Таблица 5.7

Механические свойства и рекомендуемый химический состав ковкого чугуна по гост 7293-79 (изм. В 1991 г.)

Марка чугуна	Механические свойства				Среднее содержание элемента, мае. %
	С7В, Н/мм^2(кгс/мм^2), не менее	5, %	нв	С		Si	Мп
Ферритные чугуны
КЧЗО-6	294(30)	6	100... 163	2,7		1,3	0,5
КЧЗЗ-8	323(33)	8	100... 163	2,7		1,3	0,5
КЧ35-10	335(35)	10	100... 163	2,6		1,2	0,4
КЧ37-12	362(37)	12	110...163	2,5		1,3	0,3
Перлитные чугуны
КЧ45-7	441(45)	7	150...207	2,6		1,2	0,6
КЧ50-5	490(50)	5	170...230	2,6		1,2	0,6
КЧ55-4	539(55)	4	192...241	2,6		1,2	0,6
КЧ60-3	588(60)	3	200... 269	2,6		1,2	0,6
КЧ65-3	637(65)	3	212... 269	2,5		1,3	0,6
КЧ70-2	686(70)	2	241...285	2,5		1,3	0,6
КЧ80-1,5	784(80)	1,5	270... 320	2,5		1,3	0,6

Примечание. Содержание примесей в чугуне, мае. %, менее: Р 0,10...0,18; S 0,06...0,20; Сг 0,06...0,08.

Литейные свойства белого чугуна (предназначенного к отжигу на ковкий чугун) значительно хуже, чем у высокопрочного чугу­на и особенно у серого чугуна. Меньшая эвтектичность и высокая температура ликвидуса приводят к меньшей жидкотекучести. Широкий интервал кристаллизации (100 °С и более) и структура белого чугуна приводят к тому, что отливки белого чугуна склон­ны к усадочным раковинам и пористости. Объемная усадка за­твердевания ковкого чугуна составляет величину порядка 6 %. Тот же широкий интервал кристаллизации является ответственным за высокую склонность к горячим трещинам. Для структуры бело-

го чугуна (П + Ц) характерны повышенные твердость и хрупкость, поэтому отливки данного чугуна склонны к холодным трещинам.

Линейная усадка отливки белого чугуна составляет 1,6...2,3 %. При графитизирующем отжиге отливки белого чугуна «растут» (увеличиваются в объеме из-за выделения графита из цементита) примерно на 2,0 %. Поэтому чаще всего линейная усадка, прини­маемая при проектировании модельно-стержневой оснастки, со­ставляет максимум 0,5 %. В некоторых случаях для предупрежде­ния появления плюсовых систематических отклонений ее прини­мают равной нулю или даже отрицательной, особенно при ис­пользовании низкопрочных смесей.

Результатом газонасыщения является присутствие в твердом растворе азота, который сильно стабилизирует цементит. При модифицировании бором азот связывается в нитрид бора (BN), и длительность графитизирующего отжига, как уже было отмечено, сокращается более чем в два раза. С ликвацией в белых чугунах, как и в других чугунах, проблем не возникает. В отличие от других чугунов ковкий чугун (особенно с ферритной матрицей) отлича­ется однородностью свойств по сечению отливки.

5.6. Легированные чугуны

По условиям эксплуатации чугуны должны обладать не только определенной прочностью, но и рядом специальных свойств: жаростойкостью, жаропрочностью, износостойкостью, коррози­онной стойкостью и др. Эти свойства обеспечиваются легирова­нием одним или несколькими элементами. По составу чугунам присваиваются названия именно по легирующему элементу: хро­мистые, никелевые, кремниевые, алюминиевые, марганцевые, ванадиевые.

Буквы в марках легированных чугунов обозначают: Ч - чугун; X - хром; Н - никель; Т - титан; С - кремний; Г - марганец; М - молибден; Д - медь; Ю - алюминий; П - фосфор; Ш - шаровидный; И - износостойкий; Ж - жаростойкий.

