Чугун, имеющий более высокую пластичность по сравнению с чугуном с пластинчатым графитом, называют ковким. Ковкие чугуны, содержащие 2,4…2,9% углерода, получают путём графитизирующего отжига отливок из белого чугуна. Детали из чугуна получают лишь методом литья. Толщина сечения отливки ограничивается 40…50 мм.
В зависимости от состава микроструктуры металлической основы ковкий чугун делят на классы :
- ферритный (Ф);
- перлитный (П) .
Стандарт устанавливает следующие марки отливок из ковкого чугуна:
- КЧЗО-6, КЧЗЗ-8, КЧ35-10, КЧ37-12 ферритного класса, характеризующегося ферритной или ферритно-перлитной микроструктурой металлической основы;
- КЧ45-7, КЧ50-5, КЧ55-4, КЧ60-3, КЧ65-3, КЧ70-2, КЧ80-1,5 перлитного класса, характеризующегося в основном перлитной микроструктурой металлической основы.
Условное обозначение марки включает:
- буквы «КЧ» перед цифрами — ковкий чугун,
- первые две цифры указывают величину минимального временного сопротивления при растяжении в МПа-10″‘,
- цифры после тире — величину относительного удлинения в %,
- буквы после цифр — класс чугуна.
Ковкий чугун применяют для изделий, работающих в условиях динамических нагрузок.
Стандарт предусматривает следующие марки чугунов с пластинчатым графитом для отливок: СЧ10; СЧ15; СЧ20; СЧ25; СЧ30; СЧ35. По требованию потребителя для изготовления отливок допускаются марки чугуна СЧ18; СЧ21; СЧ24. Условное обозначение марки включает буквы «СЧ» — серый чугун и цифровое обозначение величины минимального временного сопротивления при растяжении в МПа ·10-1.
Вверх
История
Этот материал был известен, начиная с IV века до н. э. Его китайские корни находятся в VI в. до н. э. В Европе первые упоминания о промышленном производстве сплава датируются XIV, а в России – XVI веком. А вот технология производства ковкого чугуна запатентована в России в XIX веке. После развита А. Д. Анносовым.
Так как серые чугуны ограничены в использовании в силу низких механических свойств, а стали – дорогостоящие и имеют невысокую твердость и долговечность, то возник вопрос о создании металла надежного, долговечного, твердого, в то же время имеющего повышенную прочность и определенную пластичность.
Ковка чугуна невозможна, однако благодаря пластичным характеристикам, он поддается некоторым видам обработки давлением (к примеру, штамповке).
Материал КЧ35-10 Челябинск
Без стали не обходится ни одно производство, будь то тяжелое машиностроение или изготовление бытовых электроприборов. Существует множество марок этого продукта, а также большое количество форм отпуска. Наша компания реализует материал КЧ35-10 большими партиями и с минимальной наценкой. Для уточнения свойств и характеристик конкретной марки можно обратиться к менеджерам компании.
Как и вся продукция, материал КЧ35-10 закупается у ведущих производителей. Поэтому мы готовы со всей ответственностью давать гарантию на качество. Минимальное количество посредников определяет и низкую стоимость. Вкупе с быстрой доставкой, это дает возможность нашим бизнес-партнеры вести стабильное и взаимовыгодное сотрудничество.
Помимо отпуска, в форме той или иной детали (заготовки), наша компания реализует обработку металлов. Все мероприятия проходят четкий контроль на соответствие ГОСТа и правилам. Специалисты нашего предприятия осуществляют такие работы как оцинкование, создание деталей по чертежам заказчика, производство отливок, изготовление различных профилей и многое другое.
Имея в арсенале новейшее оборудование и огромный, опыт мы можем предложить проверку изделия по ряду параметров, таким как прочностные характеристики, химический состав, чистота сплава и так далее.
Каждому покупателю предложен огромный ассортимент продукции различного формата, а также актуальных услуг и работ. Чтобы быстрее разобраться и выбрать товар соответствующий потребностям, нужно связаться с менеджером компании и получить развернутую информацию по всем интересующим вопросам.
Производство
Основной способ – плавка в доменных печах.
Исходные продукты для доменной переработки:
- Шихта — железная руда, содержащая металл в виде оксидов ферума.
- Топливо — кокс и природный газ.
- Кислород — вдувается через специальные фурмы.
- Флюсы — химические образования на основе марганца и (или) кремния.
Этапы доменной плавки:
- Восстановление чистого железа путем химических реакций железной руды с подаваемым через фурмы кислородом.
- Сгорание кокса и образование оксидов карбона.
- Науглероживание чистого железа в реакциях с СО и СО2.
- Насыщение Fe3C марганцем и кремнием в зависимости от необходимых свойств на выходе.
- Слив готового металла в формы через чугунные летки; слив шлака через шлаковые летки.
По завершению рабочего цикла домны получают чугун, шлак и колошниковые газы.
Металлические продукты доменного производства
В зависимости от скорости охлаждения, микроструктуры, насыщенности углеродом и добавками возможно получение нескольких видов чугунов:
- Передельные (белые): карбон в связанном виде, первичный цементит. Используются в качестве сырья для выплавки других железоуглеродистых сплавов, переработки. До 80% всего производимого доменного сплава.
- Литейные (серые): карбон в виде полностью или частично свободного графита, а именно его пластин. Используются для производства малоответственных корпусных деталей. До 19% продуцируемого доменного литья.
- Специальные: насыщенные ферросплавами. 1-2% рассматриваемого вида производства.
Ковкий чугун получают посредством термической обработки передельного.
Теория железоуглеродистых структур
Карбон с ферумом могут образовывать несколько различных видов сплавов по типу кристаллической решетки, что отображается на варианте микроструктуры.
- Твердый раствор проникновения в α-железо – феррит.
- Твердый раствор проникновения в γ-железо – аустенит.
- Химическое образование Fe3C (связанное состояние) – цементит. Первичный образовывается путем быстрого охлаждения из жидкого расплава. Вторичный – более медленное снижение температуры, из аустенита. Третичный – постепенное охлаждение, из феррита.
- Механическая смесь зерен феррита и цементита – перлит.
- Механическая смесь зерен перлита или аустенита и цементита – ледебурит.
