Классификация и маркировка чугунов

Содержание

Расшифровка маркировки и марки чугуна

В своем привычном понимании такой материал, как чугун, представляет довольно практичный и дешевый в изготовлении продукт, который к слову, имеет свою классификацию и маркировку. При этом указание марки, может значительно влиять на эксплуатационные составляющие материала, начиная от его температуры плавления и заканчивая различными областями применения.

Характеризовать изделие, как чугунное, можно только в том случае, если в нем содержится более 2.14% углерода. В зависимости от его содержания и добавления тех или иных материалов, специалистам удается сделать заготовку так, чтобы она соответствовала требования по дальнейшим воздействиям, например на производстве, являясь составляющей какого-либо станка.

Сегодня мы расскажем Вам о видовом разнообразии чугуна, как такового. Кроме того покажем в целом картину того, как следует маркировать чугунные изделия и какие обозначения могут встретиться.

Как обозначается и расшифровывается маркировка чугуна

Пример кратких обозначений чугуна

Одним из главных приемуществ чугуна, является его широкое применение в качестве литейного сплава. Благодаря особенностям материала, из него можно сделать практически что угодно. В настоящее время данные изделия делаются повсеместно, начиная от автомобильного строения и заканчивая серьезными военными разработками, например в танкостроении.

За время использования данного материала, металлургическое производство пришло к тому, что видоизменила состав и сделала несколько его разновидностей. Это позволяет заранее использовать преимущества той или иной марки, под конкретные задачи. В целом на сегодняшний момент известны следующие виды и подвиды чугуна. Мы их рассмотрим вместе с маркировкой.

Маркировка серых чугунов

“СЧ” – Серый чугун, представляет собой сплав из кремний, железа и углерода. Причем последний находится в составе в виде графита. При маркировке, согласно ГОСТ 1412-70, буква “С”обозначает серый, “Ч”- чугун. При написании обычно встречается с цифрами, например СЧ 00, СЧ 12-28. В данном случае первые цифры дают характеристику пределов прочности при растяжении, а вторые предела прочности при изгибе.

При этом СЧ также разделяют на несколько групп, характеризирующихся по своим свойствам и как следствие характеру применения:

  1. Ферритные и Ферритно-перлитные . К ним относят изделия, имеющие СЧ по растяжению 12-28 единиц, а изгибу 28-40. Применяются для изготовления малозначимых деталей, без больших требований к нагрузке: декоративные колонны, арматура и т.д
  2. Перлитные . СЧ 21-40 и 40-60. Данные виды чугунов обычно используются при производстве сверхпрочных деталей, которые в процессе эксплуатации будут подвергаться значительным динамическим нагрузкам, а также давлении. Из них обычно делают: зубчатые колеса, головки поршней, детали для станков и т.д.
  3. Сталистые . СЧ 24-44 и СЧ 28-48. Делается с добавлением стали и применяется для деталей, испытывающих скользящие нагрузки, например неподвижные станины.
  4. Модифицированные . СЧ 32-40 и 52-64. Делаются путем добавления в серый чугун специальных добавок, улучшающих те или иные характеристики материала. При правильном использовании его можно получить например такой, который будет меньше трескаться.
  5. Антифрикционные (АЧС). Делаются для деталей, работа которых связана с трением, например подшипники скольжения. Их также существует несколько разновидностей:
    1. АЧС-1 и АЧС-2 используют для работы с закаленными деталями. Друг от друга материал отличается составом.
    2. АЧС- 3 применяют для остальных случаев.

Например, если встретиться маркировка чугуна – СЧ 12-28, то по ней можно будет сказать, что перед нами серый ферритный чугун с 12 единицами на растяжение и 28 на изгиб.

Маркировка высокопрочного чугуна

При производстве высокопрочного чугуна, используется добавление щелочных и щелочноземельных металлов. Благодаря этому, усиливается металлическая основа материала. В итоге получается заготовка, выдерживающая такие механические нагрузки, которые способна выдержать углеродистая сталь.

При маркировке, обычно использую аббревиатуру “ВЧ”, потом идут цифры, первая группа показывает предел прочности на растяжение, а вторая на удлинение.

ВЧ используется для производства деталей и корпусов в тяжелой промышленности. При этом можно также встретить антифрикционные версии. В частности на данный момент имеются АЧВ 1 и АЧВ 2, что обозначает антифрикционный чугун высокопрочный.

Маркировка ковкого чугуна

Ковкий чугун нашел свое применение в тех областях, в которых требуется высокая износостойкой детали и ее стойкость к динамическим нагрузкам. В повседневной жизни, такие можно встретить даже дома, например: гайки, крюки, ступицы, скобы, муфты.

Получают данный материал путем специального температурного режима и обработки белого чугуна

Согласно ГОСТу, маркировка данного вида чугуна, обычно указывается как – “КЧ”. При этом также идут цифры, обозначающие показатель предела прочности при растяжении и относительное удлинение материала.

Краткое описание всех марок и маркировок

Если Вам нет необходимости изучать ГОСТ и учебники по металлургии, то мы приведем краткое описание и инструкцию, по подбору и расшифровке той или иной марки чугуна. Для начала стоит знать, что чугун подразделяется на 3 вида:

  1. Серый – У такого графит червеобразный или пластичный. Маркируется он как “СЧ” (ГОСТ 1412-85)
  2. Высокопрочный – Графит имеет шарообразную форму. Маркируется как “ВЧ”(ГОСТ 7293-85).
  3. Ковкий – Хлопьевидная модель. Маркируется как “КЧ” (ГОСТ 1215-85).

Также в зависимости от ситуации, для каждого вида чугунных изделий, предусмотрены условия для работы в режиме постоянного трения. В этом случае была дополнительно разработана модель антифрикционного чугуна, маркируется как “АЧ”. По мере того, из какого вида материала, делается АЧ, в процессе получения добавляется 3я буква. Например АЧС – антифрикционный чугун серый или АЧВ (высокопрочный) и т.д.

Расшифровка марок сталей и чугунов. Их обознаничение

Расшифровка марок сталей и чугунов? Иногда этот вопрос кажется просто неразрешимым. Еще с университетской скамьи, когда преподают материаловедение, этот вопрос рассматривается как-то скомкано и не всегда понятно, хотя если разобраться все довольно просто.

Сегодня начал искать наиболее полный и в тоже время наиболее сжатый материал по расшифровке марок сталей и чугунов, интернет полнится из сайта в сайт повторяющейся информацией. Наиболее полно на приведенный выше вопрос ответил этот ресурс, а наиболее сжато и доступно, приведенная ниже методическая работа (автора, к сожалению, не нашел):

Расшифровка обозначений марок сталей и чугунов

Цель:

  1. Изучение принципов обозначения марок сталей и чугунов

Задание:

  1. Ознакомиться с методикой маркировки различных марок сталей и чугунов по методическим указаниям

  2. Дать расшифровку марок сталей и чугунов по карточке индивидуального задания

Сведения из теории

Чугуны. Что такое чугун?

Чугун — сплав железа с углеродом, содержащий более 2,14% углерода, постоянные примеси. Они мало пластичны, не прокатываются и не куются. Чугуны обладают пониженной температурой плавления и хорошими литейными свойствами. За счет этого из чугунов можно делать отливки значительно более сложной формы, чем из сталей

Разновидности чугунов:

В зависимости от того, какой формы присутствует углерод в сплавах, различают:

  • белые;
  • серые;
  • ковкие;
  • высокопрочные чугуны.

Белый чугун

Такое название он получил по виду излома, который имеет матово-белый цвет. Весь углерод в этом чугуне находится в связанном состоянии в виде цементит.Белые чугуны имеют большую твердость (НВ 450-550) и , как следствие этого, они очень хрупкие и для изготовления деталей машин не используются.

Высокая твердость белого чугуна обеспечивает его износостойкость, в том числе и при воздействии агрессивных сред. Это свойство учитывают при изготовлении из него поршневых колец. Однако белый чугун применяют главным образом для отливки деталей на ковкий чугун, поэтому его называют передельным.

Серый чугун

В сером чугуне углерод находится в виде графита пластинчатой формы..

Серые чугуны маркируются сочетанием букв «С» — серый, «Ч»- чугун и цифрами, которые обозначают временное сопротивление разрыву при растяжении в МПа.

Высокопрочный чугун

Отличительной особенностью высокопрочного чугуна являются его высокие механические свойства, так как структурв углерода в нем -шаровидный графит. Это повышает прочность чугуна и позволяет получить сплавы с достаточно высокой пластичностью и вязкостью.

Обозначение марки включает буквы «В» — высокопрочный, «Ч» — чугун и цифры, обозначающие временное сопротивление разрыву при растяжении в МПа.

Ковкий чугун

Ковкими называют чугуны, в которых графит имеет хлопьевидную форму. Несмотря на свое название, они никогда не подвергаются ковке.

Конфигурация детали из ковкого чугуна определяется формой отливки. Ковкие чугуны маркируют «К» — ковкий, «Ч» — чугун и цифрами.

Первая группа цифр показывает предел прочности чугуна при растяжении, МПа: вторые — относительное удлинение при разрыве в %.

Чугуны со специальными свойствами

В зависимости от назначения различают износостойкие, антифрикционные, жаростойкие и коррозионностойкие чугуны.

Износостойкие (антифрикционные ) чугуны

Обозначают сочетанием букв АЧС, АЧК, АЧВ. Буквы С, К, В обозначают вид чугуна: серый, ковкий, высокопрочный. Цифра обозначает номер чугуна. Для легирования антифрикционных чугунов применяют хром, никель, медь, титан.

Жаростойкие и жаропрочные чугуны

Обозначают набором заглавных букв русского алфавита и следующими за ними букв. Буква «Ч» — чугун.

Буква «Ш», стоящая в конце марки означает шаровидную форму графита. Остальные буквы означают легирующие элементы, а числа, слежующие за ними, соответствуют их процентному содержанию в чугуне.

Жаростойкие чугуны применяют для изготовления деталей контактных аппаратов химического оборудования, работающих в газовых средах при температуре 900-110000С.

Коррозионностойкие чугуны

Короозионностойкие чугуны обладают высокой стойкостью в газовой, воздушной и щелочных средах.Их применяют для изготовления деталей узлов трения, работающих при повышенных температурах.

Примеры обозначения и расшифровки чугунов:

  1. СЧ15 — серый чугун, временное сопротивление при растяжении 150Мпа.

  2. КЧ45-7 — ковкий чугун, временное сопротивление при растяжении 450Мпа, относительное удлинение 7%.

  3. ВЧ70 — высокопрочный чугун, временное сопротивление при растяжении 700 МПА

  4. АЧВ — 2 — антифрикционный высокопрочный чугун, номер 2.

  5. ЧН20Д2ХШ — жаропрочный высоколегированный чугун, содержащий никеля 20%, 2% меди, 1% хрома, остальное — железо, углерод, форма графита — шаровидная

  6. ЧС17 — коррозионностойкий кремниевый чугун, содержащий 17% кремния, остальное -железо, углерод.

Стали. Что такое сталь?

Сталь — сплав железа с углеродом, содержащий углерода не более 2,14 %, а также ряд других элементов

Классификация сталей

Для правильного прочтения марки необходимо учитывать ее место в классификации стали по химическому составу, назначению, качеству, степени раскисления

  • По химическому составу стали подразделяют на углеродистые и легированные.
  • Стали по назначению делят на конструкционные, инструментальные и стали специального назначения с особыми свойствами.
  • Стали по качеству классифицируют на стали обыкновенного качества, качественные, высококачественные и особо высококачественные.
  • Классификация по степени раскисления. Стали по степени раскисления классифицируют на спокойные, полуспокойные и кипящие.

Таблица 1. — Классификация сталей

Конструкционные стали — стали, предназначенные для изготовления различных деталей, узлов механизмов и конструкций.

Инструментальные стали — стали, применяемые для обработки материалов резанием или давлением, а также для изготовления измерительного инструмента

Специальные стали — это высоколегированные (свыше 10%) стали, обладающие особыми свойствами — коррозионной стойкостью, жаростойкостью, жаропрочностью, износостойкостью и др.

Углеродистые стали

К углеродистым сталям относят стали, не содержащие специально введенные легирующие элементы.

Конструкционные углеродистые стали

Стали углеродистые обыкновенного качества (сталь с достаточно высоким содержанием вредных примесей S и P) обозначают согласно ГОСТ 380-94.

Эти наиболее широко распространенные стали поставляют в виде проката в нормализованном состоянии и применяют в машиностроении, строительстве и в других отраслях.

Углеродистые стали обыкновенного качества обозначают буквами Ст и цифрами от 0 до 6. Цифры—это условный номер марки. Чем больше число, тем больше содержание углерода, выше прочность и ниже пластичность.

Перед символом Ст указывают группу гарантированных свойст: А, Б, В. Если указание о группе отсутствует, значит предполагается группа А. Например, СТ3; БСт4; ВСт2.

Сталь обыкновенного качества выпускается также с повышенным содержание марганца (0,8-1,1% Mn)/ В этом случае после номера марки добавляется буква Г. Например, БСТ3Гпс.

После номера марки стали указывают степень раскисления: кп -кипящая, пс — полуспокойная, сп — спокойная сталь. Например, ВСтЗпс.

Таблица 2. — Структура обозначения углеродистых сталей

Таблица 3. Значение букв и цифр, употребляющихся при маркировке сталей обыкновенного качества

Обозначение

Расшифровка обозначения

А

Группа сталей, поставляемая с гарантированными механическими свойствами. Обычно при обозначении сталей букву А опускают

Б

Группа сталей, поставляемая с гарантированным химическим составом

В

Группа сталей, поставляемая с гарантированными химическим составом и механическими свойствами

Ст

Сокращенное обозначение термина «сталь»

Условные марки стали

Г

Наличие буквы Г после номера стали означает повышенное содержание марганца

Кп

Сталь «кипящая», раскисленная только ферромарганцем

Пс

Сталь «полуспокойная», раскисленная ферромарганцем и алюминием

Сп

Сталь «спокойная», то есть полностью раскисленная.

