Таблица 5.4

Механические свойства*1 и рекомендуемый химический состав высокопрочного чугуна с шаровидным графитом по гост 7283—85

Марка чугуна	Механические свойства						Содержание элемента*^2, %
	ав, Н/мм^2(кгс/мм^2)	ат, Н/мм^2(кгс/мм^2)	5, %	нв		С		Si		Мп
	не менее
Ферритные чугуны
ВЧ 35*^3	350(35)	220(22)	22	140... 170		2,7...3,8		0,8...2,9		0,2 ...0,6
ВЧ 40	. 400(40)	250(25)	15	140...202		2,7...3,8		0,5 ...2,9		0,2...0,6
Перлито-ферритные чугуны
ВЧ 45	450(45)	310(31)	10	140...225		2,7...3,8		0,5...2,9		0,3...0,7
ВЧ 50	500(50)	320(32)	7	153...245		2,7...3,7		0,8...2,9		0,3...0,7
Перлитные чугуны
ВЧ60	600(60)	370(37)	3	192... 277		2,7...3,6		2,2 ...2,5		0,4... 0,7
ВЧ 70	700(70)	420(42)	2	228...300		3,0...3,6		2,6...2,9		0,4... 0,7
ВЧ 80	800(80)	480(48)	2	248...351		3,2...3,6		2,6... 2,9		0,4...0,7
Бейнитный чугун
ВЧ 100	1000(100)	700(70)	2	270... 360		3,2...3,6		3,0... 3,8		0,4... 0,7

*' а_в- временное сопротивление; а_т — предел текучести; 5 — относительное удлинение; НВ — твердость по Бринеллю.

*² Содержание примесей: Р не более 0,1 %; S не более 0,02%.

*³ Ударная вязкость KCU более 0,13 кДж/м².

обработки, перлитные чугуны получают с нормализацией, а бей- нитные - с закалкой и отпуском.

Для формирования в структуре шаровидного графита необхо­димо, чтобы количество усвоенного модификатора соответство­вало 0,03...0,06 %. При меньшем количестве образуется не шаро­видный, а пластинчатый графит, при большем появляется отбел, т. е. возникает необходимость в термической обработке.

Не следует забывать, что при вводе магниевых лигатур на дно ковша и при заливке в него чугуна наблюдается пироэффект, свя­занный с испарением магния при 1083 °С. В связи с этим чистый магний закладывать на дно ковша нельзя, так как произойдет выброс жидкого металла (как при попадании воды под жидкий металл). Поэтому модифицирование чистым магнием проводят в автоклавах. Наработан положительный опыт на КамАЗе и на дру­гих заводах модифицирования в литейной форме - Inmold-npo- цесс. Этот способ обеспечивает уменьшение расхода дорогостоя­щего модификатора, структура чугуна получается без термиче­ской обработки в литом состоянии, время между процессом мо­дифицирования и моментом заливки равно практически нулю, т. е. решается проблема, связанная с кратковременностью действия модификатора. В то же время уменьшается производительность (на модельной плите располагаются реакционные камеры, в которые засыпается модификатор, и число отливок уменьшается), снижа­ется выход годного. К положительным сторонам Inmold-процесса следует также отнести уменьшение предусадочного расширения и уменьшение объема прибылей до 40 %.

В отличие от пластинчатого графита в сером чугуне, который практически пронизывает металлическую матрицу, включения шаровидного графита разобщены (как и включения хлопьевидно­го графита отжига в ковком), поэтому в высокопрочном чугуне коэффициент теплопроводности практически в два раза меньше, чем в сером чугуне.

Увеличение теплопроводности серого чугуна связано с тем, что для графита X = 160, а для железа X = 87 Вт/(м-К). Поэтому детали из серого чугуна будут лучше работать в условиях тепло- смен и перепадов температур, чем из высокопрочного чугуна.

