14.Высокопрочные чугуны, их структура, получение, свойства, маркировка, применение.

Высокопрочный чугун

Чугун с повышенными показателями прочности. Получают высокопрочный чугун главным образом модифицированием. В качестве модификатора используют магний (Mg), кальций (Ca), церий (Ce) и другие элементы. Микроструктура высокопрочного чугуна характеризуется наличием графита шаровидной формы, что и обеспечивает повышение прочности. Наибольший эффект повышения прочности достигается в толстостенных отливках. Пример маркировки: ВЧ 40-10, где первая цифра показывает предел прочности при растяжении в кгс/мм², а вторая - относительное удлинение в %. Известно, что на сферических поверхностях внутренние напряжения не концентрируются. Именно это и положено в основу производства высокопрочных чугунов, у которых графит приобретает шаровидную форму. Структура металлической основы у таких чугунов феррито-перлитная с большим или меньшим количеством перлита.

Получают высокопрочные чугуны путем введения в ковш с жидким чугунов специальных присадок, получивших название модификаторов. Модификаторы играют роль искусственных центров кристаллизации и, равномерно распределяясь по объему жидкого металла, приводят к началу кристаллизации не только от стенок литейной формы, но и внутри самого объема этой формы. Поскольку искусственный зародыш в момент кристаллизации чугуна со всех сторон окружен жидким металлом, это создает условия для формирования кристаллов сферической формы.

В качестве модификаторов обычно используется магний, но т.к. введение металлического магния сопровождается сильным пироэффектом, то чистый магний заменяют его лигатурами (например, сплавом магния и никеля). Неплохие результаты дает модифицирование чугуна церием или силикокальцием.

ИЗ МЕТОДИЧКИ

Механические свойства чугуна могут быть еще улучшены изменением формы графитовых включений из вытянутых прожилок в круглые шаровидные выделения. Чугун с шаровидным графитом называется высокопрочным (рис.4, а,д). Благодаря шаровидной форме графита металлическая основа чугуна является менее разобщенной, ослабляет действие графитных включений, как надрезов, и сплав достигает прочности среднеуглеродистой стали – до 800 Мпа. Помимо высокой прочности шаровидная форма графита обеспечивает также наличие сравнительно высокой пластичности (до  = 17%) и вязкости высокопрочного чугуна. Такой чугун получают модифицированием (микролегированием)жидкого чугуна присадками (0,1-0,5% магния от массы обрабатываемой порции чугуна, 0,2-0,3% церия, иттрия и некоторых других элементов). Для измельчения включений вводят ферросилиций.

Основное затруднение в получении высокопрочного чугуна заключается в сложности введения Mg (температура кипения Mg 1107C), т.к. в свободном состоянии Mg бурно горит в зеркале металла. Поэтому во избежание взрывных явлений модификаторы вводят в жидкий чугун в специальных закрытых ковшах – автоклавах или же в виде лигатур – Mg с Ni, Cu или Si.

Согласно ГОСТ 7293-85, отливки изготавливают из высокопрочного чугуна следующих марок: ВЧ35, ВЧ40, ВЧ45, ВЧ50, ВЧ60, ВЧ70, ВЧ80, ВЧ100. Здесь буквы «ВЧ» означают «высокопрочный чугун», цифры соответствуют минимальному пределу прочности при растяжении (в, кгс/мм^).

Механические свойства высокопрочного чугуна значительно выше, чем у модифицированного, он обладает хорошими литейными и технологическими свойствами и применяется для замены стальных литых и кованых деталей машин, подвергаемых ударам и действию переменных напряжений (коленчатые и распределительные валы, крышки цилиндров, тормозные диски, детали зубчатых передач, поршневые кольца, различные втулки, детали судовых дизелей и т.п.).

Рис.4. Структура чугуна:а) высокопрочного (нетравленый шлиф);б) ковкого (нетравленый шлиф); в) ковкого с перлитной основой; г) ковкого с перлитной основой; д) высокопрочного с ферритно-перлитной основой.