Белый, серый, высокопрочный, ковкий и легированный чугун, маркировка, структура, свойства и область применения

Стали и сплавы с особыми физическими свойствами

Стали и сплавы с особыми физическими свойствами составляют особую группу конструкционных материалов узкоспециализированного назначения, для которых важнейшими являются те или иные конкретные физические свойства, а механические и технологические имеют второстепенное значение.

1. Магнитно-мягкие стали и сплавы обладают низкими потерями при перемагничивании; используются для изготовления магнитопроводов электрических машин: генераторов, двигателей, трансформаторов. Электротехнические стали для уменьшения потерь содержат до 4,8 % Si; маркируются цифрами, например, 1212, 2211, 3406. Железо-никелевые сплавы типа пермаллой (например, 50НХС) используются в радиоэлектронике для изготовления высокочастотных магнитопроводов трансформаторов и т. п.

2. Магнитно-твердые стали и сплавы обладают высокой магнитной энергией, пропорциональной произведению магнитной индукции В _r на коэрцитивную силу Н _с; используются для изготовления постоянных магнитов. В промышленности нашли применение высокоуглеродистые стали легированные хромом и кобальтом (ЕХ3, ЕХ9К15М2), сплавы типа алнико (ЮНДК15, ЮНДК35Т5АА – монокристаллический) и многие другие.

3. Парамагнитные (немагнитные) стали, например, 17Х18Н9, 55Г9Н9Х3 имеют аустенитную структуру; используются в электротехнике и приборостроении.

4. Стали и сплавы с высоким электрическим сопротивлением имеют специальные названия; изготавливаются на железной (Х13Ю4 – фехраль, 0Х23Ю5 – хромель) и никелевой (Х15Н60 и Х20Н80 – нихром) основе; применяются для изготовления нагревательных элементов, резисторов, термопар и. т. п.

5. Существуют также сплавы с заданным температурным коэффициентом линейного расширения (36Н – инвар, 29НК – ковар), заданным температурным коэффициентом модуля упругости (42НХТЮ – элинвар), эффектом «памяти формы» (Н50Т50 – нитинол) и многие другие.

Чугуны благодаря сочетанию высоких литейных свойств, достаточной прочности, износостойкости и дешевизне широко применяются в промышленности всех стран. В отечественном машиностроении 77 % отливок изготавливают из чугуна, 21 % – из стали и 2 % – из цветных металлов[46].

Чугуны подобно сталям могут иметь ферритную, ферритно-перлитную или перлитную основу, однако из-за гораздо большего содержания углерода последний образует достаточно крупные включения, состоящие из цементита или графита. В зависимости от формы включений различают чугуны с пластинчатым, вермикулярным (червеобразным), шаровидным и хлопьевидным графитом. Производимые в нашей стране чугуны в большинстве случаев содержат 2,4…3,8 % углерода, до 3,8 % кремния (способствует образованию графита), до 1,1 % марганца, до 0,3 % фосфора (повышает жидкотекучесть и твердость отливок), до 0,2 % серы и др. элементы.

Рис. 46. Микроструктура серого (а), высокопрочного (б), высокопрочного с вермикулярным графитом (в) и

ковкого (г) чугуна

1.

Белый чугун получается при сравнительном быстром охлаждении расплава в металлических изложницах – кокилях. Углерод в белом чугуне присутствует в основном в виде цементита, поэтому такой чугун очень твёрд, хрупок и имеет в изломе белый цвет.

В связи с высокой хрупкостью и низкой обрабатываемостью применяется для изготовления крайне ограниченного числа деталей (прокатные валки, дробильные мельничные шары), а также для последующего превращения в ковкий чугун. Маркировки не имеет.

