Сірий чавун: застосування, склад та маркування

Чавун – це сплав заліза та вуглецю. Один із найпоширеніших видів – це сірий чавун. Об'єм вуглецю в його складі перевищує 2,14% і міститься в діапазоні від 2,4 до 4,2%.

Свою назву матеріал отримав за кольором зламу, що має сірий колір.

По суті, це ливарний чавун із вкрапленнями пластинчатого графіту. Але, проте, його продовжують називати сірим. До речі, такий самий колір можна побачити і на зламі ковкого чавуну. Металурги встановили залежність між обсягом вільного вуглецю, але з його форми.

У сірому чавуні вуглець у міру охолодження набуває форми пластівчастих вкраплень. Різниця між чавуном і сталлю укладена обсягом вуглецю. Вуглець повністю розчиняється в сталі і не міститься у вигляді вкраплень, в сірому чавуні містяться вкраплення вуглецю званим графітом.

Основні характеристики

Чавун поширений і затребуваний чорною металургією. Його виробляють шляхом відтворення залізняку за підтримки вуглецевого палива (коксу). В процесі реакції відновлення отриманий розплав отримує додаткову порцію вуглецю.

Саме обсяг вуглецю, що знаходиться у вільному стані, визначає механічні параметри цього чавуну. Одна з властивостей, що дозволяє застосовувати цей матеріал не тільки як передільний метал, але і як ливарний - це досить високі ливарні якості та мала усадка при застиганні виливки. Сірий чавун має високу плинність, і це дозволяє відливати досить складні вироби.

Існує й обмеження застосування виробів отриманих із цього чавуну – воно зумовлено тим, цей матеріал має невисоку міцність на вигин і високу крихкість. Але з іншого боку, його вирізняє висока міцність на стиск.

Цей матеріал відрізняє стійкість до зносу. Це дозволяє застосовувати його у вузлах, що працюють в умовах високого тертя. У таких умовах сильний вплив мають антифрикційні параметри сірого чавуну.

Великий обсяг вуглецю знижує щільність сірого чавуну, вона дорівнює від 6,8 до 7,3 тонни на м3.

Включення вуглецю не дозволяють виконувати нероз'ємні з'єднання із заготовок, виконаних із сірого чавуну, за допомогою зварювання. Але, тим не менш, розроблені та застосовують технології зварювальних робота, які можна проводити при дотриманні ряду умов. У цей набір входять попередній нагрівання заготовок, застосування спеціалізованих електродів з високим вмістом вуглецю. Плавне охолодження шва, це необхідно для видалення напруги в зварному шві. Але у будь-якому разі, його структура помітно відрізняється від основного матеріалу.

Маркування

Металургійні комбінати виготовляють кілька марок цього матеріалу. Його маркування здійснюють наступним чином. Дві літери на початку абревіатури позначають тип чавуну, маркування сірого чавуну починається з СЧ, цифри, які розташовані після літер, говорять про межу міцності під час розтягування

Прийнято таку класифікацію сірого чавуну:

1. СЧ10 - феритний;
2. СЧ15, СЧ18, СЧ20 - феритно-перлітні чавуни;
3. починаючи з СЧ25 - перлітні чавуни.

Склад сірого чавуну та його структура

Параметри та властивості сплаву безпосередньо залежать від режиму охолодження, річ у тому, що саме під час охолодження формується структура матеріалу.

У процесі повільного охолодження відбувається утворення чималих кристалів заліза, а поєднання металу та вуглецю стає перлітним. У результаті такого охолодження відбувається як збільшення розміру кристалів металу, а й вуглецевих включень. Таке поєднання призводить до того, що перлітний матеріал має не тільки високу міцність, але й підвищену крихкість.

Оцінка структури СЧ визначає:

• розміри включень графіту, вимірюючи в мікрометрах (МКМ), їх розподіл, кількість (у %), вид структури металевої основи та за наявності перліту - його дисперсність.

За будовою металевої основи сірі чавуни поділяють на:

1. перлітні - у складі структури перліт та графіт;
2. феритно-перлітні - ферит, перліт та графіт;
3. феритні - структура складається з фериту та графіту.

Яка основа залежить від швидкості охолодження після затвердіння.

Для позначення частин мікроструктури чавун цього типу використовують термінологію визначену ГОСТ 3443-87, наприклад, пластинчатий графіт позначають літерами ПГ. Вуглець включений у матеріал у таких формах.