Для чугунов характерна особая микроструктура. Графит может находиться в связанном виде и образовывать вышеперечисленные структуры, а может пребывать в свободном состоянии в форме разных включений. На свойства влияют как основные зерна, так и эти образования. Графитовыми фракциями в металле являются пластины, хлопья или шары.
Пластинчатая форма характерна для серых железоуглеродистых сплавов. Она обуславливает их хрупкость и ненадежность.
Включения хлопьеобразные имеют ковкие чугуны, чем положительно влияют на их механические показатели.
Шарообразная структура графита еще более улучшает качества металла, влияя на увеличение твердости, надежности, выдержки значительных нагрузок. Такими характеристиками обладает чугун высокопрочный. Ковкий чугун свойства свои обуславливает ферритной или перлитной основами с наличием хлопьеобразных графитовых включений.
Получение ферритного ковкого чугуна
Его производят из белого передельного доэвтектоидного малоуглеродистого сплава путем отжига слитков с содержанием карбона 2,4-2,8 % и соответствующего им наличия добавок (Mn, Si, S, P). Толщина стенок отжигаемых деталей должна быть не более 5 см. Для отливок значительной толщины графит имеет форму пластин и желаемые свойства не достигаются.
Чтобы получить ковкий чугун с ферритной основой, металл помещают в специальные ящики и пересыпают песком. Плотно закрытые емкости помещают в нагревательные печи. Проводят следующую последовательность действий при отжиге:
- Конструкции нагревают в печах до температуры 1 000 ˚С и оставляют выдерживаться при постоянной теплоте на срок от 10 до 24 часов. В результате распадается первичный цементит и ледебурит.
- Металл охлаждают до 720 ˚С вместе с печью.
- При температуре 720 ˚С выдерживаются длительно: от 15 до 30 часов. Эта температура обеспечивает распад вторичного цементита.
- На завершающей стадии снова охлаждают вместе с рабочей печкой до 500 ˚С, а после изымают на воздух.
Такой технологический отжиг называется графитизирующим.
После проведенных работ микроструктура материала представляет собой феррит с хлопьевидными зернами графита. Этот тип называют «черносердечным», так как излом имеет черный цвет.
Получение перлитного ковкого чугуна
Это разновидность железоуглеродистого сплава, которая также зарождается из доэвтектоидного белого, однако содержание углерода в нем увеличено: 3-3,6 %. Для получения отливок с перлитной основой их помещают в ящики и пересыпают измельченной порошкообразной железной рудой или окалиной. Сама процедура отжига упрощается.
- Температуру металла повышают до 1 000 ˚С, выдерживают 60-100 часов.
- Конструкции охлаждаются с печью.
Вследствие томления под воздействием жара в металлическом окружении происходит диффузия: выделяемый в цементитном распаде графит частично покидает поверхностный слой отжигаемых деталей, оседая на поверхности руды либо окалины. Получают более мягкий, вязкий и пластичный верхний слой «белосердечного» ковкого чугуна с твердой серединой.
Такой отжиг называют неполным. Он обеспечивает распад цементита и ледебурита на пластинчатый перлит с соответствующим графитом. В случае, если необходим зернистый перлитный ковкий чугун с более высокими показателями ударной вязкости и пластичности, применяется дополнительный подогрев материала до 720 ˚С. При этом образовываются зерна перлита с хлопьевидными графитными включениями.
Ковкий чугун
Ковкий чугун (malleable iron castings) получают графитизирующим отжигом белого чугунаопределенного химического состава, что обеспечивает формирование в процессе отжига компактного графита, который придает ковкому чугуну повышенные механические свойства (предел прочности при растяжении σB, относительное удлинение δ и ударная вязкость αH).
Рекомендуемый химический состав ковкого чугуна характеризуется пониженным содержанием графитизирующих элементов C=2,4-2,9%; Si=1,0-1,6%; C+Si=3,6-4,2%, что обусловлено необходимостью получения отливок из ковкого чугуна в литом состоянии со 100% отбелом по всему сечению отливки, по той простой причине, что при наличии в литой структуре чугуна пластинчатого графита, в процессе последующего проведения отжига будет формироваться пластинчатый графит (т.е. серый чугун), а не компактный, присущий ковкому чугуну.
Принято различать черносердечный ковкий чугун, получаемый графитизирующим отжигом (технология используемая в Украине) и белосердечный ковкий чугун, получаемый обезуглероживающим отжигом в окислительной среде (обычно отливки располагают в контейнерах в перемешку с железной рудой, t=1000-1050°C, τ=60-70 ч). Тонкостенные отливки из белосердечного ковкого чугуна производят во Франции, Германии, Италии и др. странах, основные достоинства такого чугуна — повышенная вязкость и пригодность для проведения сварки без предварительной и последующей термической обработки.
Термическая обработка
Графитизирующий отжиг является неотъемлемой технологической операцией процесса получения ковкого чугуна. Основное назначение — проведение графитизации, т.е. выделения графита из цементита, при этом протекание процесса возможно по 2-м вариантам: полная графитизация цементита, с получением ферритной металлической матрицы и частичная графитизация первичного и ледебуритного цементита, с получением перлитной или перлито-ферритной металлической матрицы.
Независимо от выбранного варианта, графитизирующий отжиг проводят в две стадии:
Рис. 1: Схема графитизирующего отжига ковкого чугуна
- стадия предусматривает: нагрев до температуры 930-1050°C со скоростью 200-300°C/ч; выдержку в течение ~10 ч. На данной стадии происходит разложение первичного и ледебуритного цементита, в результате чего образуется аустенитная матрица с включениями хлопьевидного (компактного) графита (см. рис. 1). Затем следует снижение температуры до ~760°C (со скоростью 50-65°C/ч), т.е. до температуры немногим выше начала эвтектоидного превращения.
- стадия предусматривает медленное охлаждение со скоростью не выше 5°C/ч во всем интервале эвтектоидного превращения, вплоть до ~700°C. На данной стадии происходит распад цементита, входящего в перлит. Окончательная микроструктура чугуна зависит от параметров второй стадии: кратковременная выдержка (~5 ч) влечет за собой образование перлитной структуры металлической матрицы с включениями компактного графита, вокруг которых располагается оторочка феррита; длительная выдержка в течение 20-40 ч, ведет к образованию ферритной металлической матрицы с включениями компактного графита, что хорошо показано на рис. 1.
