Классификация, ассортимент и маркировка чугунов

Чугун — один из главных конструкционных материа­лов. Более 40 % массы различных машин, механизмов и оборудования приходится на чугунные детали. Достоин­ствами чугуна, определяющими его широкое применение, являются простота получения и дешевизна, высокая тех­нологичность (один из лучших литейных сплавов), проч­ностные характеристики, износостойкость, вязкость и теплоустойчивость, а также хорошая выносливость.

Различные виды чугунов рассматривают в зависимо­сти от содержания связанного углерода, формы графит­ных включений, состава и назначения (рис. 10).

Рис 10 Классификация чугунов

Свойства чугунов определяются их внутренним строе­нием, которое состоит из металлической основы и вклю­чений графита.

Углерод в чугуне находится как в связанном (в виде цементита Fe₃С), так и в свободном (в виде графитных включений) состоянии. При этом количество и форма графитных включений определяют основные механичес­кие свойства чугунов.

Чем меньше графитных включений, чем они мельче и больше степень изолированности, тем выше прочност­ные характеристики чугуна.

В зависимости от содержания связанного углеродаразличают белый, половинчатый и серый (перлитный, ферритно-перлитный и ферритный) чугуны.

В белом чугуне весь углерод находится в связанном состоянии. В изломе он имеет светлый металлический блеск, поэтому и называется белым. На его долю приходится свыше 80 % выплавляемых в домнах чугунов. Основное его количество переделывается на сталь.

В половинчатом чугуне большая часть углерода (бо­лее 0,8 %) находится в связанном состоянии.

В сером перлитном чугуне в связанном состоянии на­ходится 0,7—0,8 % углерода, в сером ферритно-перлит­ном — 0,1—0,7 %, в сером ферритном весь углерод нахо­дится в виде графита.

По форме графитных включений чугун подразделяет­ся на серый, высокопрочный и ковкий.

В сером чугуне графит имеет форму пластин различ­ного размера. Такой чугун хорошо обрабатывается резаньем и среди литейных чугунов является самым рас­пространенным. Серый чугун (ГОСТ 1412—85) марки­руется буквами СЧ и цифрами, указывающими среднюю величину временного сопротивления при растяжении (МПа).

Для изготовления малоответственных деталей, испы­тывающих небольшие нагрузки в работе, с толщиной стенки отливки 10—30 мм (строительных колонн, фунда­ментных плит, малонагруженных деталей машин и др.) используют чугуны марок СЧ 10 и СЧ 15.

Для изготовления ответственных деталей (станин станков и механизмов, поршней, цилиндров, блоков дви­гателей и т. д.) применяют чугуны марок СЧ 18, СЧ 21, СЧ 24, СЧ 25, СЧ 30, СЧ 35, СЧ 40 и СЧ 45.

Высокопрочный чугун имеет шаровидные графитные включения. Его получают обработкой расплавленного чугуна присадками магния, церия или других щелочных или щелочноземельных металлов. Такой чугун имеет механические свойства, не уступающие литой углеродис­той стали: высокую пластичность, вязкость, теплоустой­чивость, износостойкость, прочность (в три раза больше, чем у серого чугуна). Он обладает хорошими литейными свойствами, обрабатывается резаньем.

Высокопрочный чугун (ГОСТ 7293—85) маркируется буквами ВЧ и цифрами, где первые две — среднее значение временного сопротивления при растяжении, МПа, вторые — относительное удлинение, %.

Высокопрочные чугуны (ВЧ 42—12, ВЧ 38—17, ВЧ 45—5, ВЧ 50—2, ВЧ 60—2, ВЧ 70—3, ВЧ 80—3, ВЧ 100—4, ВЧ 120—4) применяются для изготовления коленчатых валов, крышек цилиндров и других деталей двигателей, прокатных станов, кузнечно-прессового, хи­мического и нефтяного оборудования.

В ковком чугуне графит имеет форму хлопьев. Его получают отжигом (длительным нагревом при высоких температурах) отливок из белого чугуна. По своим свой­ствам он занимает промежуточное положение между се­рыми чугунами и сталями. Обладает хорошими литейны­ми свойствами, достаточно высокой прочностью и плас­тичностью. Ковкий чугун маркируют буквами КЧ и цифрами, где первые две — временное сопротивление при растяжении, МПа, вторые — относительное удлине­ние, %.