• пластинчаста прямолінійна, її позначають ПГ_Ф1;
• пластинчаста завихрена - ПГ_Ф2;
• голкова - ПГ_Ф3;
• гніздоподібна -ПГ_Ф4.

Першочергову значущість для придбання необхідних параметрів чавунної виливки має його структура, саме тому при виконанні заготовок потрібне ретельне виконання технології плавлення та заливання сировини. Для набуття необхідних параметрів сірого чавуну та усунення дефектів застосовують операцію модифікації.

У складі СЧ, залежно від його марки, можуть входити такі речовини:

Основа - Fe (залізо), інше:

• C (вуглець) – 2,9-3,7%;
• Si (кремній) -1,2-2,6%;
• Mn (марганець) – 0,5-1,1;
• P (фосфор) не більше 02-03%;
• S (сірка) не більше 0,12-0,15%.

Допустимо легування сірого чавуну з використанням таких речовин як Cr, Ni, Cu та деякими іншими елементами.

Кремній у складі підвищує графітизацію вуглецю. Марганець незважаючи на те, що ускладнює графітизацію, покращує його механічні властивості.

Хімічний склад СЧ визначено у ГОСТ 1412-85. Сірий чавун виробляють у багатьох країнах світу, у США аналогом цього матеріалу вважається A48-30B, у Британії BS 200 або 220, у КНР GB HT 20, у Європейському союзі EN-JL1030 FG20.

Застосування

Сірий чавун знайшов своє застосування при отриманні виливків різної форми, для яких потрібна висока міцність при стисканні. Ця характеристика важлива переважно під час виробництва литих станин, призначених виготовлення верстатного устаткування. Застосування цього матеріалу обмежене високою крихкістю готових виробів. Особливо це проявляється за наявності серйозних навантажень на вигин.

Нещодавно, ливарні характеристики сірого чавуну були використані при виготовленні кухонного посуду та іншого побутового начиння, зокрема, чавунки, сковорідки та ін. Випущена, з використанням лиття, продукція відрізнялася простотою у виробництві та низькою собівартістю.

В наші дні з використанням лиття виробляють навантажені компоненти машин, які працюють без навантажень, що згинають, наприклад, деталі поршневої групи які встановлені в ДВС.

Деталі високої міцності, відлиті з цього матеріалу, мають невелику вартість і тривалий час експлуатації. Можна сміливо сказати, що литі станини та корпуси верстатного обладнання – це вічні компоненти верстатного обладнання порівняно з іншими вузлами обладнання.

Чавуни марки СЧ15, СЧ18, СЧ20 застосовують для слабо навантажених деталей.Це: фланці, кришки, маховик, корпус редуктора.

Марки СЧ20 та СЧ25 використовують, де потрібне підвищене навантаження на деталі. Це: поршні циліндрів, блоки циліндрів двигуна, станина верстата.

Марки підвищеної міцності та зносостійкості СЧ30, СЧ35, СЧ40, СЧ45 використовую в зубчастих колесах, гільзах двигунів, розподільних валах, шпинделях, для деталей парових котлів. Ці марки мають високу теплостійкість.

Все про сірий чавун

Свою назву сірий чавун отримав за рахунок графітових вкраплень, які надають матеріалу характерного відтінку в місці зламу. Він виявляє виняткові ливарні характеристики, які зумовлюють повсюдне застосування металів у машинобудуванні. Виливки, виконані з такого сплаву, характеризуються стійкістю до зношування, щільністю та міцністю.

Особливості

Будь-які сталеві сплави набагато дорожчі за чавунні. Це дуже дорогий і технологічно складної специфікою виробництва. Саме тому чавун знайшов своє застосування в областях, де допускається економія бюджетної складової. Залежно від мікроструктури металу виділяють п'ять основних різновидів чавуну – білий, сірий, ковкий, особливої ​​міцності, а також половинчастий. Базовим критерієм для класифікації є форма графіту в мікроструктурі кристалічних ґрат. Найбільш тендітним вважається білий сплав, оскільки замість частинок графіту в ньому міститься ледебурит.

Група сплавів, що мають назву «сірі», включають також і кілька ковких різновидів. Це вносить помітну плутанину у визначення суті термінології. Тож спрощення прийнято використовувати типові стандарти.Відповідно до них сірий чавун — це металевий сплав, що складається із заліза, графіту та деяких інших домішок, які включають для надання тих чи інших експлуатаційних властивостей та легування.