Примеры обозначения и расшифровки конструкционных углеродистых сталей обыкновенного качества:

  1. БСТ2кп — сталь конструкционная углеродистая обыкновенного качества, группы Б, поставляемая с гарантированным химическим составом, номер 2, кипящая.

  2. СТ5Гпс — сталь конструкционная обыкновенного качества , группы , поставляемая с гарантированными механическими свойствами, номер 5, содержание марганца до 1%, полуспокойная.

  3. ВСтЗсп — сталь конструкционная углеродистая обыкновенного качества, группы В, поставляемая с гарантированным химическим составом и механическими свойствами, номер 3, спокойная.

Качественная конструкционная сталь — сталь с заметно меньшим содержанием серы, фосфора и других вредных примесей. Обозначается согласно ГОСТ 1050-88.

Сталь маркируют двузначными числами, которые обозначают содержание углерода в сотых долях процента, и поставляют с гарантированными показателями химического состава и механических свойств. По степени раскисления сталь подразделяют на кипящую (кп), полуспокойную (пс), спокойную (без указания индекса). Буква Г в марках сталей указывает на повышенное содержание марганца (до 1%).

Примеры обозначения и расшифровки углеродистых качественных конструкционных сталей:

  1. Сталь 05кп -сталь конструкционная низкоуглеродистая, качественная, содержащая углерода 0,05%, кипящая.

  2. Сталь 25 — сталь конструкционная низкоуглеродистая, качественная, содержащая углерода 0,25%, спокойная.

  3. Сталь 60Г — сталь конструкционная среднеуглеродистая, качественная, содержащая углерода 0,6%, марганца 1%, спокойная.

Автоматные стали. Обозначение и маркировка автоматных сталей

По ГОСТ 1414-75 эти стали маркируют буквой А и цифрами, показывающими среднее содержание углерода в сотых долях процента.

Применяют следующие марки автоматной стали: А12,А20, АЗО, А40Г. Из стали А12 готовят неответственные детали, из стали других марок — более ответственные детали, работающие при значительных напряжениях и повышенных давлениях. Сортамент автоматной стали предусматривает изготовление сортового проката в виде прутков круглого, квадратного и шестигранного сечений. Эти стали не применяют для изготовления сварных конструкций.

Котельные стали. Стали листовые для котлов и сосудов, работающих под давлением, применяют для изготовления паровых котлов, судовых топок, камер горения газовых турбин и других деталей. Они должны работать при переменных давлениях и температуре до 450″С. Кроме того, котельная сталь должна хорошо свариваться. Для получения таких свойств в углеродистую сталь вводят технологическую добавку (титан) и дополнительно раскисляют ее алюминием. Выпускают следующие марки углеродистой котельной стали 12К, 15К, 16К, 18K.20K.22Kc содержанием в них углерода от 0,08 до 0,28%. Эти стали поставляют в виде листов с толщиной до 200 мм и поковок в состоянии после нормализации и отпуска.

Примеры обозначения и расшифровка автоматных сталей :

АС12ХН — сталь автоматная легированная, низкоуглеродистая, содержащая 0,12 % углерода, 1% хрома и никеля.

Инструментальные углеродистые стали

Обозначение и маркировка инструментальных углеродистых сталей

Инструментальный углеродистые стали маркируют в соответствии с ГОСТ 1435-90.

Инструментальные углеродистые стали выпускают следующих марок: У7.У8ГА.У8Г, У9, У 10, У 11, У 12 и У 13. Цифры указывают на содержание углерода в десятых долях процента. Буква Г после цифры означает, что сталь имеет повышенное содержание марганца. Марка инструментальной углеродистой стали высокого качества имеет букву А.

Примеры обозначения и расшифровки

  1. У12 — сталь инструментальная, высокоуглеродистая, содержащая 1,2% углерода, качественная.

  2. У8ГА — сталь инструментальная, высокоуглеродистая, содержащая 0,8% углерода, 1% марганца, высококачественная

  3. У9А — сталь инструментальная, высокоуглеродистая, содержащая 0,9% углерода, высококачественная.

Легированные стали

Легированной называют сталь со специально введенным одним или более легирующим элементом.

Обозначение и маркировка легированных сталей

Легированные стали маркируются комбинацией цифр и заглавных букв алфавита. В обозначении нет слова «сталь» или символа «Ст». Например, 40Х, 38ХМ10А, 20Х13. Первые две цифры обозначают содержание углерода в сотых долях процента. Следующие буквы являются сокращенным обозначением элемента. Цифры, стоящие после букв, обозначают содержание этого элемента в целых процентах. Если за буквой не стоит цифра, значит содержание этого элемента до 1%.

Таблица 4. — Обозначение элементов марка

Для изготовления измерительных инструментов применяют Х, ХВГ. Стали для штампов: 9Х, Х12М, 3Х2Н8Ф.

Стали для ударного инструмента: 4ХС, 5ХВ2С.

Обозначение быстрорежущих высоколегированными сталей

Все быстрорежущие стали являются высоколегированными. Это стали для оснащения рабочей части резцов, фрез, сверл и т.д.

Маркировка быстрорежущих сталей всегда начинается с буквы Р и числа, показывающего содержание вольфрама в процентах. Наиболее распространенными марками являются Р9, Р18, Р12.

Легированные стали с особыми свойствами:

  1. Коррозионностойкие стали. Коррозионностойкой (или нержавеющей) называют сталь, обладающую высокой химической стойкостью в агрес­сивных средах. Коррозионностойкие стали получают легированием низко- и среднеуглеродистых сталей хромом, никелем, титаном, алюминием, марганцем. Антикоррозионные свойства сталям придают введением в них большого количества хрома или хрома и никеля. Наибольшее распространение получили хромистые и хромоникелевые стали. Например, хромистые стали 95Х18, 30Х13, 08Х17Т. Хромоникелевые нержавеющие имеют большую коррозийную стойкость, чем хромистые стали, обладают повышенной прочностью и хорошей технологичностью в отношении обработки давлением. Например, 12Х18Н10Т, 08Х10Н20Т2.

  2. Жаростойкие оболадают стойкостью против химического разрушения в газовых средах, работающие в слабонагруженном состоянии

  3. Жаропрочные стали — это стали, способные выдерживать механические нагрузки без существенных деформаций при высоких температурах. К числу жаропрочных относят стали, содержащие хром, кремний, молибден, никель и др.

  4. Например, 40Х10С2М, 11Х11Н2В2МФ.

  5. Износостойкие стали, обладающие повышенной стойкостью к износу: шарикоподшипниковые, графитизированные и высокомарганцовистые. Особенности обозначения подшипниковых сталей. Маркировка начинается с буквы Ш, цифра, стоящая после буквы Х, показывает содержание хрома в десятых долях процента. Например, ШХ9, ШХ15ГС.

Примеры обозначения и расшифровки быстрорежущих высоколегированных сталей

Прежде чем задать вопрос прочитайте: FAQ

Металлопрокат

Чугун — один из главных конструкционных материалов. Более 40 % массы различных машин, механизмов и оборудования приходится на чугунные детали. Достоинствами чугуна, определяющими его широкое применение, являются простота получения и дешевизна, высокая технологичность (один из лучших литейных сплавов), прочностные характеристики, износостойкость, вязкость и теплоустойчивость, а также хорошая выносливость.

Различные виды чугунов рассматривают в зависимости от содержания связанного углерода, формы графитных включений, состава и назначения

Свойства чугунов определяются их внутренним строением, которое состоит из металлической основы и включений графита.

Углерод в чугуне находится как в связанном (в виде цементита Fe3С), так и в свободном (в виде графитных включений) состоянии. При этом количество и форма графитных включений определяют основные механические свойства чугунов.

Чем меньше графитных включений, чем они мельче и больше степень изолированности, тем выше прочностные характеристики чугуна.

В зависимости от содержания связанного углерода различают белый, половинчатый и серый (перлитный, ферритно-перлитный и ферритный) чугуны.

В белом чугуне весь углерод находится в связанном состоянии. В изломе он имеет светлый металлический блеск, поэтому и называется белым. На его долю приходится свыше 80 % выплавляемых в домнах чугунов. Основное его количество переделывается на сталь.

В половинчатом чугуне большая часть углерода (более 0,8 %) находится в связанном состоянии.

В сером перлитном чугуне в связанном состоянии находится 0,7—0,8 % углерода, в сером ферритно-перлитном — 0,1—0,7 %, в сером ферритном весь углерод находится в виде графита.

По форме графитных включений чугун подразделяется на серый, высокопрочный и ковкий.

В сером чугуне графит имеет форму пластин различного размера. Такой чугун хорошо обрабатывается резаньем и среди литейных чугунов является самым распространенным. Серый чугун (ГОСТ 1412—85) маркируется буквами СЧ и цифрами, указывающими среднюю величину временного сопротивления при растяжении (МПа).

Для изготовления малоответственных деталей, испытывающих небольшие нагрузки в работе, с толщиной стенки отливки 10—30 мм (строительных колонн, фундаментных плит, малонагруженных деталей машин и др.) используют чугуны марок СЧ 10 и СЧ 15.

Для изготовления ответственных деталей (станин станков и механизмов, поршней, цилиндров, блоков двигателей и т. д.) применяют чугуны марок СЧ 18, СЧ 21, СЧ 24, СЧ 25, СЧ 30, СЧ 35, СЧ 40 и СЧ 45.

Высокопрочный чугун имеет шаровидные графитные включения. Его получают обработкой расплавленного чугуна присадками магния, церия или других щелочных или щелочноземельных металлов. Такой чугун имеет механические свойства, не уступающие литой углеродистой стали: высокую пластичность, вязкость, теплоустойчивость, износостойкость, прочность (в три раза больше, чем у серого чугуна). Он обладает хорошими литейными свойствами, обрабатывается резаньем.

Высокопрочный чугун (ГОСТ 7293—85) маркируется буквами ВЧ и цифрами, где первые две — среднее значение временного сопротивления при растяжении, МПа, вторые — относительное удлинение, %.

Высокопрочные чугуны (ВЧ 42—12, ВЧ 38—17, ВЧ 45—5, ВЧ 50—2, ВЧ 60—2, ВЧ 70—3, ВЧ 80—3, ВЧ 100—4, ВЧ 120—4) применяются для изготовления коленчатых валов, крышек цилиндров и других деталей двигателей, прокатных станов, кузнечно-прессового, химического и нефтяного оборудования.

В ковком чугуне графит имеет форму хлопьев. Его получают отжигом (длительным нагревом при высоких температурах) отливок из белого чугуна. По своим свойствам он занимает промежуточное положение между серыми чугунами и сталями. Обладает хорошими литейными свойствами, достаточно высокой прочностью и пластичностью. Ковкий чугун маркируют буквами КЧ и цифрами, где первые две — временное сопротивление при растяжении, МПа, вторые — относительное удлинение, %.

Ковкие чугуны используются для изготовления деталей, эксплуатируемых при больших динамических и статических нагрузках (КЧ 37—12, КЧ 35—10), и других, менее ответственных изделий (КЧ 30—6; КЧ 33—8), тормозных колодок, звеньев и роликов цепей конвейеров, вилок карданных валов и др. (КЧ 50—4, КЧ 56—4, КЧ60—3, КЧ63—2).

В зависимости от состава различают обычные, модифицированные и легированные чугуны.

Модифицированные чугуны (СЧ 30, СЧ 35, СЧ 40) получают добавлением в жидкий чугун перед разливкой специальных добавок — модификаторов (ферросилиция, силикокальция, графита и др.). Это позволяет получить в чугунных отливках перлитную основу с вкраплениями небольшого количества изолированных пластинок графита средней величины и в конечном счете повысить их механические свойства.

Легированным называют чугун, в состав которого входят специальные легирующие элементы — хром, никель, медь, титан, молибден и другие, заметно улучшающие его механические, физические и технологические свойства.

По суммарному содержанию легирующих элементов чугуны подразделяются на низколегированные (до 3%), среднелегированные (3—10 %) и высоколегированные (более 10 %). Если эти элементы уже содержатся в железной руде, то получаемые из нее чугуны называются природнолегированными.

В маркировке легированных чугунов буквы отражают их свойства (ИЧ — износостойкие чугуны, АСЧ — антифрикционные серые чугуны, АЧВ — антифрикционные высокопрочные чугуны, ЖЧ — жаростойкие чугуны) и легирующие элементы (X — хром, H — никель, Г — марганец, Д — медь, M — молибден, Ю — алюминий). Цифры, стоящие после букв, обозначающих легирующие элементы, указывают на их содержание, %. Если цифра отсутствует, то содержание легирующего элемента менее 1 %.

По назначению чугуны подразделяются на литейные и передельные.

Литейными называются чугуны, предназначенные для изготовления изделий методами литья. Они поставляются в виде готовых отливок или в форме чушек массой 18—45 кг.

Цифры в маркировке обозначают порядковый номер, который зависит от содержания кремния. Чем меньше кремния, тем выше порядковый номер.

Литейные чугуны некоторых марок по содержанию марганца подразделяются на группы, по содержанию фосфора — на классы, а по содержанию серы — на категории.

Передельными называются чугуны, используемые для передела на сталь. Они выпускаются четырех типов:

§ передельные коксовые (Ml, M2, М3, Bl, Б2, T);

§ передельные коксовые высококачественные (ПВК1, ПВК2, ПВКЗ);

§ передельные древесноугольные (МД1, МД2);

§ передельные древесноугольные высококачественные (ПВД1, ПВД2, ПВД3).

В маркировке буквы M, Б и T обозначают способ передела соответственно мартеновский, бессемеровский и томассовский, а цифры — порядковый номер марки. Чем она выше, тем меньше содержание кремния. Деление на группы, классы и категории внутри отдельных марок аналогичны литейному чугуну.

Метки: гост, ковка, руда, стать, чугун

Классификация, маркировка и область применения чугунов.

Состояние углерода в чугуне и форма графитных включений играют решающую роль в достижении наиболее высоких показателей механических свойств. Поэтому главными классификационными признаками чугунов являются состояние углерода (связанное или свободное) и форма графитных включений. В соответствии с этим различают:

· белый чугун – весь углерод в белом чугуне находится в связанном состоянии в виде карбида железа – цементита;

· серый чугун – углерод в основном находится в свободном состоянии в виде графита пластинчатой формы и частично может находиться в перлитной составляющей металлической основы в виде цементита (до 0,8%);

· высокопрочный чугун содержит до 0,8% углерода в металлической основе в связанном состоянии в виде шаровидного графита;

· ковкий чугун получается путем отжига отливок белого чугуна, в результате чего цементит распадается с образованием своеобразных по форме хлопьевидных включений графита, при этом связанный углерод присутствует только в перлите металлической основы.

Характер металлической основы чугуна определяется степенью графитизации, состоянием легирования и видом термической обработки.

По степени графитизации белый чугун является почти неграфитизированным, половинчатые чугуны являются малографитизированными, а остальные чугуны — значительно графитизированными (рис.11).

Рисунок 11. Схема классификации чугунов по степени графитизации, виду излома, форме и условиям образования графита.

Белый чугун. Так как углерод в белом чугуне находится преимущественно в виде цементита, то на изломе такой чугун имеет белый цвет и характерный металлический блеск. Белый чугун обладает высокой твердостью, хрупкостью и очень плохо обрабатывается. Поэтому для изготовления изделий он не используется, а идет на производство стали.

По структуре белые чугуны подразделяются на доэвтектические, эвтектические и заэвтектические. Любой белый чугун содержит эвтектику – ледебурит, которая в момент образования состоит из аустенита и цементита, а при охлаждении ниже 7270С – из перлита и цементита (рис. 12 ).

Рисунок 12. Микроструктура белого эвтектического (4,3 % углерода) чугуна.

Большое количество цементита в структуре придает белым чугунам высокую твердость 450-550 НВ и хрупкость, поэтому они используются только для изготовления износостойких деталей типа шаров мельниц, звездочек в галтовочных барабанах, облицовочных плит для щековых дробилок, прокатных валков с отбеленной поверхностью и т.д. В связи с высокой хрупкостью белые чугуны имеют очень ограниченное применение и поэтому не маркируются.

Серый чугун. Серый чугун наиболее широко применяется в машиностроении. Он мало пластичен и вязок, но легко обрабатывается резанием, применяется для малоответственных деталей и деталей, работающих на износ, так как ему присущи антифрикционные свойства Так как углерод в нем находится преимущественно в свободном состоянии в форме пластинчатого графита, то на изломе данный чугун имеет серый цвет (Рис. 13).

Рисунок 13. Вид излома серого чугуна.

В зависимости от распада цементита различают ферритный, ферритно – перлитный и перлитный серые чугуны (Рис. 14). Наиболее прочным, но в то же время наименее пластичным, является чугун на перлитной основе. Чугун на ферритной основе обладает наивысшей пластичностью при наименьшей прочности.

Рисунок 14. Структура серого чугуна (а – перлитная, б – ферритно-перлитная, в — ферритная).

Графитовые включения в чугуне не связаны с металлической основой. Поэтому при увеличении содержания углерода повышается объем графитовых включений, что снижает их прочность. Этим обусловлено сравнительно небольшое содержание углерода (от 3,5 до 4,5%).

Иногда в сером чугуне наряду с графитом содержится ледебурит. Такой чугун называют половинчатым. Структура половинчатого чугуна — ледебурит + перлит + графит. В легированных и термически обработанных чугунах можно получить мартенсит, аустенит или игольчатый тростит.

Половинчатым чугун называется потому, что вид излома у него представляет собой сочетание из светлых и темных участков кристаллического строения. Половинчатый чугун твёрд и хрупок; применение изделий из половинчатого чугуна ограничено. Чаще всего эта структура встречается в отбеленных отливках в качестве переходной зоны между отбеленным слоем и графитизированной частью.

Серый чугун широко применяется в автотракторном и сельскохозяйственном машиностроении для производства отливок, поэтому его называют литейным. Из него изготавливают станины металлорежущих станков, блоки и гильзы автомобильных и тракторных двигателей, поршневые кольца, корпуса и т.д.

Маркировка. Серые чугуны обозначаются по ГОСТ 1412-85: СЧ 10, СЧ 15, СЧ 20 … СЧ 45. Расшифровывается марка следующим образом: СЧ – серый чугун, двухзначная цифра характеризует предел прочности при растяжении σв в МПа∙10. Например, чугун СЧ 35 имеет σв=350 МПа.

Выбор марки чугунов для конкретных условий работы обуславливается совокупностью технологических и механических свойств. Ферритные серые чугуны СЧ10. СЧ15, СЧ18 предназначены для слабо- и средненагруженных деталей – крышки, фланцы, маховики, диски сцепления и т.д. Ферритные серые чугуны СЧ20, СЧ21,СЧ25 применяют для деталей, работающих при повышенных статистических и динамических нагрузках – блоков цилиндров, картеров двигателей, поршней цилиндров, барабанов сцепления и т.д. Перлитные серые модифицированные чугуны СЧ30, СЧ35, СЧ49, СЧ45 обладают наиболее высокими механическими свойствами, их используют для изготовления гильз цилиндров, распределительных валов и т.д.

Высокопрочный чугун. Высокопрочными называются чугуны, в которых графит имеет шаровидную форму (Рис. 15). Получают путем введения в жидкий серый чугун специальных добавок.

Рисунок 15. Шаровидный графит.

Высокопрочные чугуны могут иметь ферритную, феррито-перлитную и перлитную металлическую основу (Рис. 16).

Чугуны с перлитной металлической основой имеют высокие показатели прочности при меньшем значении пластичности. Соотношение пластичности и прочности ферритных чугунов — обратное.

а б в

Рисунок 16. Структура высокопрочного чугуна (а – перлитный, б – перлитно –ферритный, в — ферритный).

Для данных чугунов характерна достаточно высокая ударная вязкость и усталостная прочность, при перлитной основе.

Высокопрочные чугуны содержат: углерода – 3,2…3,8 %,кремния –1,9…2,6 %, марганца –0,6…0,8 %, фосфора – до0,12 %, серы – до0,3 %.

Эти чугуны обладают высокой жидкотекучестью, линейная усадка – около 1%. Литейные напряжения в отливках несколько выше, чем для серого чугуна. Из-за высокого модуля упругости обладают достаточно высокой обрабатываемостью резанием.

Из высокопрочного чугуна изготовляют тонкостенные отливки (поршневые кольца), шаботы ковочных молотов, станины и рамы прессов и прокатных станов, изложницы, резцедержатели, планшайбы.

Маркировка. Высокопрочный чугун маркируется буквами ВЧ и цифрами, показывающими предел прочности в десятых долях МПа (ГОСТ 7293-85). Например, ВЧ70 — высокопрочный чугун с σв=700 МПа; Существуют следующие марки высокопрочных чугунов: ВЧ35, ВЧ40, ВЧ45, ВЧ50, ВЧ60, ВЧ80, ВЧ100.

Ковкий чугун. Ковким называют чугун с хлопьевидным графитом. Его получают путем отжига белого чугуна определенного химического состава, отличающегося пониженным содержанием графитизирующих элементов (2,4—2,9 % С и 1,0—1,6 % Si), так как в литом состоянии необходимо получить полностью отбеленный чугун по всему сечению отливки, что обеспечивает формирование хлопьевидного графита в процессе отжига.

Промышленный ковкий чугун производится главным образом с ферритной основой; в ней однако всегда имеется перлитная кайма. В последние годы стали широко применяться чугуны с феррито-перлитной и перлитной основой. Чугун с ферритной основой обладает большой пластичностью.

Излом у ферритного ковкого чугуна черно-бархатистый; с увеличением количества перлита в структуре излом становится значительно светлее.

Данный чугун получил свое название из-за повышенной пластичности и вязкости (хотя обработке давлением не подвергается). Ковкий чугун обладает повышенной прочностью при растяжении и высоким сопротивлением удару. Из ковкого чугуна изготовляют детали сложной формы: картеры заднего моста автомобилей, тормозные колодки, тройники, угольники и т. д.

Маркировка. Ковкий чугун обозначается двумя буквами и двумя числами (ГОСТ 1215-85), например КЧ 370-12. Буквы КЧ означают ковкий чугун, первое число—предел прочности (в МПа) на разрыв σв=370 МПа, второе число — относительное удлинение (в процентах), характеризующее пластичность чугуна δ=12%.

Чугун – самый распространенный железоуглеродистый нековкий литейный материал, содержащий свыше 2% углерода, до 4,5% кремния, до 1,5% марганца, до 1,8% фосфора и до 0,08% серы. В практике применяют чугуны, содержащие 3÷3,5% углерода.

Чугун обладает высокими литейными свойствами, поэтому широко используется в литейном производстве в качестве конструкционного материала. Он хорошо обрабатывается резанием. Из чугуна, имеющего невысокий коэффициент трения, изготовляют подшипники скольжения. Специально обработанный чугун (высокопрочный) по показателям качества успешно конкурирует со стальным литьем и кованой сталью.

Недостаточная прочность и большая хрупкость чугуна объясняются наличием в нем крупных включений углерода в виде графита.

Введение в жидкий чугун небольшого количества магния и церия изменили форму графита, он стал шаровидным. Чугун приобрел прочность и утратил хрупкость. Такой чугун (его называют высокопрочным) по-своему качеству не уступает конструкционным углеродистым сталям. Стойкость деталей, изготовленных из этого чугуна, увеличилась почти в три раза.

Углерод в чугунах может находиться в виде химического соединения – цементита (такие чугуны называют белыми) или частично или полностью в свободном состоянии в виде графита – (такие чугуны называют серыми).

Чугуны состоят из металлической основы (перлита, феррита) и неметаллических включений графита. Они различаются главным образом формой графитовых включений. Белый чугун имеет ограниченное применение. Некоторые отливки, от которых требуется повышенная твердость поверхностного слоя, изготовляют из отбеленного чугуна. Поверхностный слой его состоит из белого чугуна, а сердцевина – из серого. Величину и твердость отбеленного слоя регулируют путем изменения химического состава чугуна и скорости затвердевания отливки.

Чугун серый

Серый чугун широко применяется в машиностроении. Такое название он получил по серому цвету излома, обусловленному наличием в структуре чугуна свободного углерода в виде графита. По виду металлической основы различают серые чугуны перлитные, перлитно-ферритные и ферритные.

Таблица 1. Чугуны серые литейные, их основные свойства и применение

Марка σв МПа НВ Свойства и применение
Сч10 275 139-274 Малоответственные отливки с толщиной стенок до 15 мм (корпуса, крышки, кожухи и др.), детали, для которых прочностная характеристика не является обязательной,- опоки, арматуру, рамки, сковороды, декоративные детали, массивные строительные колонны, фундаментные плиты
СЧ15 314 160-224 Малоответственные отливки с толщиной стенок 10 – 30 мм (трубы, корпуса клапанов, вентили при давлении – до 20 МПа и др.), корпусные малонагруженные детали, подмоторные плиты, рычаги, шкивы, маховики, емкости для масла и охлаждающей жидкости, корпуса фильтров, фланцы, крышки, звездочки цепных передач
СЧ18 354 167-224 Ответственные отливки с толщиной стенок 10 – 20 мм (шкивы, зубчатые колеса, станины, суппорты и др.)
СЧ20 397 167-236 Ответственные отливки с толщиной стенок до 30 мм (блоки цилиндров, поршни, тормозные барабаны, каретки и др.), для изготовления базовых корпусных деталей повышенной прочности и износостойкости, деталей, к которым предъявляются требования герметичности при давлении до 8 МПа (80 кгс/см2), корпусов, коробок передач, шпиндельных бабок, балансиров, планшайб, гильз, кареток, цилиндров, насосов, золотников, арматуры, компрессоров
СЧ25 450 176-245 Ответственные отливки с толщиной стенок до 40 мм (кокильные формы, поршневые кольца и др.), для изготовления базовых корпусных деталей повышенной прочности и износостойкости, деталей, к которым предъявляются повышенные требования к герметичности
СЧ3О 490 177-250 Ответственные отливки с толщиной стенок до 60 мм (поршни, гильзы дизелей, рамы, штампы и др.), для изготовления кронштейнов, салазок столов и суппортов, деталей с поверхностной закалкой, цилиндров, корпусов насосов, дизелей и двигателей внутреннего сгорания, поршневых колец, коленчатых и распределительных валов
СЧ35 СЧ45 540 193-264 Ответственные высоконагруженные отливки с толщиной стенок до 100 мм (малые коленчатые валы, детали паровых двигателей и др.) деталей, для изготовления к которым предъявляются требования герметичности при давлении свыше 8 МПа

Графит обладает низкими механическими свойствами. Он нарушает целостность металлической основы. Располагаясь между зернами металлической основы, графит ослабляет связь между ними. Поэтому серый чугун плохо сопротивляется растяжению и имеет очень низкую пластичность и вязкость. Чем крупнее и прямолинейнее графитовые включения, тем хуже механические свойства чугуна. Твердость серого чугуна, а также его сопротивление сжатию близки к показателям стали, имеющей такую же структуру, как у металлической основы чугуна.