Основной недостаток техпроцесса получения ковкого чугуна — длительный процесс термической обработки, что при нынешних высоких ценах на электроэнергию, ведет к значительным затратам. Для снижения длительности отжига ковкий чугун подвергают модифицированию и микролегированию алюминием (0,01%), бором (0,003%), титаном (0,03%), висмутом (0,003%), что ведет к увеличению в расплаве центров графитизации и снижению стабильности цементита.
Достоинства ковкого чугуна:
- Сочетание высоких механических свойств с высокой обрабатываемостью резанием (компактный графит способствует ломкости стружки и является смазывающим материалом)
- Однородная структура по всему сечению отливки
- Отсутствие внутренних напряжений в отливках
- Способность воспринимать высокие знакопеременные нагрузки
- Высокая коррозионная стойкость
Ковкий чугун используют для производства мелких тонкостенных отливок (3-50 мм) ответственного назначения, работающих в условиях динамических знакопеременных нагрузок в автомобилестроении, тракторном и сельскохозяйственном машиностроении для изготовления коробок передач, деталей приводных механизмов, шасси, рычагов, коленчатых и распределительных валов, деталей сцепления, поршни дизельных двигателей, коромысла клапанов, фитинги и т.д.
Стандарты
Технические характеристики ковкого чугуна для изготовления отливок регламентируется ГОСТ 1215-79 «Отливки из ковкого чугуна. Общие технические условия».
Маркировка
Ковкий чугун маркируют буквами КЧ, за которыми следуют две цифры, отображающие предел прочности при растяжении σB (в кгс/мм2), а за ними, через дефиз, следует одна или две цифры, отображающие относительное удлинение δ (в %), через дефиз заканчивают маркировку буквы Ф или П, отобраражающие класс чугуна ферритный или перлитный. К примеру, КЧ 37-12-Ф означает — ковкий чугун ферритного класса с пределом прочности на растяжение не ниже — 37 кг/мм2 и относительным удлинением не ниже — 12%.
Классификация ковкого чугуна
В зависимости от микроструктуры металлической матрицы ковкий чугун подразделяют на ферритный(Ф) и перлитный (П):
- Ковкий чугун ферритного класса с ферритной или феррито-перлитной микроструктурой металлической матрицы, производят следующих марок: КЧ 30-6, КЧ 33-8, КЧ 35-10, КЧ 37-12
- Ковкий чугун перлитного класса с перлитной микроструктурой металлической матрицы, производят следующих марок: КЧ 45-7, КЧ 50-5, КЧ 55-4, КЧ 60-3, КЧ 65-3, КЧ 70-2, КЧ 80-1,5
Механические свойства
Механические свойства материала отливок из ковкого чугуна ферритного и перлитного классов должны удовлетворять требованиям ГОСТ 1215-79, приведенным в табл. 1.
Таблица 1: Механические свойства ковкого чугуна по ГОСТ 1215-79
Примечание: * По согласованию изготовителя с потребителем допускается понижение на 1%.
Химический состав
Рекомендуемый химический состав ковкого чугуна согласно ГОСТ 1215-79, приведен в табл. 2.
Таблица 2: Химический состав ковкого чугуна по ГОСТ 1215-79
Свойства, маркировка и применение ферритного ковкого чугуна
Длительное «томление» металла в печи имеет следствием полный распад цементита и ледебурита на феррит. Благодаря технологическим хитростям, получают сплав с высоким содержанием углерода – ферритная структура, характерная для низкоуглеродистой стали. Однако карбон сам по себе никуда не девается – он переходит из связанного с железом состояния в свободное. Температурное воздействие меняет форму графитовых включений до хлопьеобразной.
Ферритная структура обуславливает понижение твердости, увеличение значений прочности, наличие таких характеристик, как ударная вязкость и пластичность.
Маркировка чугунов ковких ферритного класса: КЧ30-6, КЧ33-8, КЧ35-10, КЧ37-12, где:
КЧ – обозначение разновидности – ковкий;
30, 33, 35, 37: σв, 300, 330, 350, 370 Н/мм2 – максимальная нагрузка, которую он может выдержать, не разрушаясь;
6, 8, 10, 12 – относительное удлинение, δ, % – показатель пластичности (чем выше значение, тем больше металл поддается обработке давлением).
Твердость – около 100-160 НВ.
Этот материал по своим показателям занимает среднее положение между такими, как сталь и железоуглеродистый сплав серый. Ковкий чугун с ферритной основой уступает перлитному по показателям износостойкости, коррозионной и усталостной прочности, однако выше по механической выдержке, пластичности, литейным характеристикам. Благодаря невысокой цене широко используется в промышленности для изготовления деталей, работающих при малых и средних нагрузках: зубчатые колеса, картеры, задние мосты, сантехника.
КЧ35-10 Челябинск
| Марка : | КЧ35-10 |
| Классификация : | Чугун ковкий |
| Дополнение: | Чугун ферритного класса, способ выплавки вагранка-электропечь |
| Применение: | детали, работающие при высоких статических и динамических нагрузках |
| Зарубежные аналоги: | Известны |
Химический состав в % материала КЧ35-10
ГОСТ 1215- 79
| C | Si | Mn | S | P | Cr | — |
| 2.5- 2.8 | 1.1- 1.3 | 0.3- 0.6 | до 0.2 | до 0.12 | до 0.06 | C+Si = 3.6-4 |
Механические свойства при Т=20oС материала КЧ35-10 .
| Сортамент | Размер | Напр. | sв | sT | d5 | y | KCU | Термообр. |
| — | мм | — | МПа | МПа | % | % | кДж / м2 | — |
| Отливки, ГОСТ 1215-79 | 333 | 10 |
| Твердость КЧ35-10 , ГОСТ 1215-79 | HB 10 -1 = 100-163 МПа |
Физические свойства материала КЧ35-10 .
| T | E 10- 5 | a 10 6 | l | r | C | R 10 9 |
| Град | МПа | 1/Град | Вт/(м·град) | кг/м3 | Дж/(кг·град) | Ом·м |
| 20 | 1.66 |
Зарубежные аналоги материала КЧ35-10
Внимание! Указаны как точные, так и ближайшие аналоги.
