Виды и свойства конструкционных чугунов. Высокопрочный чугун
Чугун – это сплав железа с углеродом и другими элементами.
К конструкционным чугунам предъявляется ряд требований, касающихся их механических свойств. Совокупность механических свойств чугуна определяет их использование в различных областях металлургии и машиностроения. Кроме того, к конструкционным чугунам предъявляются требования по износостойкости, сопротивлению коррозии и другим химическим и физическим свойствам. Данные свойства важны для низколегированных и нелегированных чугунов. В том случае, когда требования по специальным свойствам являются доминирующими, то используются высоколегированные и среднелегированные конструкционные чугуны.
Помимо требований к химическим, физическим и механическим свойствам к чугунам предъявляются требования к технологическим свойствам, самыми важными из которых являются литейные. В данном отношении лучшим является серый чугун, он позволяет получать соответствующие отливки с максимальным выходом. Основными факторами, влияющими на свойства чугуна, являются способ термической обработки, скорость охлаждения, жидкое состояние расплава, состав металла и т. п. Самыми распространенными чугунами, которые используются в качестве конструкционных материалов, являются:
- Серый чугун.
- Ковкий чугун.
- Низколегированный алюминиевый чугун.
- Высокопрочный чугун.
Высокопрочный чугун – это чугун, в состав которого входят включения графита в сфероидальной формы.
Благодаря шаровидной форме графита и повышенному содержанию углерода, высокопрочный чугун отличается значительным относительным удлинением, высокой прочностью на изгиб и растяжение, выраженным пределом текучести, высокой ударной вязкостью, хорошими литейными свойствами, высокой прочностью на сжатие, высокой износостойкостью, высокой усталостной прочностью, а также тем, что хорошо поддается механической обработке. В основном высокопрочный чугун используется при изготовлении ответственных деталей машин и в производстве высокопрочных труб для водоснабжения и нефтегазовой промышленности.
Ковкий чугун
Ковкий чугун – это вязкий и мягкий чугун, который получают из белого чугуна посредством отливки и термической обработки.
В ковком чугуне содержание углерода составляет от 2,4 до 2,8 %. Кроме него в его состав входят фосфор, кремний, марганец и сера, количество которых зависит от необходимых свойств сплава. В исходном материале - белой разновидности изделий углерод полностью связан железом и представлен карбидом железа. Во время отжига при температуре 950-970 градусов по Цельсию добиваются освобождения графита из аустенита и карбида железа. В результате данного процесса образуются графитовые хлопья, окончательное формирование которых в чугуне происходит при температуре от 720 до 760 градусов по Цельсию. Термическая обработка белого чугуна с целью получения ковкого делится на два этапа:
- Сначала сырье нагревается до температуры 1000 градусов по Цельсию и выдерживается в таком состоянии до тех пор, пока окончательно не распадется на графит и аустенит.
- После этого заготовки охлаждаются до 760 градусов, при которой аустенит дает дополнительный цементит, входящий в состав перлита. При дальнейшем охлаждении перлит распадается на графит и феррит.
Ковкий чугун в зависимости от условий отжига по структурному составу делится на:
- ферритный, содержащий хлопьевидный графит и феррит,
- перлитный, состоящий из хлопьевидного графита и перлита,
- ферритно-перлитный, в состав которого входят графитовые хлопья, феррит и перлит.
Содержанием углерода в виде графита и кремния определяются технические характеристики и свойства ковкого чугуна. Для перлитного ковкого чугуна определяющим является содержание еще марганца и хрома. Различия в структуре отражается на конечных свойствах готовых изделий. Например, у ферритных отливок твердость меньше, чем у перлитных, но при этом они более пластичные.
Включения в виде хлопьев из гранита придают изделиям высокую прочность с сохранением хорошей пластичности. Они могут подвергаться пластической деформации при комнатной температуре. Существенное преимущество ковкого чугуна - постоянство свойств по всему поперечному сечению и отсутствие внутренних напряжений. Механические и физические характеристики ковкого чугуна располагаются между аналогичными свойствами серого чугуна и стали. Они обладают хорошей коррозионной стойкостью, на них не действуют химические реактивы и влага; хорошей текучестью в жидком состоянии; хорошей износостойкостью; способностью поглощения вибраций в случае повторяющихся периодических нагрузок.
