Ковкий чугун — классификация, преимущества, маркировка, применение
Ковкий чугун
Ковкий чугун – это сплав железа и углерода, который принимает вид графитовых хлопьев в структуре металла. Ковкий чугун производят из заготовок белого чугуна путём длительной термообработки. Отжиг меняет структуру металла, превращая цементит в графит (процесс граффитизации). Термообработка меняет механические свойства сплава — уменьшается прочность и твёрдость, металл становится пластичным.
Отжиг состоит из 5 этапов:
- Плавный нагрев заготовки в течение 25 часов до температуры 950 — 1000 С.
- Выдержка при температуре 950 – 1000 С на протяжении 15 -20 часов — первый этап графитизации.
- Постепенное охлаждение до температуры 740 — 720 С, длительность 6 — 12 часов.
- Продолжительная выдержка заготовки при температуре 720 С или постепенное снижение температуры с 760 до 720 С. Продолжительность — около 30 часов — второй этап графитизации.
- Полное охлаждение заготовки.
Также, исходя из требуемых свойств отливки, можно выделить 4 способа отжига.Они отличаются четвертым этапом (на диапазоне температур от 760 — 720 С). Остальные этапы остаются идентичными. Ниже перечислены различные вариации 4 этапа для достижения тех или иных свойств:
Вариант 1. Быстрое охлаждение до температуры ниже критической 720 С и выдержка 30 часов при этой температуре.
Вариант 2. Постепенное охлаждение на протяжении 30 часов, в критическом интервале температур от 760 – 720 С.
Вариант 3. Ступенчатое охлаждение в интервале температур от 760 до 720 С.
Вариант 4. Технология чередующегося нагрева выше 760 С и охлаждения ниже 720 С.
Рекомендуемый химический состав ковкого чугуна характеризуется пониженным содержанием графитизирующих элементов C=2,4-2,9%; Si=1,0-1,6%; C+Si=3,6-4,2%, что обусловлено необходимостью получения отливок из ковкого чугуна в литом состоянии со 100% отбелом по всему сечению отливки, по той простой причине, что при наличии в литой структуре чугуна пластинчатого графита, в процессе последующего проведения отжига будет формироваться пластинчатый графит (т.е. серый чугун), а не компактный, присущий ковкому чугуну.
Существуют 2 вида ковкого чугуна — черносердечный и белосердечный. Черносердечный ковкий чугун получают графитизирующим отжигом ( эта технология используется в Украине) Белосердечный ковкий чугун получают с помощью процесса обезуглероживающего отжига в окислительной среде. При этом отливки располагают в контейнерах вместе с железной рудой при температуре 1000-1050°C в течение 60-70 ч. Такую технологию используют во Франции, Германии, Италии и других странах. Основными достоинствами такого чугуна являются повышенная вязкость и свариваемость без предварительной и последующей термической обработки.
Преимущества ковкого чугуна
Ковкий чугун имеет следующие преимущества:
- Сочетание отличных механических свойств и высокой обрабатываемости резанием
- Однородность структуры по всему сечению отливки
- Отсутствие внутренних напряжений в отливке
- Способность воспринимать высокие знакопеременные нагрузки
- Хорошая коррозионностойкость
Ковкий чугун используется в производстве мелких тонкостенных отливок (3-50 мм) ответственного назначения, которые работают в условиях динамических знакопеременных нагрузок в автомобильной промышленности, тракторостроении и сельскохозяйственной технике. Из ковкого чугуна изготавливают коробки передач, детали приводных механизмов, шасси, рычаги, коленчатые и распределительные валы, детали сцепления, поршни дизельных двигателей, коромысла клапанов, фитинги и другие изделия.
Ковкий чугун — маркировка
Ковкий чугун маркируется буквами КЧ, за которыми следуют две цифры, отображающие предел прочности при растяжении σB (в кгс/мм2), а за ними, через дефис, следует одна или две цифры, отображающие относительное удлинение δ (в %), через дефис заканчивают маркировку буквы Ф или П, отобраражающие класс чугуна ферритный или перлитный. К примеру, КЧ 37-12-Ф означает — ковкий чугун ферритного класса с пределом прочности на растяжение не ниже — 37 кг/мм2 и относительным удлинением не ниже — 12%.
Классификация ковкого чугуна
В зависимости от микроструктуры металлической матрицы ковкий чугун подразделяют на ферритный (Ф) и перлитный (П):
- Ковкий чугун ферритного класса с ферритной или феррито-перлитной микроструктурой металлической матрицы, могут быть следующих марок: КЧ 30-6, КЧ 33-8, КЧ 35-10, КЧ 37-12
- Ковкий чугун перлитного класса с перлитной микроструктурой металлической матрицы, могут быть следующих марок: КЧ 45-7, КЧ 50-5, КЧ 55-4, КЧ 60-3, КЧ 65-3, КЧ 70-2, КЧ 80-1,5
Ковкий чугун — механические свойства
Механические свойства материала отливок из ковкого чугуна ферритного и перлитного классов должны удовлетворять требованиям ГОСТ 1215-79, приведенным в табл. 1.