GTS35-10
| США | Германия | Япония | Франция | Англия | Италия | Швеция | Польша | Чехия | Австрия |
| — | DIN,WNr | JIS | AFNOR | BS | UNI | SS | PN | CSN | ONORM |
| 32510 | |||||||||
Обозначения:
| Механические свойства : | |
| sв | -Предел кратковременной прочности , [МПа] |
| sT | -Предел пропорциональности (предел текучести для остаточной деформации), [МПа] |
| d5 | -Относительное удлинение при разрыве , [ % ] |
| y | -Относительное сужение , [ % ] |
| KCU | -Ударная вязкость , [ кДж / м2] |
| HB | -Твердость по Бринеллю , [МПа] |
| Физические свойства : | |
| T | -Температура, при которой получены данные свойства , [Град] |
| E | -Модуль упругости первого рода , [МПа] |
| a | -Коэффициент температурного (линейного) расширения (диапазон 20o-T ) , [1/Град] |
| l | -Коэффициент теплопроводности (теплоемкость материала) , [Вт/(м·град)] |
| r | -Плотность материала , [кг/м3] |
| C | -Удельная теплоемкость материала (диапазон 20o-T ), [Дж/(кг·град)] |
| R | -Удельное электросопротивление, [Ом·м] |
КЧ35-10-Чугун ковкий КЧ35-10-химический состав, механические, физические и технологические свойства, плотность, твердость, применение
Доступный металлопрокат
КЧ35-10
Свойства, маркировка и применение перлитного ковкого чугуна
Вследствие неполного отжига первичный, вторичный цементиты и ледебурит успевают полностью раствориться в аустените, который при температуре в 720 ˚С превращается в перлит. Последний представляет собой механическую смесь зерен феррита и цементита третичного. Собственно, часть углерода остается в связанном виде, обуславливает структуру, а часть – «освобождается» в хлопьевидный графит. При этом перлит может быть пластинчатый или зернистый. Таким образом формируется перлитный ковкий чугун. Свойства его обусловлены насыщенной более твердой и менее податливой структурой.
Эти, в сравнении с ферритными, обладают более высокими антикоррозионными, износостойкими свойствами, их прочность значительно выше, однако ниже литейные характеристики и пластичность. Податливость к механическим воздействиям увеличена поверхностно, сохраняя твердость и вязкость сердцевины изделия.
Маркировка чугунов ковких перлитного класса: КЧ45-7, КЧ50-5, КЧ56-4, КЧ60-3, КЧ65-3, КЧ70-2, КЧ80-1,5.
Первая цифра – обозначение прочности: 450, 500, 560, 600, 650, 700 и 800 Н/мм2 соответственно.
Вторая – обозначение пластичности: относительное удлинение δ, % – 7, 5, 4, 3, 3, 2 и 1,5.
Перлитный ковкий чугун применение обрел в машиностроении и приборостроении для конструкций, работающих при больших нагрузках — как статических, так и динамических: распределительные валы, коленчатые валы, детали сцепления, поршни, шатуны.
КЧ35-10 Екатеринбург
| Марка : | КЧ35-10 |
| Классификация : | Чугун ковкий |
| Дополнение: | Чугун ферритного класса, способ выплавки вагранка-электропечь |
| Применение: | детали, работающие при высоких статических и динамических нагрузках |
| Зарубежные аналоги: | Известны |
Химический состав в % материала КЧ35-10
ГОСТ 1215- 79
| C | Si | Mn | S | P | Cr | — |
| 2.5- 2.8 | 1.1- 1.3 | 0.3- 0.6 | до 0.2 | до 0.12 | до 0.06 | C+Si = 3.6-4 |
Механические свойства при Т=20oС материала КЧ35-10 .
| Сортамент | Размер | Напр. | sв | sT | d5 | y | KCU | Термообр. |
| — | мм | — | МПа | МПа | % | % | кДж / м2 | — |
| Отливки, ГОСТ 1215-79 | 333 | 10 |
| Твердость КЧ35-10 , ГОСТ 1215-79 | HB 10 -1 = 100-163 МПа |
Физические свойства материала КЧ35-10 .
| T | E 10- 5 | a 10 6 | l | r | C | R 10 9 |
| Град | МПа | 1/Град | Вт/(м·град) | кг/м3 | Дж/(кг·град) | Ом·м |
| 20 | 1.66 |
Зарубежные аналоги материала КЧ35-10
Внимание! Указаны как точные, так и ближайшие аналоги.
GTS35-10
| США | Германия | Япония | Франция | Англия | Италия | Швеция | Польша | Чехия | Австрия |
| — | DIN,WNr | JIS | AFNOR | BS | UNI | SS | PN | CSN | ONORM |
| 32510 | |||||||||
Обозначения:
| Механические свойства : | |
| sв | -Предел кратковременной прочности , [МПа] |
| sT | -Предел пропорциональности (предел текучести для остаточной деформации), [МПа] |
| d5 | -Относительное удлинение при разрыве , [ % ] |
| y | -Относительное сужение , [ % ] |
| KCU | -Ударная вязкость , [ кДж / м2] |
| HB | -Твердость по Бринеллю , [МПа] |
| Физические свойства : | |
| T | -Температура, при которой получены данные свойства , [Град] |
| E | -Модуль упругости первого рода , [МПа] |
| a | -Коэффициент температурного (линейного) расширения (диапазон 20o-T ) , [1/Град] |
| l | -Коэффициент теплопроводности (теплоемкость материала) , [Вт/(м·град)] |
| r | -Плотность материала , [кг/м3] |
| C | -Удельная теплоемкость материала (диапазон 20o-T ), [Дж/(кг·град)] |
| R | -Удельное электросопротивление, [Ом·м] |
КЧ35-10-Чугун ковкий КЧ35-10-химический состав, механические, физические и технологические свойства, плотность, твердость, применение
Доступный металлопрокат
КЧ35-10
Термическая обработка
Материал, полученный вследствие термической обработки, а именно отжига, может повторно подвергаться методам температурных влияний. Их основная цель – еще большее увеличение прочности, износостойкости, устойчивости к коррозии и старению.
- Закалка применяется для конструкций, требующих высокой твердости и вязкости; производится путем нагревания до 900 ˚С, детали охлаждаются со средней скоростью около 100 ˚С/сек с помощью машинного масла. Вслед за ней следует высокий отпуск с нагреванием до 650˚С и охлаждением на воздухе.