Графит оказывает и некоторое положительное влияние на свойства чугуна, в частности, он повышает его износостойкость, действуя аналогично смазке, повышает обрабатываемость резанием, так как делает стружку ломкой, способствует гашению вибраций изделий, уменьшает усадку при изготовлении отливок.

Механические свойства серого чугуна могут быть улучшены равномерным распределением мелкопластинчатого графита в отливке. Это достигается путем специальной обработки – модифицирования, когда в жидкий чугун перед его разливкой вводят добавки, которые образуют дополнительные центры графитизации, в результате чего получается мелкопластинчатый графит. Чугун с таким графитом называют модифицированным. От обычного серого чугуна он отличается более высоким сопротивлением разрыву, однако пластичность и вязкость его при модифицировании не улучшаются.

По ГОСТ 1412-85 буквы СЧ в обозначении марки чугуна означают – серый чугун. Двузначная цифра соответствует пределу прочности при растяжении σв МПа. Стандарт нормирует предел прочности серых чугунов σв = 274÷637 МПа, твердость – 143÷637 НВ и химический состав.

Основные свойства серого чугуна и его применение приведены в таблице 1.

Чугун высокопрочный с шаровидным графитом

Высокопрочный чугун получают путем введения магния (до 0,9%) и церия (до 0,05%) в жидкий серый чугун перед разливкой его в формы. Основная часть этих модификаторов испаряется, окисляется и переходит в шлак, так что в твердом металле обнаруживается не более 0,01% этих элементов. Магний и церий активно удаляют из чугуна серу. Но главная роль их заключается в том, чтобы изменить чешуйчато-пластинчатую форму графита на шаровидную. После модифицирования чугуна магнием или церием в ковш добавляют 75%-ный ферросилиций (сплав железа с кремнием). В отличие от модифицированного серого чугуна высокопрочный чугун имеет более высокое содержание углерода и кремния и пониженное содержание марганца.

Металлическая основа высокопрочного чугуна состоит из феррита и перлита или только из перлита. В этом чугуне сочетаются ценные свойства стали и чугуна. Он обладает сравнительно высокой прочностью при достаточной пластичности и вязкости. Высокопрочный чугун с успехом заменяет стальное литье и даже стальные поковки, что дает большой экономический эффект. Изделия из высокопрочного чугуна благодаря его повышенной износостойкости могут работать в условиях трения. Высокопрочный чугун лучше, чем серый, сохраняет свою прочность при нагреве, поэтому может применяться для работы при температурах до 400°С (серый чугун выдерживает температуру до 250°С).

ГОСТ 7293-85 нормирует предел прочности σв, предел текучести σт, относительное удлинение δ и твердость НВ высокопрочных чугунов. Требования к отливкам из этих чугунов устанавливаются нормативно-технической документацией. Принцип маркировки высокопрочных чугунов (ВЧ) отличается от маркировки серых чугунов. В обозначение их марки входят два числа – первое указывает предел прочности на разрыв, второе – относительное удлинение. Например, марка чугуна ВЧ 42-12 означает, что данный чугун имеет предел прочности σв = 412 Н/мм2 (42 кгс/мм2) и относительное удлинение δ =12%.

Из высокопрочных чугунов изготовляют многие детали (в том числе фасонные), которые ранее получали из стали, базовые и корпусные детали повышенной прочности (корпуса и станины станков, крупные планшайбы, гильзы, каретки, цилиндры, кронштейны, зубчатые колеса, накладные направляющие станков и детали с поверхностной закалкой). Они заменяют стали Сталь 20Л, 25Л, ЗОЛ и 35Л.

Чугун ковкий

В структуре ковкого чугуна графит имеет хлопьевидную форму. Такой графит называют углеродом отжига. По сравнению с серым чугуном ковкий чугун обладает более высокой прочностью, пластичностью и вязкостью. Свое название он получил потому, что имеет повышенную пластичность. Ковке в прямом понимании этого слова чугун не подвергается.

Процесс получения отливок из ковкого чугуна включает две стадии: изготовление фасонных отливок из белого чугуна и отжиг полученных отливок с целью графитизации цементита. При отжиге происходит разложение цементита белого чугуна с образованием графита хлопьевидной формы. В результате этого хрупкие и твердые отливки становятся пластичными и более мягкими. В зависимости от условий и режима отжига структура чугуна может иметь ферритную (Ф), перлитную (П) и ферритно-перлитную металлическую основу. Наибольшее распространение получил пластичный ферритный ковкий чугун. Отжиг ковкого чугуна-весьма продолжительный процесс, занимающий 70-80 ч. Однако его можно ускорить путем закалки отливок из белого чугуна перед графитизацией, а также модифицированием чугуна алюминием, бором, висмутом или титаном. Существуют и другие способы ускорения процесса отжига. Использование указанных способов позволяет сократить продолжительность отжига до 35-40 ч.

Таблица 2. Чугуны ковкие, их основные свойства и применение

Марка НВ Свойства и применение
КЧ 35-10 КЧ37-12 160 Чугуны ферритного класса используют для производства деталей,

эксплуатируемых при высоких динамических и статических нагрузках

(картеров, редукторов, ступиц, крюков, скоб, задних мостов, кронштейнов)

КЧ 30-6

КЧ 33-8

160 Для изготовления менее ответственных деталей

(хомутов, гаек, вентилей, деталей сельскохозяйственных машин,

глушителей, фланцев, муфт, тормозных деталей, педалей,

гаечных ключей, колодок, кронштейнов)

КЧ 45-7 203 Ковкие чугуны перлитного класса марок обладают высокой прочностью,

умеренной пластичностью и хорошими антифрикционными свойствами.

Из них получают вилки карданных валов, шестерни, червячные колеса,

поршни, подшипники, звенья и ролики конвейерных цепей, втулки,

муфты, тормозные колодки, коленчатые валы

КЧ 50-5 226
КЧ 55-4 236
КЧ 60-3 264
КЧ 65-3 264
КЧ 70-2 280
КЧ 80-1,5 314

По ГОСТ 1215-79 маркируется ковкий чугун по тому же принципу, что и высокопрочный. Например, марка чугуна КЧ 33-8 означает, что данный чугун имеет предел прочности σв = 32.4 Н/мм2 (33 кгс/мм2) и относительное удлинение δ =8 %.

Отливки из ковкого чугуна можно получить с сечением до 55 мм. При большем сечении в сердцевине отливок образуется пластинчатый графит и чугун становится не пригодным для отжига. В машиностроении чаще применяют высокопрочный чугун, который получают при менее сложных и более дешевых технологических процессах, чем процессы производства ковкого чугуна.

Основные свойства ковкого чугуна и его применение приведены в таблице 2.

Чугун легированный

Свойства чугуна можно улучшить путем введения в его расплав легирующих элементов, оказывающих благоприятное влияние не только на его металлическую основу, но также на форму и размеры графитных включений, способствующих значительному измельчению структуры чугуна.

Требования к легированным чугунам для отливок с повышенной жаростойкостью, коррозионной стойкостью, износостойкостью или жаропрочностью регламентированы ГОСТ 7769-82. По основному легирующему элементу чугуны со специальными свойствами подразделяют на пять видов: хромистые, кремнистые, алюминиевые, марганцевые и никелевые, маркируется легированный чугун по тому же принципу, что и высокопрочный. Буква Ч означает чугун, буква Ш – шаровидная форма графита, буквы русского алфавита, соответствующие легирующим химическим элементам, и цифры после букв означают приблизительное содержание легирующих элементов в целых процентах. Например, марка чугуна ЧХ16 означает, что данный легированный чугун содержит хрома 16%.

Основные свойства легированного чугуна и его применение приведены в таблице 3.

Таблица 3. Чугуны легированные, их основные свойства и применение

Марка σв, МПа σи, МПа НВ Свойства и применение
ЧХ1 170 350 203÷ Повышенная коррозионная стойкость в газовой, воздушной и щелочной средах в условиях трения и износа, жаростойкий в воздушной среде, выдерживает температуру до 773 К (500°С). Предназначен для изготовления холодильных плит доменных печей, колосников агломерационных машин, деталей коксохимического оборудования, сероуглеродных реторт, деталей газотурбинных двигателей и компрессоров, горелок, кокилей, стеклоформ, выхлопных коллекторов дизелей
ЧХ2 ЧX3 150 310 223÷ Жаростойкость в воздушной среде – до 873 К (600°С), у чугуна ЧХ2 и чугуна ЧX3 – до 973 К (700°С); эти чугуны применяют для производства колосников балок горна агломерационных машин, деталей контактных аппаратов химического оборудования, решеток трубчатых печей нефтеперерабатывающих заводов, деталей турбокомпрессоров, стекломашин и термических печей, электролизеров, облицовочных плит и др.
ЧХЗТ 200 400 440÷ Обладает повышенной стойкостью против абразивного износа и истирания; используют для изготовления деталей гидромашин, перекачивающих абразивные смеси, и футеровки (внутренней облицовки) пылепроводов
ЧХ9Н5 ЧX16М2 350÷ 490÷ 700÷ Высокая стойкость этих чугунов против абразивного износа и истирания обусловила возможность их применения при изготовлении мелющих деталей угле- и рудоразмольных мельниц, ковшей пескометов, дробеметов
ЧX16 350 700 390÷ Жаростойкий в воздушной среде, выдерживает температуры до 1173 К (900°С), износостойкий при нормальной и повышенной температурах, устойчивый против воздействия неорганических кислот большой концентрации. Изготовляют арматуру для химического машиностроения, печную арматуру, детали цементных печей
ЧX22 ЧХ28Д2 290÷ 540÷ 390÷ Высокоустойчивые против абразивного износа и истирания, поэтом используются для производства размольного оборудования, грохотов и склизов, агломерационных машин, песко- и дробеструйных камер, работающих при повышенных температурах; кроме того, из таких чугунов изготовляют вставки для армирования брусьев вторичной зоны охлаждения установок непрерывной разливки стали, детали угле- и рудоразмольных мельниц, ковшей, пескометов и дробеметов
ЧХ22С 290 540 333÷ Повышенная коррозионная стойкость при температурах до 1273 К (1000°С) в случае применения его в запыленных газовых средах, высокой кислотостойкостью и сопротивлением межкристаллитной коррозии; из него изготовляют детали, не подвергающиеся действию постоянных и переменных нагрузок, детали аппаратуры, работающей в условиях действия концентрированных азотной и фосфорной кислот, печной аппаратуры
ЧХ28 ЧX34 290÷ 560÷ 245÷ Высокая коррозионная стойкость в растворах кислот (азотной, серной, фосфорной, соляной, уксусной, молочной и др.), щелочей и солей (азотнокислом аммонии, сульфате аммония, хлорной извести, хлорном железе, селитре); а также в газах, содержащих серу или SО2, Н2О, жаростойкие, выдерживают температуры до 1373÷1423 К (1100÷1150 °С), хорошо сопротивляются абразивному износу; производят детали, работающие при небольших механических нагрузках в среде SО2 и SОз, в щелочах высокой концентрации, азотной кислоте, растворах и расплавах солей при температурах до 1273 К (1000°С), детали центробежных насосов, печной арматуры, реторты для цементации, сопла горелок, цилиндры, корпуса золотников, гребни обжиговых колчеданных печей, сопла для пескоструйных аппаратов, а также другие детали, подверженные абразивному истиранию
ЧХ28П 200 400 245÷ Стойкость после окислительного отжига в цинковых расплавах при температурах до 823 К (550°С), из него получают детали пар трения, работающие в цинковом расплаве агрегатов горячего непрерывного цинкования
ЧС5 ЧС5Ш 150÷ 290 140÷ Жаростойкость в топочных газах и воздушной среде, выдерживают температуры до 973 ÷ 1073 К (700 и 800°С); из чугуна марки ЧС5 изготовляют колосники, бронеплиты для печей обжига, используемых в цементной промышленности, сероуглеродные реторты, а из чугуна марки ЧС5Ш – топочную арматуру котлов, детали пароперегревателей котлов, газовые сопла, подовые плиты термических печей
ЧС13 ЧС15 ЧС17 100÷ 210÷ 294÷ Высокая коррозионная стойкость чугуна при температурах до 473 К (200°С), устойчивы к воз- действию концентрированных и разбавленных кислот, растворов щелочей, солей (кроме фтористоводородных и фтористых соединений), не допускают резких переменных, а также ударных нагрузок и перепада температур; из них производят отливки простой конфигурации, детали центробежных и поршневых насосов, компрессоров и трубопроводной арматуры, трубы, фасонные детали для трубопроводной арматуры, теплообменников и другие детали химической аппаратуры
ЧС15М4 ЧС17МЗ 60 140÷ 390÷ Высокая коррозионная стойкость чугуна к серной, азотной и соляной кислотам разной концентрации и температуры, водным растворам щелочей и солей при местном перепаде температур до 30 К в массе детали в случае отсутствия динамических, переменных и пульсирующих нагрузок.

