Дополнение к марочному обозначению стали

В обозначении сталей (в конце марки стали через тире) могут использоваться дополнительные буквы, означающие способ улучшения качества стали (первичную обработку и, если выполняется, последующий переплав).

Обозначение дополнения	Первичная обработка	Последующий переплав
СШ	Обработка синтетическим шлаком	-
ВД	Вакуумно-дуговой переплав	-
П	Плазменно-дуговой переплав	-
ЭЛ	Электронно-лучевой переплав	-
ПТ	Плазменная выплавка	-
ПД	Плазменная выплавка	Вакуумно-дуговой
ПЛ	Плазменная выплавка	Электронно-лучевой
ПП	Плазменная выплавка	Плазменно-дуговой
ПШ	Плазменная выплавка	Электрошлаковый
Ш	Электрошлаковый переплав	-
ШД	Электрошлаковый переплав	Вакуумно-дуговой
ШЛ	Электрошлаковый переплав	Электронно-лучевой
ШП	Электрошлаковый переплав	Плазменно-дуговой

Например: 09Х16Н4Б-ВД, где: ВД - вакуумно-дуговой переплав; 03Н18К9М5Т-ЭЛ, где: ЭЛ - электронно-лучевой переплав.

Классификация и маркировка чугунов

Чугунами называются сплавы железа (Fe) с углеродом, а также с другими элементами

(Mn; Si; Al и т.д.), при этом содержание углерода (С) составляет более 2,14%.

Классификация чугунов

Чугуны классифицируют по следующим признакам:

Степень графитизации.

Графитизациячугуна — выделение углерода в структурно-свободном виде, сопровождающееся частичным или полным разложением цементита Fe₃C.

Углерод в чугуне может находится в связанном состоянии в виде карбида, называемого цементитом (Fe₃C), а также в частично или полностью свободном состоянии в виде графита. Состояние углерода в чугуне определяет его прочностные свойства.

В зависимости от состояния углерода в чугуне различают:

• серый чугун - углерод находится в частично или полностью свободном состоянии в виде графитовых включений
• белый чугун – весь углерод находится в виде цементита Fe₃C;

Структура металлической матрицы (основы).

В зависимости от структуры металлической матрицы различают:

• чугуны на ферритной основе (ферритные чугуны);
• чугуны на феррито-перлитной основе (феррито-перлитные чугуны);
• чугуны на перлитной основе (перлитные чугуны).

Структура металлической матрицы зависит от скорости охлаждения изделия. При низких скоростях охлаждения образуются ферритные чугуны. По мере увеличения скорости охлаждения феррито-перлитные и перлитные чугуны. При самых высоких скоростях охлаждения образуется белый чугун (структура – ледебурит).

Форма графитовых включений.

Графитовые включения в чугунах имеют следующую форму:

• пластинчатый графит (рис.1, а);
• хлопьевидный графит (рис.1, б);
• шаровидный (глобулярный) графит (рис.1, в);
• вермикулярный графит (рис.1, г)

Графитовые включения являются концентраторами напряжений. Форма графитовых включений определяет прочность чугуна. Чем острее концентратор напряжений, тем при меньших нагрузках происходит разрушение изделия. Пластины графита обладают острыми краями по сравнению с другими формами графитовых включений. В связи с этим, наименьшей прочностью обладают чугуны с пластинчатой формой графитовых включений, а наибольшей – с шаровидной (глобулярной). Чугуны с хлопьевидным и вермикулярным графитом занимают промежуточное положение.

Рис. 1 Форма графитовых включений

а–пластинчатый графит;б- хлопьевидный графит; в- шаровидный (глобулярный) графит; г- вермикулярный графит

В зависимости от формы графитовых включений различают:

• серые чугуны - чугуны с пластинчатым графитом;
• высокопрочные чугуны - чугуны с шаровидным (глобулярным) графитом;
• чугуны с вермикулярным графитом;
• ковкие чугуны - чугуны с хлопьевидным графитом.

4. Структуре металлической матрицы и форма графитовых включений (рис. 2).

Рис. 2. Схемы микроструктур чугуна: а – серый чугун на ферритной основе; б – чугун с вермикулярным графитом на ферритной основе; в – серый феррито-перлитный чугун; г – серый чугун на перлитной основе; д – высокопрочный феррито-перлитный чугун; е –высокопрочный перлитный чугун; ж – ковкий чугун на ферритной основе.

Химический состав

По химическому составу чугуны подразделяются на нелегированные (чугуны общего назначения) и легированные (чугуны со специальными свойствами).

Нелегированный чугун (серый, высокопрочный, с вермикулярным графитом, белый, ковкий) содержит железо, углерод и примеси - кремний, марганец, серу и фосфор, концентрация которых не превышающие их примесное содержание.

Легированный чугун (износостойкий, жаростойкий, жаропрочный, антифрикционный)

имеет более сложный химический состав: в качестве легирующих элементов используются никель, хром, молибден, медь и другие элементы, а также кремний и марганец в количестве, превышающем их примесное содержание.

