8.3.3. Чугуны с вермикулярным графитом

Наряду с шаровидным графитом высокопрочные чугуны могут содержать графит вермикулярной формы. Такой графит имеет форму изогнутых лепестков, размеры которых меньше по сравнению с частицами пластинчатого серого чугуна. В чугунах с вермикулярным графитом структура формируется под действием комплексного модификатора (около 5 % Мg и малые добавки Ce и Ti). 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; 0,2–1,0 Мп; до 0,025 S; 0,08 Р.

Чугуны с вермикулярным графитом производят четырех марок: ЧВГ 30; ЧВГ 35; ЧВГ 40; ЧВГ 45 (см. табл. 4). 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; предел выносливости σ_-1 составляет 140 МПа у ЧВГ 30 и 190 МПа у ЧВГ 45. Механические свойства этих чугунов в меньшей степени зависят от массы отливок. Они отличаются хорошей теплопроводностью (40–50 Вт/(м·К)), что обеспечивает их стойкость к теплосменам.

Чугуны с вермикулярным графитом заменяют серые чугуны в отливках, подвергаемых циклическим нагрузкам и частым теплосменам. Из них отливают блоки цилиндров, поршни, гильзы, крышки цилиндров двигателей внутреннего сгорания, а также изложницы и кокили. При введении в состав чугунов до 1,2 % Ni и 0,4 % Мо они хорошо противостоят изнашиванию и кавитации.

4. Ковкие чугуны

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 высокой прочностью и пластичностью.

Отливки из белых чугунов, подвергаемые отжигу на ковкие чугуны, изготовляют тонкостенными. Они не должны иметь сечение 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 S и до 0,18 Р.

По структуре металлической основы, которая определяется режимом отжига, ковкие чугуны бывают ферритными и перлитными (рис. 78).

Рис. 78. Микроструктура ковкого чугуна × 300

Отжиг на ферритные чугуны проводят по режиму I (рис. 79), обеспечивающему графитизацию всех видов цементита белых чугунов. Отливки из такого чугуна загружают в специальные ящики и засыпают песком или стальными стружками для защиты от окисления и медленно (2025 ч) нагревают до температуры несколько ниже эвтектической 9501000 °С. В процессе продолжительной (1015 ч) выдержки при такой температуре происходит первая стадия графитизации. Она состоит в распаде эвтектического и вторичного цементита (имеющегося в небольшом количестве при этой температуре). К концу первой стадии графитизации чугун состоит из аустенита и включений углерода отжига. Затем температуру медленно снижают. При этом происходит промежуточная стадия графитизации  распад выделяющегося вторичного цементита. Вторая стадия графитизации протекает или при весьма медленном охлаждении в эвтектоидном интервале температур, или при длительной выдержке (2530 ч) несколько ниже температуры эвтектоидного превращения (720740 °С). В процессе этой выдержки распадается цементит перлита. В результате такого отжига продолжительностью 7080 ч весь углерод выделяется в свободном состоянии и формируется структура, состоящая из феррита и углерода отжига.

Рис. 79. Схема отжига белого чугуна на ковкий чугун: