Высокопрочный чугун

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

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

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 %[1].

См. также

Примечания
  1. Чугун с шаровидным графитом. metallicheckiy-portal.ru. Дата обращения: 7 декабря 2021.

Литература
  • Кузьмин Б. А. и др. Металлургия. Металловедения и конструкционные материалы. — М: Высшая школа, 1977. — С. 190.
This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.