МАРКИРОВКА ЧУГУНОВ

I. Нелегированные чугуны.

1. Серый чугун.

Серый чугун получают в домне из руды. Структура серого чугуна формируется при низких скоростях охлаждения. В серых чугунах углерод в значительной степени или полностью находится в свободном состоянии в форме пластинчатого графита. Из-за этого излом имеет серый цвет.

Маркировка. Маркируется серый чугун буквами СЧ и цифрами, которые обозначают предел прочности при растяжении (σ в). Например, марка СЧ18 означает, что чугун этой марки имеет σ в=180 МПа (18 кгс/мм²).

Область применения : серый чугун обладает высокой способностью рассеивать вибрационные колебания при переменных нагрузках ( высокая циклическая вязкость), поэтому из серого чугуна изготавливают станины станков , прокатных станков , шкивы, маховики, корпуса механических редукторов, блоки и гильзы автомобильных и тракторных двигателей, поршневые кольца, корпуса и др.

Высокопрочный чугун

В высокопрочном чугуне графитовые включения имеют шаровидную форму. Это достигается модифицированием* серого чугуна магнием до 0,08 % от массы чугуна. Шаровидная форма графита не создает резкой концентрации напряжений, поэтому чугун имеет высокую прочность при растяжении и изгибе.

Маркировка. Маркируется высокопрочный чугун буквами ВЧ и цифрами, которые обозначают предел прочности при растяжении (σ в). Например, марка ВЧ42 означает, что чугун данной марки имеет σв =420 МПа (42 кгс/мм²).

Область применения : высокопрочные чугуны по своим механическим свойствам приближаются к стали. Из них изготавливают детали ответственного назначения: коленчатые валы двигателей автомобилей и тракторов, шестерни и звездочки, детали турбин, изложницы и т.д.

^*Модифицирование чугуна - введение в расплав чугуна в небольших количествах специальных добавок - модификаторов, которые способствуют измельчению пластин графита или получению графита соответствующей формы. В результате модифицирования механические свойства чугуна улучшаются: возрастает прочность, пластичность и вязкость.

3. Чугуны с вермикулярным графитом

Эти чугуны содержат в структуре графит вермикулярной формы и не более 40 % шаровидного графита. Чугуны с вермикулярным графитом получают из серого чугуна в результате его модифицирования магнием (Mg от 0,02 до 0,08 % от массы чугуна) и церием (Се от 0,02 до 0,07 % от массы чугуна)

Маркировка. Маркируется чугун с вермикулярным графитом буквами ЧВГ и цифрами, которые обозначают предел прочности при растяжении (σ в). Например, марка ЧВГ30 означает, что чугун этой марки имеет σ в=300 МПа (30 кгс/мм²).

Литейные свойства: высокая жидкотекучесть и малая усадка (0,6…1,75%)

Область применения: чугуны с вермикулярным графитом по механическим свойствам занимают промежуточное положение между серым и высокопрочным чугунами. Кроме того, чугуны с вермикулярным графитом отличаются хорошей теплопроводностью, что обеспечивает их стойкость к резким перепадам температур. Из этих чугунов изготавливают детали, работающие в условиях износа и переменных температур.

Белый чугун

Белый чугун получают в домне из руды. Структура белого чугуна формируется при высоких скоростях охлаждения. Углерод в белом чугуне присутствует в виде цементита Fe₃C, который обладает высокой твердостью. Белый чугун не поддается механической обработке. Белый чугун переделывают на ковкий или подвергают легированию для получения износостойкого чугуна..

Ковкий чугун

Ковкий чугун нельзя ковать. Название говорит о том, что пластичность ковкого чугуна выше, чем белого. Ковкий чугун имеет хлопьевидную форму графитовых включений. Его получают из белого чугуна в результате специальной термообработки (графитизирующего отжига). Для получения ковкого чугуна необходимо белый чугун нагреть до 950...1000°С и затем, после длительной выдержки при этой температуре (от 17 до 80 часов), охладить с малой скоростью до нормальной температуры. Изолированная хлопьевидная форма графита придает чугуну повышенную прочность и пластичность (хотя он и не поддается ковке).

Маркировка. Маркируется ковкий чугун буквами КЧ и цифрами, которые обозначают предел прочности при растяжении (σ в). Например, марка КЧ35 означает, что чугун имеет σв = 350 Мпа (35 кгс/мм²).

Область применения : по механическим свойствам ковкий чугун занимает промежуточное положение между серым чугуном и сталью. Из ковкого чугуна изготавливают литые детали, работающие с небольшими ударными нагрузками (рычаги, педали), а также трубопроводную арматуру, качество которой лучше, чем из серого чугуна, но хуже, чем из стали.

I I . Легированные чугуны.

Легированные чугуны получаются при введении в состав чугунов легирующих элементов (Cr, Si, Al, Ni, Mn и др.) Легирование производится для получения каких либо особых свойств. Из легированных чугунов можно выделить следующие группы:

--износостойкие чугуны;

--жаростойкие чугуны;

-жаропрочные чугуны;

-антифрикционные чугуны.

