Легированный чугун - это материал, который производится методом плавки в доменных печах. В нем может находиться разное количество углерода. В зависимости от количественного содержания этого вещества, выделяют два вида чугуна. Первый называют передельным, или белым, а второй - серым, или литейным.
Описание видов чугуна
Первый тип - это передельный чугун. Так называется материал, в котором углерод представлен в виде такого вещества, как цементит. В изломе он имеет белый цвет, откуда и пошло его название. Характеризуется такой чугун высокой твердостью и хрупкостью. Он очень плохо поддается механической обработке. При этом около 80 % всего выплавляемого чугуна является белым. Основное предназначение этого типа материала - это дальнейшая переплавка в сталь.
Серый легированный чугун - это металл, в котором углерод представлен в виде пластичного графита. В изломе его цвет - серый, что также определило его название. Хрупкость и твердость такого чугуна меньше, чем у белого, но при этом он намного лучше поддается механической обработке.
Свойства легированного чугуна этого типа состоят в следующем:
- Во-первых, он отлично сопротивляется нагрузкам сжимающего типа.
- Во-вторых, этот металл нечувствителен к дефектам поверхностного типа, а также отличается тем, что неплохо противостоит усталостному разрушению.
Однако литейный легированный чугун обладает достаточно слабой ударной вязкостью, а также низкой пластичностью. Из-за этих двух недостатков применять такой материал в конструкционных целях достаточно сложно.
Общее описание марок серого чугуна
На сегодняшний день существуют такие марки легированного чугуна серого типа: СЧ 10, СЧ 15, СЧ 18, СЧ 20 и еще несколько других. Буквы СЧ в маркировке обозначают, что это именно серый чугун, а следующие две цифры указывают на предельную нагрузку, которую может выдержать металл при растяжении. Предел прочности в таком случае измеряется в МПа.
Разновидности серого чугуна
Литейный легированный чугун имеет несколько подтипов. Одним из них стал ковкий чугун. Такое условное название получил материал, который отличается тем, что он более мягкий и вязкий, чем серый. Получают его из белого чугуна. Для этого используют процедуру отжига, которая длится достаточно долго. Маркировка здесь примерно такая же, к примеру КЧ 30-6, КЧ 33-8, КЧ 37-12. Буквы указывают на то, что этот чугун ковкий, а следующие две цифры определяют предел прочности на растяжение. А вот что касается последней одной или двух цифр, то они характеризуют максимальное относительное удлинение, которое измеряется в процентах.
Еще один подтип литейного легированного чугуна - модифицированный. Для того чтобы его получить, необходимо добавить к серому специальные элементы. Добавляются такие модификаторы до разливки вещества. В качестве добавок могут использовать алюминий, кремний, кальций и другие. Эти присадки значительно увеличивают количество центров кристаллизации. Другими словами, они способствуют значительному измельчению графита.
Благодаря таким добавкам специальный легированный чугун отличается более высокими прочностными характеристиками, меньшей хрупкостью, повышенной стойкостью к образованию трещин. Стоит добавить, что все лучшие сорта этого сплава получают именно из такого модифицированного материала.
Виды легированного сплава
Что означает легированный чугун? Легирование - это операция по введению в состав материала различных примесей, которые способны улучшить его характеристики. Для чугуна такими добавками стали титан, хром, ванадий и другие. Введение в состав легирующих элементов может увеличить такие характеристики, как прочность, твердость, износостойкость, стойкость к коррозии и множество других.
На сегодняшний день, в зависимости от количества легирующих элементов чугуна, можно выделить три его типа:
- Если присадки содержатся в количестве до 2,5 % от всей массы, то это низколегированный чугун.
- Среднелегированными называют те материалы, содержание веществ в которых находится в пределах от 2,5 до 10 %.
- Последний тип - высоколегированные, если содержание модификаторов суммарно превышает 10 %.
Вещества для легирования, маркировка
По ГОСТу легированный чугун должен содержать определенное количество веществ для использования в определенной сфере. Кроме того, маркировка также является стандартной. К примеру, ЧН15Д7Х - это высокопрочный сплав, в котором содержится 15 % никеля, 7 % меди и примерно 1 % хрома. Как можно заметить, в маркировке легирующие элементы отмечаются одной буквой, после которой идет цифра, указывающая на количественное содержание добавки. Однако может быть и так, что цифра отсутствует, как после хрома. Это означает, что содержание вещества в составе - около 1 %.
Что касается изготовления такого чугуна, то обходится оно достаточно недорого. При этом конечный продукт обладает достаточно высокими эксплуатационными свойствами. Благодаря этим двум факторам область применения описываемого материала постоянно увеличивается.