Применяются для тех же целей, что и чугуны перечисленных выше марок

ЧЮХШ ЧЮ7Х2 390÷ 240÷ 236÷ Жаростойкие в воздушной среде чугуны, выдерживают температуры до 923 и 1023 К (650 и 750°С), стойкие против истирания; из чугуна марки ЧЮХШ изготовляют пресс-формы для стекольного производства, детали печного оборудования, ролики чистовых клетей листопрокатных станов, из чугуна марки ЧЮ7Х2 – детали печной арматуры
6С5 120 240 236÷ Жаростойкий в воздушной среде чугун, выдерживает температуры до 1023 К (750°С), коррозионностойкий в среде, содержащей соединения серы, стойкий к резким сменам температур; рекомендуют для производства отливок, работающих при температурах до 1073 К (800 °С)
ЧЮ22Ш 290 490 235÷ Жаростойкий в среде, содержащей серу, сернистый газ, окислы ванадия и пары воды, жаростойкий в воздушной среде при температурах до 1373 К, отличается высокой прочностью при нормальной и повышенной температурах; предназначен для изготовления деталей арматуры котлов, пароперегревателей, обжиговых колчеданных печей, нагревательных кольцевых печей, колосников агломерационных машин
ЧЮ30 200 350 356÷ Жаростойкий в воздушной среде чугун, выдерживает температуры до 1373 К. (1100 °С), стойкий против износа; из этого чугуна получают детали для обжиговых колчеданных печей
ЧГ6СЗШ ЧГ7Х4 496÷ 680÷ 490÷ Высокая стойкостью в абразивной среде и против истирания в пыле- и пульпопроводах, мельницах и т. п., из них изготовляют детали мелющего оборудования и насосов, футеровки мельниц, дробе- и пескоструйных камер
ЧГ8ДЗ 150 330 176÷ Немагнитный износостойкий чугун, применяется в условиях повышенных температур; из него изготовляют немагнитные детали и сопряженные трущиеся детали арматуры
ЧНХТ ЧНХМД ЧН2Х 280÷ 430÷ 196÷ Высокие механические свойства, хорошо сопротивляющиеся износу и коррозии в слабощелочных и газовых средах (продукты сгорания топлива, технический кислород), а также в водном растворе, чугун марки ЧН2Х, кроме того, проявляет высокую стойкость в расплавах каустика; чугун марки ЧНХТ предназначен для изготовления маслот поршневых компрессионных и масло- съемных колец, седел, направляющих втулок клапанов дизелей и газомотокомпрессоров, деталей сглаживающих прессов и размольных мельниц бумагоделательных машин; из чугуна марки ЧНХМД отливают блоки и головки цилиндров, выхлопных патрубков двигателей внутреннего сгорания, паровых машин и турбин, поршни и гильзы цилиндров паровых машин, тепловозных и судостроительных дизелей, детали кислородных и газовых мотокомпрессоров, детали бумагоделательных машин; чугун марки ЧН2Х служит для производства зубчатых колес различных типов, цилиндров двигателей, абразивных дисков, дросселей, холодильных цилиндров и валов бумагоделательных, картоноделательных и сушильных машин, матриц штамповочных прессов
ЧНМШ 490 183÷ δ = 2, высокие механические свойства и термостойкость чугуна при температурах до 773 К (500°С); применяется для изготовления крышек и днищ цилиндров дизелей, головок поршней, маслот поршневых колец, холодильных цилиндров и валов бумагоделательных, картоноделательных и сушильных машин
ЧН4Х2 290 490 215÷ высокая стойкость против абразивного износа и истирания; предназначен для изготовления износостойких деталей машин, перекачивающих абразивные смеси, футеровки мельниц, пылепроводов, размалывающих валков и шаров, сопел, склизов и грохотов
ЧН15ДЗШ, ЧН15Д7, ЧН19ХЗШ ЧН11Г7И 150 350 120÷ Высокая коррозионная и эрозионная стойкость чугунов в щелочах, слабых растворах кислот, серной кислоте любой концентрации при температурах более 323 К, в морской воде, в среде перегретого водяного пара, обладают высоким коэффициентом термического расширения, могут быть магнитными при низком содержании хрома, чугуны марок ЧН19ХЗШ и ЧН11Г7Ш, кроме того, обладают прочностью при температурах до 873 К (600°С); из чугунов марок ЧН15ДЗШ и ЧН15Д7 производят детали насосов, вентилей и другой аппаратуры для нефтеперерабатывающей промышленности, а также арматуростроения, немагнитные отливки для электротехнической промышленности, гильзы цилиндров, головки поршней, седла и направляющие втулки клапанов, выхлопные коллекторы двигателей внутреннего сгорания; чугуны марок ЧН19ХЗШ и ЧН11Г7Ш применяют при изготовлении выпускных коллекторов, клапанных направляющих, корпусов турбонагревателей газовых турбин, головок поршней, корпусов насосов, вентилей и немагнитных деталей
ЧН20Д2Ш 500 120÷ δ = 25, высокие механические свойства при температурах до 173 К и высокой ударной вязкостью (не менее 3 Дж/см2) на образцах с острым надрезом, может быть пластически деформирован в холодном состоянии; предназначен для изготовления насосов и деталей аппаратуры, используемой в нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей промышленности, а также деталей топливной арматуры.

Чугун: процесс производства, классификация и маркировка

В век бурного развития металлургической промышленности и производства чугун играет ключевую роль. Давайте разберемся, что это за материал, как он появился, как производится, какими свойствами обладает, какие виды классификации чугуна существуют, и каким образом он применяется в различных областях промышленности.

Определение

Чугуном называется смесь 2,14 % углерода с железом, полученная при термическом нагревании в доменных печах до 1200 градусов Цельсия. С помощью шестого элемента таблицы Менделеева железо в форме сплава приобретает увеличенную твердость, теряя пластичность и ковкость, делая данный материал хрупким.

Помимо углерода, для получения особых параметров, в металлическую матрицу, добавляются такие элементы, как Si, Mg, P, S. Также широко применяются легирующие агенты – Cr, V, Ni, Al.

История

Технология изготовления чугуна пришла к нам из Китая, где «ходили» чугунные деньги еще в 10 веке нашей эры. Потомки монголов уже в 13 веке готовили котлы из этого сплава. На полях сражений в Столетней войне впервые применялись артиллерийские орудия и боеприпасы, отлитые из данного твердого раствора. В России его широкое применение в изготовлении оружия было налажено в 16 веке после появления доменной печи. В связи с этим, в 1701 году был построен Уральский чугунолитейный завод, который стал началом народного промысла, получившего название «Каслинское литье».

Начиная с 18 века Великобритания занимает пальму первенства по производству чугуна в мире. Благодаря новой технологии Уилкинсона, к середине 19 века в этой стране производилось половина всего мирового объема.

Технология изготовления не стояла на месте, что позволило Соединенным Штатам в конце 19 века вырваться вперед.

В то время из этого сплава начали изготавливать рельсы, водопроводные и канализационные трубы, камины, и такие сложные инженерно-строительные сооружения, как мосты.

Процесс производства чугуна

Получение чугуна проводят в доменных печах. Этот процесс является достаточно энергоёмким и затратным производством. В качестве сырья используют 4 основных группы руд:

Технологический процесс проходит в несколько этапов

Сначала, в процессе подготовки, измельчают железную руду с содержанием оксидов железа (FeO и Fe2O3) не менее 40% от общей массы. Затем путем дробления, грохочения, усреднения, промывки, обогащения и обжига, избавляются от неметаллических примесей – S, P, As, и поднимают массовую долю основного металла в руде.

По окончанию, подготовительного этапа, загружают все компоненты в печь.

Доменная печь представляет собой непрерывно действующее металлургическое оборудование в виде шахты, массой 30 тысяч тонн. Доменная печь состоит из 5 элементов: верхней части в форме цилиндра – колошника, широкой конической части – шахты, широкой части – распары, зауженной части – заплечиков и нижней части – горна. Загрузка всех компонентов производится сверху через колошник, а готовый продукт и шлак раздельно выходят снизу из горна.

Одновременно с рудой в домну помещают коксующиеся угли, выполняющие функцию топлива. В процессе термического разложения углей образуются соединения углерода, участвующие в качестве восстановительного агента. Для ускорения процесса высвобождения металла из руды добавляется флюсы. Обычно это горные породы, содержащий оксиды кальция и магния.

После окончания этапа загрузки начинается процесс выплавки, когда загруженные компоненты превращаются в сплав, шлак и газ. Физико-химические реакции, протекающие при этом можно охарактеризовать как восстановительно-окислительные, так как происходит восстановление окислов железа и окисление восстановительного агента.

Процессы протекающие в печи

Процессы, протекающие в доменной печи можно описать следующими химическими уравнениями:

При нагревании кокса происходит выделение элементарного углерода, который с кислородом образует углекислый газ.

С + О2 = СО2 + выделение энергии

CO2 при нагревании дальше окисляется до оксида углерода, и восстанавливает элементарное железо из его оксидов в руде.

СО2 + С = 2СО

Fe2O3 + 3 CO = 2Fe + 3 CO2

После реакции восстановления, металл насыщается углеродом, а при достижении 1150-1200°С стекает уже в форме металлического компаунда в горн. Из остатков пустой руды и флюсов образуют отход — шлак, который непрерывно удаляется.

Параметры чугуна

Плотность — 7,2 г/см3. Температура плавления составляет 1200 °С. Хрупкость и малая пластичность сплава обусловлена следующими факторами:

  1. Увеличение длины связи, между атомами Fe, из-за повышенного содержания углерода;
  2. Неполное внедрение атомов углерода в структуру матрицы железа в связи с низкой, по сравнению со сталью, температурой плавления.

Именно по этим причинам, данный твердый металлический раствор нашел широкое применение в производстве деталей, обладающих высокой прочностью. Однако, он не подходит для продукции, подвергающейся нагрузкам, значения которых быстро изменяются во времени.

Классификация чугунов

Существуют несколько видов классификации чугунов.

  1. По содержанию элементарного углерода делятся на:
    • доэвтектический (2,14-4,3 %);
    • эвтектический (4,3%);
    • заэвтектический (4,3-6,67%).
  2. По видам углерода, и цвету излома:
    • Белый (С > 3%, в форме карбида). Его применение ограничено производством изделий, не подвергающихся большим нагрузкам, из-за значительной хрупкости. Но при добавлении легирующих присадок, содержащих хром, никель, ванадий, алюминий повышаются его эксплуатационные параметры;
    • Серый (С -2,5%, в форме перлита) обладает хорошей износостойкостью и понижает силу трения. Применяется при изготовлении деталей промышленного оборудования, подвергающихся циклическим нагрузкам. При добавлении специальных присадок, имеющих в составе Mo, Ni, Cr, B, Cb, Sb улучшается стойкость при использовании в агрессивных средах;
    • Половинчатый (С – 3,5-4,2%, в форме графита и карбида и наличие следовых количеств цементита и ледебурита). Такой вид нашел свое применение при производстве изделий, подвергающихся постоянному трению.
  3. По физическим параметрам, согласно ГОСТ 1412-54 и 1215-59, различают марки чугуна:
    • Ковкий (КЧ), представляет собой его белую разновидность после специального обжига. При этом доля углерода находится на уровне 3,5%, и он представлен в форме Fe2O3 или зернистого перлита, с графитовыми включениями. В качестве присадок для повышения устойчивости к трению обычно добавляют Mg, Te, B. Следует отметить, данная марка никогда не подвергается ковке, в прямом смысле этого слова;
    • Высокопрочный (ВЧ), образуется путем вкрапления в металлическую решетку шарообразных включений углерода и введении в состав магния, кальция, селена, иттрия. Характеризуется улучшенными механическими, теплопроводными пластическими параметрами.
  4. По специфическим свойствам:
    • Износостойкий;
    • Антифрикционный;
    • Коррозионностойкий;
    • Жаростойкий;
    • Немагнитный.
  5. По шкале твердости Бринелля:
    • Мягкий (НВ менее 149);
    • Умеренной твердости (НВ 149-197);
    • Улучшенной твердости (НВ 197-269);
    • Твердый (НВ более 269).
  6. По значению временного сопротивления при растяжении:
    • Обыкновенной прочности (менее 20 кгс/мм2);
    • Улучшенной прочности (20-38 кгс/мм2);
    • Максимальной прочности (более 38 кгс/мм2).
  7. По магнитным характеристикам:
    • Ферромагнитный — обладающий магнитными свойствами, из-за высокого содержания в металлической матрице феррита и цементита;
    • Паромагнитный – обладающий малой магнитной проницаемостью, содержащий в своем составе присадки из хрома, меди и алюминия.

Маркировка

По Гостам, все существующие марки обозначаются 2 буквами и 2 числами, при этом числа отражают значения временного сопротивления (кгс/мм2) и относительного удлинения (%). К примеру, цифры в марке КЧ-30-6, показывают временное сопротивление — 30 кгс/мм2 и относительное удлинение — 6 %.

Путем введения в состав специальных добавок, модифицируют состав сплава. Тогда к названию марки прибавляется буква М.

Области использования

Применение различных марок чугуна зависит от металлургического компаунда и его эксплуатационных характеристик.

Белый вид используется в производстве нагревательных элементов и бытовой сантехники (ванн, раковин), а также является сырьем для получения ковких разновидностей твердых растворов.

Серый — входит в состав различных элементов двигателей для машиностроительной отрасли.

Ковкий – при изготовлении тормозных колодок и деталей для промышленного измельчительного оборудования. Кроме того, он имеет широкое применение в текстильной промышленности при отливке запасных частей сложной формы для оборудования. Применяется КЧ при изготовлении кухонной посуды, элементов интерьера, уличных фонарей, перил для лестниц.

Высокопрочный сорт применяется при производстве труб, фитингов для водоснабжения, канализации, нефтедобывающего производства. Кроме того, из него делают секционные радиаторы, эксплуатируемые в системах центрального отопления жилых домов и административных зданий.

Из ферромагнитного типа изготавливают электрощиты и другие составляющие электротехнического оборудования, а немагнитный его тип наоборот используется в качестве электроизолирующего материала.

В огромном количестве чугун используется как сырье на сталелитейных предприятиях.

Интересные факты

По мнению профессора Мариенбаха, свое название чугун получил от китайского слова – «чжугун», что в переводе означает «литейщик».

Чугунная посуда издавна используется по всему миру и очень удобна для приготовления различных видов пищи.