Хромистые чугуны предназначены для изготовления жаро­стойких, коррозионно-стойких и износостойких отливок. Содер­жание хрома в жаростойких чугунах колеблется от 1,0 до 32 % (чу­гуны ЖЧХ1 ...ЖЧХЗО). Предельная рабочая температура для хро­мистых чугунов с содержанием 13... 16% Сг составляет 900°С, для чугунов с 20...30% Сr - 1200°С.

Хромистые чугуны ЧХ34 обладают высокой коррозионной стой­костью в растворах различных солей и кислот.

Износостойкость хромистых чугунов повышается дополнитель­ным легированием никелем, титаном, молибденом (ИЧХ2Н4, ИЧХЗТД, ИЧХ15М2).

Хромистые чугуны имеют большую линейную (2,0...2,5%) и объемную (до 7%) усадку, склонны к горячим и холодным тре­щинам.

Никелевые чугуны с 0,5... 1,5 % Ni имеют перлито-цемен- титную матрицу, относятся к конструкционным материалам и ис­пользуются для изготовления деталей, работающих в условиях изнашивания в агрессивной газовой среде: поршневые кольца (ЧНХТ, ЧН1ХД), цилиндры тепловозных и судовых двигателей, зубчатые колеса (ЧН2Х).

Чугуны, содержащие 10...20% Ni, имеют аустенито-карбид- ную матрицу. Наиболее распространенными являются чугуны ЧН15ДЗШ (нирезист), ЧН20Д2Ш (никросилал). Никелевые чугу­ны характеризуются высокой коррозионной стойкостью в раство­рах солей, щелочей; обладают высокими прочностью и пластич­ностью. Графит в них, как правило, шаровидной формы.

Литейные свойства никелевых чугунов с высоким содержани­ем никеля такие же, как и высоколегированных сталей: высокая склонность к усадочным дефектам, к горячим и холодным тре­щинам, к образованию плен и неметаллических включений.

В марганцевых чугунах, содержащих 5...6 % Мп, при обыч­ных скоростях охлаждения структура формируется мартенситной, при 9... 10 % Мп структура состоит преимущественно из аустени- та и карбидов, графит в них может быть пластинчатый и шаро­видный.

Марганцевые чугуны применяются, главным образом, как ан­тифрикционные и немагнитные материалы. Марганцевый аусте­нит склонен к наклепу, по сравнению с никелевым хуже обраба­тывается, поэтому припуски на обработку должны быть мини­мальными.

Марганцевые чугуны имеют также низкие литейные свойства.

Алю миниевые чугуны используются главным образом как жаростойкий и износостойкий материал. Низколегированные чу­гуны с содержанием около 1 % А1 имеют перлито-ферритную мат­рицу с включениями шаровидного графита (ЧЮХШ). Среднеле- гированные чугуны содержат 5...9% AL, имеют ферритную мат­рицу с растворенным алюминием и включениями перлита, гра­фита и карбида железа. Высоколегированные алюминиевые чугу­ны содержат 20...30 % А1 (ЖЧЮ22Ш - чугаль; ЖЧЮ30 - пирофераль), имеют ферритную матрицу с включениями графита и карбидов. Для чугаля характерна высокая стойкость против раство­рения в расплавах алюминия, пирофераль имеет высокую износо­стойкость. Предельная рабочая температура этих сплавов 1100 °С. Алюминиевые чугуны имеют низкие литейные свойства.

Кремниевые чугуны являются окалино- и коррозионно-стой­кими. При содержании 5...6% Si (ЖЧС5) они в литом состоянии имеют ферритную матрицу и называются «силалом». При переходе к шаровидному графиту (ЖЧС5Ш) названные выше свойства повы­шаются как в воздушной среде, так и в среде генераторного газа.

В химическом машиностроении широкое применение получи­ли сплавы ЧС13, ЧС15, ЧС17 (ферросилиды), обладающие высо­кой коррозионной стойкостью во многих кислотах, кроме соля­ной. Для повышения стойкости в этой и других кислотах в ферро­силиды вводят 4,0 % Мо (ЧС15М4, ЧС17МЗ) и называют эти спла­вы «антихлорами».

Силалы имеют литейные свойства, близкие к литейным свой­ствам серых чугунов, особенно когда графит пластинчатый и эв­тектический химический состав.

