Высокопрочный чугун. 
Материаловедение в машиностроении

Высокопрочный чугун представляет собой чугун с графитом шаровидной формы. Его получают введением (модифицированием) в жидкий чугун небольших добавок магния (0,03…0,07%) или сплавов магния и никеля. К особенностям.

Рис. 7.3. Микроструктура серых чугунов.? 500:

а — половинчатый; б — перлитный; в — ферритноперлитный; г — ферритный химического состава высокопрочных чугунов относится также регламентированное содержание (в каждой марке чугуна) углерода и кремния в зависимости от толщины стенки отливки. С увеличением толщины стенок уменьшается их содержание, т. е. компенсируется склонность к графитизации, увеличивающаяся вследствие медленного охлаждения.

Концентрация углерода установлена равной 3,3…3,6% для отливок с толщиной стенки до 50 мм; 3,0…3,3% - 50…100 мм; 2,7…3,2% - свыше 100 мм.

Содержание кремния: 2,1…2,7% при толщине стенки 10 мм; 0,5…1,5% для отливок с толщиной стенки свыше 100 мм.

Шаровидный графит, как указывалось выше, значительно меньше ослабляет металлическую основу и не является резким концентратором напряжений. Поэтому высокопрочные чугуны имеют более высокую прочность, практически не уступающую прочности литой углеродистой стали, и значительно лучшую пластичность, чем серые чугуны. В зависимости от степени графитизации они, как и серые чугуны, могут быть получены на ферритной, ферритно-перлитной и перлитной металлической основе. Такое разделение несколько условно. В металлической основе ферритных высокопрочных чугунов допускается присутствие до 20% перлита, а в перлитных чу тунах — до 20% феррита. Микроструктура высокопрочных чугунов приведена на рис. 7.4, а марки высокопрочных чугунов — в табл. 7.4; они обозна;

Рис. 7.4. Микроструктура высокопрочных чугунов.? 250:

а — нетравленый шлиф; б — перлитно-ферритный чугун; в — ферритный чугун чаются буквами ВЧ и цифрами, указывающими прочность при растяжении (??) [кгс/мм2].

Таблица 7.4

Марки и механические свойства высокопрочных чугунов

Высокопрочные чугуны применяются в различных отраслях машиностроения, эффективно заменяя сталь при изготовлении различных деталей. Из них изготавливают детали прокатных станов (валки массой до 12 т), кузнечно-прессового оборудования (траверсы), турбин (корпуса), автомобильных и тракторных двигателей (коленчатые валы, поршни) и др.

Чугуны с вермикулярным графитом

Структура этих чугунов формируется под действием комплексного модификатора, содержащего магний и редкоземельные металлы. Графит приобретает шаровидную (около 20%) и вермикулярную форму. Последняя представляет собой взаимосвязанные лепестки, но в отличие от пластинчатого графита они имеют меньшую длину, большую толщину и округлые кромки. В целом она выглядит как мелкие тонкие прожилки. Химический состав этих чугунов: 3,1…3,8% С; 2,0…3,0% Si; 0,2…1,0% ?n; до 0,025% S и 0,08% Р. Их марки приведены в табл. 7.5.

По механическим свойствам чугуны с вермикулярным графитом занимают промежуточное положение между серыми и высокопрочными чугунами. Они существенно превосходят серые чугуны по прочности, пластичности и пределу выносливости. Чугуны с вермикулярным графитом заменяют серые чугуны в отливках, подвергаемых циклическим нагрузкам. Из них изготавливают блоки цилиндров и другие детали двигателей внутреннего сгорания: поршни, гильзы, крышки цилиндров и др.

Таблица 7.5

Марки и механические свойства чугунов с вермикулярным графитом

Маркировка чугунов: Ч (чугун) В (вермикулярный) Г (графит). Первая цифра в марке — предел прочности при растяжении [кгс/мм2]; вторая — относительное удлинение (%) при испытаниях на растяжение.