Интернет журныл о промышленности в Украине

Ковка чугуна - миф или реальность. Свойства ковкого чугуна

Опубликовано: 06.09.2018

видео Ковка чугуна - миф или реальность. Свойства ковкого чугуна

КАК НАДЕЖНО УСТАНОВИТЬ СТОЛБЫ ПОД ВОРОТА

Получение ковкого чугуна

Ковкий чугун получается из белых чугунных отливок при длительном томлении. Для его получения пользуются двумя способами: американским и европейским.


Нож Налим сталь AISI 440C

Американский способ заключатся в том, что томление производят в песке с температурой 800 – 850 градусов. В этом случае углероды из химически связанного состояния переходят в свободное состояние и в качестве графита располагаются зернами среди чистого железа. В результате чугун становится вязким, поэтому его и называют ковким. В европейском варианте отливки томятся в железной руде с температурой 850 – 950 градусов. Углероды из связанного состояния в результате диффузии с поверхностей отливок переходят в атмосферу. В результате потери углерода отливки снаружи становятся мягкими, и чугун называют ковким. При этом середина сохраняет хрупкость.


Нож из порошковой стали Elmax «Сокол», рукоять — карельская береза, мельхиор

Понятие «ковка» для чугуна условно и обозначает только то, что он в сравнении серыми чугунами пластичен. На практике собственно ковка чугуна никогда не происходит. Ковкий чугун применяется для изготовления лишь фасонных отливок для машиностроительной отрасли, наравне с отливками из серого чугуна.

 

Фото: Ковкий чугун — включения хлопьевидного графита (углерода отжига).

После отжига, за счет образовавшегося хлопьевидного углерода, сплав приобретает повышенную прочность, некоторую пластичность и сопротивление ударным нагрузкам, поэтому ковка невозможна. Иногда понятие «ковка» подменяется «обработкой» чугуна или штамповка называется — машинная ковка, что тоже не верно.

В маркировке ковкого чугуна указываются числа, обозначающие средние величины пределов прочности на разрыв в кг на мм2 и удлинения в %. К примеру, марка КЧ 35-10 означает «ковкий чугун, предел прочности которого составляет 35 кг/мм2, а удлинение – 10%.

Механические свойства

ГОСТ 1215-79 регламентирует механические свойства ковкого чугуна. Маркировка и стандартизация основана на принципе регламента допустимого значения механических свойств при растяжении. Твердость сплава зависит в основном от матрицы, а пластичность и прочность – от графита и матрицы.

Ковкие чугуны по своим механическим свойствам находятся в промежутке между сталью и серым чугуном. В отличие от углеродистой стали для них характерна жидкотекучесть, способность поглощения вибрации при циклических нагрузках (демпфирующая способность) и износостойкостью. Ковкий чугун обладает высокими антикоррозийными свойствами, поэтому среда влажного воздуха, топочные газы и вода ему не страшны.

Марки ферритного и перлитного чугуна. Использование

Ковкий чугун бывает двух видов: ферритный и перлитный, в зависимости от способа его получения.

Чугун на изломе бархатистый черного цвета с тонкой серой каймой снаружи. Структура включает феррит или перлит и графит отжига. Из-за черной сердцевины, сплав получил название «черносердечный».

 

Фото Ковкий чугун: феррит и углерод отжига.

По ГОСТу к ферритному чугуну применима следующая маркировка: КЧ 30-6; КЧ 33-8; КЧ 35-10; К 37-12, КЧ 38-10. Металл двух последних марок применяют в автомобильной и сельскохозяйственной отрасли для изготовления деталей, выдерживающих высокие динамические и статические нагрузки — задних мостов для машин, крючков и др. Для менее «ответственных» деталей (гаек, фланцев и др.) используется чугун марок КЧ 30-6, КЧ 33-8, КЧ 35-10.

Прочность ферритного чугуна ниже, чем прочность перлитного чугуна, но второй менее пластичен.

К перлитному чугуну по ГОСТу применяется такая маркировка: КЧ 63-2; КЧ 60-3; КЧ 50-5. Его отличают следующие свойства: высокая прочность и износостойкость. Применение: изготовление вилок карданного вала, звеньев цепи конвейера, муфт и др.

Фото Феррит, перлит и угле­род отжига.

При пониженной температуре ковкий чугун работает удовлетворительно, но становится более хрупким при динамических нагрузках.

Несмотря на разнообразие марок по ГОСТу и применение, материал чаще используется для получения тонкостенного литья с толщиной стенок от 3 до 40 мм.

 

Фото Перлит и углерод отжига.

Химический состав и технологические свойства

ГОСТом химический состав не регламентирован. Он определен требованием к его технологическим свойствам. Свойства ковкого чугуна регулируются процентным содержанием углерода и кремния. А на технологические свойства перлитного чугуна влияют еще и хром, марганец и др.

Литейные свойства выражены жидкотекучестью, усадкой, склонностью к образованию горячих трещин. Они достаточно высокие, поэтому ковкий материал характеризуется хорошим литейным материалом. Такое свойство, как жидкотекучесть, очень важно для чугунных отливок ввиду их сложных конфигураций и тонких стенок при малом весе. При повышении содержания фосфора, кремния и углерода она тоже возрастает. Марганец и сера сами по себе на жидкотекучесть влияют слабо, но при увеличенном содержании двух элементов одновременно она понижается. Объемы усадки зависят от технологического процесса изготовления отливок и химического состава металла. В жидком состоянии и при затвердении усадка определяет пористость и возникновение раковин. В твердом состоянии усадка показывает разницу размеров модели и отливки по ней. Общая объемная усадка по ГОСТу определяется во время кристаллизации отливок, когда жидкий металл переходит в твердое состояние и включает объем усадочных раковин и усадочную пористость. Горячие и холодные трещины в отливке возникают в слукция отливок, или низкая податливость стержней и форм.

 

Фото Чугун ковкий.

Обработка

Разные марки по ГОСТу сильно разнятся по обработке, хотя физические и механические свойства могут быть идентичными. Чаще это связано с минимальными структурными различиями. Например, 5-7 процентное включение цементита очень снижает стойкость режущих инструментов в процессе механической обработке, хотя на прочность и твердость ковкого материала почти не влияют. При увеличении пластичности металла сверх нормы вызывает появление наростов на передних гранях инструментов. Это также понижает его стойкость. Такое случается во время обработки ферритного чугуна марки КЧ 35-10, КЧ 37-12. Но основная причина, нарушающая зависимость между прочностью и твердостью с обрабатываемостью, кроется в структурной неоднородности. Особенно это относится к перлитному чугуну. Например, сплав с зернистым перлитом обрабатывается лучше, чем с перлитом крупнопластинчатым, хотя и более твердый.

С повышением содержания кремния и углерода в структуре металла повышается уровень свободного углерода. Соответственно, твердость понижается, обрабатываемость улучшается. Высокая чистота обрабатываемой поверхности достигается при равномерных мелких включениях углерода отжига в металле. Чистота обрабатываемой поверхности у перлитного чугуна выше, чем у ферритного. Это важно для нарезания резьбы. Она получится совершенней на перлитном чугуне, чем на ферритном.

Область применения

Применение ковкого чугуна в качестве конструкционного материала широко используется в разных отраслях машиностроения из-за высоких физико-механических свойств отливок, стабильной и достаточно легкой технологичности производства. А также низкой себестоимости в сравнении со стальными отливками, штамповкой и поковкой. Отливки из чугуна широко применяются в тракторостроении и автомобилестроении, сельхозмашиностроении и других отраслях промышленности.

Машиностроительные заводы производят чаще ферритный и очень немного перлитного, хотя показатели последнего (прочность, износостойкость, усталостная прочность, гашение вибраций, работа при повышенных температурах и др) существенно выше.

Из перлитного чугуна делают детали сцепления, распределительные валы, коромысла для клапанов, поршни для дизельных двигателей и др).

 

Фото Распределительный вал из ковкого чугуна.

Промышленная маркировка

Маркировка чугуна по ГОСТу в промышленности выглядит следующим образом:

П1, П2 – марка передельного; ПЛ1, ПЛ2 – для передельного для отливок; ПФ1, ПФ2, ПФ3 – для передельного фосфористого; ПВК1, ПВК2, ПВК3 – для передельного высококачественного; СЧ – для чугуна с пластинчатым графитом.

Маркировка антифрикционного чугуна:

АЧС – для антифрикционного серого; АЧВ – для антифрикционного высокопрочного; АЧК – для антифрикционного ковкого.

ВЧ – марка чугуна с шаровидным графитом.

Ч – марка чугуна легированного со специальными свойствами.

Похожие статьи
rss