Как маркируются серые высокопрочные и ковкие чугуны. Чугун. Марки, свойства и применение чугунов

Чугун подразделяется на марки: ковкий чугун, кремний 0,8 … 1,4 %, марганец 0,3 … 1,0 %, фосфор до 0,2 %, сера до 0,1 %.

Чугуны (белый, серый, высокопрочный, ковкий). Получение, структура, маркировка, область применения

Этот вид железа является одним из наиболее часто используемых в машиностроении. Металл характеризуется пластинчатым графитовым профилем. Его содержание в сером чугуне может быть различным. Чем оно выше, тем темнее становится металл при разрушении и тем мягче становится чугун. Отливки из этого вида металла могут быть изготовлены любой толщины.

Основные характеристики серого чугуна:

минимальное относительное удлинение — как правило, не превышающее 0,5 %;
невысокая ударная вязкость;
низкая пластичность.

Серый чугун имеет небольшое количество фиксированного углерода, не более 0,5%. Остальной углерод находится в форме графита, т.е. в свободном состоянии. Серый чугун может производиться на перлитной, ферритной, а также на смешанной ферритно-перлитной основе. Этот металл обычно содержит значительное количество кремния.

Серый чугун относительно легко обрабатывается режущими инструментами. Этот металл используется для изготовления литых изделий, оптимальных по прочности на сжатие. Например, для различных опорных элементов, батарей и водопроводных труб. Широко распространено применение серого чугуна в машиностроении, особенно для производства деталей, для которых не характерны ударные нагрузки. Например, для корпусов станков.

Классификация чугунов

Сталелитейная промышленность производит различные марки чугуна. Марка зависит от содержания графита или цементита и других компонентов сплава.

Серый чугун (СЧ)

Они обозначаются буквами SC. При разрезе — серо-черный, что обусловлено наличием графита, это естественный цвет. В составе также присутствуют различные примеси, в том числе кремний. Этот тип чугуна не режется и часто используется в машиностроении для «неосновных» компонентов и становится жидким при добавлении фосфора. Он подходит для всех видов литья, включая художественное.

Белый чугун

Легко режется благодаря наличию карбида железа. В дальнейшем она перерабатывается в кованое железо и сталь. Поэтому ее называют обработанной сталью. Свойства — хрупкая и твердая, с трудом поддается обработке, непригодна для самостоятельного использования. Твердая, труднообрабатываемая, хрупкая — эти свойства делают ее непригодной для самостоятельного использования.

Ковкий чугун

Обозначение — Cr. Белый чугун становится ковким в результате длительного отжига.

Свойства — не поддается сжатию, но обладает повышенной ударной вязкостью и прочностью на растяжение. Кованый чугун подходит для изготовления композитных компонентов.

Высокопрочный

Он изготавливается путем введения специальных добавок в серый чугун для придания ему сферической формы. Высокопрочный чугун используется для изготовления ответственных деталей — шестерен, коленчатых валов, поршней, которые должны обладать высокой износостойкостью.

Для изготовления переплавленного и литого чугуна используются специальные формы, т.е. порошки. Современные технологии позволяют производить полуфабрикаты, квадраты, листы, плиты и прутки из чугуна.

В зависимости от назначения и химического состава существуют следующие виды чугуна:

Они имеют названия, соответствующие дополнительным металлам:

циркониевые;
хромистые;
ванадиевые;
медные;
титановые.

Легированные марки наиболее востребованы при изготовлении агрегатов, механизмов, узлов и деталей, работающих в особо тяжелых условиях и средах.

Чугуны, характеризующиеся повышенным содержанием ферромарганца или ферросилиция, относятся к специальным ферросплавам. Их добавляют в сталелитейной промышленности для высвобождения кислорода — раскисления.

К легированным чугунам относятся:

Антифрикционные;
Жаростойкие;
Жаропрочные;
Коррозионностойкие.

