Дополнительная обработка белого чугуна превращает его в высокопрочный, приближает физические свойства к углеродистым сталям. Весь углерод в чугуне повышенной прочности соединен с железом и представляет собой карбид железа. Эта особенность делает металл особенно ценным для промышленности.
Что такое ковкий чугун
Ковким называют чугун, который изготавливают по технологии длительного отжига заготовок из белого чугуна. В процессе термической обработки из цементита образуется графит. От серого чугуна обработанный ковкий отличается хлопьевидной формой графитовых включений, за счет которой металл становится более пластичным и вязким. По механическим характеристикам ковкий чугун расположен между обычным серым и сталью.
Разновидности чугуна
В зависимости от режима термообработки выделяют три типа ковкого чугуна:
- Ферритный - имеет в ставе феррит и графит.
- Перлитный - помимо графитных включений содержит перлит, получается в процессе быстрого охлаждения заготовки в зоне распада.
- Комбинированный - содержит феррит, перлит, графит.
В промышленности наиболее распространен ферритный и перлитный ковкий чугун.
Процесс получения высокопрочного чугуна
Белый чугун ценится за твердость и износостойкость. Однако он обладает низкими литьевыми характеристиками, в связи с чем не подходит для использования при больших ударных нагрузках и постоянных вибрациях. Поэтому производители металла стараются снизить дефекты литья путем дополнительной обработки и изменения его структуры. Технология изготовления ковкого чугуна повышенной прочности называется термическим отжигом и состоит из двух этапов:
- Нагревание отливок до ~1000*С до тех пор, пока цементит и аустенит не распадутся на графит и аустенит.
- Медленное снижение температуры отливок до ~750*С до тех пор, пока аустенит не образует цементит повторно. В металле, остывшем до 720*С и ниже, из перлита образуется феррит и графит.
Ковкий чугун изготавливают в горячих цехах, где необработанные чугунные отливки раскладывают по жаропрочным емкостям, помещают в муфельные электрические печи и подвергают дальнейшему термическому воздействию. Промышленные печи умеют сохранять заданную температуру в режиме томления. Остатки сгорающего топлива не соприкасаются с заготовками.
Маркировка ковкого чугуна
Детали, изготовленные из такого металла, обозначают буквами КЧ (Ковкий Чугун). За буквами ставят две пары цифр через дефис. До дефиса указывают предел прочности, ради краткости маркировки уменьшенный в 10 раз, а после дефиса - относительное удлинение металла в процентах.
Рассмотрим пример. На деталь из ферритного ковкого чугуна нанесена маркировка “КЧ 35-10”. Предел ее прочности (округленный в большую сторону) составляет 343 Н/мм2, что выражается в числе 35 до дефиса. Относительное удлинение равно 10%, что можно понять по числу после дефиса.
Посмотреть все маркировки ковкого чугуна КЧ (их насчитывается одиннадцать) можно в ГОСТ 1215-79.
Структурные особенности высокопрочного чугуна
Разновидности КЧ и их технические характеристики меняются в зависимости от массовых долей графита и кремния в составе. Применительно к перлитному КЧ также имеет значение содержание хрома и марганца. Внутренняя структура высокопрочного ковкого чугуна влияет на свойства деталей, изготовленных из него. Например, ферритный ковкий чугун не такой твердый, как перлитный, зато максимально хорошо поддается ковке.
Благодаря хлопьевидному графиту заготовки из КЧ получаются и прочными, и ковкими. Эти заготовки можно подвергать пластической деформации при комнатной температуре, что и дало название “ковкий” чугуну с такими свойствами.
Химический состав ковкого чугуна
Химический состав КЧ описан в документе ГОСТ 1215-79 и выглядит так:
- 0,2% серы;
- 0,18% фосфора;
- 0,08% хрома;
- 2,14% углерода;
- весь остальной объем - железо.
Наиболее прочный КЧ получается, когда заготовки отжигают в емкостях из белого чугуна, легированного хромом.
Области применения высокопрочного чугуна
Материал используют в таких отраслях:
- производство напорных труб и соединительных деталей для них: муфт, фланцев, хомутов;
- изготовление запчастей для автомобилей: моторов, шестеренок, втулок, тормозных колодок, коленвалов, подвесок, крюков, скоб;
- получение деталей для сборки строительной и сельскохозяйственной техники: тракторов, плугов, бульдозеров.
Также КЧ необходим для производства запчастей сложной формы для машин, изготовления элементов погружных насосов, от которых требуется коррозионная, термическая и ударная стойкость. Например, центробежных, фекальных, дренажных моделей, рассчитанных на многолетнюю непрерывную эксплуатацию.