Свободная линейная усадка ферросилидов составляет 1,2... 2,6 %. У антихлора она также около 2,2 %. Вместе с тем антихлор имеет большую склонность к образованию концентрированных усадоч­ных раковин по сравнению с ферросилидом.

Отливки из ЖЧС5Ш подвергают термической обработке для снятия напряжений. Отливки из ферросилида и антихлора очень хрупкие и требуют осторожного обращения при механической обработке, монтаже и транспортировке.

5.7. Синтетический чугун

Производство синтетического чугуна заключается в выплавке его из стальных отходов без использования литейных или передельных доменных чугунов с соответствующим науглероживанием (источ­ники углерода — электродный бой, кокс, графитизированный по­рошок, каменный уголь и т.п.). Синтетический чугун отличается низким содержанием серы (0,015...0,03 %), фосфора (0,02...0,04 %), Н₂, 0₂, N₂ и других примесей и неметаллических включений.

Синтетическим может быть чугун любой структурной группы: серый, высокопрочный, с вермикулярным графитом, ковкий и бе­лый. При этом расход модификатора для синтетического чугуна на 0,1... 0,2 % должен быть больше. Размер включений графита в синте­тическом сером чугуне меньше, перлит более дисперсный, что обус­ловливает его более высокие механические свойства. Получение син­тетического чугуна высоких марок СЧЗО, СЧ35 заметно облегчается.

При производстве синтетического ковкого чугуна из-за низко­го содержания фосфора наблюдается соответствующее увеличе­ние пластичности. Вместе с тем заметно некоторое увеличение длительности отжига.

При производстве синтетического высокопрочного чугуна на­блюдается более стабильное воздействие модификатора.

От обычных синтетические чугуны отличаются и по литейным свойствам: меньшая жидкотекучесть, большая склонность к отбе- лу и образованию междендритного графита, повышенная склон­ность к холодным трещинам. Однако герметичность отливок син­тетического чугуна выше, чем отливок обычного чугуна.

5.8. Литейные стали

В отличие от чугунов стали могут быть деформируемыми и ли­тейными. Литейные стали, как правило, отличаются от дефор­мируемых пониженными механическими и пластическими свой­ствами, что связано с формированием в литом состоянии порис­тости (усадочной, газоусадочной и газовой). Плотность деформи­руемых сталей, изначально полученных также в литом состоянии, повышается после деформации. При маркировке литых сталей обязательно ставится буква Л (литейная, литая).

Следует также отметить, что в отличие от серых, ковких и вы­сокопрочных чугунов литейные стали обладают более высокими пластичностью и комплексом соответствующих физических и хи­мических свойств. По сравнению с чугунными отливками произ­водство стальных отливок характеризуется значительно меньши­ми масштабами, что связано, главным образом, с более высокой (примерно на 300 °С) температурой плавления.

По химическому составу литейные стали подразделяют на уг­леродистые (0,12...0,6% С) и легированные.

Углеродистые литейные стали. Маркировка литейных углероди­стых сталей, химический состав и механические свойства по ГОСТ 977-88 приведены в табл. 5.8. Отливки из углеродистой стали под­разделяют на три группы.

Обязательным браковочным признаком для отливок первой группы (общего назначения) является содержание углерода, серы и фосфора, а также внешний вид и точность размеров. Содержа­ние марганца (0,45...0,9 %) и кремния (0,2...0,52 %) рассматри­вается как факультативное.

Отливки второй группы (ответственного назначения) контро­лируются, кроме-того, по прочности (а_в и а_т) и относительному удлинению 5.

Отливки третьей группы (особо ответственного назначения) контролируются дополнительно по ударной вязкости KCU.

В число контролируемых параметров могут быть также включе­ны микроструктура, пористость, герметичность и другие характе­ристики.

Содержание серы и фосфора ограничивается в пределах соот­ветственно 0,040...0,06 % S и 0,04...0,06 % Р в зависимости от груп­пы и способа плавки: с основной или кислой футеровкой.

В литом состоянии структура углеродистых литейных сталей ха­рактеризуется крупным зерном: перлит с крупными пластинками

Таблица 5.8