворюють оксидні плівки. Чавуни ЧХ32 використовують до температури 1150°С при виготовленні пічної арматури.

Кременистий чавун ЧС5Ш (силан) використовують до температури 800°С, а чавун з високою кількістю алюмінію ЧЮ22Ш (чугаль) до температури 1100°С при виготовленні топкової арматури котлів. Причому чигаль стійкий у середовищах , які містять сірчаний газ та пари води. Чавуни ЧХ22С, ЧС15 (феросилід) і ЧН15Д (нірезист) використовують для виготовлення деталей хімічної апаратури, що працюють у розчинах кислот, лугів і солей