Таким чином, сірий чавун, за своєю суттю, є звичайним сплавом заліза і вуглецю, який у разі охолодження металевої бази формується у формі пластинчастоподібних або пластівеподібних включень. Присутність вуглецю спричиняє зниження міцності з одночасним підвищенням пластичності. Цей елемент оптимізує ливарні характеристики металу та сприяє графітизації.

Концентрація вуглецю в сірому чавуні варіюється в діапазоні від 24 до 38%. Якщо частка вуглецю буде менше - він у повному обсязі розчиниться в металі, тоді як підвищене дозування викличе втрату пружності та жорсткості.

Дозування кремнію варіюється від 1,3 до 2,6%. Кремній вважається невід'ємним учасником процесу графітизації, сприяє зниженню в'язкості та підвищенню твердості металу. Однак, якщо концентрація кремнію перевищуватиме 3%, це може спричинити зниження параметрів пластичності. Вплив вуглецю та кремнію на техніко-фізичні параметри чавуну розглядається в єдиній сукупності з урахуванням їх сумарної концентрації у структурі.

Зміст сірки у такому сплаві вбирається у 0,13-0,16%. Вона присутня у вигляді сульфіду заліза, викликає зниження рівня пластичності та твердості чавуну. При закріпленні на кристалах сірка погіршує механічні параметри чавуну, підвищує усадку і надає йому "червоноламкість" - тобто властивість розтріскуватися при термічній дії.Щоб нівелювати шкідливий вплив сірки, до хімічного складу вводять марганець — він запускає реакції, що призводять до формування карбідів заліза. Залежно від частки сірки змінюється і кількість марганцю, що використовується, як правило, його концентрація змінюється від 0,4 до 1,2%.

Зміст фосфорного компонента не вище 05-06%. Цей елемент у сірому чавуні міститься у вигляді фосфідної евтектики, що загалом підвищує стійкість матеріалу до зношування. У той же час елемент викликає крихкість матеріалу та підвищення рідини. У машинобудівних виливках його концентрація не повинна бути вищою за 0,2%. Залежно від марки чавунного сплаву його фазовий склад може включатися і ряд інших елементів.

Нікель виступає як легуючий структурний елемент, забезпечує вирівнювання механічних характеристик у виливках, викликає підвищення твердості, стійкості до іржі та покращує параметри оброблюваності.

• Хром - Стимулює утворення карбіду, надає сплаву міцність і жорсткість.
• Олово - Забезпечує рівномірний перерозподіл твердості по всьому матеріалу.
• Молібден та нікель - Відповідають за опірність окислювальним процесам.
• Мідь - веде до прискорення графітизації, покращує параметри оброблюваності чавуну, підвищує стійкість до появи іржі та пружність.
• Сурма — міститься у мінімальних дозах, що не перевищують 0,08%. Чинить вплив на хід кристалізації.
• Бор - сприяє підвищенню параметрів міцності чавуну, викликає утворення подрібнених карбідів. У малих дозуваннях сприяє графітизації, підвищує міцність на прогин та покращує параметри ударної в'язкості. При підвищенні дозування пластичність та в'язкість чавуну погіршуються.
• Титан - При концентрації нижче 0,5% прискорює графітизацію. Якщо концентрація вища, то має зворотну дію.
• Магній — у дозуванні до 0,01% покращує графітизацію, більшу концентрацію збільшує відбіль, вважається потужним десульфуратором.
• Молібден - сприяє утворенню та підвищенню твердості матеріалу без зниження оброблюваності, підвищує зносостійкість.

До головних плюсів сірого чавуну відносять:

• поглинання вібрації набагато вище, ніж у сталевих виливків всіх типів;
• стійкість до стиску;
• плинність і знижена усадка.

До того ж сірий чавун на циклічних навантаженнях не накопичує напруги. Таким чином, "втома металу" мінімальна. Разом із плюсами, є й свої мінуси, які суттєво обмежують сферу його практичного застосування. Головний з них полягає у крихкості матеріалу. Графітові включення формують у мікроструктурі звані «надрізи». Технічно вони є вразливими, які роблять матеріал менш цільним порівняно з іншими сплавами і, відповідно, менш щільним. У зв'язку з цим сірий чавун не допускається задіяти у тих галузях, де виникають ударні навантаження.

Наприклад, якщо зробити з подібного чавуну самурайський меч, то за першого ж удару він розлетиться на уламки, як скляний.

Властивості

Сірий чавун виявляє підвищені ливарні характеристики, а саме:

• малою усадкою;
• плинністю в рідкій формі;
• зниженою температурою кристалізації;
• відсутністю схильністю до утворення раковин.