Легированные чугуны маркируются по типу сталей: первые буквы означают вид чугуна: ИЧ – износостойкий чугун; ЖЧ – жаростойкий чугун, Ч – жаропрочный чугун; АЧ – антифрикционный чугун. Следующие буквы обозначают наличие легирующих элементов (обозначение легирующих элементов такое же, как при маркировке сталей). Цифры после букв указывают примерное содержание легирующего элемента в процентах. Если цифры нет, то содержание легирующего элемента соответствует в среднем 1 %. Например,

Износостойкий чугун.

Износостойкость– свойство материала оказывать сопротивление изнашиванию в определённых условиях трения.

Для обеспечения износостойкости в состав белого чугуна вводятся дополнительные легирующие элементы - Cr, Ni, Ti, W, Mo.

Маркировка. Маркируется износостойкий чугун буквами «ИЧ» (износостойкий чугун). Последующие буквы обозначают легирующие элементы, а цифры - их содержание в %, например: ИЧХ12Г5 - износостойкий чугун с содержание хрома примерно 12% и марганца примерно 5%.

Область применения. Износостойкие чугуны хорошо противостоят абразивному износу, поэтому из них изготавливают тормоза, диски сцепления, детали насосов, перекачивающих абразивные среды, детали пескометов и т.д.

Жаростойкий чугун.

Жаростойкость– это способность материала сопротивляться окислению в газовой среде при высокой температуре.

Жаростойкость обеспечивается легированием белого или серого чугуна алюминием, кремнием, хромом. Сопротивление окислению чугуна обусловлено наличием на поверхности плотных защитных окисных пленок (окислы Al , Si , Cr) , которые предохраняют металл от последующего окисления при высоких температурах.

Маркировка. Маркируется жаростойкий чугунбуквми «ЖЧ» (жаропрочный чугун). Последующие буквы обозначают легирующие элементы, а цифры - их содержание в %, например, ЖЧЮ7Х2 - жаростойкий чугун, содержание Al –7 %; содержание Cr –2 %.

Область применения. Жаростойкие чугуны используются для изготовления деталей работающих в газовой, воздушной, щелочной средах при температурах 500-1100°С. Их применяют для изготовления элементов конструкций доменных, термических и мартеновских печей

Жаропрочный чугун.

Жаропрочность– это способность материала сохранять свои свойства при высоких температурах.

Жаропрочность обеспечивается легированием белого или серого чугуна никелем, хромом, медью, молибденом. Жаропрочные материалы всегда являются жаростойким, обратное же утверждение верно далеко не всегда.

Маркировка. Маркируется жаропрочный чугунбуквой «Ч». Последующие буквы обозначают легирующие элементы, а цифры - их содержание в %, например:

- ЧН15Д7 – чугун жаропрочный с содержанием Ni – 15%; Cu – 7%;

- ЧН11Г7Ш – чугун жаропрочный с содержанием Ni – 11%; Мп – 7%; буква Ш обозначает, что чугун имеет шаровидный графит.

Область применения. Жаропрочные чугуны применяются в газовых печах, для изготовления деталей дизельных двигателей компрессорного оборудования, для бань и саун.

В качестве жаропрочных чугунов используют чугуны с шаровидным графитом ЧН19Х3Ш и ЧН11Г7Ш ().

Антифрикционные чугуны.

Антифрикционность – способность материала прирабатываться к другому материалу.

Антифрикционный чугун — это любой серый, ковкий или высокопрочный чугун, имеющий перлитную и даже перлитно-ферритную структуру, если количество перлита не менее 85%. Кроме того, имеется специальный антифрикционный чугун (низколегированный чугун). Антифрикционные чугуны легируются хромом, никелем, титаном и медью, что позволяет получить мелкодисперсную перлитно-ферритную структуру. Наиболее важными свойствами антифрикционного чугуна являются высокая износостойкость и низкая стоимость. Главный недостаток – пониженная по сравнению с бронзой прирабатываемость.

Маркировка. Антифрикционные чугуны изготавливаются на основе серых, ковких и высокопрочных чугунов.Маркируется антифрикционный чугун буквами АЧС, АЧВ, АЧК, что означает антифрикционный чугун серый, антифрикционный чугун высокопрочный или антифрикционный чугун ковкий. Далее следует цифра, обозначающая номер сплава, например, АЧС-1 - антифрикционный чугун серый, номер сплава – 1.

Область применения. Антифрикционные чугуны предназначены для работы в узлах трения. Из них изготавливаются цилиндры, поршни, станины, зубчатые колеса, втулки, вкладыши подшипников и т.д.

Антифрикционный чугун может работать как заменитель цветных сплавов в подшипниковых узлах. Однако для удовлетворительной работы требуется: а) чистая механическая обработка и точное сопряжение трущихся поверхностей деталей; б) непрерывная и хорошая смазка; в) повышенные против обычных на 15—30% зазоры; г) приработка на холостом ходу и постепенное повышение рабочих нагрузок. При ударной нагрузке антифрикционный чугун работает хуже.