Марки перемотки обозначаются начальными буквами ACh. Например, AChS — серый чугун с низким коэффициентом износа. Кроме того, можно увидеть маркировку АЧВ — высокоабразивный чугун и АЧК — ковкий чугун.

Жаропрочный тип маркируется буквами ЖЧФ, где буква указана для легирующего элемента. Пример: ЖЧХ-2,5 — жаропрочный чугун с добавлением 2,5% хрома.

Следующие марки считаются жаропрочными: Cr19ChXZhSH.

Коррозионностойкие: ЧНХТ, ЧН1МХД.

Их также называют специальными чугунами.

Чугун серый

Серый чугун широко используется в машиностроении. Он называется так из-за серого цвета излома, вызванного наличием в структуре чугуна свободного углерода в виде графита. Различают перлитный, перлитно-ферритный и ферритный серый чугун.

Таблица 1. Серый чугун, его основные свойства и области применения

Марка	σ_в 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/см 2 ), 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

Это интересно: Укладка кварц-виниловой плитки своими руками

Графит обладает низкими механическими свойствами. Он нарушает целостность металлической подложки. Находясь между зернами металлической основы, графит ослабляет связь между ними. В результате серый чугун имеет низкую прочность на растяжение и очень низкую пластичность и ковкость. Чем крупнее и прямее включения графита, тем хуже механические свойства чугуна. Твердость серого чугуна, а также его прочность на сжатие близки к прочности стали, которая имеет ту же структуру, что и металлическая основа чугуна.

Чугун высокопрочный с шаровидным графитом

Высокопрочный чугун производится путем добавления магния (до 0,9 %) и церия (до 0,05 %) в расплавленный серый чугун перед его заливкой в формы. Большая часть этих модификаторов испаряется, окисляется и переходит в шлак, так что в твердом металле присутствует не более 0,01 % этих элементов. Магний и церий активно удаляют серу из чугуна. Однако их основная задача — преобразовать чешуйчатую и пластинчатую форму графита в сферическую. После модифицирования чугуна магнием или церием в тигель добавляют 75 % ферросилиция (сплав железа с кремнием). В отличие от модифицированного серого чугуна, ковкий чугун имеет более высокое содержание углерода и кремния и более низкое содержание марганца.

Основная металлическая структура ковкого чугуна состоит из феррита и перлита или только перлита. Этот чугун сочетает в себе ценные свойства стали и чугуна. Он обладает сравнительно высокой прочностью при достаточной пластичности и вязкости. Высокопрочный чугун заменяет стальное литье и даже стальные поковки с большими экономическими преимуществами. Изделия из высокопрочного чугуна могут работать в условиях абразивного износа благодаря повышенной износостойкости. Высокопрочный чугун при нагреве сохраняет прочность лучше, чем серый чугун, поэтому его можно использовать для работы при температуре до 400 °C (серый чугун выдерживает температуру до 250 °C).

ГОСТ 7293-85 устанавливает предел прочности при растяжении σ_впредел текучести σ_т, относительное удлинение δ и твердость HB ковкого чугуна. Требования к отливкам из этих марок приведены в технической документации. Принцип маркировки ковкого чугуна (HI) отличается от маркировки серого чугуна. Их маркировка состоит из двух цифр: первая указывает на прочность при растяжении, вторая — на относительное удлинение. Например, марка чугуна HF 42-12 означает, что этот чугун имеет прочность на растяжение σ_в= 412 Н/мм 2 (42 кгс/мм 2 ) и относительное удлинение δ = 12 %.

Стандарт предусматривает 10 марок ковкого чугуна: HV 38-17, HV 42-12, HV 45-5, HV 50-7, HV 50-2, HV 602, HV 70-2, HV 80-2, HV 100-2, HV 120-2. Дополнительную информацию по этому чугуну можно найти в стандарте или справочнике: Предел текучести σ_т = 274 Н/мм 2 (28 кгс/мм 2 ), твердость 140÷200 НВ.

