Сварка чугуна

Чугун - это железоуглеродистый сплав, содержащий более 2% углерода (если сплав содержит менее 2% углерода, он относится к сталям). Из-за сравнительно высокого содержания углерода (наивысший предел содержа­ния углерода может достигать 6,67%) чугун утрачивает пластичность и не поддается ковке.

Кроме углерода, чугун содержит кремний (до 4%), фосфор (до 1,2%), марганец (до 2%), серу (до 0,2%). В специальные (легированные) группы вводят легирующие компоненты - молибден, никель, хром, ванадий и другие.

Чугуны различают по структуре, химическому составу, способам получения и назначению. По химическому составу чугуны подразделяют на легированные и нелегированные. По структуре чугуны делят на белый, серый, ковкий и высокопрочный.

Белый чугун — это чугун, в котором большая часть содержащегося углерода химически связана с железом в виде цементита (химическая формула Fe₃C). Цементит имеет светлый цвет, обладает большой твердостью и хрупкостью. В связи с этим белый чугун имеет на изломе светло-серый, почти белый цвет, очень тверд, не поддается механической обработке и сварке и поэтому в качестве конструкционного материала применяется ограниченно. Белые чугуны используют для получения новых чугунов.

Таблица 21

Механические свойства чугунов

Марка чугуна	Предел прочности, МН/м^2, при	Твердость по Бринеллю
изгибе	растяжении
СЧ-12-28 СЧ-15-32 СЧ-18-36 СЧ-21-40 СЧ-24-44 СЧ-28-48 СЧ-32-52 СЧ-36-56 СЧ-40-60 СЧ-44-64			143-229 163-229 170-229 170-241 170-241 170-241 187-155 197-269 207-269 229-289

Серый чугун - чугун, в котором большая часть углерода содержится в свободном состоянии в виде графита (частично также в виде цементита). Серый чугун относительно мягок, хорошо обрабатывается режущими инст­рументами, на изломе имеет темно-серый цвет, хрупок. Благодаря невысокой стоимости и хорошим литейным качествам серый чугун применяется очень широко.

Марку серого чугуна обозначают буквами СЧ и двумя числами, из которых первое число означает величину временного сопротивления чугуна при растяжении (в МН/м²), а второе число - сопротивление при изгибе. Механические свойства чугунов приведены в табл. 21.

Кремний, содержащийся в чугуне, уменьшает растворимость углерода в железе и способствует распаду цементита с выделением графита. При сварке из-за того, что температура плавления окислов кремния более высокая, чем температура плавления основного металла, процесс сварки затрудняется.

Марганец связывает углерод и препятствует выделению графита, то есть способствует отбеливанию чугуна. При содержании марганца свыше 1,5% свариваемость чугуна ухудшается.

Сера в чугунах является вредной примесью - затрудняет сварку, снижает прочность и способствует образованию горячих трещин. Это происходит из-за образования сульфида железа (FeS), который вместе с железом образует структуру с температурой плавления 953^оС. Эта структура, затвердевающая несколько позже основного металла (чугуна), способствует образованию трещин.

Фосфор не отбеливает и не графитизирует чугун. Увеличение фосфора в чугуне увеличивает его жидкотекучесть и улучшает свариваемость. Одновременно фосфор понижает температуру затвердевания, повышает хрупкость и твердость. Величина содержания фосфора в серых чугунах не должна превышать 0,3%

Таблица 22

Механические свойства ковких чугунов

Марка чугуна	Предел прочности, МН/м»	Относительное удлинение, %	Твердость по Бринеллю
КЧ-30-6
КЧ-33-8
КЧ-35-10
КЧ-37-10
КЧ-45-6
КЧ-50-4
КЧ-60-3

Ковкий чугун производят из белого чугуна с помощью длительного выдерживания (томления) его при температуре 800—850 ^оС. Изменяя режим термической обработки, получают ковкий чугун различной структуры (ферритной, перлитной).

При нагреве ковкого чугуна выше 900 °С графит может распадаться и образовывать цементит, что вызывает потерю ковкости и ухудшает свариваемость. Чтобы восстановить первоначальную структуру ковкого чугуна после сварки приходится проводить полный цикл термообработки.

Ковкий чугун обозначается буквами КЧ и двумя числами: первое число означает временное сопротивление при растяжении (в МН/м²), второе число означает относительное удлинение в процентах.

Механические свойства ковких чугунов приведены в табл. 22.

Таблица 23

Механические свойства высокопрочных чугунов

Марка чугуна	Предел прочности, МН/м^2	Относительное удлинение, %	Твердость по Бринеллю
ВЧ 38-17			140-170
ВЧ 42-12			140-200
ВЧ45-5			160-260
ВЧ50.2			180-260
ВЧ 70-3			229-275
ВЧ 60-2			200-280
ВЧ 80-3			220-300

Высокопрочные чугуны получают из серого чугуна путем специальной обработки: при температуре не выше 1400 ^оС в жидкий чугун вводят чистый магний или его сплавы. Высокопрочный чугун при этом приобретает высокие механические свойства из-за образования свободного графита в так называемой глобогулярно-шарообразной форме.

Высокопрочные чугуныобозначаются буквами ВЧ и двумя числами (первое - предел прочности при растяжении, второе - относительное удлинение в процентах).

Механические свойства высокопрочных чугунов приведены в табл. 23.

Дата добавления: 2014-01-07