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:

1. Сочетание отличных механических свойств и высокой обрабатываемости резанием
2. Однородность структуры по всему сечению отливки
3. Отсутствие внутренних напряжений в отливке
4. Способность воспринимать высокие знакопеременные нагрузки
5. 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

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

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