Конструкционные и функциональные материалы

МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ СПЛАВЫ

Традиционные металлические сплавы

Классификация чугунов

Чугуны — это железоуглеродистые сплавы с содержанием углерода в пределах 4,3…2,14%.

Белый чугун в основном перерабатывают на сталь, поскольку он обладает высокими твердостью и хрупкостью и плохо поддается механической обработке. В таких чугунах углерод находится в связанном состоянии в виде цементита Fe₃C. Помимо углерода в состав чугуна входят марганец (0,5… 1,75%), кремний (0,2… 1,75%), фосфор (0,15… 2,0%), сера (до 0,08%) и другие химические элементы.

Белый чугун используют также в качестве износостойкого конструкционного материала. При введении в небольших количествах марганца, бора, ванадия, молибдена, титана, хрома образуются сложные и твердые карбиды, например (Cr, Fe)₂3Q.

Ковкие чугуны маркируют буквами КЧ с указанием предела прочности при растяжении <�т" (кгс/мм²) и относительного удлинения 8 (%). В соответствии с ГОСТ 1215–79 существуют марки ковких чугунов КЧ 30−6 — КЧ 80−15. По своим механическим и литейным свойствам ковкие чугуны занимают промежуточное положение между чугунами и литыми сталями. Ковкие чугуны нашли широкое применение при изготовлении деталей автомобилей, тракторов, текстильных и сельскохозяйственных машин, металлорежущих станков (шестерни, ступицы, тормозные колодки, картеры дифференциалов, рычаги, звездочки, катки, втулки, детали рулевого управления и др.), а также в вагонои судостроении.

Серые чугуны маркируют буквами СЧ с указанием предела прочности при растяжении о" (кгс/мм²). Например, чугун марки СЧ15 имеет о_в = 15 кгс/мм². По ГОСТ 1412–85 предусмотрены марки серых чугунов СЧ10 — СЧ45: СЧ10, СЧ15 (твердость по Бринеллю до 229 НВ) — чугуны малой прочности; СЧ20—СЧ45 (твердость до 241 НВ) — чугуны повышенной прочности. В чугунах повышенной прочности большая часть углерода находится в виде пластинчатого графита. Благодаря хорошим литейным и демпфирующим свойствам серые чугуны нашли широкое применение в станкостроении (станины, стойки, траверсы, корпусы коробок скоростей и подач, суппорты металлорежущих станков), в автои тракторостроении (картеры коробок передач, блоки цилиндров, поршневые кольца, диски сцепления, тормозные барабаны), в химическом и электромашиностроении, при производстве деталей насосов, компрессоров и других изделий.

Высокопрочные чугуны (ГОСТ 7993—85) имеют следующие марки: ВЧ 35, ВЧ 40, ВЧ 45, ВЧ 50, ВЧ 60, ВЧ 70, ВЧ 80 и ВЧ 100. Цифры обозначают предел прочности при растяжении в кгс/мм². В высокопрочных чугунах свободный графит находится в виде шаровидных включений. Высокопрочные чугуны используют в тяжелом машиностроении (детали турбин, валки прокатных станов, шаботы молотов), в автомобильной промышленности (блоки цилиндров, шестерни главных передач, коленчатые и распределительные валы, ступицы, поршневые кольца), в сельскохозяйственном и транспортном машиностроении (сцепки вагонов, ступицы колес, диски муфт, опорные катки, корпусы плугов, зубья борон), а также при изготовлении других ответственных деталей.

При маркировке легированных чугунов используют следующие обозначения: А — азот, Б — ниобий, В — вольфрам, Г — марганец, Д — медь, Е — селен, К — кобальт, М — молибден, Н — никель, П — фосфор, Р — бор, С — кремний, Т — титан, Ф — ванадий, X — хром, Ц — цирконий. Маркировка состоит из сочетания букв и цифр, указывающих содержание легирующего элемента в процентах. Если цифры отсутствуют, то содержание легирующего элемента составляет 1,0… 1,5%.

Легированные чугуны подразделяют на износостойкие, коррозионно-стойкие, жаростойкие, жаропрочные и антифрикционные.

Износостойкие чугуны, например ИЧХ4Г7Д, ИЧХ28Н2, ИЧХ28Н2М2, ИЧХЗТД, ИЧХ15МЗ, используют для изготовления рабочих элементов дробеметных и пескоструйных машин, броневых плит мельниц, лопастей шнеков, абразивных насосов и др.

Коррозионно-стойкие чугуны легируют медью, молибденом, хромом, никелем и кремнием, что позволяет им работать в химически агрессивных средах. Чугуны ЧНХТ, ЧН1МШ, ЧН1ХМД широко используют в двигателестроен и и для изготовления выпускных патрубков, поршней и гильз паровых машин, газовых компрессоров, судовых дизелей и других изделий.

Жаростойкие чугуны (ГОСТ 7769—82) обладают стойкостью к образованию окалины. Их выпускают с добавками алюминия, хрома и кремния. Алюминиевые чугуны обладают большой стойкостью к окислению в среде печных газов при температуре 1 100… 1 150°С, паров серы при температуре 1 000 °С. Их используют при изготовлении тиглей, для футеровки печных камер, в доменных печах. Хромистые чугуны ЖЧХ-0,8, ЖЧХ-1,5, ЖЧХ-2,5 используют при строительстве мартеновских, доменных и термических печей. Они выдерживают температуру до 650 °C. Высокохромистые чугуны (ЖЧХ-30) применяют при изготовлении колосниковых решеток, горелок, коробок для отжига, работающих при температуре до 900 °C. Кремнистые чугуны работают при температуре до 900 °C; из них изготавливают детали газовых турбин, котлов, мартеновских печей и др.

Жаропрочные чугуны легируют никелем и хромом. Чугуны ЧН11Г7Х2Ш, ЧН19ХЗШ используют при изготовлении деталей печной арматуры, роликов листопрокатных станов, выпускных патрубков дизелей, а также в нефтяной и химической промышленности.

Антифрикционные чугуны (ГОСТ 1585—85), например АСЧ-4, АКЧ-1, АВЧ-2 (обозначение: А — антифрикционный, Ч — чугун, С — серый, В — высокопрочный, К — ковкий), применяют в узлах трения в паре с другими материалами для изготовления подшипников скольжения.