Металлообрабатывающая компания

VT-METALL

Гибкий подход - железное качество

Бесплатный номер:

Офис в Москве:

Звоните, мы сейчас работаем
+7 (800) 301-99-67 +7 (499) 403-38-65
info@vt-metall.ru
Заказать звонок

VT-METALL

Металлообрабатывающая компания

Звоните, мы сейчас работаем
8 (800) 301-99-67
МЕНЮ
Высокопрочный чугун: свойства, характеристики, сферы применения

Высокопрочный чугун

Высокопрочный чугун

Из этого материала вы узнаете:

  • История высокопрочного чугуна с шаровидным графитом (ВЧШГ)
  • Свойства высокопрочного чугуна
  • Применение высокопрочного чугуна
  • Маркировка высокопрочного чугуна
  • Влияние добавок на свойства высокопрочного чугуна
  • Причины нарушений в структуре высокопрочного чугуна

Высокопрочный чугун применяется там, где пасуют многие другие марки стали, он превосходит их как по химическим, так и по механическим свойствам. Используется в промышленности, машиностроении, строительстве.

Относительно простые технологические процессы во время выплавки и литья позволяют снизить стоимость конечного продукта. При этом процент дефектов намного ниже, чем при изготовлении стали, что делает высокопрочный чугун ее серьезным конкурентом.

История высокопрочного чугуна с шаровидным графитом (ВЧШГ)

В середине прошлого века американский исследователь-металлург Кейт Дуайт Миллис, добавив в расплавленный чугун магний, обнаружил, что полученная отливка приобрела удивительные свойства – структура металла включала не пластинки графита, как в обычном чугуне, а идеальные графитовые шарики.

 

Примечательно, что это открытие было сделано через считанные дни после того, как на очередном съезде представителей американских литейных заводов некий Дж. В. Болтон озвучил свои фантазии о том, что в будущем будет возможно изменять форму графитовых включений в структуре серого чугуна.

С 1943 года принято вести отсчет истории чугуна высокой прочности с включениями сфероидального графита. Во многих статьях на эту тему рождение высокопрочного чугуна датируют 7 мая 1948 года, когда на съезде североамериканских литейщиков представитель компании International Nickel публично объявил о выплавке образцов высокопрочного чугуна с шаровидным графитом.

VT-metall предлагает услуги:

И все же правильнее относить официальный день рождения этого сплава более чем на год позже – на 25.10.1949. Именно тогда Кейт Миллис получил, наконец, патент на изобретение высокопрочного чугуна с шаровидным графитом.

В эти годы в Советском Союзе металлурги также проявляют большой интерес к перспективной разработке. Киев и Москва становятся центрами активного изучения физико-химических свойств недавно открытых в Америке сплавов. Начинают свою работу научные коллективы, перед которыми поставлена задача разработки технологии выплавки видов высокопрочного чугуна и исследования их свойств.

 

Следует отметить, что отечественным государственным стандартом (ГОСТ 7293 от 1985 года), в названии которого указан «чугун с шаровидным графитом для отливок», регламентируется также выплавка ВЧВГ – высокопрочного чугуна с вермикулярным графитом, структура которого содержит графит в виде червеобразных включений.

Свойства высокопрочного чугуна

Говоря о свойствах различных видов высокопрочного чугуна, следует отметить, что несмотря на их многообразие, все они показывают отличные литейные качества и прочностные данные. Кроме того, высокопрочный чугун отличается высокой пластичностью, хорошей механической обрабатываемостью и устойчивостью к циклическим нагрузкам, которая обусловлена низким коэффициентом концентрации напряжений.

К отличительным литейным свойствам высокопрочных чугунов со сфероидальными включениями графита следует отнести:

  • высокую жидкотекучесть;
  • низкую склонность к образованию горячих трещин;
  • малую усадку.

Применение высокопрочного чугуна

Высокопрочный чугун с включениями сфероидального графита производят в виде отливок массой от сотен граммов до десятков тонн.

Применение высокопрочного чугуна

Механические свойства высокопрочного чугуна отличаются большим разнообразием, что позволяет использовать его при изготовлении:

  • коленвалов автомобильных и корабельных моторов;
  • тормозных суппортов, якорей дисковых тормозов, анкерных тормозных пластин и т. п.;
  • прокатных валков;
  • поршневых колец;
  • распорок подшипников качения;
  • поршней в ударных дрелях и т. д.

Помимо конструкционных чугунных сплавов высокой прочности, в современном производстве часто применяются специальные марки. Это могут быть жаростойкие и ростоустойчивые сплавы типа нирезиста, чугун с повышенной устойчивостью к воздействию разнообразных агрессивных факторов внешней среды, антифрикционный высокопрочный чугун и многие другие.

Сегодня высокопрочные чугунные сплавы наиболее широко востребованы при изготовлении труб высокого давления.

Маркировка высокопрочного чугуна

Маркировка высокопрочных типов чугуна, в отличие от серого, включает два численных индекса, из которых первый обозначает прочность металла на разрыв, а второй – величину относительного удлинения. К примеру, марка чугуна ВЧ 38-17 обладает пределом прочности 38 кгс/мм2 и относительным удлинением 17 %.

Приведенная ниже таблица содержит значения, которым должны соответствовать механические характеристики металла, прошедшего термообработку: 

Марка высокопрочного чугуна

Временное сопротивление при растяжении, Па (кгс/мм2)

Условный предел текучести, МПа (кгс/мм)

ВЧ 35

350 (35)

220 (22)

ВЧ 40

400 (40)

250 (25)

ВЧ 45

450 (45)

310 (31)

ВЧ 50

500 (50)

320 (32)

ВЧ 60

600 (60)

370 (37)

ВЧ 70

700 (70)

420 (42)

ВЧ 80

800 (80)

480 (48)

ВЧ 100

1000 (100)

700 (70)

Влияние добавок на свойства высокопрочного чугуна

Углерод

Промышленные ковкие чугуны содержат 3-4 % углерода. Его наличие прямо влияет на образование сфероидальных включений. Чем ниже процентное содержание углерода в сплаве, тем меньше в нем шарообразного графита.

Влияние добавок на свойства высокопрочного чугуна

Повышение концентрации углерода способствует улучшению литейных свойств металла, повышая его жидкотекучесть.

Высокое содержание углерода вызывает ускоренный рост сфероидальных включений графита, а за счет того, что плотность этого минерала значительно ниже плотности самого расплава чугуна, эти шарообразные образования обладают плавучестью, поэтому начинают подниматься к поверхности. При таком течении процесса может происходить излишняя сегрегация углеродных включений в расплаве.

Кремний

Этот элемент является очень эффективным модификатором и при этом не образует карбиды. Активируя графит и способствуя его более равномерному распределению в структуре сплава, кремний, кроме того, служит одной из наиболее действенных добавок, повышающих прочность. Также он существенно улучшает пластичность полученного чугуна.

Стабилизируя феррит, кремний способствует увеличению твердости чугунных сплавов (главным образом после отжига металла). Кроме того, присутствие минерала оказывает влияние на распределение шарообразных включений графита. Повышение процентного содержания этого элемента ведет к увеличению числа узелков и повышению концентрации феррита.

В то же время избыточное процентное содержание кремния приводит к образованию массивов графита, снижая качество отливки из высокопрочного чугунного сплава. Другие нежелательные изменения физических свойств металла, вызванные повышенным содержанием кремния, проявляются в:

  • снижении устойчивости металла к ударным нагрузкам;
  • повышении температуры ударного перехода;
  • снижении теплопроводящей способности сплава.

Рекомендованные значения процентной концентрации кремния при промышленной выплавке чугуна лежат в диапазоне от 1,8 до 2,8 %.

Марганец

Определяя нужное процентное содержание этого элемента в составе высокопрочного чугуна, важно помнить, что его избыток способствует формированию карбидов. Исходя из этого, концентрация марганца в металле должна быть не больше 0,5 %.

Кроме того, с повышением процентного содержания этого элемента растет склонность расплава к поглощению атомов водорода и возрастает опасность образования пробоин в тонкостенных отливках. Концентрацию марганца в сплаве не следует использовать как инструмент изменения структуры металлического основания высокопрочного чугуна.

Сера

Процентное содержание этого химического элемента в составе сплава при выплавке высокопрочных чугунов со сфероидальными включениями графита играет крайне важную роль. В случаях, когда в базовом металле при выплавке чугунного сплава высокой прочности содержится сера в концентрации выше 0,015 %, появляется необходимость в добавлении способствующих нодулированию компонентов, таких как магний.

Помимо сказанного, повышенная концентрация серы может приводить к образованию дефектов и образованию повышенного объема окалины. Рекомендованная концентрация этого элемента при выплавке чугуна не должна превышать 0,01 %.

Фосфор

Этот элемент оказывает отрицательное влияние на прочность чугунного сплава. Его содержание в сплаве приводит к снижению ударной вязкости и пластичности металла, ухудшает свариваемость. В большинстве спецификаций указана максимально допустимая концентрация фосфора – не более 0,03 %. На практике приемлемым бывает процентное содержание ниже 0,04 %. 

Более высокая концентрация фосфора в чугуне допустима, когда нужно:

  • понизить ползучесть сплава;
  • повысить теплопроводность чугуна;
  • увеличить сопротивляемость истиранию.

Магний

Добавление этого химического элемента необходимо для получения нодулярного легированного чугуна высокого качества. Для высокопрочных чугунов со сфероидальными включениями графита специализированная литература рекомендует процентное содержание магния в диапазоне от 0,02 до 0,06 %.

Способы плавления высокопрочного чугуна

Различные методы плавления применяются в зависимости от типа сплава, количества металла и их выбор играет существенную роль в достижении необходимого качества сплава и его физико-химических характеристик.

Способы плавления высокопрочного чугуна

Традиционно большая часть ковких чугунных сплавов выплавляется в вагранках. На современных литейных заводах широко применяется плавление в электрических индукционных печах.

