Высокопрочный чугун: марки, свойства, применение (ВЧ)

Высокопрочный чугун, он же ЧШГ — чугун с шаровидным графитом, получают модифицированием расплава жидкими присадками. Магния вводят 0,1...0,5 % от массы обрабатываемой порции, церия, иттрия и некоторых других элементов — 0,2...0,3 %. Перед вводом модификаторов из чугуна обязательно убирают серу: её остаток должен быть не выше 0,02...0,03 %, иначе модификатор уйдёт в шлак, а не в расплав.

Как получают высокопрочный чугун

Модифицирование — это не просто добавка в ковш. Магний в чугуне кипит и горит, поэтому его вводят в герметичной камере или под колоколом, а из расплава перед этим снимают серу. Остаточное содержание магния держат в узком коридоре: мало — графит останется пластинчатым, много — полезут газовые раковины и шлак. Именно из-за этого коридора у ВЧ больше отбраковки по образцам, чем у серого чугуна.

Химический состав подбирают под толщину стенки: 2,7...3,7 % углерода, 0,5...3,8 % кремния. Чем тоньше стенка, тем больше углерода и кремния закладывают в шихту — тонкое сечение остывает быстро и без запаса графитизирующих элементов уйдёт в отбел.

Химический состав и структура

Чтобы в высокопрочном чугуне не образовался ледебурит, отливки проходят графитизирующий отжиг. Повышенное содержание углерода и кремния сокращает его продолжительность — отжиг ВЧ короче, чем отжиг белого чугуна, именно по этой причине.

Структура состоит из металлической основы и включений графита шаровидной формы. Основа бывает ферритной или перлитной, и от неё зависят прочность с твёрдостью. Шар при данном объёме имеет минимальную поверхность, поэтому металлическую основу он ослабляет куда меньше, чем пластина: шаровидный графит не работает активным концентратором напряжений. Отсюда и разрыв в свойствах — ферритные чугуны дают σ0,2 = 220...310 МПа, δ = 22...10 %, твёрдость 140...225 НВ, перлитные — σ0,2 = 370...700 МПа, δ = 7...2 % и 153...360 НВ.

Обычно советуют выбирать марку «по запасу прочности» — на практике это переплата за более твёрдую марку там, где деталь работает без ударных нагрузок. Лишние 50 МПа в марке стоят обрабатываемости резанием и лишнего инструмента у вашего же токаря.

Марки по ГОСТ 7293-85

Марки высокопрочных чугунов по ГОСТ 7293-85 состоят из букв «ВЧ» и цифр, соответствующих минимальному временному сопротивлению при растяжении σв в МПа, уменьшенному в 10 раз. ВЧ50 — это не менее 500 МПа на разрыв. По типу основы ряд делится на две группы: ВЧ35, ВЧ40, ВЧ45 — ферритные, ВЧ50, ВЧ60, ВЧ70, ВЧ80, ВЧ100 — перлитные.

МаркаТип металлической основыσв, МПа, не менееσ0,2, МПаδ, %Твёрдость НВ
ВЧ35 ферритная 350 220...310 22...10 140...225
ВЧ40 ферритная 400
ВЧ45 ферритная 450
ВЧ50 перлитная 500 370...700 7...2 153...360
ВЧ60 перлитная 600
ВЧ70 перлитная 700
ВЧ80 перлитная 800
ВЧ100 перлитная 1000

Значения σ0,2, δ и НВ в таблице даны по группам основы — в исходных данных по каждой марке отдельно они не приводятся, и подставлять сюда цифры «по памяти» я не стала.

Свойства высокопрочного чугуна

Литейные и потребительские свойства ВЧ — это обрабатываемость резанием, способность гасить вибрации, высокая износостойкость и ряд других. По прочности и пластичности материал подходит близко к литой стали, но сохраняет чугунные преимущества: хорошую жидкотекучесть, меньшую усадку, низкую температуру плавки.

Гашение вибраций для корпусных деталей и станин значит не меньше прочности. Чугун с шаровидным графитом глушит колебания лучше стали, поэтому из него делают основания станков и корпуса там, где важна не только нагрузка, но и поведение металла в работе.

Формовку таких отливок ведут в ХТС — против холоднотвердеющих смесей по точности и чистоте поверхности другие способы в наших условиях проигрывают: литьё в ХТС даёт предсказуемые припуски на деталях сложной геометрии. О том, как форма влияет на геометрию и допуски, стоит читать не статью, а конкретный чертёж — на тонкостенной детали разница между способами видна сразу.

Применение высокопрочного чугуна

Используют ВЧ для массивных отливок взамен стальных литых и кованых деталей — цилиндры, шестерни, коленчатые и распределительные валы и другие. Такие отливки завод «Промдеталь» льёт по чертежам заказчика: отливки из высокопрочного чугуна на заказ. Замена стального литья и поковок на ВЧ даёт сопоставимую прочность при меньшей температуре плавки и более простой мехобработке.

Серый чугун с пластинчатым графитом сдаёт там, где появляются ударные и знакопеременные нагрузки: пластина работает концентратором напряжений, и деталь ломается хрупко. Если сравнивать ряды по маркам, полезно держать под рукой и серый чугун по ГОСТ 1412-85 — лучшие его марки дотягивают до 350 МПа, тогда как перлитные ВЧ переваливают за 700.

Часть деталей — валы, шестерни, корпуса под давлением — делают из стального литья, но на серии переход на ВЧ обычно окупается. Оплата этой экономии — тот самый узкий коридор по сере и магнию в плавке.

Рядом с серыми, ковкими и легированными чугунами марки ВЧ удобнее сравнивать в общей таблице: все марки чугуна по группам.

Термическая обработка отливок из ВЧ

Для повышения механических свойств — пластичности и вязкости — и снятия внутренних напряжений отливки подвергают термической обработке: отжигу, нормализации, закалке и отпуску.

Чугунные изделия имеет смысл подвергать объёмной закалке. Мелкоигольчатый мартенсит в закалённом поверхностном слое поднимает износостойкость в три и более раз. Термообработка почти всегда идёт в паре с последующей механической обработкой отливок — закалённую корку снимают, иначе резец по ней не идёт.

Для износостойкости применяют и азотирование, иногда с последующей обдувкой дробью. В поверхностных слоях изделия при этом создаются благоприятные сжимающие напряжения — они и держат деталь против усталостных трещин.

Хотите посмотреть, что из этого получается на реальных деталях, — загляните в раздел наши работы: там отливки корпусов, шкивов, колёс и модельная оснастка без ретуши.

Заказать отливки из высокопрочного чугуна

Завод «Промдеталь» льёт чугунное литьё на заказ и изготавливает модельную оснастку по чертежу или 3D-модели. Отливки ВЧ — от 1 штуки до серии, расчёт по чертежу за 1 рабочий день. Подробности, марки и цена — на странице отливки из высокопрочного чугуна.

Ищите где изготовить на заказ отливки из чугуна или стали, модельную оснастку по чертежу или 3D-модели? Завод „Промдеталь“ отливает от 1 штуки до серии, заявку получает технолог завода. Расчёт — за один рабочий день.

Завод «Промдеталь» 📞 +7 (4932) 39-70-31 ✉️ rlmz@mail.ru  Сообщество ВКонтакте → https://vk.ru/liteika37