Параметры структуры и свойств

Классификация литейных чугунов

Чугуны для отливок классифицируют по различным признакам: способ реализации эвтектической, послеэвтектической (предэвтектоидной) и эвтектоидной кристаллизации, степени эвтектичности и химическому составу, уровню свойств и способу внепечной и финишной обработки.

Основным признаком классификации является способ реализации эвтектической и послеэвтектической (предэвтектоидной) кристаллизации чугуна. По этому признаку различают белый, половинчатый и серый чугуны.

Белые чугуны образуются в результате протекания эвтектической кристаллизации по метастабильной диаграмме с формированием цементитной эвтектики (A+ Fe₃C). Поэтому в них основным структурным составляющим является ледебурит (точнее ледебурит превращенный, поскольку аустенит эвтектики при вторичной эвтектоидной кристаллизации трансформировался в перлит). В белых чугунах весь углерод сверх того, что растворен в эвтектическом аустените, выделяется в виде Fe₃C. Присутствие в структуре чугуна большого количество весьма твердой фазы цеменцита определяет и высокую твердость белых чугунов. Последнее в свою очередь обусловливает как их высокую износостойкость, так и плохую обрабатываемость резанием и хрупкость. Поэтому их применяют для изготовления износостойких деталей, требующих минимальной механической обработки. Структуру белого чугуна по всему сечению должны первоначально (до отжига) иметь отливки из ковкого чугуна. Высоколегированные чугуны с высоким содержанием хрома, марганца, ванадия и других карбидообразующих элементов также имеют структуру белого чугуна.

Половинчатый чугун формируется в результате одновременного протекания эвтектической кристаллизации, как по стабильной, так и метастабильной системе. Поэтому в нем ледебуритная структурная составляющая присутствует наряду с графитной эвтектикой. Отливки с такой структурой также находят применение, в частности как материал для тормозных колодок.

Серый чугун отличается тем, что он образуется в результате протекания эвтектической кристаллизации по стастабильной диаграмме с формированием графитной эвтектики (A+ C_ГР). В нем весь углерод сверх того, что растворен в аустените, выделяется в свободном состоянии в виде графита различной формы. Отсутствие цементита первичной кристаллизации обусловливает относительно низкую и невысокую твердость (в пределах 160-250 НВ), а присутствие при этом графитных включений – хорошую обрабатываемость резанием с формированием ломкой стружки.

Отбеленные чугунные отливки имеют весь спектр рассмотренных выше структур чугунов: поверхностные слои в них имеют структуру белого чугуна, в глубинных слоях они имеют сртуктуру серого чугуна, а между ними прослойку структуры половинчатого чугуна. Такие отливки также имеют широкое применение, в частности в виде чугунных прокатных валков.

Серые чугуны в зависимости от формы графитных выделений дополнительно классифицируют на серые чугуны с пластинчатым графитом, ковкие чугуны с хлопьевидным графитом и высокопрочные чугуны с шаровидным и вермикулярным графитом.

Серые чугуны с пластинчатым графитом являются наиболее распространенным машиностроительным материалом. Из-за пластинчатой формы графита они имеют невысокую прочность, но обладают высокой демпфирующей способностью, поэтому широко используют как материал станин металлообрабатывающих станков. Согласно ГОСТ 1412-85 их маркируют сочетанием букв СЧ (серый чугун) и цифр (10, 15. 20, 25. 30, 35, 40 и 45), которые обозначают гарантируемое (не менее) среднее значение временного сопротивления при растяжении (кг/мм²). Чугуны СЧ10 и СЧ15 имеют ферритную, а СЧ20 и СЧ25 - феррито-перлитную металлическую матрицу. Серые чугуны с перлитной металлической матрицей (СЧ30, СЧ35, СЧ40 и СЧ45) обеспечивают более высокую прочность. Повышение прочности серых чугунов достигается за счет их модифицирования (СЧ20 и СЧ25), а также микролегирования и модифицирования (СЧ30, СЧ35, СЧ40 и СЧ45).

Высокопрочный чугун получают путем дополнительного сфероидизирующего модифицирования расплава, который без этого имел бы структуру серого чугуна. При этом графитные включения при кристаллизации чугуна выделяются в шаровидной или вермикулярной форме. Для сфероидизирующего модифицирования жидкий чугун обрабатывают материалами, содержащими щелочно-земельные (Mg и Ca) и редкоземельные (Ce, La, Y и др.) металлы. Шаровидный и вермикулярный графит меньше других форм ослабляет металлическую основу, поэтому высокопрочный чугун, особенно с шаровидным графитом, имеет более высокую прочность и пластичность, чем серый чугун с пластинчатым графитом. Согласно ГОСТ 7293-85 их маркируют сочетанием букв ВЧ и цифр (35, 40, 45, 50, 60, 70, 80 и 100), которые обозначают гарантируемое (не менее) среднее значение временного сопротивления при растяжении (кг/мм²). Чугуны ВЧ низких марок имеют ферритную металлическую матрицу, поэтому имеют невысокую прочность, но достаточно высокую пластичность (относительное удлинение до 15-20 %). Чугуны более высоких марок имеют ферритно-перлитную и перлитную матрицу. Повышение прочности при этом достигается за счет изменения углеродного эквивалента, инокулирующего модифицирования и микролегирования, а также термической обработки. При этом пластические свойства чугунов ВЧ, естественно, падают.