Неотъемлемым атрибутом русских народных сказок является печь, в которой в чугунке – сосуде определенной формы и отлитой из данного сплава, герои варили главное блюдо – картошку в мундире.

Самые лучшие блины получаются на чугунной сковородке.

До появления электрических утюгов, хозяйки использовали тяжелые чугунные утюги, с идеально гладкой подошвой нагревая её до красна, над источником огня.

Следующим этапом, были угольные чугунные утюги по своей конструкции напоминающие маленькие печки. Для их разогрева внутрь помещали березовый уголь. Такой утюг даже имел трубу для получения необходимой тяги.

Известные нам с детства канализационные люки для смотровых колодцев имели круглую форму, отливались из чугуна и были впервые изготовлены сто пятьдесят лет назад.

Производство чугуна во всем мире в 2015 году составило более 898 млн. тонн, что на 3% меньше чем в 2008 году.

Заключение

Подробно рассмотрев те вопросы, которые были поставлены выше, можно заключить:

  1. Чугун – это сплав железа с углеродом с добавлением специальных модификаторов;
  2. Для его производства добываются различные типы руд, подвергающиеся предварительной подготовке и обогащению;
  3. Выплавка происходит в доменной печи, которая непрерывно работает и представляет собой целый металлургический комплекс оборудования;
  4. В зависимости от количества и форм растворенного углерода в металлической матрице, все сплавы делятся на различные виды и обладают различными свойствами;
  5. Применение различных марок чугуна напрямую зависит от его физико-химических параметров полученного сплава;
  6. Несмотря на наличие новых типов материалов, кухонная чугунная посуда до сих пор пользуется спросом у многих домохозяек и поваров;
  7. Старинные угольные чугунные утюги представляли собой маленькую печку и топились углем, что делало процесс глажки очень утомительным и пожароопасным делом;
  8. Производство чугуна достаточно энергоёмкое и финансово затратное дело, поэтому в настоящее время его объем неизменно сокращается во всем мире, так как на смену приходят другие современные, износостойкие и дешевые в изготовлении композиционные материалы.

Маркировка чугунов

Чугунами называют высокоуглеродистые сплавы с содержанием углерода свыше 2,03 %. Несмотря на значительный объем применения сталей, расширения области использования цветных сплавов, порошков и неметаллических материалов, чугуны широко применяют во многих отраслях промышленности. Относительно невысокий уровень механических свойств компенсируется низкой стоимостью, высокими литейными свойствами, хорошей обрабатываемостью. Механические и технологические свойства чугунов определяются их структурными характеристиками, упрочняющая термическая обработка для обычных чугунов практически не применяется. Требования к составу чугунов менее строгие по сравнению со сталью, поэтому в основу классификации и маркировки чугунов во всех стандартах положены структурные характеристики и гарантированный уровень механических свойств.

В Украине и СНГ действует система маркировки чугунов, основанная на классификации чугунов по форме графита. По этой классификации чугуны разделяют на:

  • чугуны с пластинчатым графитом – серые чугуны;
  • чугуны с шаровидным графитом – высокопрочные чугуны;
  • чугуны с хлопьевидным графитом – ковкие чугуны.

Маркировка серого чугуна определена ГОСТ 1412–85 «Чугун с пластинчатым графитом для отливок. Марки». Согласно стандарта, такой чугун маркируется буквами «СЧ» и двумя цифрами, которые показывают минимально допустимое временное сопротивление чугуна в кгс/мм2 (0,1*Н/мм2). Например, обозначение чугуна СЧ 30 означает, что он относится к серым чугунам с пластинчатым графитом и его =300 Н/мм2 (30 кгс/мм2). Всего стандартом предусмотрен следующий ряд марок чугунов – от СЧ 10 до СЧ 35.

Высокопрочный чугун маркируют в соответствии с ГОСТ 7293–85 «Чугун с шаровидным графитом для отливок. Марки». Марку высокопрочного чугуна обозначают буквами «ВЧ» и двумя цифрами, которые показывают его минимальное временное сопротивление в кгс/мм2. Например, маркировка ВЧ 50 означает, что этот чугун является высокопрочным и его =500 Н/мм2 (50 кгс/мм2).

Марки ковкого чугуна определены в ГОСТ 1215–79 «Отливки из ковкого чугуна. Общие технические условия». Он обозначается буквами «КЧ» и двумя группами цифр, которые определяют минимальное временное сопротивление в кгс/мм2 и относительное удлинение при растяжении в процентах – КЧ –b. Например, КЧ 37–12 означает, что эта марка ковкого чугуна с =370 Н/мм2 (37 кгс/мм2) и относительным удлинением 12 %.

В промышленности широко применяют изделия из легированных чугунов с особыми свойствами. Обычно их маркировка начинается с буквы, указывающей на область применения чугуна.

Например, по ГОСТ 1585–85 «Чугун антифрикционный для отливок» чугун маркируют буквами «АЧ» (антифрикционный чугун), затем указывают тип чугуна (С – серый с пластинчатым графитом, В – высокопрочный с шаровидным графитом, К – ковкий чугун с компактным графитом), далее число, обозначающее порядковый номер марки: АЧС–5, АЧК–2.

Очень широко легированные чугуны применяют для изготовления изделий, работающих в условиях интенсивного абразивного износа (мелющие тела, прокатные валки, формы для прессования огнеупоров и т.п.). Такие чугуны в структуре содержат значительное количество твердой и износостойкой карбидной фазы и по структурному типу их относят к белым чугунам. В этом случае легирующие элементы и их содержание обозначают так же, как и для сталей. Впереди указывают буквы «ИЧ» – износостойкий чугун, далее содержание легирующих элементов, начиная с основного – хрома. Содержание углерода в чугуне зависит от содержания основных элементов и в марке не указывается. Например, марка ИЧХ4Г7Д соответствует износостойкому чугуну с содержанием хрома (в среднем) 4 %, 7 % Mn,

По ГОСТ 7769–82 «Чугун легированный для отливок со специальными свойствами. Марки» выпускают изделия из коррозионно–стойких чугунов. Первая буква «Ч» (чугун), далее буква и цифра, показывающие содержание легирующего элемента, например, ЧГ6С3 (6 % марганца, 3 % кремния).

Международные стандарты маркировки чугунов построены по тому же принципу – основным классификационным признаком является форма углерода, которая определяет уровень механических и эксплуатационных свойств. Наличие большого числа стандартов для описания аналогичных материалов затрудняет сравнение маркировок, поэтому многие производители изделий из чугунов в спецификации перечисляют несколько стандартов, которым соответствует используемый материал.

Во многих странах для маркировки чугунов используют английскую систему стандартизации BS, стандарты Германии DIN, на базе которых были разработаны соответствующие стандарты EN.

В стандарте Германии «Gusseisen mit Lammellengraphit (DIN1691 / EN1561)» отмечено, что в заказе на отливки необходимо указать, является ли характерным свойством временное сопротивление при растяжении или твердость по Бринеллю (НВ), и, в зависимости от этого, маркировка обозначается по–разному. Например:

чугун DIN 1691 GG-25 или чугун DIN 1691 GG-210 HB

Буквы GG обозначают соответственно: «gegossen» – отлито и «gusseisen» – чугун, число «25» – временное сопротивление в кгс/мм2. По EN этот чугун обозначается как GJL-250, где «250» – в Н/мм2.

В стандарте DIN «Gusseisen mit Kugelgraphit (DIN1693 / EN1563: 1997)» на шаровидный графит в названии марки три буквы «GGG» означают: G – «gegossen» (отлито), G – «gubeisen» (чугун), G – «globular» (шаровидный), далее указывают в кгс/мм2, например, GGG–60. По EN1563 «Founding. Spheroidal graphite cast iron» этот чугун будет обозначаться как GJS-600-3, т.е. в маркировке дополнительно указывают относительное удлинение в процентах (в данном примере b = 3 %). В стандартах также указан уровень остальных основных механических свойств (твердость, предел текучести). Необходимо отметить, что по этому стандарту выпускают чугуны с весьма высоким уровнем свойств – от GJS-350-22 до GJS-800-2.

Ковкий чугун в зависимости от матрицы обозначается буквами «В» (ферритный) или «Р» (перлитный), далее указывают (в кгс/мм2) и b в процентах. Например, B35-12, P60-03. Серый чугун маркируют только тремя цифрами, которые показывают временное сопротивление чугуна в Н/мм2 – grade 180.

В настоящее время стандарты серии EN заменяют стандарты BS.

В США чугуны разделяют на классы следующим образом:

  • серый чугун (gray iron);
  • высокопрочный чугун (ductile iron);
  • ковкий чугун (malleable iron);
  • чугун с вермикулярным (компактным) графитом (compacted graphite iron);
  • белый чугун (white iron);
  • половинчатый чугун (mottled iron);
  • высокопрочный изотермически закаленный чугун (austempered ductile iron).

В табл. 4.5 приведена классификация форм графитных включений по ASTM A247 и сравнение ее с ISO R945(E).

Таблица 4.5 – Классификация форм графитных включений

Технические условия ASTM A48 делят серые чугуны на классы – от 20 до 60, где число обозначает временное сопротивление в ksi. Например, класс 20 соответствует 140 Н/мм2, что отвечает марке чугуна СЧ 15.

Кроме указанного, действует еще ряд технических условий на серые чугуны для определенного вида изделий, например, ASTM A159 – для автомобильной промышленности.

Для высокопрочных чугунов также используется система маркировки по механическим свойствам. В системе ASTM для таких чугунов указывают временное сопротивление в ksi – предел текучести в ksi – относительное удлинение в процентах. Например, ASTM A716 – 60–42–10 означает высокопрочный чугун по техническим условиям А716 с =60 ksi; =42 ksi; b=10 %.

В стандарте UNS маркировка чугунов начинается с буквы «F» и состоит из пятизначного номера. Маркировка серых чугунов начинается с «1», например, F11701 (аналог СЧ 15), ковких – с «2» – F23530, высокопрочных – с «3» – F33100.

По ASTM ковкие чугуны обозначают пятизначным числом, в котором первые три цифры – предел текучести в Н/мм2, две последние – относительное удлинение в процентах. Для того, чтобы указать на размерность (метрическую) в маркировке ставят букву «М», например чугун по ASTM A47 марки 480М3 означает, что =480 Н/мм2, b=3 %.

Маркировка чугуна с вермикулярным графитом не имеет аналогов в стандартах Украины и СНГ. По ASTM A842 марки такого чугуна 250; 300; ..450, где число – временное сопротивление в Н/мм2.

Износостойкие легированные чугуны стандартизированы техническими условиями ASTM A532. По техническим условиям такие чугуны делят на три класса по основному элементу и системе легирования. Класс I определяет износостойкие чугуны, легированные никелем – так называемые «нихарды» (от Ni–hard) и в него входят четыре типа чугунов, обозначаемые буквами A, B, C, D. Класс II – чугуны со средним содержанием хрома (от 12 до 20 %) и тоже делится на типы (A, B, C). Класс III – чугун с содержание хрома 25 % (тип А).

По стандарту Японии JIS маркировка чугунов начинается с буквы «F», далее идет буква или сочетание букв, показывающие тип чугуна («C» – серый чугун, «CM» – ковкий, «CD» – высокопрочный) и три цифры, показывающие временное сопротивление чугуна в Н/мм2. Например, FCD 400 соответствует марке ВЧ 40.

В табл. 4.6 приведены сравнительные примеры маркировки основных типов чугунов по различным стандартам.

Таблица 4.6 – Сравнение маркировок основных типов чугунов по различным стандартам

Маркировка и применение чугунов

Серый чугун маркируют по ГОСТ 1412–85 «Чугун с пластинчатым графитом для отливок. Марки». Марка серого чугуна состоит из букв СЧ (серый чугун) и цифры, показывающей уменьшенное в 10 раз значение (в мегапаскалях) временного сопротивления при растяжении, например СЧ15 (σв = 150 МПа), марка СЧ30 указывает, что сплав относится к серым чугунам с пластинчатым графитом и имеет σв = 300 МПа. Стандартом предусмотрен следующий ряд марок – СЧ 10, СЧ15, СЧ20, СЧ25, СЧ30, СЧ 35.

Механические свойства серого чугуна зависят от структуры металлической основы и, главным образом, от количества и размеров графитовых включений. Прочность, твердость и износостойкость чугунов растут с увеличением количества перлита в металлической основе, которая по строению аналогична сталям. Однако крупные пластинчатые включения графита создают высокую концентрацию напряжений и действуют как надрезы, ослабляющие металлическую основу. Ферритные чугуны СЧ 10 и СЧ 15 предназначены для слабо- и средненагруженных деталей: маховиков, корпусов редукторов, дисков сцепления и пр. Ферритно-перлитные чугуны СЧ 20 и СЧ 25 применяют для деталей, работающих при повышенных статических и динамических нагрузках: блоков цилиндров, станин различных станков и др. Перлитныечугуны СЧ 30 и СЧ 35 обладают высокими механическими свойствами. Их используют для деталей, работающих при высоких нагрузках, в том числе в тяжелых условиях износа: гильз блоков цилиндров, распределительных валов и т.п.

Ковкий чугун по ГОСТ 1215–79 «Отливки из ковкого чугуна. Общие технические условия» маркируют буквами «КЧ» и двумя числами, которые указывают уменьшенное в 10 раз значение (в мегапаскалях) временного сопротивления при растяжении и относительное удлинение в процентах. Например, КЧ 37–12 означает, что эта марка ковкого чугуна имеет прочность ϭв = 370 МПа и относительное удлинение δ =12 %.