Высокопрочный чугун используется для многих деталей (в том числе формованных), ранее изготавливаемых из стали, а также для основных и корпусных деталей с повышенной прочностью (корпуса и рамы двигателей, крупные плиты, вкладыши, каретки, цилиндры, подвески, шестерни, направляющие верхнего расположения и детали с поверхностной закалкой). Они являются заменителем сталей 20Л, 25Л, ЗОЛ и 35Л.

Это интересно: Плетение из ротанга – особенности создания изделий.

Серый чугун

Серый чугун — это железоуглеродистый сплав, содержащий 2,5-3,7% углерода, 1,0-2,9% кремния, 0,2-1,1% марганца, до 0,3% фосфора и до 0,12% серы. Углерод, кремний и марганец улучшают механические и литейные свойства сплава, а фосфор и сера являются вредными примесями. Фосфор делает железо хрупким, а сера вызывает обесцвечивание тонких частей отливок и снижает текучесть расплава. Поэтому их содержание в сплаве должно быть как можно меньше.

Серый чугун широко используется в машиностроении, поскольку он дешев, легко обрабатывается и обладает хорошими литейными и механическими свойствами (см. таблицу 1). Однако он обладает низкой пластичностью — хрупкостью, поэтому чугунные детали не следует подвергать ударам. Хрупкость серого чугуна обусловлена тем, что он содержит углерод в виде графитовых ламелей (рис. 14, а), которые представляют собой углубления, нарушающие целостность металлической основы.

Согласно ГОСТ 1412-70, серый чугун делится на классы СЧ 12-28, СЧ 15-32, СЧ 18-36, СЧ 21-40, СЧ 24-44, СЧ 28-48, СЧ 32-52, СЧ 36-56, СЧ 40-60 и СЧ 44-64. В категориях «С» означает серый, «Ч» — чугун, первые две цифры — предел прочности при растяжении в кгс/мм2 и последние две цифры — предел прочности при изгибе в тех же единицах. Низкопрочный чугун марки СЧ 12-28 используется для отливки фундаментных плит, колонн и других неответственных изделий. Чугун средней прочности марок СЧ 15-32 и СЧ 18-36 используется для изготовления различных отливок станков, сельскохозяйственной техники и т.д. Тяжелый чугун марок СЧ 21-40 — СЧ 36-56 используется для изготовления деталей насосов, компрессоров, турбин и других ответственных деталей машиностроения. Наиболее ответственные и крупные детали машиностроения и других отраслей промышленности отливаются из наиболее прочного чугуна марок СЧ 40-60 и СЧ 44-64, который в последние годы занимает доминирующее положение.

Серый чугун в основном плавится в шахтных печах — вагранках. Современные вагранки делятся на два типа: с воронками, используемые для крупных отливок, когда требуется накопление большого количества расплавленного чугуна, и без воронок, которые производят расплавленный чугун при более высокой температуре, но в меньших количествах. Производительность плавки 5-30 тонн чугуна в час

Рис. 14. Схематическое изображение микроструктуры серого чугуна: а — нормальный, б — высокопрочный, 1 — пластинчатый графит, 2 — узловатый графит, 3 — металлическая основа.

Классификация чугунов

Серый чугун (СЧ)

Белый чугун

Ковкий чугун

Обозначение — Cr. Белый чугун становится ковким в результате длительного отжига.

Высокопрочный

В зависимости от назначения и химического состава существуют следующие виды чугуна:

Они имеют названия, соответствующие дополнительным металлам:

циркониевые;
хромистые;
ванадиевые;
медные;
титановые.

Это интересно: Минеральная вата для рассады: что это такое, критический отзыв.

К легированным чугунам относятся:

Антифрикционные;
Жаростойкие;
Жаропрочные;
Коррозионностойкие.

Следующие марки считаются жаропрочными: Cr19ChXZhSH.

Коррозионностойкие: ЧНХТ, ЧН1МХД.

Их также называют специальными чугунами.

Обозначение углеродистых качественных конструкционных сталей

Высококачественная конструкционная сталь — это сталь со значительно меньшим содержанием серы, фосфора и других вредных примесей. Она обозначается в соответствии с ГОСТ 1050-88.

Сталь маркируется двузначными числами, указывающими содержание углерода в процентах, и поставляется с гарантированными характеристиками по химическому составу и механическим свойствам. В зависимости от степени окисления сталь классифицируется как кипящая (kp), полукипящая (ps) и закаленная (без индекса). Буква Г в марках стали обозначает повышенное содержание марганца (до 1 %).

Примеры наименования и расшифровки

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

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

Автоматные стали

Автоматические марки стали

Согласно ГОСТ 1414-75, эти стали маркируются буквой А и цифрами, указывающими среднее содержание углерода в процентах. Применяются следующие марки автоматной стали.

Неважные детали изготавливаются из стали марки А12, а наиболее ответственные детали, работающие под значительной нагрузкой и высоким давлением, — из других марок стали. Ассортимент продукции из автоматной стали включает круглые, квадратные и шестигранные прутки. Эти стали не подходят для сварных конструкций.

Примеры и расшифровка

AC12CrN — низкоуглеродистая сталь с содержанием 0,12% углерода, 1% хрома и никеля.

Котельные стали.

Стальной лист для котлов и сосудов под давлением используется для изготовления паровых котлов и судовых топок,

камер сгорания газовых турбин и других компонентов. Они должны работать в широком диапазоне давлений и температур до 450 ºC. Кроме того, сталь котлов должна обладать хорошей свариваемостью. Для достижения этих свойств углеродистая сталь легируется по дополнительной технологии (титаном) и далее легируется алюминием. Существуют категории углеродистой стали для котлов 12K, 15K, 16K, 18K, 20K, 22K с содержанием углерода от 0,08 до 0,28 %.

Эти стали выпускаются толщиной до 200 мм и в виде поковок в нормализованном и закаленном состоянии.

Инструментальные углеродистые стали.

Обозначение углеродистых инструментальных сталей

Углеродистые инструментальные стали обозначаются в соответствии с ГОСТ1435-90.

Выпускаются следующие марки углеродистых инструментальных сталей:

У7.У8ГА.У8Г, У9, У10, У11, У12 и У13. Цифры указывают на содержание углерода в десятых долях процента. Буква G после цифры означает, что сталь имеет повышенное содержание марганца. Марка стали с высоким содержанием углерода обозначается буквой A.

Примеры маркировки и расшифровки

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

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

Самый распространенный машиностроительный материал

Серый чугун ГОСТ 1412-85 содержит около 3,5 % углерода, от 1,9 до 2,5 % кремния, до 0,8 % марганца, до 0,3 % фосфора и менее 0,12 % серы.

Графит в этом чугуне находится в форме ламината. Специальной модификации не требуется.

Графитовые ламели оказывают сильное ослабляющее действие, поэтому серый чугун характеризуется очень низкой пластичностью и почти полным отсутствием относительного удлинения (процентное содержание менее 0,5 %).

Серый чугун легко поддается механической обработке. Структура сплава может быть следующей:

Феррито-графитовой.
Феррито-перлито-графитовой.
Перлито-графитовой.

Серый чугун гораздо лучше поддается механической обработке на сжатие, чем на растяжение. Он также хорошо поддается сварке, но для этого требуется предварительный подогрев, а в качестве присадочного металла следует использовать специальные чугунные стержни с высоким содержанием кремния и углерода. Без предварительного подогрева сварка затруднена, так как чугун обесцвечивается в зоне шва.

Серый чугун используется для неударных применений (шкивы, крышки, корпуса).

Обозначение этого чугуна основано на следующем принципе: СЧ 25-52. Две буквы указывают на то, что это серый чугун, цифра 25 означает прочность на растяжение (в МПа или кгс/мм2 ), а цифра 52 — прочность на изгиб.