Ковкие чугуны используются для изготовления дета­лей, эксплуатируемых при больших динамических и ста­тических нагрузках (КЧ 37—12, КЧ 35—10), и других, менее ответственных изделий (КЧ 30—6; КЧ 33—8), тор­мозных колодок, звеньев и роликов цепей конвейеров, вилок карданных валов и др. (КЧ 50—4, КЧ 56—4, КЧ60—3, КЧ63—2).

В зависимости от состава различают обычные, моди­фицированные и легированные чугуны.

Модифицированные чугуны (СЧ 30, СЧ 35, СЧ 40) получают добавлением в жидкий чугун перед разливкой специальных добавок — модификаторов (ферросилиция, силикокальция, графита и др.). Это позволяет получить в чугунных отливках перлитную основу с вкраплениями небольшого количества изолированных пластинок графи­та средней величины и в конечном счете повысить их механические свойства.

Легированным называют чугун, в состав которого вхо­дят специальные легирующие элементы — хром, никель, медь, титан, молибден и другие, заметно улучшающие его механические, физические и технологические свой­ства.

По суммарному содержанию легирующих элементов чугуны подразделяются на низколегированные (до 3%), среднелегированные (3—10 %) и высоколегированные (более 10 %). Если эти элементы уже содержатся в железной руде, то получае­мые из нее чугуны называются природнолегиро­ванными.

Легированные чугуны выпускаются конструкционные, износостойкие (ИЧХ15МЗ, ИЧХ28НГ, ИЧХ17НГЗ), анти­фрикционные (АСЧ-1, АСЧ-2, АСЧ-3, АЧВ-1, АЧВ-2), немагнитные, коррозионностойкие и жаропрочные (ЧС15МЧ, ЧН1ХМД), жаростойкие (ИСЧХ, ИСЧЮХ22, ЖЧЮ30), ростоустойчивые (способные сопротивляться необратимому увеличению объема при нагреве до высо­ких температур).

В маркировке легированных чугунов буквы отражают их свойства (ИЧ — износостойкие чугуны, АСЧ — анти­фрикционные серые чугуны, АЧВ — антифрикционные высокопрочные чугуны, ЖЧ — жаростойкие чугуны) и легирующие элементы (X — хром, H — никель, Г — мар­ганец, Д — медь, M — молибден, Ю — алюминий). Циф­ры, стоящие после букв, обозначающих легирующие эле­менты, указывают на их содержание, %. Если цифра отсутствует, то содержание легирующего элемента ме­нее 1 %.

По назначению чугуны подразделяются на литейные и передельные.

Литейными называются чугуны, предназначенные для изготовления изделий методами литья. Они поставляют­ся в виде готовых отливок или в форме чушек массой 18—45 кг.

Чушковые литейные чугуны выпускаются коксовые (ЛКОО, ..., ЛК5), древесноугольные (ЛД1, ЛД2, ЛД3), специальные (KK — для отливки ковкого чугуна, коксо­вый, КД — древесноугольный, ВД — для отливки валков прокатных станов, древесноугольный, ЛКА — литейный коксовый для авиапромышленности) и природнолегиро­ванные хромо-никелевые (ЛХЧ1, ..., ЛХЧ6, ХНК2, ..., ХНК5, ХНД2, .... ХНД5).

Цифры в маркировке обозначают порядковый номер, который зависит от содержания кремния. Чем меньше кремния, тем выше порядковый номер.

Литейные чугуны некоторых марок по содержанию марганца подразделяются на группы, по содержанию фосфора — на классы, а по содержанию серы — на ка­тегории.

Передельными называются чугуны, используемые для передела на сталь. Они выпускаются четырех типов:

§ передельные коксовые (Ml, M2, М3, Bl, Б2, T);

§ передельные коксовые высококачественные (ПВК1, ПВК2, ПВКЗ);

§ передельные древесноугольные (МД1, МД2);

§ передельные древесноугольные высококачественные (ПВД1, ПВД2, ПВД3).

В маркировке буквы M, Б и T обозначают способ пе­редела соответственно мартеновский, бессемеровский и томассовский, а цифры — порядковый номер марки. Чем она выше, тем меньше содержание кремния. Деление на группы, классы и категории внутри отдельных марок ана­логичны литейному чугуну.