Таблица 1: Механические свойства ковкого чугуна по ГОСТ 1215-79
Марка | Временное сопротивление разрыву, МПа, (кгс/мм2) |
Относительное удлинение, % |
Твердость по Бринеллю, НВ |
не менее | |||
КЧ 30-6 | 294 (30) | 6 | 100-163 |
КЧ 33-8 | 323 (33) | 8 | 100-163 |
КЧ 35-10 | 333 (35) | 10 | 100-163 |
КЧ 37-12 | 362 (37) | 12 | 110-163 |
КЧ 45-7 | 441 (45) | 7* | 150-207 |
КЧ 50-5 | 490 (50) | 5* | 170-230 |
КЧ 55-4 | 539 (55) | 4* | 192-241 |
КЧ 60-3 | 588 (60) | 3 | 200-269 |
КЧ 65-3 | 637 (65) | 3 | 212-269 |
КЧ 70-2 | 686 (70) | 2 | 241-285 |
КЧ 80-1,5 | 784 (80) | 1,5 | 270-320 |
Примечание: * По согласованию изготовителя с потребителем допускается понижение на 1%.
Ковкий чугун — химический состав
Рекомендуемый химический состав ковкого чугуна согласно ГОСТ 1215-79, приведен в табл. 2.
Таблица 2: Химический состав ковкого чугуна по ГОСТ 1215-79
Марка | Массовая доля, % | ||||||||
Основные компоненты | Примеси, не более | ||||||||
C | Si | C+Si | Mn | P | S | Cr | |||
Ферритного класса | |||||||||
КЧ 30-6 | 2,6-2,9 | 1,0-1,6 | 3,7-4,2 | 0,4-0,6 | 0,18 | 0,20 | 0,08 | ||
КЧ 33-8 | 2,6-2,9 | 1,0-1,6 | 3,7-4,2 | 0,4-0,6 | 0,18 | 0,20 | 0,08 | ||
КЧ 35-10 | 2,5-2,8 | 1,1-1,3 | 3,6-4,0 | 0,3-0,6 | 0,12 | 0,20 | 0,06 | ||
КЧ 37-12 | 2,4-2,7 | 1,2-1,4 | 3,6-4,0 | 0,2-0,4 | 0,12 | 0,06 | 0,06 | ||
Перлитного класса | |||||||||
КЧ 45-7 | 2,5-2,8 | 1,1-1,3 | 3,6-3,9 | 0,3-1,0 | 0,10 | 0,20 | 0,08 | ||
КЧ 50-5 | 2,5-2,8 | 1,1-1,3 | 3,6-3,9 | 0,3-1,0 | 0,10 | 0,20 | 0,08 | ||
КЧ 55-4 | 2,5-2,8 | 1,1-1,3 | 3,6-3,9 | 0,3-1,0 | 0,10 | 0,20 | 0,08 | ||
КЧ 60-3 | 2,5-2,8 | 1,1-1,3 | 3,6-3,9 | 0,3-1,0 | 0,10 | 0,20 | 0,08 | ||
КЧ 65-3 | 2,4-2,7 | 1,2-1,4 | 3,6-3,9 | 0,3-1,0 | 0,10 | 0,06 | 0,08 | ||
КЧ 70-2 | 2,4-2,7 | 1,2-1,4 | 3,6-3,9 | 0,3-1,0 | 0,10 | 0,06 | 0,08 | ||
КЧ 80-1,5 | 2,4-2,7 | 1,2-1,4 | 3,6-3,9 | 0,3-1,0 | 0,10 | 0,06 | 0,08 |
Применение ковкого чугуна
С экономической точки зрения, применение отливок из ковкого чугуна всегда обосновано. Отливки из ковкого чугуна значительно дешевле, чем отливки из стали.
Ковкий чугун широко используются в автомобильной промышленности и производстве тракторов, а также других отраслях:
- Машиностроительные предприятия используют отливки в основном на ферритной основе и относительно немного на перлитной. Но литейно-механические свойства ковкого чугуна на перлитной основе значительно выше.
- Перлитный ковкий чугун применяется в сельском хозяйстве как современный конструкционный сплав и заменитель углеродистой стали. Ковкий чугун привлекает своими высокими эксплуатационными, конструкционными и технологическими свойства, а также зачастую имеет лучшее сочетание этих характеристик.
Ключевая особенность ковкого чугуна – это его применение в производстве как деталей с небольшим весом (например, поршневые кольца), так и крупных элементов с весом до 150т независимо от толщины стенки отливки. Изделия из ковкого чугуна могут также подвергаться необходимой термической и механической обработке.
Хорошим примером использования ковкого чугуна, который заменил стальные изделия — это коленчатые валы для двигателей больших дизельных автомобилей и тракторов. При этом преимуществом чугунного изделия является не только низкая цена (по сравнению со сталью), но и отличные эксплуатационные свойства (гашение вибрации, работа при высоких температурах).
Таблица 3. Чугуны ковкие, их основные свойства и применение
Марка | НВ | Свойства и применение |
КЧ 35-10 КЧ37-12 | 160 | Чугуны ферритного класса используют для производства деталей,
эксплуатируемых при высоких динамических и статических нагрузках (картеров, редукторов, ступиц, крюков, скоб, задних мостов, кронштейнов) |
КЧ 30-6
КЧ 33-8 |
160 | Для изготовления менее ответственных деталей
(хомутов, гаек, вентилей, деталей сельскохозяйственных машин, глушителей, фланцев, муфт, тормозных деталей, педалей, гаечных ключей, колодок, кронштейнов) |
КЧ 45-7 | 203 | Ковкие чугуны перлитного класса марок обладают высокой прочностью,
умеренной пластичностью и хорошими антифрикционными свойствами. Из них получают вилки карданных валов, шестерни, червячные колеса, поршни, подшипники, звенья и ролики конвейерных цепей, втулки, муфты, тормозные колодки, коленчатые валы |
КЧ 50-5 | 226 | |
КЧ 55-4 | 236 | |
КЧ 60-3 | 264 | |
КЧ 65-3 | 264 | |
КЧ 70-2 | 280 | |
КЧ 80-1,5 | 314 |