2.5. Классификация чугунов и их обозначение

Чугунами называются железоуглеродистые сплавы, содержащие более 2,12% Си затвердевающие с образованием эвтектики. Благодаря сочетанию высоких литейных свойств, достаточной прочности, износостойкости, а также относительной дешевизне чугуны получили широкое распространение в машиностроении. Их используют для производства качественных отливок сложной формы при отсутствии жестких требований к габаритам и массе деталей.

В зависимости от того, в какой форме присутствует углерод в сплавах, различают белые, серые, высокопрочные чугуны, чугуны с вермикулярным графитом и ковкие чугуны. Высокопрочные чугуны и чугуны с вермикулярным графитом являются разновидностью серых, но из-за повышенных механических свойств их выделяют в особые группы.

Белыминазываются чугуны, в которых весь углерод находится в связанном состоянии в виде цементитаFe₃C. Из-за большого количества цементита они твердые (450÷550 НВ), хрупкие и для изготовления деталей машин не используются. Ограниченное применение имеют отбеленные чугуны – отливки из серого чугуна со слоем белого чугуна в виде твердой корки на поверхности. Из них изготовляют прокатные валки, лемеха плугов, тормозные колодки и другие детали, работающие в условиях износа.

В промышленности широко применяют серые, высокопрочные и ковкие чугуны, в которых весь углерод или часть его находится в виде графита. Графит обеспечивает пониженную твердость, хорошую обрабатываемость резанием, а также высокие антифрикционные свойства вследствие низкого коэффициента трения. Вместе с тем включения графита снижают прочность и пластичность, так как нарушают сплошность металлической основы сплава. Серые, высокопрочные и ковкие чугуны различаются условиями образования графитных включений и их формой, что отражается на их механических свойствах, которые в большой степени зависят от структуры металлической основы. Прочность, твердость и износостойкость чугунов растут с увеличением количества перлита в металлической основе, которая по всем показателям близка к сталям.

Серыминазываются чугуны с пластинчатой формой графита. По химическому составу серые чугуны подразделяют на обычные (нелегированные) и легированные. Обычные серые чугуны – сплавы сложного состава, содержащие основные элементы:Fe,С,Siи постоянные примеси:Мп, РиS. Содержание этих элементов в серых чугунах колеблется в следующих пределах 2,2÷3,7%С; 1÷3%Si; 0,2÷1,1%Мп; 0,02÷0,3%Р; 0,02÷0,15%S. В небольших количествах в обычных серых чугунах могут содержатьсяСr,Ni иСи, которые попадают из руды. Почти все эти элементы влияют на условия графитизации, количество графитных включений, структуру металлической основы и, как следствие, свойства чугунов. Обозначают серые чугуны индексами СЧ 20, СЧ 25, СЧ 30. Цифра в обозначении указывает на предел прочности чугуна при растяжении в 0,1МПа (табл. 1.1).

Высокопрочныминазывают чугуны, в которых графит имеет шаровидную форму. Их получают модифицированием магнием, который вводят в жидкий чугун в количестве 0,02÷0,08 %. Чугун после модифицирования имеет следующий химический состав в: 3,0÷3,6%С; 1, ÷2,9%Si; 0,3÷0,7%Мп; до 0,02%Sи до 0,1%Р. По структуре металлической основы высокопрочный чугун может быть ферритным или перлитным. Ферритный чугун в основном состоит из феррита и шаровидного графита, допускается до 20 % перлита. Структура перлитного чугуна – сорбитообразный или пластинчатый перлит и шаровидный графит, допускается до 20 % феррита.

Шаровидный графит – менее сильный концентратор напряжений, чем пластинчатый, поэтому он меньше снижает механические свойства металлической основы и обладает более высокой прочностью и некоторой пластичностью. Марка высокопрочного чугуна обозначается буквами ВЧ и числа, означающего его временное сопротивление (предел прочности), уменьшенное в 10 раз (табл. 1.1).

В чугунах с вермикулярным графитомструктура формируется под действием комплексного модификатора, содержаще­го магний и редкоземельные металлы. Графит приобретает шаровидную (до 40 %) и вермикулярную – в виде мелких тонких прожилок – форму.

После модифицирования эти чугуны содержат: 3,1÷3,8%С; 2,0÷3,0%Si; 1,0%Мп; до 0,025%S; 0,08%Р.

Чугуны с вермикулярным графитом производят четырех марок: ЧВГ 30; ЧВГ 35; ЧВГ 40; ЧВГ 45 (табл. 1.1). Число в марке обозначает уменьшенное в 10 раз значение временного сопротивления.

По механическим свойствам чугуны с вермикулярным графитом занимают промежуточное положение между серыми и высокопрочными чугунами. Они прочнее серых чугунов, особенно при циклических нагрузках. Механические свойства этих чугунов в меньшей степени зависят от массы отливок. Они отличаются хорошей теплопроводностью, что обеспечивает их стойкость к теплосменам.