Для користувачів виливків з таких матеріалів принципове значення мають такі параметри, як стійкість до розтріскування, пороутворення та межа міцності. Ці критерії залежать від структури чавунного сплаву. Чим нижчою буде величина і кількість графітових включень, тим вище ці параметри. Вироби, що зазнають частих ударно-абразивних впливів, повинні відрізнятися підвищеною міцністю.

Вимога герметичності актуальна у трубопроводах, гідравлічних приводах, а також у компресорах та насосах, що працюють під високим тиском газів та рідин. При цьому рівень герметичності прямо залежить від рівня плинності, присутності транзитної мікропористості та характеристик зміни тиску. Сірий чавун у процесі зварювання схильний до розтріскування. А окремі його різновиди не піддаються зварюванню зовсім. Параметри твердості Брінеллю для сірого чавуну варіюються від 143 до 262.

Види

Як ми вже згадували, техніко-експлуатаційні особливості сплаву прямо залежать від його хімічного складу та структури. Тому всі модифікації чавуну класифікуються в залежності від часу охолодження після завершення затвердіння. Цей фактор істотно впливає на якості металевої основи. Перлітна основа - якщо виливок після термообробки піддається швидкому охолодженню, то більшу частину перлітної основи складатиме ферит і карбід, а також тонкі включення графіту. Подібний чавун виявляє підвищену міцність, щільність та твердість.

Феритно-перлітна - у разі уповільненого охолодження в мікроструктурі сплаву зростає концентрація сплаву заліза з іншими металами. Цей чавун має гарну пластичність. Феритна - отримання основи цього типу досягається в результаті стрімкого охолодження. Такий чавун складається з досить в'язкого фериту та вільного вуглецю, представленого тонкими графітовими пластинками.Висока частка графіту спричиняє зміну механічних характеристик, знижує параметри опірності розтягуванню.

Водночас присутність графіту покращує стійкість до зносу, підвищує оброблюваність, гасить вібрації та знижує усадку.

Маркування

Технічні параметри сірого чавуну, що використовується для випуску виливків, регламентуються чинним ГОСТ 1412-85. Відповідно до цього документа, маркування сплаву з пластинчастим графітом складається з набору символів букв і цифр — наприклад, СЧ20 або СЧ15. На першому місці стоїть СЧ, абревіатура «сірий чавун». Потім йде пара цифр, які позначають межу міцності на розтяг, що вимірюється кгс/мм2. Наприклад, матеріал, що має позначення СЧ35 означає, що перед вами чавунний сплав з включенням пластинчастого графіту, величина межі міцності на розтяг якого відповідають 35 кгс/мм2.

Відповідно до чинної класифікації сірий чавун маркується за такою схемою:

• СЧ10 - Сплав феритного типу;
• СЧ15/СЧ18/СЧ20 - феритно-перлітний склад;
• СЧ25 і більше – перлітний.

Застосування

Сірий чавун отримав повсюдне застосування під час створення виробів, для яких ключовим моментом є підвищена міцність на стиск.. Ця особливість важлива під час випуску литих конструкцій. У той же час сфера застосування такого чавуну обмежується підвищеною крихкістю цього матеріалу у разі суттєвих згинальних зусиль. У минулому виняткові ливарні характеристики матеріалу були потрібні при створенні товарів промислового та побутового призначення. Зокрема, із сірого чавунного сплаву виготовлялося побутове начиння — сковорідки, чавунні праски, каструлі.Для їхнього виробництва використовувалася техніка лиття, перевагою якої був мінімум подальшої обробки. Це призводило до помітного зниження собівартості готового виробу.

В наш час лиття використовують для виробництва високонавантажених блоків транспортної техніки. До них відносять циліндри та поршні двигуна внутрішнього згоряння. Ці деталі не піддаються високим згинальним навантаженням. Вироби із сірого чавуну мають невисоку собівартість та підвищений експлуатаційний період. Можна сміливо стверджувати, що литі станини в порівнянні з іншими блоками пристрою вважаються практично вічними. За рахунок підвищеної концентрації графітів чавун набуває стійкості до окислення. Цей матеріал не піддається іржі, тому труби та арматуру із сірого чавуну можна задіяти при проведенні інженерних комунікацій будь-якого значення як локального, так і магістрального.

Невипадково, у системах водопроводу і каналах подачі газу повсюдно застосовуються чавунні фітинги, і навіть перехідники, засувки і отводы.