По механическим и технологическим свойствам ковкий чугун занимает промежуточное положение между серым чугуном и сталью. Недостатком ковкого чугуна по сравнению с высокопрочным является ограничение толщины стенок для отливки и необходимость длительного дорогостоящего отжига. Отливки из ковкого чугуна применяют для деталей, работающих при ударных и вибрационных нагрузках. Из ферритных чугунов изготавливают картеры редукторов, ступицы, крюки, скобы, хомуты, муфты, фланцы. Из перлитных чугунов, характеризующихся высокой прочностью и достаточной пластичностью, изготавливают вилки карданных валов, звенья и ролики цепей конвейеров, тормозные барабаны и диски.

Чугун с вермикулярным графитом изготавливают по ГОСТ 28394 – 89 четырех марок: ЧВГ 30 с ферритной металлической основой, ЧВГ 35 и ЧВГ 40 с феррито-перлитной, а ЧВГ 45 с перлитной основой. Буквы «ЧВГ» обозначают – «Чугун с вермикулярным графитом», а число – предел прочности при растяжении ϭв в МПа, уменьшенное в 10 раз.

Такие чугуны применяют для изготовления деталей, работающих при повышенных циклических нагрузках, при переменных повышенных температурах в общем и энергетическом машиностроении, авто- и дизелестроении. Из них выплавляют базовые детали станков, корпуса газовых турбин, крышки и головки цилиндров, блоки двигателей, корпуса гидроаппаратуры и др.

Высокопрочный чугун маркируют в соответствии с ГОСТ 7293–85 «Чугун с шаровидным графитом для отливок. Марки». Марку обозначают буквами «ВЧ» и числом, которое показывает уменьшенное в 10 раз значение (в мегапаскалях) временного сопротивления при растяжении. Например, маркировка ВЧ 50 означает, что этот чугун является высокопрочным и его = 500 МПа.

По сравнению с другими видами чугунов, механические свойства ВЧ повышаются, что обусловлено отсутствием концентрации напряжений у включений графита шаровидной формы.

Из высокопрочного чугуна изготовляют тонкостенные отливки (поршневые кольца), шаботы ковочных молотов, станины и рамы прессов и прокатных станов, изложницы, резцедержатели, планшайбы. Отливки коленчатых валов массой до 2..3 т, взамен кованых валов из стали, обладают более высокой циклической вязкостью, малочувствительны к внешним концентраторам напряжения, обладают лучшими антифрикционными свойствами и значительно дешевле.

План составления отчета

1. Выполнить краткие теоретические записи, в которых указать: факторы, влияющие на процесс графитизации и условия получения белого, серого, ковкого и высокопрочного чугунов.

2. Описать принципы маркировки чугунов по ГОСТам, свойства и область применения.

3. Выполнить графические построения и зарисовки согласно плану работы.

ЧУГУНЫ

Чугун – сплав железа с углеродом, содержащий более 2,14% углерода, постоянные примеси. Они мало пластичны, не прокатываются и не куются. Чугуны обладают пониженной температурой плавления и хорошими литейными свойствами. За счет этого из чугунов можно делать отливки значительно более сложной формы, чем из сталей.

Чугуны со специальными свойствами.

В зависимости от назначения различают износостойкие, антифрикционные, жаростойкие и коррозионностойкие чугуны.

Износостойкие (антифрикционные ) чугуны.

Обозначают сочетанием букв АЧС, АЧК, АЧВ. Буквы С, К, В обозначают вид чугуна: серый, ковкий, высокопрочный. Цифра обозначает номер чугуна.

Для легирования антифрикционных чугунов применяют хром, никель, медь, титан.

Жаростойкие и жаропрочные чугуны.

Обозначают набором заглавных букв русского алфавита и следующими за ними букв. Буква «Ч» – чугун. Буква «Ш», стоящая в конце марки означает шаровидную форму графита. Остальные буквы означают легирующие элементы, а числа, следующие за ними, соответствуют их процентному содержанию в чугуне.

Жаростойкие чугуны применяют для изготовления деталей контактных аппаратов химического оборудования, работающих в газовых средах при 0 температуре 900-1100 С.

Коррозионностойкие чугуны.

Коррозионностойкие чугуны, обладают высокой стойкостью в газовой, воздушной и щелочных средах. Их применяют для изготовления деталей узлов трения, работающих при повышенных температурах.

Примеры обозначения и расшифровки:

1. СЧ15 – серый чугун, временное сопротивление при растяжении 150Мпа.

2. КЧ45-7 – ковкий чугун, временное сопротивление при растяжении 450Мпа, относительное удлинение 7%.

3. ВЧ70 – высокопрочный чугун, временное сопротивление при растяжении 700 МПА

4. АЧВ – 2 – антифрикционный высокопрочный чугун, номер 2.

5. ЧН20Д2ХШ – жаропрочный высоколегированный чугун, содержащий никеля 20%, 2% меди, 1% хрома, остальное – железо, углерод, форма графита – шаровидная

6. ЧС17 – коррозионностойкий кремниевый чугун, содержащий 17% кремния, остальное –железо, углерод.

Стали

Определение :

Сталь – сплав железа с углеродом, содержащий углерода не более 2,14%, а также ряд других элементов.

Классификация:

Для правильного прочтения марки необходимо учитывать ее место в

классификации стали по химическому составу, назначению, качеству, степени раскисления.

– По химическому составу стали подразделяют на углеродистые и легированные.

– Стали по назначению делят на конструкционные, инструментальные и стали специального назначения с особыми свойствами.

– Стали по качеству классифицируют на стали обыкновенного качества, качественные, высококачественные и особо высококачественные.

– Классификация по степени раскисления. Стали по степени раскисления классифицируют на спокойные, полуспокойные и кипящие .

Таблица 1. – Классификация сталей

Конструкционные стали – стали, предназначенные для изготовления различных деталей, узлов механизмов и конструкций.

Инструментальные стали – стали, применяемые для обработки материалов резанием или давлением, а также для изготовления измерительного инструмента.

Специальные стали — это высоколегированные (свыше 10%) стали, обладающие особыми свойствами – коррозионной стойкостью, жаро – стойкостью, жаропрочностью, износостойкостью и др

Углеродистые стали

К углеродистым сталям относят стали, не содержащие специально введенные легирующие элементы.

Конструкционные углеродистые стали.

Стали углеродистые обыкновенного качества (сталь с достаточно высоким содержанием вредных примесей S и P) обозначают согласно ГОСТ 380-94.

Эти наиболее широко распространенные стали поставляют в виде проката в нормализованном состоянии и применяют в машиностроении, строительстве и в других отраслях.

Углеродистые стали обыкновенного качества обозначают буквами:

Ст и цифрами от 0 до 6. Цифры — это условный номер марки. Чем больше число, тем больше содержание углерода, выше прочность и ниже пластичность.

Перед символом Ст указывают группу гарантированных свойств: А, Б,В. Если указание о группе отсутствует, значит предполагается группа А.

Например, СТ3; БСт4; ВСт2.

Сталь обыкновенного качества выпускается также с повышенным содержание марганца (0,8-1,1% Mn)/ В этом случае после номера марки добавляется буква Г. Например, БСТ3Гпс.

После номера марки стали указывают степень раскисления: кп – кипящая, пс – полуспокойная, сп – спокойная сталь.

Например, ВСт3пс.

Таблица 2. – Структура обозначения углеродистых сталей.

Таблица 3. –Значение букв и цифр, употребляющихся при маркировке сталей обыкновенного качества.

Обозначение Расшифровка обозначения
А Группа сталей, поставляемая с гарантированными механическими свойствами. Обычно при обозначении сталей букву А опускают.
Б Группа сталей, поставляемая с гарантированным химическим составом.
В Группа сталей, поставляемая с гарантированными химическими и механическими свойствами.
Ст Сокращенное обозначение термина «сталь»
0 – 6 Условные марки стали.
Г Наличие буквы Г после номера стали означает повышенное содержание марганца.
Кп Сталь «кипящая», раскисленная только ферромарганцем.
Пс Сталь «полуспокойная», раскисленная ферромарганцем и алюминием.
Сп Сталь «спокойная», то есть полностью раскисленная.

Примеры обозначения и расшифровки:

  1. БСТ2кп – сталь конструкционная углеродистая обыкновенного качества, группы Б, поставляемая с гарантированным химическим составом, номер 2, кипящая.
  1. СТ5Гпс – сталь конструкционная обыкновенного качества , группы , поставляемая с гарантированными механическими свойствами, номер 5, содержание марганца до 1%, полуспокойная.
  1. ВСт3сп – сталь конструкционная углеродистая обыкновенного качества, группы В, поставляемая с гарантированным химическим составом и механическими свойствами, номер 3, спокойная.

Обозначение углеродистых качественных конструкционных сталей

Качественная конструкционная сталь – сталь с заметно меньшим содержанием серы, фосфора и других вредных примесей. Обозначается согласно ГОСТ 1050-88.

Сталь маркируют двузначными числами, которые обозначают содержание углерода в сотых долях процента, и поставляют с гарантированными показателями химического состава и механических свойств. По степени раскисления сталь подразделяют на кипящую (кп), полуспокойную (пс), спокойную (без указания индекса). Буква Г в марках сталей указывает на повышенное содержание марганца (до 1%).

Примеры обозначения и расшифровки

  1. Сталь 05кп –сталь конструкционная низкоуглеродистая, качественная, содержащая углерода 0,05%, кипящая.

  1. Сталь 25 – сталь конструкционная низкоуглеродистая, качественная содержащая углерода 0,25%, спокойная.
  2. Сталь 60Г – сталь конструкционная среднеуглеродистая, качественная, содержащая углерода 0,6%, арганца 1%, спокойная.

Автоматные стали

Обозначение автоматных сталей

По ГОСТ 1414-75 эти стали маркируют буквой А и цифрами, показывающими среднее содержание углерода в сотых долях процента. Применяют следующие марки автоматной стали: А12,А20, АЗО, А40Г.

Из стали А12 готовят неответственные детали, из стали других марок — более ответственные детали, работающие при значительных напряжениях и повышенных давлениях. Сортамент автоматной стали предусматривает изготовление сортового проката в виде прутков круглого, квадратного и шестигранного сечений. Эти стали не применяют для изготовления сварных конструкций.

Примеры обозначения и расшифровка

АС12ХН – сталь автоматная легированная, низкоуглеродистая, содержащая 0,12 % углерода, 1% хрома и никеля.

Котельные стали.

Стали листовые для котлов и сосудов, работающих под давлением, применяют для изготовления паровых котлов, судовых топок,

камер горения газовых турбин и других деталей. Они должны работать при переменных давлениях и температуре до 450″С. Кроме того, котельная сталь должна хорошо свариваться. Для получения таких свойств в углеродистую сталь вводят технологическую добавку (титан) и дополнительно раскисляют ее алюминием. Выпускают следующие марки углеродистой котельной стали 12К, 15К, 16К, 18K.20K.22Kc содержанием в них углерода от 0,08 до 0,28%.

Эти стали поставляют в виде листов с толщиной до 200 мм и поковок в состоянии после нормализации и отпуска.

Инструментальные углеродистые стали.

Обозначение инструментальных углеродистых сталей

Инструментальный углеродистые стали, маркируют в соответствии с ГОСТ1435-90.

Инструментальные углеродистые стали выпускают следующих марок:

У7.У8ГА.У8Г, У9, У 10, У 11, У 12 и У 13. Цифры указывают на содержание углерода в десятых долях процента. Буква Г после цифры означает, что сталь имеет повышенное содержание марганца. Марка инструментальной углеродистой стали высокого качества имеет букву А.

Примеры обозначения и расшифровки

  1. У12 – сталь инструментальная, высокоуглеродистая, содержащая 1,2% углерода, качественная.
  1. У8ГА – сталь инструментальная, высокоуглеродистая, содержащая 0,8% углерода, 1% марганца, высококачественная.
  1. 3. У9А – сталь инструментальная, высокоуглеродистая, содержащая 0,9% углерода, высококачественная.

Легированные стали.

Легированной называют сталь со специально введенным одним или более легирующим элементом.

Обозначение легированных сталей

Легированные стали маркируются комбинацией цифр и заглавных букв алфавита. В обозначении нет слова «сталь» или символа «Ст». Например, 40Х, 38ХМ10А, 20Х13. Первые две цифры обозначают содержание углерода в сотых долях процента. Следующие буквы являются сокращенным обозначением элемента. Цифры, стоящие после букв, обозначают содержание этого элемента в целых процентах. Если за буквой не стоит цифра, значит содержание этого элемента до 1%.

Таблица 4. – Обозначение элементов марка.

Для изготовления измерительных инструментов применяют X, ХВГ.

Стали для штампов: 9Х, Х12М, 3Х2Н8Ф.

Стали для ударного инструмента: 4ХС, 5ХВ2С.

Обозначение быстрорежущих сталей

Все быстрорежущие стали являются высоколегированными. Это стали для оснащения рабочей части резцов, фрез, сверл и т.д.

Маркировка быстрорежущих сталей всегда начинается с буквы Р и числа, показывающего содержание вольфрама в процентах. Наиболее распространенными марками являются Р9, Р18, Р12.

Легированные стали с особыми свойствами.

  1. Коррозионностойкие стали. Коррозионностойкой (или нержавеющей) называют сталь, обладающую высокой химической стойкостью в агрессивных средах. Коррозионностойкие стали получают легированием низко- и среднеуглеродистых сталей хромом, никелем, титаном, алюминием, марганцем. Антикоррозионные свойства сталям придают введением в них большого количества хрома или хрома и никеля. Наибольшее распространение получили хромистые и хромоникелевые стали.

Например, хромистые стали 95Х18, 30Х13, 08Х17Т.

Хромоникелевые нержавеющие имеют большую коррозийную стойкость, чем хромистые стали, обладают повышенной прочностью и хорошей технологичностью в отношении обработки давлением.