- Нормализация используется для некрупных простых деталей методом нагревания в печи до 900 ˚С, выстаивания при этой температуре сроком от 1 до 1,5 часа и последующего охлаждения на воздухе. Обеспечивает трооститный зернистый перлит, его твердость и надежность при трении и износе. Применяется для получения антифрикционных ковких чугунов с перлитной основой.
- Отжиг производится повторно при изготовлении антифрикционного: нагревание – до 900 ˚С, долговременная выдержка при этой теплоте, охлаждение вместе с печью. Обеспечивается ферритная или ферритно-перлитная структура антифрикционного ковкого чугуна.
Нагревание чугунных изделий может проводиться местно или комплексно. Для местного применяются высокочастотные токи либо ацетиленовое пламя (проведение закалки). Для комплексного – нагревательные печи. При местном нагреве закаляется только верхний слой, при этом повышается его твердость и прочность, но сохраняются показатели пластичности и вязкости сердцевины.
Тут важно указать, что ковка чугуна невозможна не только в силу недостаточных механических характеристик, но и по причине высокой его чувствительности к резкому перепаду температур, который неизбежен при закалке с водным охлаждением.
Структура, свойства и применение чугунов (стр. 5 )
Высокопрочные чугуны применяются для отливки деталей ответственного назначения, для замены стальных литых и кованых деталей из ковкого и обычного серого чугуна коленчатых валов, валков прокатных станов, подшипников скольжения, шаботов, молотов, деталей вентилей, компрессоров.
4.2.3. Ковкие чугуны
Ковким
называется
чугун с хлопьевидным графитом
, получаемый из белого чугуна в результате специального
графитообразующего отжига
(томления).
Табл.4. Химический состав (в %) высокопрочных чугунов
| Марки чугуна | С | Si | Mn | P | S | Cr | Другие |
| не более | |||||||
| ВЧ 35 | 3,3-3,8 | 1,9-2,9 | 0.2-0.6 | 0,1 | 0,02 | 0,05 | — |
| ВЧ 40 | 3,3-3,8 | 1,9-2,9 | 0.2-0.6 | 0,1 | 0,02 | 0,1 | — |
| ВЧ 45 | 3,3-3,8 | 1,9-2,9 | 0.3-0.6 | 0,1 | 0,02 | 0,1 | — |
| ВЧ 50 | 3,2-3,7 | 1,9-2,9 | 0.3-0.7 | 0,1 | 0,02 | 0,15 | — |
| ВЧ 60 | 3,2-3,6 | 2,4-2,6 | 0.4-0.7 | 0,1 | 0,02 | 0,15 | 0,3 Cu 0,4 Ni |
| ВЧ 70 | 3,2-3,6 | 2,6-2,9 | 0.4-0.7 | 0,1 | 0,015 | 0,15 | 0,4 Cu 0,6 Ni |
| ВЧ 80 | 3,2-3,6 | 2,6-2,9 | 0.4-0.7 | 0,1 | 0,01 | 0,15 | 0,6 Cu 0,6 Ni |
| ВЧ 100 | 3,2-3,6 | 3,0-3,8 | 0.4-0.7 | 0,1 | 0,01 | 0,15 | 0,6 Cu 0,8 Ni |
35
Термин «ковкий чугун»
является условным и характеризует пластические, а не технологические свойства чугуна, так как изделия из него, как и из других чугунов получают литьём, а не ковкой.
Получение ковкого чугуна
Процесс получения отливок из ковкого чугуна включает две операции:
Ø Получение фасонных отливок из белого чугуна;
Ø Графитизирующий отжиг полученных отливок с целью распада цементита белого чугуна и образования графита хлопьевидной формы.
В результате отжига из хрупкого и твёрдого белого чугуна получается более пластичный и менее хрупкий ковкий чугун.
Ковкий чугун получают длительным нагревом (томлением)
в печи при
950–10000 С
отливок из белого чугуна с умеренным количеством кремния (
0,6–1,4
)
%
. Отливают преимущественно мелкие изделия сложной формы. Отжиг проводят в две стадии – на каждой из них до полного распада ледебурита (1 стадия), аустенита и цементита (2 стадия) и образования феррита и графита (рис.12).
Графит
выделяется в виде скоплений
округлой хлопьевидной формы
, придающих чугуну высокую пластичность. Излом его бархатисто-чёрный. Если охлаждение ускорить, то образуется ковкий чугун с перлитной основой, снижающей 36
пластичность и придающий излому светлый (сталистый) вид. Эти изолированные включения графита меньше разобщают металлическую основу и чугун получает способность пластически деформироваться в холодном состоянии.
Графитизирующий отжиг является продолжительной и дорогой операцией. Длительность отжига (несколько десятков часов) является существенным недостатком технологического процесса получения ковкого чугуна.
Рис. 12 График режима отжига белого чугуна для получения ковкого чугуна.
37
Микроструктура ковкого чугуна
а
)
б
)
Рис. 13. Микроструктура ковкого чугуна. а
)ферритного класса;
б
) перлитного класса
В зависимости от режима термической обработки получают ковкие чугуны на ферритной
(
феррит + графит
) или
на перлитной основе
(
феррит + перлит + графит
) основе.
В зависимости от состава микроструктуры металлической основы ковкий чугун делят на ферритный
(
Ф
)
и перлитный
(
П
)
классы (
рис 13).
Марки, механические свойства и применение ковких чугунов
ГОСТ 1215-79
устанавливает
11 марок
ковкого чугуна. Он регламентирует механические свойства ковкого чугуна 38 (временное сопротивление при растяжении, относительное удлинение, твёрдость).
Отливки изготовляют из ковкого чугуна следующих марок: КЧ 30-6
;
КЧ 33-8
;
КЧ 35-10
;
КЧ 37-12
–-
ферритного класса
, характеризующегося ферритной или ферритно-перлитной структурой металлической основы и
КЧ 45-7
;
КЧ 50-5
;
КЧ 55-4
;
КЧ 60-3
;
КЧ 65-3
;
КЧ 70-2
;
КЧ 80-1,5 –перлитного класса
(в основном с перлитной структурой металлической основы).
По своим литейным и механическим свойствам ковкий чугун занимает промежуточное положение между серым чугуном и сталью.
По сравнению со сталью
ковкий чугун – более дешёвый, имеетлучшие литейные свойства, повышенную демпфирующую способность, меньшую чувствительность к надрезам. Отливки из ковкого чугуна в результате отжига почти полностью свободны от остаточных напряжений.