МАРКИ, ВЛАСТИВОСТІ ТА ЗАСТОСУВАННЯ чавунів

Чавун – це сплав заліза та вуглецю. Один із найпоширеніших видів – це сірий чавун. Об'єм вуглецю в його складі перевищує 2,14% і міститься в діапазоні від 2,4 до 4,2%.

Свою назву матеріал отримав за кольором зламу, що має сірий колір.

По суті, це ливарний чавун із вкрапленнями пластинчатого графіту. Але, проте, його продовжують називати сірим. До речі, такий самий колір можна побачити і на зламі ковкого чавуну. Металурги встановили залежність між обсягом вільного вуглецю, але з його форми.

У сірому чавуні вуглець у міру охолодження набуває форми пластівчастих вкраплень.Різниця між чавуном і сталлю укладена обсягом вуглецю. Вуглець повністю розчиняється в сталі і не міститься у вигляді вкраплень, в сірому чавуні містяться вкраплення вуглецю званим графітом.

Читайте також: ЛЕКЦІЯ №5.2. ТЕМА: «АЦЕТИЛЕНОВИЙ ГЕНЕРАТОР (призначення, класифікація, будова, підготовка до обслуговування, вимоги техніки безпеки)»

Основні характеристики

Чавун поширений і затребуваний чорною металургією. Його виробляють шляхом відтворення залізняку за підтримки вуглецевого палива (коксу). В процесі реакції відновлення отриманий розплав отримує додаткову порцію вуглецю.

Саме обсяг вуглецю, що знаходиться у вільному стані, визначає механічні параметри цього чавуну. Одна з властивостей, що дозволяє застосовувати цей матеріал не тільки як передільний метал, але і як ливарний - це досить високі ливарні якості та мала усадка при застиганні виливки. Сірий чавун має високу плинність, і це дозволяє відливати досить складні вироби.

Існує й обмеження застосування виробів отриманих із цього чавуну – воно зумовлено тим, цей матеріал має невисоку міцність на вигин і високу крихкість. Але з іншого боку, його вирізняє висока міцність на стиск.

Цей матеріал відрізняє стійкість до зносу. Це дозволяє застосовувати його у вузлах, що працюють в умовах високого тертя. У таких умовах сильний вплив мають антифрикційні параметри сірого чавуну.

Великий обсяг вуглецю знижує щільність сірого чавуну, вона дорівнює від 6,8 до 7,3 тонни на м3.

Включення вуглецю не дозволяють виконувати нероз'ємні з'єднання із заготовок, виконаних із сірого чавуну, за допомогою зварювання.Але, тим не менш, розроблені і застосовують технології зварювальних робіт, які можна проводити при дотриманні ряду умов. Але у будь-якому разі, його структура помітно відрізняється від основного матеріалу.

Властивості сірого чавуну

має хороші ливарні властивості (рідотекучість, мала об'ємна усадка і т.п.) і застосовується для виготовлення виливків.

Для деталей з сірого чавуну

характерна мала чутливість до впливу зовнішніх концентраторів напруги при циклічних навантаженнях, високий коефіцієнт поглинання коливань при вібраціях деталей (у 2-4 рази вище, ніж у сталі), високі антифрикційні властивості (наявність графіту покращує умови змащування під час тертя).
Перлітний сірий чавун
володіє також досить високими властивостями міцності.

Тимчасовий опір (або межа міцності) сірого чавуну σв залежить від товщини стінок виливки (малюнок С-2

Сірий чавун дуже крихкий через пластинчасту форму графітних включень, які діють, як численні надрізи в чавуні.

Поліпшити властивості сірого чавуну можна за допомогою спеціальних модифікаторів.

Маркування

Металургійні комбінати виробляють кілька марок цього матеріалу.Дві літери на початку абревіатури позначають тип чавуну, маркування сірого чавуну починається з СЧ, цифри, які розташовані після літер, говорять про межу міцності під час розтягування

Прийнято таку класифікацію сірого чавуну:

1. СЧ10 - феритний;
2. СЧ15, СЧ18, СЧ20 - феритно-перлітні чавуни;
3. починаючи з СЧ25 - перлітні чавуни.

Кульгавий чавун для банних печей

Однак не варто забувати, що більшість виробників як вихідну сировину використовують чавунний брухт і при виплавці чавуну не контролюють хімічний склад. Саме тому при виготовленні відповідальних виробів із чавуну слід звертатися до перевірених виробників, які готові надати сертифікат відповідності або результат хімічного аналізу.