Виды легированного сплава
Естественно, что добавление в состав какого-либо вещества будет увеличивать какую-либо определенную характеристику. Поэтому различают несколько классов легированных материалов.
Так, чугун может быть износостойким. Материал, относящийся к этой группе, отличается тем, что у него повышенная сопротивляемость к истиранию, которое возникает во время трения поверхности. К этой категории можно отнести антифрикционный и фрикционный чугун. Первый из названных отличается очень низким коэффициентом трения. Благодаря этому основное применение легированного чугуна названного вида - это производство таких деталей, как подшипники скольжения, вкладыши для них и прочие детали со схожими требованиями.
Фрикционный же материал, наоборот, характеризуется достаточно высоким коэффициентом трения, а потому чаще всего он применяется в производстве тормозных устройств для самых разных механизмов, оборудования и т. д.
Нержавеющий чугун
Многие знают о том, что существует металл, который называют нержавеющим. На самом деле, это не совсем точное определение. Просто такие сплавы отличаются тем, что стойкость к коррозии у них достаточно высокая. Наибольшее распространение названный чугун получил в кораблестроении. Если ввести в состав железа более 12 % хрома в качестве легирующего элемента и максимально снизить содержание углерода, то в результате получится именно такой сплав.
Наиболее распространенными его марками стали ЧНХТ, ЧН1ХМД, ЧН15Д7Х2. Они отличаются тем, что сохраняют высокую стойкость к коррозии даже в условиях агрессивной окружающей среды, имеют хорошую сопротивляемость к кавитации и износу в пароводяной среде.
Небольшой, но все же довольно востребованной группой является жаропрочный чугун. Основное преимущество материала заключается в том, что он достаточно плохо поддается окислению, а также отлично сохраняет свои качества в условиях повышенных температур.
Введение меди
В настоящее время все чаще и чаще начинают применять чугун с добавлением меди. Внедрение этой добавки в сплав значительно улучшает его литейные качества. Лучше всего это сказывается на жидкотекучести материала. Кроме этого, значительно уменьшается склонность к появлению трещин и усадочной пористости.
Внедрение 0,5 % Cu (меди) делает чугун достаточно пригодным, чтобы отливать из него такие детали, у которых толщина стенок будет составлять от 10 до 25 мм. Если необходимо увеличить толщину стенок у будущих элементов, то придется повышать и количественное содержание меди, а также ее комплексов. Тут стоит отметить, что эффект от добавления меди можно усилить, если в сплав ввести такие элементы, как сурьма или висмут.
Если же углеродный эквивалент будет увеличиваться, то влияние меди на кристаллизацию графита уменьшается. Легирование чугуна медью может также предотвратить отбеливание в поверхностных слоях, а также значительно повышает твердость к середине. Это довольно заметно при выплавке гильз цилиндров, головок блоков из чугуна и других элементов.
Комплексно-легированный чугун
Для того чтобы успешно выплавлять чугун, который можно использовать для отливки гильз цилиндров, необходимо использовать не только разнообразные ферросплавы, но и индукционную печь. Чтобы осуществлять отливку таких деталей, используется марка ИЧХН4, ЧН1ХМД и ЧНМШ и несколько других типов. Отличительная их особенность заключается в том, что выплавка всех деталей осуществляется в тонкостенный или массивный кокиль.
Игольчатая структура и высокопрочный материал
Небольшая разновидность серого чугуна, который принадлежит к группе износостойких, - это материал с игольчатой структурой. Степень легирования у такого материала достаточно низкая. Содержание в нем кремния и углерода также достаточно низкое. В данном случае количественное содержание таких веществ, как медь, молибден, никель и некоторых других модификаторов, увеличивается в зависимости от требуемой в результате толщины стенок, а также в зависимости от способа литья, который будет использоваться.
Еще одна разновидность - это высокопрочный материал. Это небольшая разновидность серого чугуна, который отличается содержанием шаровидного графита. Для того чтобы получить такую структуру, в сплав необходимо ввести магний, церий и висмут. Добавление именно этих трех легирующих элементов превращает пластичный графит литейного материала в шаровидный. Отличается такой вид тем, что его механические качества значительно выше, чем у других типов чугуна. На сегодняшний день выпускается примерно 10 разнообразных марок сплава названной категории. Такой материал можно отлично использовать в судостроении вместо ковкого типа. А наиболее распространенным видом высокопрочного чугуна является магниевый (с большим количеством магния в составе).