По сравнению с серым чугуном
ковкий чугун более пластичный, вязкий и прочный. Серьёзным конкурентом ковкого чугуна является высокопрочный чугун, у которого высокие механические свойства могут быть получены при менее сложных технологических процессах.
Для повышения механических свойств (твёрдости, износостойкости и прочности) ковкий чугун подвергают нормализации или закалке с высоким отпуском для получения зернистого перлита.
39
Механические свойства
ковких чугунов должны соответствовать требованиям, указанным в таблице.3.
Обычный состав ковкого чугуна (2,4 –2,8)% углерода
,
(0,8–1,4)% кремния
,
менее 1,0% марганца
,
до 0,2% фосфора
,
до 0, 1% серы
.
Ковкие чугуны состоят из тех же структурных составляющих (феррит
,
перлит
и
графит
), что и серые чугуны, но в отличии от них обладают большей пластичностью.
Ферритный чугун обладает более высокой пластичностью, чем перлитный, но более высокая твёрдость перлитного чугуна обеспечивает лучшую стойкость против износа.
Хлопьевидный графит по сравнению с пластинчатым графитом серого чугуна в меньшей степени расчленяет металлическую основу, повышая прочность, пластичность и вязкость отливок.
В зависимости от структуры металлической основы (матрицы) различают ферритный
и
перлитный ковкий чугун
.
Ферритный
чугун более мягкий и пластичный,
перлитны
й – более прочный и хрупкий и изностойкий.
На практике чаще получают отливки из ферритного чугуна. Ферритный ковкий чугун
называется чёрносердечным, так как его излом имеет бархатисто-чёрный цвет из-за наличия большого количества графита.
40
Перлитный чугун
с небольшим количеством графита имеет светлый блестящий излом и поэтому называется белосердечным.
Таблица.3. Механические свойства ковких чугунов
| Марки чугуна | Временное сопротивление разрыву, МПа (кгс/мм2), не менее | Относительное удлинение, %, не менее | Твёрдость по Бринеллю НВ |
| КЧ 30-6 | 294 (30) | 6 | 100–163 |
| КЧ 33-8 | 323 (33) | 8 | 100–163 |
| КЧ 35-10 | 333 (35) | 10 | 100–163 |
| КЧ 37-12 | 362 (37) | 12 | 110–163 |
| КЧ 45-7 | 441 (45) | 7 | 150–207 |
| КЧ 50-5 | 490 (50) | 5 | 170–230 |
| КЧ 55-4 | 539 (55) | 4 | 192–241 |
| КЧ 60-3 | 588 (60) | 3 | 200–269 |
| КЧ 65-3 | 637 (65) | 3 | 212–269 |
| КЧ 70-2 | 686 (70) | 2 | 241–285 |
| КЧ80-1,5 | 784 (80) | 1,5 | 270–320 |
По своим механическим свойствам ковкие чугуны занимают промежуточное положение между сталями и серыми чугунами
.
Из ковкого чугуна изготавливают некоторые строительные детали, например кронштейны и фитинги (соединительные части для трубопроводов).
41
Ковкий чугун широко применяют в машиностроении, в частности при изготовлении некоторых деталей сельскохозяйственных машин, автомобилей, судов. Из него изготавливают детали высокой прочности, работающие в тяжёлых условиях износа, способные воспринимать ударные и знакопеременные нагрузки. Большая плотность отливок ковкого чугуна позволяет изготавливать детали водо-, газапроводных установок, хорошие литейные свойства исходного белого чугуна – отливки сложной формы.
5.
Применение чугунных изделий в строительстве
Чугунные изделия получили широкое распространение в современном гражданском, промышленном, сельскохозяйственном и транспортном строительстве
Среди них в первую очередь следует назвать санитарно-технические изделия
и оборудование, например,
отопительные радиаторы
,
ванны
,
мойки
,
вентили
.
Чугунные трубы
применяют для стояков санитарно-технических кабин, канализационных сетей, для отвода промышленных вод.
| Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах: 5 |
Антифрикционные ковкие чугуны
Эта разновидность относится и к ковким, и к легированным, они бывают серыми (АЧС), ковкими (АЧК) и высокопрочными (АЧВ). Для производства АЧК используется ковкий чугун, который подвергается отжигу или нормализации. Процессы осуществляются с целью повышения его механических свойств и образования новой характеристики – износостойкости при трении с другими деталями.
Маркируется: АЧК-1, АЧК-2. Применяется для производства коленчатых валов, шестерён, подшипников.
Влияние добавок на свойства
Кроме железоуглеродистой основы и графита они имеют в своем составе и другие составляющие, которые также обуславливают свойства чугуна: марганец, силиций, фосфор, серу, некоторые легирующие элементы.
Манган повышает текучесть жидкого металла, коррозионную стойкость и износостойкость. Он способствует повышению твердости и прочности, связыванию карбона с железом в химическую формулу Fe3C, образованию зернистого перлита.
Силиций также положительно влияет на текучесть жидкого сплава, способствует распаду цементита и выделению графитовых включений.
Сера – негативная, но неизбежная составляющая. Она снижает механические и химические свойства, стимулирует образование трещин. Однако рациональное соотношение ее содержания с другими элементами (например, с марганцем) позволяет корректировать микроструктурные процессы. Так, при соотношении Mn-S 0,8-1,2 сохраняется перлит при любых сроках температурных влияний. При повышении соотношения до 3 появляется возможность получить любую необходимую структуру в зависимости от заданных параметров.
Фосфор меняет жидкотекучесть в лучшую сторону, влияет на прочность, снижает ударную вязкость и пластичность, влияет на длительность графитизации.
Хром и молибден затрудняют образования графитовых хлопьев, в некоторых содержаниях способствуют образованию зернистого перлита.
Вольфрам повышает износостойкость при работе в зонах высоких температур.
Алюминий, никель, медь способствуют графитизации.
Корректируя количество химических элементов, входящих в состав железоуглеродистого сплава, а также их соотношения, можно влиять на итоговые свойства чугуна.
Материаловед
Чугуном называют сплав железа, углерода (более 2,14 %) и других элементов (кремния, марганца, фосфора, серы и др.). В чугуне углерод может находиться в химически связанном состоянии в виде цементита (Fe3C) и в свободном состоянии в виде включений графита.