Чавунна болванка є найоптимальнішим теплоносієм у банних печах. Особливо у лазневих печах кам'янках із прямим нагріванням каменів. Порівняно з традиційним камінням чавун має низку незаперечних переваг:

• Довговічність - як наслідок економічність
• Висока міцність
• Висока теплоємність

Чавун - це сплав заліза з вуглецем з вмістом вуглецю більше 2.14%. Найбільш поширеною маркою чавуну є СЧ10-СЧ20. Більшість виливків пічного та художнього лиття відливаються саме з цих марок.

СЧ - розшифровується як сірий чавун (ГОСТ1412-85) - чавун, з феритною металевою основою (СЧ10) та графітовими включеннями у вигляді пластин. Він володіє високою рідиною, малою усадкою, хорошими механічними властивостями і може бути виконаний в будь-яких плавильних агрегатах. СЧ10-СЧ20 широко застосовується в машинобудуванні для виливки станин верстатів та механізмів, поршнів, циліндрів.

Однак сірий чавун при високих температурах має підвищену схильність до окиснення.

Справа в тому, що вуглець у сірому чавуні знаходиться у вигляді графіту (рисунок 1), який має вкрай низьку щільність і є каналом для проникнення окисного газу. Графіт може вступати у взаємодію Космосу з окисним газом або зовсім вигоряти.

Малюнок 1 - мікроструктура сірого чавуну (СЧ10)

На практиці відбувається таке: болванки із сірого чавуну розігрівають до температур близько 500 - 700 ° C, і потім рясно поливають водою. Взаємодія із водою призводить до сильного термічного удару. Пари води, будучи агресивним середовищем, і, взаємодіючи з болванкою із сірого чавуну, руйнують болванку зсередини.

Переважна більшість чавунних виробів для лазні, точніше для банних печей (бруски, ядра), представлених сьогодні на російському ринку, виконані саме з найдешевшого сірого чавуну. Тому так багато негативних відгуків щодо результатів його використання. Але марок чавуну величезна кількість і, як буде показано нижче, дуже важливим є правильний вибір виробів саме певних марок для досягнення найкращого результату!

Вкрай не рекомендується використовувати болванки із сірого чавуну як теплоносії в лазні!

Найбільш доцільно використання чавунів саме з додаванням хрому - хромистих чавунів (ГОСТ 7769-82) як теплоносії лазні.

За своєю структурою хромистий чавун принципово відрізняється від сірого. У чавунах з додаванням хрому вуглець виділяється як цементиту. Цементит є дуже твердою і щільною структурою, рахунок чого не знижується загальна щільність чавуну і відбувається внутрішнього окислення (руйнування) чавуну.

Легування чавуну малими добавками хрому (трохи більше 4%) підвищує окалиностойкость рахунок подрібнення графіту і зменшення його кількості у структурі.

Низькохромисті чавуни марки ЧХ1, ЧХ2, ЧХ3 містять від 0.4 до 3% хрому і характеризуються вищою жаростійкістю, ніж звичайні сірі чавуни. Ці чавуни повинні мати перлітну структуру металевої основи із пластинчастим графітом. Однак у міру підвищення вмісту хрому у чавунах з'являються включення евтектичного цементиту. Для запобігання утворенню цементиту збільшують вміст кремнію та вуглецю, модифікують чавун.

Чавуни з вмістом понад 4-7% Cr - білі чавуни. Більшість хрому входить до складу цементиту, а при нагріванні чавуну — металева основа окислюється з утворенням оксидів типу Fe2О3, які не перешкоджають подальшому окисленню чавуну.

Істотне підвищення жаростійкості хромистих чавунів досягається при вмісті в них хрому понад 15%. При високому вмісті хрому при нагріванні чавуну на поверхні утворюється оксидна плівка (FeO Cr2О3), що має високу щільність та міцне зчеплення з металевою основою. В результаті суттєво підвищується окалиностійкість чавуну. У міру підвищення вмісту хрому зростає температура, за якої чавун зберігає високу жаростійкість (рисунок 2).

Малюнок 2 - Вплив хрому на жаростійкість чавуну.

Таблиця 1 - Вплив хрому на жаростійкість чавуну

Високохромисті чавуни ЧХ16, ЧХ28, ЧХ32 мають суттєво більш високу жаростійкість ніж низькохромисті завдяки стабільній структурі легованого білого чавуну та високої окалиностійкості матриці. У таблиці 2 наведено хімічний склад та механічний властивості чавунів низьких та високих марок.