2. Серый чугун по ГОСТ 1412-85 (СЧ10, СЧ15, …СЧ35) получается при более медленном охлаждении расплава, например, в песчано-глинистых формах. При этом углерод успевает выделиться в виде графитовых пластинок в виде чешуек, равномерно распределённых в ферритной, ферритно-перлитной или перлитной основе – рис. 46 а. Поскольку острые края пластинок графита являются сильными концентраторами напряжений, то относительное удлинение серых чугунов (δ) не превышает 1 %. Серый чугун маркируется буквами СЧ, после которых идёт цифра, указывающая на минимальное допустимое значение σ_в в кгс/мм². Серый чугун обладает прекрасными литейными свойствами[47], хорошо работает на сжатие и плохо на растяжение. Из него изготавливают станины станков, картеры ДВС, корпуса редукторов и т. п.

3. Высокопрочный чугун по ГОСТ 7293-85 (ВЧ35, ВЧ40, …ВЧ100) получают путём микролегирования расплава порошком Mg, Ca, Ce и др. элементов. Частицы порошка являются центрами кристаллизации графита, поэтому он приобретает сферическую форму – рис. 46 б. При получении чугуна высоких марок (с бóльшей прочностью) производят дополнительное легирование небольшим количеством Ni, Cr, Cu и Mo. Основа высокопрочных чугунов также может быть ферритной, ферритно-перлитной или перлитной. Чугун маркируется буквами ВЧ, после которых идет цифра, указывающая на минимальное допустимое значение σ_в в кгс/мм² (по старому ГОСТ 7293-79 после черточки указывали еще и минимально допустимое относительное удлинение δ в % – ВЧ38-17, ВЧ42-12, … ВЧ120-2). Из высокопрочного чугуна изготавливают высоконагруженные ответственные детали (корпуса паровых турбин, коленчатые валы и поршни ДВС и т. п.).

При более экономном микролегировании образуется вермикулярный [48] графит (рис. 46 в) и получается чугун с несколько более низкими механическими свойствами. Высокопрочный чугун с вермикулярным графитом по ГОСТ 28394-89 изготавливается только четырех марок: ЧВГ30, ЧВГ35, ЧВГ40, ЧВГ45. Такой чугун более технологичен по сравнению с высокопрочным по ГОСТ 7293-85, т. к. обладает лучшей жидкотекучестью и дает меньшую усадку.

4. Ковкий чугун по ГОСТ 1215-79 (КЧ30-6, КЧ35-10, …КЧ80-1,5) получают длительным отжигом отливок из белого чугуна; при этом цементит разлагается с образованием хлопьевидного графита округлой формы – рис. 46 г. Структура и свойства ковкого чугуна аналогичны структуре и свойствам высокопрочного чугуна. Маркируется буквами КЧ, после которых идут две группы цифр, указывающих на минимально допустимые значение σ_в в кгс/мм² и δ в % Применение ковкого чугуна аналогично применению высокопрочного чугуна; однако, детали из него можно получать с толщиной стенки до 50 мм, т.к. при большей толщине невозможно получить исходный белый чугун.

5. Легированный (или специальный) чугун по ГОСТ 7769-82 и ГОСТ 1585-85 маркируется буквой Ч, а дальше идет сочетание букв и цифр, принятое для легированных сталей; буква Ш в конце марки означает, что это чугун с шаровидным графитом. По химическому составу различают: хромистые (ЧХ1, ЧХ9Н5 и др.), кремнистые (ЧС5, ЧС15М4 и др.), алюминиевые (ЧЮ30, ЧЮ7Х2 и др.), марганцевые (ЧГ7Х4, ЧГ8Д3 и др.) и никелевые (ЧНХТ, ЧН15Д7 и др.) чугуны.

В зависимости от назначения различают следующие группы специальных чугунов:

- жаростойкие хромистые (ЧХ28), кремнистые (ЧС5) и никелевые (ЧН15Д3Ш);

- жаропрочные с шаровидным графитом (ЧН19Х3Ш, ЧН11Г7Ш);

- износостойкие хромистые (ЧХ9Н5), алюминиевые (ЧЮ6С5), марганцевые (ЧГ7Х4) и никелевые (ЧН4Х2);

- коррозионно-стойкие никелевые (ЧН15Д7), хромистые (ЧХ22) и кремнистые (ЧС15, ЧС17М3)

- немагнитные (аустенитные) никелевые (ЧН19Х3Ш, ЧН11Г7Ш).

Дата добавления: 2014-01-07