Особенности литейных свойств высокопрочного чугуна. Жидко­текучесть высокопрочного чугуна выше, чем жидкотекучесть се­рого чугуна, поэтому тонкостенные отливки высокопрочного чу­гуна получаются без проблем. Усадочные свойства в значительной степени зависят от литой структуры отливки. Если отливка за­твердевает «по-белому», то в ней образуются усадочные ракови­ны и необходимы прибыли, как и для белого чугуна. Объем уса­дочных дефектов достигает 6 % и более; возникают горячие и хо­лодные трещины. Если структура высокопрочного чугуна получа­ется в литом состоянии (как правило, при использовании вто­ричного модифицирования ферросилицием), т.е. при затвердева­нии не выделялся структурно свободный цементит, а происходи­ла графитизация, то объем прибылей и объем усадочных дефек­тов уменьшается на 20... 30 % и составляет 4,5... 5,5 %. Горячих тре­щин при этом не возникает, холодные трещины образуются реже, чем при затвердевании «по-белому».

При модифицировании в литейной форме (при реализации Inmold-процесса) объем усадочных дефектов уменьшается еще на 30...40% за счет выделения большего количества графита и со­ставляет 3,0...4,5 %. Простые тонкостенные отливки из ферритно- го высокопрочного чугуна с шаровидным графитом (типа патруб­ков) небольшой массы можно отливать без прибылей (при этом литейные формы изготовляются из высокопрочных смесей).

Линейная усадка отливок высокопрочных чугунов меньше, чем в случае серых чугунов, в связи с тем, что в первых большее пре- дусадочное расширение, главным образом из-за графитизации сра­зу после затвердевания. При модифицировании в ковше оно со­ставляет 0,4...0,5%, а при модифицировании в форме - 0,2... 0,22 %. Поэтому при переходе на Inmold-процесс модельную ос­настку необходимо переделывать, так как линейная усадка отли­вок различается в этих двух случаях на такую же величину (при Inmold-процессе линейная усадка больше).

Остальные литейные свойства (газонасыщение, ликвация, из­менение механических свойств в зависимости от толщины стен­ки) такие же, как у серого чугуна.

При содержании серы более 0,012 % отливки поражаются не­металлическими включениями — «черными пятнами», состоящи­ми из MgS, MnS, MgO.

Из других технологических свойств следует прежде всего отме­тить более высокую герметичность высокопрочных чугунов из-за отсутствия графитной пористости, и эти чугуны можно исполь­зовать для отливки деталей, работающих при давлениях 40 МПа (400кгс/см²) и выше.

Обрабатываемость высокопрочного чугуна, определяемая, на­пример, по стойкости резца, зависит от твердости НВ металли­ческой матрицы. Чистота поверхности деталей из высокопрочного чугуна выше, чем деталей из серого чугуна, вследствие обособ­ленности включений графита.

Благодаря высоким показателям и хорошему сочетанию проч­ностных, эксплуатационных, физических и технологических свойств высокопрочный чугун находит очень широкое примене­ние во всех отраслях промышленности. Как показывает зарубеж­ный и отечественный опыт, изделия из высокопрочного чугуна во многих случаях заменяют стальное литье, стальные поковки, изделия из ковкого и серого чугуна.

Преимуществом высокопрочного чугуна перед сталью является меньшая плотность, а значит, и меньшая масса, которая еще бо­лее снижается в связи с тем, что из этого чугуна можно отливать более тонкостенные детали благодаря его более высокой жидкоте­кучести. Важным преимуществом в этом отношении является так­же более низкая температура плавления (примерно на 300 °С), что облегчает и удешевляет процесс плавки. Кроме того, значительно упрощается и удешевляется изготовление литейных форм, так как не требуются дорогие формовочные материалы, специальная кера­мика для литниковых систем и т.п. К большим преимуществам высокопрочного чугуна относятся также меньшая склонность к образованию горячих трещин и большая циклическая вязкость.

В сравнении с ковким чугуном преимуществами высокопроч­ного чугуна являются лучшие литейные и более высокие механи­ческие свойства, возможность во многих случаях обходиться без термической обработки, а также возможность применения для изготовления деталей любых сечений, массы и размеров.

Высокие значения механических свойств высокопрочного чу­гуна дают также возможность заменять им серый чугун, при этом достигаются уменьшение толщины стенок и снижение массы от­ливок. Например, при переходе на высокопрочный чугун значи­тельно уменьшается толщина водопроводных труб, уменьшается масса тюбингов метрополитенов и подземных шахт, при этом ме­таллоемкость конструкций снижается в 1,5-2 раза [11].