Чугун с шаровидным графитом

Чугун с шаровидным графитом — это материал, который имеет отличные эксплуатационные характеристики, обладает высокой прочностью и используется в конструкционных целях. При производстве отливок в сплав добавляют магний, которые придает графиту не пластинчатую, а практически идеальную шаровидную форму. Поэтому чугун с шаровидным графитом имеет более высокие показатели качества, по сравнению с серым чугуном и может сравниться со сталью по некоторым физико-механическим показателям.

Выплавка такого сплава довольно простая и самым распространенным методом получения этого чугуна является магниевый процесс. Сам процесс представляет собой добавление в расплав металлического магния магниевых лигатур, которые имеют различные комплексные модификаторы, содержащие магний.

Чугун с шаровидным графитом имеет хороший набор физико-механических свойств, но основным отличием является сочетание высокой прочности и хороши литейных свойств. Такой чугун имеет высокую пластичность, благодаря чему хорошо обрабатывается резанием, обладает достаточной устойчивостью к переменным нагрузкам и имеет низкую чувствительность к концентраторам напряжения. Структура металлической основы может быть как ферритной, так и перлитной. В ферритной основе может быть до 20% включений перлита, а в перлитной — до 20% феррита.

Высокопрочный чугун с шаровидным графитом имеет высокие физико-механические показатели, как раз таки из-за шаровидной формы графита. Такая форма графита в наименьшей степени ослабляет сечение отливки и придает ей высокую прочность и пластичность.

Механические свойства чугуна регламентируются  ГОСТ 7293-85 и представлены в табл. 1.

ГОСТ включает восемь марок чугуна. Буквы ВЧ обозначают название чугуна – высокопрочный чугун, последующие цифры указывают на минимально допустимое значение предела прочности при растяжении в кгс/мм2.

Прочностные и эксплуатационные характеристики материала отливок из высокопрочного чугуна можно изменять  в широком диапазоне не ухудшая литейных и техноло­гических показателей.

Таблица 1. Механические свойства чугуна в литом состоянии или после термической обработки

Механические свойства высокопрочного чугуна с шаровидным графитом по сравнению со сталью:

• Предел прочности такой же или более.
• Более высокое отношение предела текучести к пределу прочности – 0,65-0,80 (у стали – 0,55-0,60).
• Высокая износостойкость.
• Более высокая демпфирующая способность.
• Меньшая чувствительность к концентраторам напряжений.

Микроструктура такого чугуна подраз­деляются на ферритную, ферритоперлитную, перлитную, перлитоцементитоферритную и аустенитную. Высокопрочный чугун также может иметь трооститную,  трооститоферритную, мартенситную, перлитоцементитную и др. структуру. Ферритный и аустенитный чугуны отличаются высо­кими пластическими свойствами (отно­сительное удлинение 5—35%, удар­ная вязкость 2—20 кгс • м/см2). К аустенитному чугуну можно отнести такие чугуны, как номаг и нирезист, которые имеют разное содер­жание никеля. Высокие физико-механические свойства аустенитных чугунов сохраняются неизменными до температуры 600°С. Такой чугун можно использовать при низких температурах (до -250°С). Перлитный и трооститный чугуны характеризуются высокой прочностью (предел проч­ности на растяжение 60—140 кгс/мм2) при относительно невысоких пласти­ческих свойствах (относительное удли­нение — 2,0—6%, ударная вяз­кость 2,0—6,0 кгс • м/см2). Перлитная структура образуется с помощью никеля, меди, хрома, марга­нца и олова. Чугун с перлитной и трооститной структурами имеет высокую износостойкость; чу­гун с трооститной и трооститоферритной структурами получают путем изо­термической закалки.

В целом, высокопрочный чугун с шаровидным графитом имеет механические свойства стали (иногда превосходят их) и литейными свойствами серого чугуна (высокая жидкотекучесть, отсутствие склонности к образованию трещин и т.д.). Поэтому отливки из такого чугуна широко используются в промышленности. К примеру,  срок службы металлургических изложниц из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом может выше в 1,5-2,5 раза изложниц из серого чугуна.

Из такого чугуна производят детали прокатного и кузнечно-прессового оборудования; горнорудного и дробильно-размалывающего оборудования; детали турбин; корпуса редукторов; детали зубчатых передач и подъемно-транспортного машиностроения.

Меньший удельный вес и значительно более высокая жидкотекучесть по сравнению со сталью делает чугун с шаровидным графитом высокоэффективным при использовании в автомобильной промышленности. Он снижает массу автомобиля, тем самым увеличивая его мощность. Из такого чугуна производят коленчатые валы, шестерни, картеры и т.п.

Центробежно литые трубы большого диаметра, работающие под высоким давлением,  в большинстве случаев делаются из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом. Такой чугун также используется в производстве фитингов для метрополитена и туннелей, что позволяет значительно снизить их массу.

Чугун с шаровидным графитом широко используется в станкостроении. Он позволяет производить сложные литые детали для станков и оборудования тяжелого машино­строения, имеющих массу более 150 т (матрицедержатели машин инжекционного прессования, цилиндры и станины ковочных прессов, поршни и другие детали), снижая массу литых деталей и сохраненяя доста­точную жесткость. Такой чугун также является отличным материалом для множества ручных инструментов (гаечных ключей, струбцин, калиб­ров и т. д.). Чугун с шаровидным графитом широко используется для производства запорной и регулирующей арматуры, которая работает в газовых и жидких средах (кислотных, соле­вых и щелочных).