Серый чугун обладает хорошими технологическими свойствами и низкой стоимостью, в настоящее время является распространенным литейным материалом.
Серым называют такой чугун, в котором весь углерод или большая его часть находится в виде графита, а в связанном состоянии (в форме цементита) углерода содержится не более 0,8 %. Излом такого чугуна имеет серый цвет.
Из серого чугуна изготовляют самые разнообразные литые детали – от простых до сложных. Отливки хорошо обрабатываются на металлорежущих станках. Пример условного обозначения серого чугуна по ГОСТ 1412-85:
СЧ 25.
Буквы «СЧ» означают серый чугун, число (25) – значение временного сопротивления при растяжении (σв), МПа·10-1.
Его механические свойства зависят от величины зерна металла, от размеров и характера распределения включений графита и др. В обычном сером чугуне графит кристаллизуется в виде пластинок, которые расчленяют основную металлическую массу и действуют как внутренние трещины. По этой причине серый чугун с пластинчатым графитом обладает низкой прочностью и малой пластичностью (до 0,3 %).
Серый чугун обладает способностью рассеивать вибрационные колебания при переменных нагрузках. Это свойство называют циклической вязкостью. Серый чугун имеет хорошие литейные свойства, а отдельные марки обладают достаточно высокой прочностью и износостойкостью.
В сером чугуне обычно содержится 2,9–3,6 % С; 1,5–3,5 % Si; 0,4–1 % Mn; 0,2–0,12 % S; в легированном чугуне содержатся и другие элементы.
Элементы, входящие в состав серого чугуна, существенно влияют на его свойства.
Кремний способствует выделению в чугуне углерода в виде графита, понижает температуру его плавления, обеспечивая высокие литейные и технологические свойства.
Марганец действует на свойства чугуна противоположно кремнию: он препятствует выделению в чугуне углерода в виде графита, увеличивая устойчивость цементита. Марганец повышает твердость чугуна и прочность отливок.
Сера, как и марганец, задерживает выделение в чугуне углерода в свободном состоянии. Способствует отбеливанию чугуна, делает его более тугоплавким, снижает жидкотекучесть. Поэтому в чугуне сера считается вредной примесью.
Фосфор в сером чугуне может оказывать и вредное, и полезное влияние. Повышая хрупкость, фосфор снижает механические свойства чугуна. Следовательно, в чугуне для машиностроительных отливок, требующих высокой прочности, значительное содержание фосфора может быть вредной примесью. Фосфор увеличивает жидкотекучесть металла. Следовательно, в чугуне для тонкостенных, со сложной поверхностью отливок, не требующих высокой прочности, повышенное содержание фосфора будет желательным. При изготовлении художественных отливок, особенно ажурных, содержание фосфора в чугуне до 1 % считается полезной примесью, увеличивающей жидкотекучесть расплава и стойкость отливок против коррозии.
Серые чугуны, применяемые в промышленности в качестве конструкционного материала для литых деталей, по физико-механическим характеристикам можно условно разделить на 4 группы: малой прочности, повышенной прочности, высокой прочности и со специальными свойствами.
Применяют серые чугуны с пластинчатым графитом 11 марок. Механические свойства и химический состав серых чугунов указаны в табл. 2.1.
Таблица 2.1. Марки серых чугунов с пластинчатым графитом
| Марка чугуна | Значение временного сопротивления при растяжении σв, МПа | Твер-дость, НВ | Массовая доля элементов, % | Структура металлической основы | ||
| углерод | кремний | марганец | ||||
| СЧ 10 | 100 | 143-229 | 3,5-3,7 | 2,2-2,6 | 0,5-0,8 | Феррит |
| СЧ 15 | 150 | 163-229 | 3,5-3,7 | 2,0-2,4 | 0,5-0,8 | Феррит |
| СЧ 18 | 180 | 170-229 | 3,4-3,6 | 1,9-2,3 | 0,5-0,7 | Феррит+перлит |
| СЧ 20 | 200 | 170-241 | 3,3-3,5 | 1,4-2,2 | 0,7-1,0 | Феррит+перлит |
| СЧ 21 | 210 | 170-241 | 3,3-3,5 | 1,4-2,2 | 0,7-1,0 | Феррит+перлит |
| СЧ 24 | 240 | 170-241 | 3,2-3,4 | 1,4-2,2 | 0,7-1,0 | Перлит |
| СЧ 25 | 250 | 180-250 | 3,2-3,4 | 1,4-2,2 | 0,7-1,0 | Перлит |
| СЧ 30 | 300 | 181-255 | 2,0-3,2 | 1,4-2,2 | 0,7-1,0 | Перлит |
| СЧ 35 | 350 | 191-269 | 2,9-3,0 | 1,0-1,1 | 0,7-1,1 | Перлит |
| Сч 40 | 400 | 207-285 | 2,5-2,7 | 2,5-2,9 | 1,2-0,4 | Перлит |
| Сч 45 | 450 | 229-289 | 2,2-2,4 | 2,5-2,9 | 0,2-0,4 | Перлит |
Детали, получаемые из серого чугуна, со структурой феррита имеют невысокую прочность, прочные – с феррито-перлитной структурой и наиболее прочные – с перлитной структурой.
Из серого чугуна отливают колонны, котлы, радиаторы, ванны, трубы, а также самые разнообразные конструкционные детали для машиностроения.
Высокопрочный чугун имеет металлическую основу и шаровидные включения графита. Из него изготовляют отливки со стенками большой толщины и высокой прочности (коленчатые валы, зубчатые колеса, детали турбин). Высокопрочный чугун получают модифицированием жидкого серого чугуна магнием. В результате модифицирования в чугуне образуется графит шаровидной формы. В отличие от обычного серого чугуна этот чугун обладает повышенной пластичностью и большей прочностью. Высокопрочный чугун, по сравнению с обыкновенным серым, обладает меньшей склонностью к отбелу.
Высокопрочный чугун с графитом шаровидной формы подразделяется в зависимости от механических свойств на следующие марки, приведенные в табл. 2.2.