Ковкий чугун получают путем графитизирующего отжига белого чугуна. При этом цементит первичной кристаллизации в результате реализации вторичной кристаллизации в интервале между эвтектическим и эвтектоидным температурами распадается на аустенит и графит, который выделяется в хлопьевидной форме. Согласно ГОСТ1215-79 ковкие чугуны маркируют сочетанием букв КЧ и двумя групапами цифр (30-6; 33-8; 35-10; 37-12; 45-7; 50-5; 55-4; 60-3; 65-3; 70-2 и 80-1,5). При этом первая группа цифр обозначает гарантируемое (не менее) среднее значение временного сопротивления при растяжении (кг/мм²), а вторая группа цифр - гарантируемое (не менее) среднее значение относительного удлинения (%).

В зависимости от химического состава и режима охлаждения при протекании вторичной кристаллизации (эвтектоидного превращения) ковкий чугун может иметь ферритную, феррито–перлитную или перлитную металлическую матрицу.

По особенностям реализации эвтектоидной кристаллизации чугуны могут иметь ферритную (при формировании графитного эвтектоида), перлитную (при формировании цеменцитного эвтектоида) или ферритно-перлитную (при формировании смешанного эвтектоида) металлическую матрицу.

По степени эвтектичности чугуны классифицируют на доэвтектические (S_Э<1), эвтектические (S_Э =1) и заэвтектические (S_Э >1).

По химическому составу различают чугуны нелегированные, мало-, средне- и высоколегированные. Нелегированными считаются чугуны, содержащие до 1,0 % Mn, до 4,0 % Si, до 0,1 % Cr или Ni. При наличии этих элементов в чугунах свыше указанных пределов они считаются легированными. В малолегированных чугунах количество легирующих элементов (Ni, Cu, Cr и т.п.) не превосходит обычно 3 %, а в среднелегированных оно обычно составляет 5–10 %, в высоколегированных – значительно превышает 10 %.

По механическим свойствам чугуны различают по уровню прочности, твердости и пластичности. При этом:

- по прочности различают чугуны обыкновенной прочности (σ_в 200 МПа), повышенной прочности (σ_в = 200-380 МПа) и высокой прочности (σ_в 400 МПа);

- по твердости различают чугуны мягкие (НВ ≤ 149), средней твердости (НВ =149-197), повышенной твердости (НВ = 197-269) и твердые (НВ > 269);

- по пластичности различают чугуны непластичные (δ 1 %), повышенной пластичности (δ = 1-5 %) и пластичные (δ 10 %).

По специальным свойствам (функциональному назначению) чугуны разделяют на износостойкие, антифрикционные, кислотостойкие, жаростойкие, коррозионностойкие и т.п.

Антифрикционные чугуны (ГОСТ 1585-85) могут иметь структуру графитизированного чугуна с пластинчатым (от АЧС-1 до АЧС-6), шаровидным (АЧВ-1 и АЧВ-2) и хлопьевидным (АЧК-1 и АЧК-2) графитом.

Жаростойкие чугуны (ГОСТ 7769-75) легированы различным количеством хрома (ЖЧХ, ЖЧХ2, ЖЧХ3, ЖЧХ16 и ЖЧХ30), кремния (ЖЧС5 и ЖЧС5Ш), алюминия (ЖЧЮ22, ЖЧЮ22Ш и ЖЧЮ30), алюминием и хромом (ЖЧЮ2ХШ, ЖЧЮ7Х2) или алюминием и кремнием (ЖЧЮ6С2).

Коррозионностойкие и жаропрочные чугуны (ГОСТ 11849-76) легированы никелем (типа ЧН), хромом (ЧХ22, ЧХ28 и ЧХ34), кремнием до 13-17 % (типа ЧС).

ГОСТ 7769-82 «Чугун легированный для отливок со специальными свойствами» предусматривает девять марок белых износостойких чугунов:

- низколегированный хромистый чугун ЧХЗТ;

- высоколегированные хромистые чугуны марок ЧХ9Н5, ЧХ16, ЧХ16М2, ЧХ22, ЧХ28Д2, ЧХ32;

- высоколегированный марганцевый марки ЧГ7Х4;

- низколегированный никелевый марки ЧН4Х2.

Чугуны классифицируют также по технологическим признакам – по способам выплавки, внепечной и термической обработки. При этом:

- по способу выплавки различают чугуны ваграночной, электродуговой и индукционной плавки;

- по способу внепечной обработки различают чугуны модифицированные и немодифицированные;

- по способу термической огбработки различают чугуны термически обработанные (отожженные, нормализованные, закаленные и т. д.) и термически не обработанные;

Дата добавления: 2014-01-07