Таблиця 2 - Хім. склад та механічні властивості жаростійких чавунів

Область застосування виробів із хромистого чавуну

Низькохромисті чавуни ЧХ1,2,3 жаростійкі в повітряному окисному середовищі при температурі до 700 °C. Високохромні до 1200 °C. Крім високої жаростійкості, високохромисті чавуни зносостійкі, тому застосовуються для деталей, що працюють в умовах абразивного зношування при високих температурах окислювальних газових середовищ.

Таблиця 3 - Область застосування хромистих чавунів

Плити тушильних вагонів

Порівняно з сірим чавуном, хромистий має низьку теплопровідність і теплоємність. е. хромистий чавун прогрівається трохи повільніше за сірий.

Хромисті чавуни високих марок також застосовуються виготовлення посилених колосників.

Масивні болванки з хромистого чавуну є ідеальною заміною камінням у лазневих печах. Фактично їх термін служби у побутових умовах не обмежений. Разове придбання комплекту гарантує відсутність проблем довгі роки. Швидше розвалиться пекти, ніж вийдуть з ладу болванки з хромистого чавуну.

Накопичуючи тепло в процесі топки, чавунні вироби згодом віддають його так само, як і каміння, створюючи дрібнодисперсну пару і не вимагаючи ні обслуговування, ні частої заміни. Вартість разової закладки болванок з хромистого чавуну трохи вища за вартість разової закладки каменів. Однак у випадку з хромистим чавуном це разова покупка на все життя. А у випадку з камінням – покупка на рік!

Отже, для цегляних банних печей із прямим нагріванням каменів альтернативи брускам із хромистого чавуну фактично немає! Це надійні, довговічні та екологічно безпечні вироби!

Це давно зрозуміли в лазнях промислового масштабу (громадських лазнях), де давно каміння було замінено саме на болванки з кульгавого чавуну.

У цегляних банних печах каменках з опосередкованим нагріванням каменів (де камені лежать у металевому ящику), а також для металевих або чавунних банних печей кулі або куби із хромистого чавуну можна використовувати в комбінації з натуральним каменем. Це збільшить зносостійкість закладки.

Склад сірого чавуну та його структура

Параметри та властивості сплаву безпосередньо залежать від режиму охолодження, річ у тому, що саме під час охолодження формується структура матеріалу.

У процесі повільного охолодження відбувається утворення чималих кристалів заліза, а поєднання металу та вуглецю стає перлітним. У результаті такого охолодження відбувається як збільшення розміру кристалів металу, а й вуглецевих включень. Таке поєднання призводить до того, що перлітний матеріал має не тільки високу міцність, але й підвищену крихкість.

Оцінка структури СЧ визначає:

• розміри включень графіту, вимірюючи в мікрометрах (МКМ), їх розподіл, кількість (у %), вид структури металевої основи та за наявності перліту – його дисперсність.

За будовою металевої основи сірі чавуни поділяють на:

1. перлітні - у складі структури перліт та графіт;
2. феритно-перлітні - ферит, перліт та графіт;
3. феритні — структура складається з фериту та графіту.

Яка основа залежить від швидкості охолодження після затвердіння.

Для позначення частин мікроструктури чавун цього типу використовують термінологію визначену ГОСТ 3443-87, наприклад, пластинчатий графіт позначають літерами ПГ.Вуглець включений у матеріал у таких формах.

• пластинчаста прямолінійна, її позначають ПГФ1;
• пластинчаста завихрена - ПГФ2;
• голчаста - ПГФ3;
• гніздоподібна-ПГФ4.

Першочергову значущість для придбання необхідних параметрів чавунної виливки має його структура, саме тому при виконанні заготовок потрібне ретельне виконання технології плавлення та заливання сировини. Для набуття необхідних параметрів сірого чавуну та усунення дефектів застосовують операцію модифікації.

У складі СЧ, залежно від його марки, можуть входити такі речовини:

Основа - Fe (залізо), інше:

• C (вуглець) - 2,9-3,7%;
• Si (кремній) -1,2-2,6%;
• Mn (марганець) - 0,5-1,1;
• P (фосфор) не більше 02-03%;
• S (сірка) не більше 0,12-0,15%.

Допустимо легування сірого чавуну з використанням таких речовин як Cr, Ni, Cu та деякими іншими елементами.

Кремній у складі підвищує графітизацію вуглецю. Марганець незважаючи на те, що ускладнює графітизацію, покращує його механічні властивості.