Таблица 2.2. Марки высокопрочного чугуна для отливок с шаровидным графитом
| Марка чугуна | Значение временного сопротивления при растяжении σв, МПа | Относительное удлинение, % | Твердость, НВ | Структура металлической основы |
| ВЧ 35 | 350 | 22 | 140-170 | Феррит |
| ВЧ 40 | 400 | 15 | 140-202 | Феррит |
| ВЧ 45 | 450 | 10 | 140-225 | Феррит |
| ВЧ 50 | 500 | 7 | 153-245 | Феррит+перлит |
| ВЧ 60 | 600 | 3 | 192-277 | Перлит |
| ВЧ 70 | 700 | 2 | 228-302 | Перлит |
| ВЧ 80 | 800 | 2 | 248-351 | Перлит |
| ВЧ 100 | 1000 | 2 | 270-360 | Перлит |
Пример условного обозначения высокопрочного чугуна по ГОСТу 7293-85:
ВЧ 60.
Буквы «ВЧ» обозначают высокопрочный чугун, первые две цифры – значение временного сопротивления при растяжении σв, МПа·10-1.
Ковкий чугун получают путем длительного нагрева при высоких температурах (950–1000 °С) (отжигом) отливок из белого чугуна. При отжиге образуется графит, имеющий компактную хлопьевидную форму. При такой форме графита, отливки перестают быть хрупкими, приобретают способность выдерживать ударные нагрузки (свободный углерод в них имеет форму, промежуточную между пластинчатой и шаровидной – хлопьевидную).
Название «ковкий чугун» условно и указывает лишь на то, что этот материал по сравнению с серым чугуном является пластичным. В действительности же ковкий чугун никогда ковке не подвергают, из него, так же как из серого чугуна, изготовляют лишь фасонные отливки для машиностроения. Ковкий чугун по механическим свойствам занимает промежуточное положение между серым чугуном и сталью. Детали, изготовленные из такого чугуна, хорошо работают в среде влажного воздуха, поточных газов и воды. В зависимости от способа производства ковкого чугуна его подразделяют на группы: ферритный и перлитный.
Ферритный ковкий чугун получают при отжиге отливок из белого чугуна в нейтральной среде. Такой чугун имеет бархатный черный излом и состоит из феррита и графита отжига Fe3C→3Fe+Cотж. Из ферритного ковкого чугуна с повышенной пластичностью изготовляют ответственные детали для автомобилей и сельскохозяйственных машин, для этих целей используют марки КЧ 37-12; КЧ 35-10. Для малоответственных деталей (гайки, фланцы и др.) применяют КЧ 30-6; КЧ 33-8.
Перлитный ковкий чугун получают после отжига белого чугуна в окислительной атмосфере. Вследствие обезуглероживания в процессе отжига отливок получают чугун с меньшей вязкостью. Этот чугун находит ограниченное применение в машиностроении.
Из перлитного ковкого чугуна изготовляют карданные валы, звенья цепей конвейера, муфты и др.
Ковкий чугун подразделяется в зависимости от механических свойств на следующие марки, приведенные в табл. 2.3.
Таблица 2.3. Марки ковких чугунов
| Марка чугуна | Значение временного сопротивления при растяжении σв, МПа | Относительное удлинение, % | Твердость, НВ |
| Ферритный | |||
| КЧ 30-6 | 294 | 6,0 | 100-163 |
| КЧ 33-8 | 323 | 8,0 | 100-163 |
| КЧ 35-10 | 333 | 10,0 | 100-163 |
| КЧ 37-12 | 362 | 12,0 | 110-163 |
| Перлитный | |||
| КЧ 45-7 | 441 | 7,0 | 150-207 |
| КЧ 50-5 | 490 | 5,0 | 170-230 |
| КЧ 55-4 | 539 | 4,0 | 192-241 |
| КЧ 60-3 | 588 | 3,0 | 200-269 |
| КЧ 63-2 | 637 | 3,0 | 212-269 |
| КЧ 70-2 | 686 | 2,0 | 241-285 |
| КЧ 80-1,5 | 784 | 1,5 | 270-320 |
Основной химический состав ковкого чугуна: 2,4–2,8 % C; 0,8–1,4 % Si; менее 1 % Mn; менее 0,1 % S; менее 0,2 % P.
Примеры записи марки ковкого чугуна по ГОСТ 1215-79:
КЧ 30-6.
Буквы «КЧ» обозначают ковкий чугун, первое число – значение временного сопротивления при растяжении σв, МПа·10-1, второе число – минимальное относительное удлинение δ, %.
Преимущества и недостатки
Ковкий чугун– материал, имеющий широкое использование в технике. Его основные преимущества:
- высокие показатели твердости, износостойкости, прочности наряду с жидкотекучестью;
- нормальные характеристики ударной вязкости и пластичности;
- технологичность при обработке давлением, в отличие от серых чугунов;
- разнообразные варианты коррекции свойств под определенную деталь методами термической и химико-термической обработки;
- низкая стоимость.
К недостаткам можно отнести индивидуальные особенности:
- хрупкость;
- наличие графитовых включений;
- низкие характеристики при обработке резанием;
- значительный вес отливок.
Несмотря на существующие недостатки, ковкий чугун занимает ответственное место в металлургии и машиностроении. Из него производятся такие важные детали, как коленчатые валы, детали тормозных колодок, зубчатые колеса, поршни, шатуны. Имея незначительное разнообразие марок, индивидуальную нишу в промышленности занимает ковкий чугун. Применение его характерно для тех нагрузок, при которых использование других материалов маловероятно.
Применение
Область применения ковких чугунов :
- КЧ30-6; КЧ33-8; КЧ35-10; КЧ37-12 — Соединительные части трубопроводов, фитинги, вентили, кронштейны, фланцы, скобы, рычаги, рукоятки, шкивы, муфты, кулачки, гайки-барашки, контргайки, шестерни, собачки, ключи, детали подшипников, пластинчатые цепи.
- КЧ45-7; КЧ50-5; КЧ55-4; КЧ80-1,5 — Детали, обладающие высокой прочностью, умеренной пластичностью и хорошими антифрикционными свойствами: ступицы колёс, кронштейны двигателя и рессор, тормоза, тормозные колодки, катки, втулки, балансиры, пробки.
Вверх
![Турнирный мост Эглинтон[en] (завершено около в 1845 году), Норт-Эршир, Шотландия, построен из чугуна](https://santehekonomservis.ru/wp-content/uploads/turnirnyj-most-eglinton-en-zaversheno-okolo-v-1845-godu-nort2-330x140.jpg)
