Высокопрочный чугун

Высокопрочный чугун
Микроструктура высокопрочного чугуна с шаровидным (сфероидальным) графитом
Фазы железоуглеродистых сплавов
Феррит [δ] (твёрдый раствор внедрения C в α-железе с объёмно-центрированной кубической решёткой) Аустенит [γ] (твёрдый раствор внедрения C в γ-железе с гранецентрированной кубической решёткой) Цементит (Fe3C, карбид железа; метастабильная высокоуглеродистая фаза) Графит стабильная высокоуглеродистая фаза
Структуры железоуглеродистых сплавов
Ледебурит (эвтектическая смесь кристаллов цементита и аустенита, превращающегося при охлаждении в перлит) Мартенсит (сильно пересыщенный твёрдый раствор углерода в α-железе с объёмно-центрированной тетрагональной решёткой) Перлит (эвтектоидная смесь, состоящая из тонких чередующихся пластинок феррита и цементита) Сорбит (дисперсный перлит) Троостит (высокодисперсный перлит) Бейнит (устар.: игольчатый троостит) — ультрадисперсная смесь кристаллов низкоуглеродистого мартенсита и карбидов железа
Стали
Конструкционная сталь (до 0,8 % C) Высокоуглеродистая сталь (до ~2 % C): инструментальная, штамповая, пружинная, быстрорежущая Нержавеющая сталь (легированная хромом) Жаростойкая сталь Жаропрочная сталь Высокопрочная сталь
Чугуны
Белый чугун (хрупкий, содержит ледебурит и не содержит графит) Серый чугун (графит в форме пластин) Ковкий чугун (графит в хлопьях) Высокопрочный чугун (графит в форме сфероидов) Половинчатый чугун (содержит и графит, и ледебурит)

Высокопрочный чугун — чугун, имеющий графитные включения сфероидальной формы. Иногда обозначается как чугун с шаровидным графитом.

Графит сфероидальной формы имеет меньшее отношение его поверхности к объёму и наименьшее надрезывающее воздействие на металлическую основу, что определяет наибольшую сплошность основы, а следовательно — и повышенную прочность и трещиностойкость чугуна. Структура металлической основы чугунов с шаровидным (сфероидальным) графитом в зависимости от химического состава чугуна и параметров технологического процесса может иметь различную структуру:

• феррит + шаровидный графит (ферритный высокопрочный чугун);
• феррит + перлит + шаровидный графит (в зависимости от соотношения фаз — феррито-перлитный или перлито-ферритный высокопрочный чугун);
• перлит + шаровидный графит (перлитный высокопрочный чугун);
• сорбит + шаровидный графит;
• мартенсит + шаровидный графит — мартенситный чугун, обычно легирован никелем и известен как нихард, применяется для деталей, подверженных абразивному износу;
• аустенит + шаровидный графит — аустенитный жаропрочный чугун.

Свойства чугуна с шаровидным графитом

Благодаря шаровидной форме графита высокопрочный чугун обладает следующими отличиями от обычных чугунов:

• высокая прочность на растяжение и изгиб;
• высокая ударная вязкость;
• выраженный предел текучести;
• значительное относительное удлинение.

Благодаря высокому содержанию углерода ВЧШГ обладает всеми традиционными качествами чугунов, превышающими таковые у обычных сталей:

• высокой прочностью на сжатие;
• высокой усталостной прочностью;
• хорошими литейными свойствами — жидкотекучестью и малой линейной усадкой при застывании, слабой склонностью к горячему трещинообразованию;
• высокой износостойкостью;
• хорошо поддается механической обработке.

Наиболее часто применяется для изготовления изделий ответственного назначения в машиностроении, а также для производства высокопрочных труб (водоснабжение, водоотведение, газо-, нефте-проводы). Изделия и трубы из высокопрочного чугуна отличаются высокой прочностью, долговечностью, высокими эксплуатационными свойствами.

Химический состав

Высокопрочный чугун в зависимости от марки и требуемой толщины стенок отливки имеет химический состав в следующем диапазоне:

• Углерод: 3,0-3,5 %;
• Кремний: 1,4-3,3 %;
• Марганец: 0,6-0,8 %, для некоторых марок не более 0,6 %;
• Фосфор: не более 0,2 %, для некоторых марок не более 0,1 %;
• Сера: не более 0,03 %, иногда не более 0,01 %
• Магний: 0,04-0,08 %.

Высокопрочный чугун очень чувствителен к примесям, так как они оказывают влияние на образование шаровидного графита: титан — с 0,002 %, свинец — с 0,009 %, висмут — с 0,003 %, олово — с 0,05 %, алюминий — с 0,2 %, медь — с 2 %, однако влияние меди может быть частично компенсировано добавкой никеля, а влияние остальных элементов может быть нейтрализовано добавкой церия, содержание которого должно быть не менее 0,005 %.

См. также

• Чёрная металлургия

Литература

• Кузьмин Б. А. и др. Металлургия. Металловедения и конструкционные материалы. — М: Высшая школа, 1977. — С. 190.