Хімічний склад СЧ визначено у ГОСТ 1412-85. Сірий чавун виробляють у багатьох країнах світу, у США аналогом цього матеріалу вважається A48-30B, у Британії BS 200 або 220, у КНР GB HT 20, у Європейському союзі EN-JL1030 FG20.

Чавун високоміцний з кулястим графітом

Високоміцний чавун отримують шляхом введення магнію (до 0,9%) і церію (до 0,05%) рідкий сірий чавун перед розливанням його у форми. Основна частина цих модифікаторів випаровується, окислюється і перетворюється на шлак, отже у твердому металі виявляється трохи більше 0,01% цих елементів. Магній та церій активно видаляють із чавуну сірку. Але головна роль їх полягає в тому, щоб змінити лускато-пластинчасту форму графіту на кулясту.Після модифікування чавуну магнієм або церієм в ківш додають 75%-ний феросиліцій (сплав заліза з кремнієм). На відміну від модифікованого сірого чавуну високоміцний чавун має більш високий вміст вуглецю та кремнію та знижений вміст марганцю.

Металева основа високоміцного чавуну складається з фериту та перліту або тільки з перліту. У цьому чавуні поєднуються цінні властивості сталі та чавуну. Він має порівняно високу міцність при достатній пластичності і в'язкості. Високоміцний чавун успішно замінює сталеве лиття і навіть сталеві поковки, що дає великий економічний ефект. Вироби із високоміцного чавуну завдяки його підвищеній зносостійкості можуть працювати в умовах тертя. Високоміцний чавун краще, ніж сірий, зберігає свою міцність під час нагрівання, тому може застосовуватися для роботи при температурах до 400°С (сірий чавун витримує температуру до 250°С).

ГОСТ 7293-85 нормує межу міцності σв, межу плинності σт, відносне подовження δ і твердість НВ високоміцних чавунів. Вимоги до виливків із цих чавунів встановлюються нормативно-технічною документацією. Принцип маркування високоміцних чавунів (ВЧ) відрізняється від маркування сірих чавунів. До позначення їхньої марки входять два числа - перше вказує межу міцності на розрив, друге - відносне подовження. Наприклад, марка чавуну ВЧ 42-12 означає, що даний чавун має межу міцності σв = 412 Н/мм2 (42 кгс/мм2) та відносне подовження δ =12%.

Стандарт передбачає 10 марок високоміцних чавунів: ВЧ 38-17, ВЧ 42-12, ВЧ 45-5, ВЧ 50-7, ВЧ 50-2, ВЧ 602, ВЧ 70-2, ВЧ 80-2, ВЧ 100-2, ВЧ 120-2. Стандарт або довідник дає додаткові відомості про цей чавун: межа плинності σт = 274 Н/мм2 (28 кгс/мм2), твердість-140÷200 НВ.

З високоміцних чавунів виготовляють багато деталей (у тому числі фасонних), які раніше отримували зі сталі, базові та корпусні деталі підвищеної міцності (корпусу та станини верстатів, великі планшайби, гільзи, каретки, циліндри, кронштейни, зубчасті колеса, накладні направляючі верстатів та деталі). з поверхневим загартуванням). Вони замінюють сталі Сталь 20Л, 25Л, ЗОЛ та 35Л.

Сірий чавун: марки чавуну, маркування та застосування

Цей сплав завжди маркується символами СЧ, після яких ставляться цифри, що вказують на межу міцності (кг/мм²). Так, існують сплави СЧ20 СЧ30 і т.д. Для високоміцних чавунів технологи використовують позначення «ВЧ», а до цифр, що вказують на міцність, додається показник відносного подовження (%). Наприклад, ВЧ50-2.

Сьогодні поширення отримали такі марки чавуну: СЧ10, СЧ15, СЧ18, СЧ20, СЧ21, СЧ25, СЧ30, СЧ35.

Вважається, що сірий чавун найдешевший у виробництві, до того ж на тлі його відмінних ливарних якостей йому знаходять дуже широке застосування в машинобудуванні. Зокрема, СЧ незамінний для виливки різноманітних деталей, які в процесі експлуатації не піддаються великим механічним навантаженням. Разом з тим для сірого чавуну з перлітною металевою структурою характерна дуже висока міцність на стиск, що дозволяє відливати з цього матеріалу високонавантажені деталі різних механізмів.

Слід зазначити, що СЧ бере участь у виробництві більш ніж 80% усіх чавунних виливків. Особливою затребуваністю користується матеріал із пластинчастими вкрапленнями графіту.