Например, 12Х18Н10Т, 08Х10Н20Т2.

  1. Жаростойкие обладают стойкостью против химического разрушения в газовых средах, работающие в слабонагруженном состоянии.

Жаропрочные стали – это стали, способные выдерживать механические нагрузки без существенных деформаций при высоких температурах. К числу жаропрочных относят стали, содержащие хром, кремний, молибден, никель и др.

Например, 40Х10С2М, 11Х11Н2В2МФ.

3.Износостойкие – стали, обладающие повышенной стойкостью к износу:

шарикоподшипниковые, графитизированные и высокомарганцовистые.

Особенности обозначения подшипниковых сталей.

Маркировка начинается с буквы Ш, цифра, стоящая после буквы Х, показывает содержание хрома в десятых долях процента.

Например, ШХ9, ШХ15ГС.

Примеры обозначения и расшифровки

  1. 40ХГТР – сталь конструкционная, лкгированная, качественная, содержащая 0,4% углерода и по 1% хрома, марганца, титана, бора, остальное – железо и примеси.
  2. 38Х2МЮА – сталь конструкционная, легированная, высококачественная, содержащая 0,38% углерода, 2% % хрома, 1% молибдена, алюминия, остальное- железо и примеси.
  3. ХВГ – сталь конструкционная, легированная, качественная, содержащая 1% углерода и по 1% хрома, марганца, остальное – железо и примеси.
  4. ШХ15 – сталь подшипниковая, инструментальная, качественная, содержащая 1% углерода, 1,5% хрома, остальное-железо.

Виды чугунов, их применение и маркировка

⇐ ПредыдущаяСтр 3 из 30

Выплавленный в доменных печах чугун в зависимости от вида содержащегося углерода делится на белый (передельный) и серый (литейный).

Белым (передельным) называется чугун, в котором углерод находится в виде цементита. Он имеет в изломе белый цвет (поэто­му его называют белым), обладает высокой твердостью и хрупко­стью, не поддается механической обработке. Белый чугун составляет около 80 % всех выплавляемых чугунов и идет в основном для пе­ределки в сталь.

Серым (литейным) называется чугун, в котором углерод на­ходится в виде пластинчатого графита. Он имеет в изломе серый цвет (поэтому его называют серым), обладает меньшей твердостью и хрупкостью, чем белый чугун, поддается механической обработке.

Серый чугун хорошо сопротивляется сжимающим нагрузкам, не­чувствителен к поверхностным дефектам и удовлетво-рительно со­противляется усталостному разрушению, но из-за низкой пластич­ности и ударной вязкости его использование в качестве конструк­ционного материала ограничено.

Различают следующие марки серого чугуна: СЧ 10, СЧ 15, СЧ 18, СЧ 20, СЧ 24, СЧ 25, СЧ 30,СЧ 35. Буквы СЧ в марке обозначают серый чугун, двузначная цифра соответствует пределу прочности при растяжении σв (МПа). Например, марка СЧ 18 показывает, что чугун этой марки имеет σв=176 МПа.

Разновидностью серого чугуна является ковкий чугун. Это ус­ловное название более мягкого и вязкого чугуна, чем серый, полу­чаемого из белого чугуна в результате длительного отжига. Суще­ствуют следующие марки ковкого чугуна по КЧ 30-6, КЧ 33-8, КЧ 35-10, КЧ 37-12, КЧ 45-6, КЧ 50-4, КЧ 56-4, КЧ 60-3, КЧ 63-2. Буквы КЧ в марке означают сокращенное название ковкий чугун, две первые цифры — предел прочности на растяже­ние (МПа), одна или две последние цифры — относительное удли­нение (%).


Ковкий чугун обладает хорошими механическими свойствами и высокой стойкостью к коррозии. В судостроении из него изготов­ляют малонапряженные детали судового оборудования, дельные вещи и арматуру (детали клапанов и задвижек, иллюминаторы, дверные ручки и т. п.).

Модифицированный чугун получают путем введения в жидкий серый чугун перед разливкой специальных элементов, называемых модификаторами, например, алюминия, кремния, кальция и др. Они увеличивают количество центров кристаллизации и, следовательно, измельчают графит.

Поэтому модифицированный чугун имеет по­вышенную прочность, лучшую стойкость против образования трещин и меньшую хрупкость, чем обычные серые. Все высшие марки серого чугуна получают методом модифицирования.

Высокопрочным называется серый чугун, содержащий шаровид­ный графит. Его получают введением в серый чугун магния, церия и висмута. Добавка их в расплавленный серый чугун, содержащий пластинчатый графит, превращает его в шаровидный. Высокопроч­ный чугун имеет более высокие механические свойства, чем обыч­ный серый, модифици-рованный и ковкий чугуны, а также среднеуглеродистая сталь.

В настоящее время выплавляют 10 марок высокопрочного чу­гуна ВЧ 38, ВЧ 42, ВЧ 45, ВЧ 50, ВЧ 50, ВЧ 60, ВЧ 70, ВЧ 80, ВЧ 100 и ВЧ 120. Буквы ВЧ обозначают высокопрочный чугун. Цифры — предел прочности на растяжение σв (МПа). Например, ВЧ 42, показывает, что он имеет σв=412 МПа.

В судостроении высокопрочные чугуны широко применяют вме­сто ковкого чугуна и среднеуглеродистой стали. Из них изготовля­ют различные судовые устройства, механизмы, дельные вещи и т. д. Наиболее распространен магниевый чугун, обладающий высокими механическими свойствами, что позволяет использовать его вместо ковкого чугуна при изготовлении ответственных деталей машин: коленчатых валов, картеров, шатунов и т.п., а также грузовых, зачистных, обогревающих и охлаждающих трубопроводов, дейдвудных труб, винтов регулируемого шага (ВРШ) и т. п.

Легированные чугуны

Легированными называют чугуны, в ко­торые введены легирующие (облагораживающие) примеси, напри­мер, хром, ванадий, молибден, никель, титан и др. Легирующие элементы повышают прочность, твердость, износостойкость, коррозион-ную стойкость и другие механические, технологические и хими­ческие свойства чугунов.

Все легированные чугуны в зависимости от суммарного содер­жания легирующих элементов делятся на:

Ø низколегированные (до 2,5 % легирующих элементов);

Ø среднелегированные (от 2,5 до 10 %);

Ø высоколегированные (свыше 10 %).

Разновидность легированных чугунов имеют разные марки. Вхо­дящие в марку легирующие элементы обозначают буквами:

Н — никель;

X — хром;

М — молибден;

Т — титан;

К — кобальт;

В — вольфрам;

Б — ниобий;

Г — марганец;

С — кремний;

Ф — ванадий;

Ю — алюминий;

Д — медь.

Цифры, стоящие после букв, указыва­ют среднее содержание легирующих элементов в процентах. Если цифры нет, то данного легирующего элемента содержится около 1 %. Например, марка ЧН15Д7Х означает, что это высоколегированный чугун, в котором содержится 15 % никеля, 7 % меди и около 1 % хрома.

Изготовление легированных чугунов, обладающих рядом цен­ных свойств, относительно недорого и поэтому область их приме­нения непрерывно расширяется.

В зависимости от свойств легированные чугуны делятся на из­носостойкие, коррозионно-стойкие (нержавеющие), жаро-стойкие и др.

Износостойкими называют чугуны, обладающие высоким сопротивлением износу (истиранию), которое возникает при тре­нии поверхностей, находящихся под нагрузкой. К износостойким чугунам относятся антифрикционные и фрикционные чугуны.

Антифрикционными называются износостойкие чугуны, облада­ющие низким коэффициентом трения. Из них изготовляют детали, работающие в условиях трения скольжения: подшипники скольже­ния, их вкладыши, грундбуксы, сальники и другие подобные де­тали.

Кроме перечисленных марок применяют специальный антифрик­ционный пористый чугун марки АПЧ, получаемый введением в рас­плавленный чугун при его выплавке свинца, фосфора и углекислого калия (поташа). В результате затвердевший чугун становится по­ристым, что улучшает его антифрикционные свойства.

В качестве антифрикционных чугунов применяют также медис­тый чугун марок ЧМ-1,3, ЧМ-1,8 и др., в которых цифра указывает на содержание меди в процентах. Эти чугуны имеют хорошие анти­фрикционные свойства и выдерживают большие нагрузки.

Фрикционными называются износостойкие чугуны, имеющие вы­сокий коэффициент трения. Из них делают тормозные устройства различных механизмов.

Все большее распространение в судостроении получают коррозионно-стойкие чугуны, так как даже обычные чугуны обла­дают более высокой коррозионной стойкостью в атмосфере и морс­кой воде, чем углеродистые стали. Вводя в чугун более 12 % хрома и снижая содержание углерода, получают нержавеющий чугун. Вы­сокой коррозионной стойкостью в агрессивных средах, стойкостью к кавитации и износу в пароводяных средах обладают коррозионно-стойкие чугуны марок ЧНХТ, ЧН1ХМД, ЧН15Д7Х2 и др.

Жаростойкими называются чугуны, стойкие против окис­ления и сохраняющие механические свойства при высоких темпера­турах нагрева. Их марки:

ЧХ16,

ЧХ28П,

ЧС5,

ЧС5Ш,

ЧЮХШ,

ЧЮ7Х2,

ЧЮ6С5,

ЧЮ22Ш,

ЧЮЗО и др.

Многие высоколегированные жаростойкие чугуны являются од­новременно и коррозионно-стойкими. Детали, работающие при вы­сокой температуре без больших нагрузок, выгоднее изготовлять из жаростойких чугунов, чем из жаростойких сталей, так как стоимость их меньше.

Стали

Классификация сталей

Стали, применяемые в промышленности, делят по химическому составу, назначению, качеству, степени раскисления, структуре и другим признакам (рис. 8).

По химическому составу стали подразделяют на угле­родистые и легированные.

Углеродистые стали — сплавы железа с углеродом (при содер­жании углерода до 2,14 %), в которых содержатся также постоянные примеси марганца, кремния, серы и фосфора. С увеличением содержания углерода твердость, прочность и упругость стали повышаются, но пластичность, вязкость, обрабатываемость и свариваемость понижаются.

Кремний (до 0,5 %) и марганец (до 0,7 %) не оказывают суще­ственного влияния на свойства стали. Сера вызывает краснолом­кость, т.е. хрупкость стали при высоких температурах, а фосфор — хладноломкость, т.е. хрупкость стали при пониженных температу­рах. Кроме того, сера понижает пластичность и прочность стали, коррозионную стойкость и износостойкость.

Рис. 8. Классификация стали по основным признакам

Легированные стали — сплавы железа с углеродом (при содер­жании углерода до 2,14 %), в которые введены специальные добавки (легирующие элементы) для придания определенных свойств, на­пример, хром, никель, титан, молибден, вольфрам, кобальт, ниобий, ванадий, алюминий, медь и другие элементы. Марганец (при содер­жании более 1 %) и кремний (при содержании более 0,8 %) также являются легирующими элементами.

Для легирующих элементов, вводимых в сталь, приняты следую­щие буквенные обозначения:

А — азот,

Б — ниобий,

В — вольфрам,

Г — марганец;

Д — медь;

Е — селен;

К — кобальт;

Л — бериллий;

М — молибден;

Н — никель;

П — фосфор;

Р — бор;

С — кремний;

Т — титан;

Ф — ванадий;

X — хром;

Ц — цирконий;

Ю — алюминий.

Легирующие элементы оказывают различное влияние на свойст­ва стали.

Хром — один из основных легирующих элементов. Он по­вышает прочность, твердость, коррозионную стойкость стали, а при повышенном содержании делает сталь нержавеющей, жаропрочной и обеспечивает стойкость магнитных свойств.

Никель придает стали высокую прочность, пластичность, коррозионную стойкость и удар­ную вязкость.

Вольфрам увеличивает твердость и красностойкость стали.

Молибден повышает прочность, упругость, красностойкость, окалиностойкость и коррозионную стойкость стали.

Ниобий и медь улучшают коррозионную стойкость стали.

По назначению стали разделяют на конструкционные, ин­струментальные и специальные.

Конструкционные стали применяют для изготовления строитель­ных конструкций, деталей машин и механизмов, корпусов судов и т. п.

Инструментальные стали предназначены для изготовления ре­жущего, мерительного, штампового и другого инструмента.

Специальные стали имеют особые свойства обрабатываемости, жаростойкости, коррозионной стойкости и т.п. Большинство спе­циальных сталей применяют для изготовления конструкций, деталей машин и механизмов, имеющих специальное назначение.

По качеству стали разделяют на стали обыкновенного качества, качественные, высококачественные и особовысо-кокачественные. Под качеством стали понимают совокупность свойств, опре­деляемых металлургическим процессом ее производства. Основным показателем качества служат нормы содержания вредных примесей (серы и фосфора).

По степени раскисления стали разделяют на кипящие, полуспокойные и спокойные. Углеродистые стали могут выплавлять­ся кипящими, полуспокойными и спокойными, а легированные — только спокойными.

По структуре стали в отложенном состоянии раз­деляют на шесть классов:

Ø доэвтектоидные;

Ø эвтектоидные;

Ø заэвтёктоидные;

Ø ледебуритные;

Ø аустенитные;

Ø ферритные.

По структуре после нормализации стали, разделяют на четыре класса: перлитный, мартенситный, аустенитный и ферритный.

Для постройки судов применяют сталь всех вышеперечисленных групп. Например, из конструкционной стали строят корпуса метал­лических судов, изготовляют дельные вещи, судовые устройства, су­довое механическое оборудование и т. д. Из инструментальных ста­лей делают инструменты и приспособления, используемые при по­стройке судна, из специальных сталей — судовую арматуру, гребные винты, детали судовых двигателей, механизмы и приборы.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *