8.3. Високоміцний чавун із кулькоподібним графітом

Високоміцні чавуни (ГОСТ 7293) можуть мати феритну (ВЧ35), феритоперлітну (ВЧ45) і перлітну (ВЧ80) металеву основу. Отримують ці чавуни з сірих шляхом модифікування магнієм або церієм (додається 0,03–0,07 % від маси відливку). В порівнянні з сірими чавунами, механічні властивості підвищуються. Це викликано відсутністю нерівномірності в розподілі напруг через кулькоподібні форми графіту.

Чавуни з перлітною металевою основою мають високі показники міцності за меншого значення пластичності. Співвідношення пластичності і міцності феритних чавунів є зворотним.

Високоміцні чавуни мають високу межу текучості:

σ_т = 300–420 МПа,

що вище за межу текучості сталевих відливків. Також характерною є достатньо висока ударна в'язкість і втомна міцність чавунів із перлітною основою.

Високоміцні чавуни містять: вуглецю – 3,2–3,8 %, кремнію – 1,9–2,6 %, марганцю – 0,6–0,8 %, фосфору – до 0,12 %, сірки – до 0,3 %.

Ці чавуни мають високу рідкотекучість, лінійну усадку (близько 1%), але ливарні напруги у відливаннях вищі, ніж для сірого чавуну. Через високий модуль пружності мають достатньо високу оброблюваність різанням та задовільно зварюються.

Із високоміцного чавуну виготовляють тонкостінні відливки (поршневі кільця), шаботи кувальних молотів, станини і рами пресів і прокатних станів, виливниці, різцетримачі, планшайби.

Відливки колінчастих валів масою до 2–3 т, замість кованих валів зі сталі, мають вищу циклічну в'язкість, малочутливі до зовнішніх концентраторів напруг, мають кращі антифрикційні властивості і значно дешевші.

Позначаються індексом ВЧ (високоміцний чавун) і числом, яке показує значення межі міцності ВЧ 100 (100 кгс/см², 10 МПа).

8.4. Ковкий чавун

Отримують відпалом білого доевтектичного чавуну.

Хороші властивості у відливках забезпечуються, якщо в процесі кристалізації і охолодження відливків у формі не відбувається процес графітизації. Щоб запобігти графітизації, чавуни повинні мати понижений вміст вуглецю і кремнію.

Ковкі чавуни містять: вуглецю – 2,4–3,0 %, кремнію – 0,8–1,4 %, марганцю – 0,3–1,0 %, фосфору – до 0,2 %, сірки – до 0,1 %.

Формування остаточної структури і властивостей відливків відбувається в процесі відпалу, схема якого представлена на рис. 8.3.

Відливки витримують у печі за температури 950–1000 ^oС протягом 15–20 годин. Відбувається розкладання цементиту:

Fe₃CFe_γ(C)+C.

Структура після витримки складається з аустеніту і графіту (вуглець відпалу). У процесі повільного охолодження в інтервалі 760–720 ^oС відбувається розкладання цементиту, що входить до складу перліту, і структура після відпалу складається з фериту і вуглецю відпалу (виходить феритний ковкий чавун).

Рис. 8.3. Відпал ковкого чавуну

За відносно швидкого охолодження (режим б, рис. 8.4) друга стадія повністю усувається, і виходить перлітний ковкий чавун.

Структура відпаленого чавуну за режимом в складається з перліту, фериту і графіту відпалу (виходить феритно-перлітний ковкий чавун).

Відпал є тривалою (70–80 годин) і дорогою операцією. Останнім часом, у результаті вдосконалень, тривалість скоротилася до 40 годин.

Розрізняють 7 марок ковкого чавуну: три – з феритною (КЧ 30–6) і чотири – з перлітною (КЧ 65 – 3) основою (ГОСТ 1215).

За механічними і технологічними властивостями ковкий чавун займає проміжне положення між сірим чавуном і сталлю. Недоліком ковкого чавуну, в порівнянні з високоміцним, є обмеження товщини стінок для відливання і необхідність відпалу.

Відливки з ковкого чавуну застосовуються для деталей, що працюють за ударних і вібраційних навантажень.

Позначаються індексом КЧ (високоміцний чавун) і двома числами, перше з яких показує значення межі міцності, а друге – відносне видовження – КЧ 30-6 (межа міцності – 30 кгс/см², відносне видовження – 6 %).

Вибілені й інші чавуни

Вибілені – відливки, поверхня яких складається з білого чавуну, а всередині – сірий або високоміцний чавун.

У складі чавуну 2,8–3,6 % вуглецю і понижений вміст кремнію –0,5–0,8 %.

Мають високу поверхневу твердість (950–1000 НВ) і дуже високу зносостійкість. Використовуються для виготовлення прокатних валів, вагонних коліс із вибіленим ободом, кульок для кульових млинів.

Для виготовлення деталей, що працюють в умовах абразивного зносу, використовуються білі чавуни, леговані хромом, хромом і марганцем, хромом і нікелем. Відливання з такого чавуну відрізняються високою твердістю і зносостійкістю.

Для деталей, що працюють в умовах зносу за високих температур, використовують високохромисті і хромонікелеві чавуни. Жаростійкість досягається легуванням чавунів кремнієм (5–6 %) і алюмінієм (1–2 %). Корозійна стійкість збільшується легуванням хромом, нікелем, кремнієм.