Таблица 1.1. Свойства промышленных чугунов

Марка чугуна			8%	НВ
	МПа
Серые чугуны (ГОСТ 1412-85)
СЧ10	100	-	-	490
СЧ15	150	-	-	163÷210
СЧ25	250	-	-	180÷245
СЧ35	350	-	-	220÷275
Высокопрочные чугуны (ГОСТ 7293-85)
ВЧ35	350	220	22	140÷170
ВЧ45	450	310	10	140÷225
ВЧ60	600	370	3	192÷227
ВЧ80	800	490	2	248÷351
ВЧ100	1000	700	2	270÷360
Чугуны с вермикулярным графитом (ГОСТ 28384-89)
ЧВГ30	300	240	3	130÷180
ЧВГ35	350	260	2	140÷190
ЧВГ40	400	320	1,5	170÷220
ЧВГ45	450	380	0,8	190÷250
Ковкие чугуны (ГОСТ 1215-79)
КЧ 3О-6	300	-	6	100÷163
КЧ 35-8	350	-	8	100÷163
КЧ 37-12	370	-	12	110÷163
КЧ 45-7	450	-	7	150÷207
КЧ 60-3	600	-	3	200÷269
КЧ 80-1,5	800	-	1,5	270÷320

Ковкими называются чугуны, в которых графит имеет хлопьевидную форму. Их получают отжигом белых доэвтектических чугунов. По этой причине графит ковких чугунов называют углеродом отжига. Такой графит в отличие от пластинчатого меньше снижает механические свойства металлической основы, вследствие чего ковкие чугуны, по сравнению с серыми, обладают более высокими прочностью и пластичностью.

Отливки из белых чугунов, подвергаемые отжигу на ковкие чугуны, изготовляют тонкостенными. Они не должны иметь толщину в сечении более 50 мм, иначе в сердцевине при кристаллизации выделяется пластинчатый графит и чугун становится непригодным для отжига. По этой же причине исходные белые чугуны имеют пониженное содержание углерода и кремния. Их химический состав следующий: 2,4÷2,9%С; 1,0÷1,6%Si; 0,2÷1,0%Мп; до 0,2%Sдо 0,18%Р.

По структуре металлической основы, которая определяется режимом отжига, ковкие чугуны бывают ферритными и перлитными. Ковкие чугуны обозначают индексом и последующими цифрами, первая из которых характеризует прочность, а вторая пластичность КЧ 30-6, КЧ 60-3 и т.д. (табл. 1.1).

Легированные чугуны. Свойства чугунов можно улучшить легированием, то есть введением в его состав специальных элементов, таких же, какие используют при легировании стали. Легирующие элементы влияют на металлическую основу чугуна, а также на характер и размеры графитных включений, способствуют измельчению структуры. Назначение легированных чугунов самое различное. Чугуны применяют износостойкие, жаростойкие, жаропрочные, коррозионностойкие, антифрикционные.

Износостойкие чугуны. Для работы в условиях абразивного изнашивания применяют чугун, содержащий 3,5÷5% Ni; 0,8% Сr, обладающий удовлетворительной износостойкостью в легких условиях работы (рабочие органы насосов и др.). Чугуны для работы в условиях сухого трения в основном легированы хромом (до 0,6%) и никелем (до 2,5%) с добавками таких элементов, как титан, медь вольфрам, молибден. Из таких чугунов изготовляют тормозные барабаны автомобилей, диски сцепления, суппорты токарных станков, гильзы цилиндров и др. Высокой износостойкостью обладает высокохромистый чугун, например, марки ИЧХ12ГЗМ (12÷14%Сr; I 2,8÷3,8% Мп; 0,4÷0,8% Мо), применяемый для дробильных вальцов, шаров шаровых мельниц и др.

Жаростойкие чугуны. К ним относится хромистый чугун с содержанием хрома от 0,5 до 30%; например: чугун марки ЖЧХ-30 (28÷32% Сr), применяемый для деталей печей и вагранок, фурм и других деталей, работающих при высоких температурах (до 900⁰С); кремнистый чугун марки ЖЧС-5,5 (5÷6% Si), применяемый для изготовления деталей, работающих при температурах до 800⁰С, для рам дверок мартеновских печей, деталей котлов и др.; алюминиевый чугун марки ЖЧЮ-22 (19÷25% Аl), обладающий наиболее высокой жаростойкостью и применяемый для деталей, работающих при температурах до 1150⁰С (шлаковые фурмы доменных печей, плавильные тигли и др.).

Жаропрочные чугуны. К ним относится, например, чугун с шаровидным графитом марки ЧН11Г7Х2Ш (10÷12% Ni; 5÷8% Мп; 1÷2,5% Сr), обладающий высокими жаропрочными свойствами и применяемый для деталей дизелей, компрессоров по сжижению газов и др.

Коррозионностойкие чугуны. Эти чугуны бывают низко– и высоколегированные. Низколегированный чугун, например, марки ЧН1ХМД (0,7÷1,5% Ni; 0,2÷0,6% Сr; 0,3÷0,6% Мо; 0,2÷0,5% Си) применяют для деталей, работающих при повышенных температурах в газовых средах (блоки и головки цилиндров двигателей внутреннего сгорания и др.). Высоколегированные чугуны – это кремнистые сплавы (ферросилиды), содержащие 14÷18% Si (например, марка С17), стойкие во всех кислотах и щелочах. Их применяют для изготовления деталей насосов, оборудования, работающего с концентрированной серной, азотной и др. кислотами.