Химическая плавка в вагранке

При плавлении в купольных печах или химических вагранках необходимо максимально контролировать качество и состав загружаемых компонентов и кокса. Такая необходимость вызвана неспособностью получаемого кислотного шлака понижать концентрацию серы в расплаве. Содержание этого нежелательного элемента при таком методе выплавки может достигать 0,12 %.

Как уже было сказано, повышенное процентное содержание серы требует добавления модификаторов, таких как магний. С другой стороны, этот способ дает возможность держать под контролем содержание хрома, марганца и других легко окисляемых компонентов.

Традиционная плавка в вагранке

Плюсом традиционного способа плавки в вагранке является возможность контроля процентного содержания серы. Основной расплав до начала сфероидизации содержит от 0,025 до 0,0355 % S. Достигнуть такой низкой концентрации нелегко. В результате вы получаете:

  • увеличение расходов;
  • потерю кремния в процессе плавки;
  • сложный контроль температурного режима;
  • высокое поглощение углерода в процессе выплавки чугуна.

Плавление электрическим способом

Достигать высокой чистоты расплава и стабильности его состава позволяет плавка в электрических печах. Благодаря этому методу можно добиться также большей гибкости при получении разных видов плавильного чугуна.

Повышенный уровень шума и выплавка металла пакетами становятся чаще всего причиной редкого использования электродугового типа печей. Они чаще выступают как оборудование для первичной плавки.

Высокопрочные чугуны со сфероидальным графитом, как правило, выплавляют в электрических печах индукционного типа. Применение такого оборудования на небольших предприятиях предполагает как симплексный режим, так и дуплексный.

Печи без сердечника позволяют произвести первичное плавление металла, а дуплексирование уже проводят в канальных. Применение высокочастотного оборудования оптимально с точки зрения металлургии, но ведет к повышенным затратам.

Если необходимо добиться стабильной скорости выплавки и мощности, предпочтение отдается высокочастотным печам. В целом практика давно показала, что оборудование индукционного типа без сердечников является оптимальным выбором для выплавки ВЧШГ. Низкочастотные печи позволяют добиться максимально гомогенной структуры сплава.

Причины нарушений в структуре высокопрочного чугуна

При выплавке высокопрочного чугуна с шаровидным графитом одной из приоритетных задач выступает правильное формирование сфероидов и их равномерное распределение в структуре сплава.

Образование нодулярного графита в расплаве нередко сопровождается ухудшением физических характеристик конечного металла. Это связано с сопутствующим формированием ненодулярных включений чешуйчатого графита.

Существуют примеси, которые (в сочетании или каждое в отдельности) разрушают такой ценный модификатор, как магний, что приводит к губительным структурным изменениям. К таким разрушительным элементам относят:

  • свинец;
  • висмут;
  • сурьму;
  • титан.

Причем деструктивный эффект от таких примесей имеет накопительный характер. Для этих элементов в профильной литературе не указываются нормы содержания, так как в идеале нужно стремиться к их полному отсутствию в расплаве.

Качество загружаемого материала и влияние примесей на его структуру можно оценить путем анализа характеристик металла в пробных отливках.

По отдельности критическими значениями процентного содержания в составе сплава вредных примесей являются:

  • для свинца – 0,0005 %;
  • для висмута – 0,002 %;
  • для сурьмы – 0,004 %;
  • для титана – 0,1 %.

Для нейтрализации негативного воздействия примесей на физико-химические свойства сплава часто применяют, помимо основного модификатора – магния, церий в малых (от 0,002 до 0,005 %) концентрациях. Придерживаться процентного содержания этого элемента в указанном диапазоне необходимо потому, что более высокая концентрация церия в составе сплава вызывает уменьшение количества клубеньков и повышает риск формирования карбида.

Виды чугуна с шаровидным графитом, который часто называют пластичным железом, широко применяют в современной промышленности. Популярность этого материала обусловлена оптимальным сочетанием литейных и эксплуатационных качеств. Для этих сплавов характерны высокая устойчивость к механическим нагрузкам, коррозии, износу и воздействию высокой температуры.

Как уже было сказано, при относительно низкой стоимости высокопрочный чугун с шаровидным графитом сравним по механическим свойствам с углеродистой сталью. Из этого сплава можно отливать детали сложной конфигурации. Все это делает высокопрочный чугун все более востребованным.

Почему следует обращаться именно к нам

Мы с уважением относимся ко всем клиентам и одинаково скрупулезно выполняем задания любого объема.

Наши производственные мощности позволяют обрабатывать различные материалы:

  • цветные металлы;
  • чугун;
  • нержавеющую сталь.

При выполнении заказа наши специалисты применяют все известные способы механической обработки металла. Современное оборудование последнего поколения дает возможность добиваться максимального соответствия изначальным чертежам.

Для того чтобы приблизить заготовку к предъявленному заказчиком эскизу, наши специалисты используют универсальное оборудование, предназначенное для ювелирной заточки инструмента для особо сложных операций. В наших производственных цехах металл становится пластичным материалом, из которого можно выполнить любую заготовку.

Преимуществом обращения к нашим специалистам является соблюдение ими ГОСТа и всех технологических нормативов. На каждом этапе работы ведется жесткий контроль качества, поэтому мы гарантируем клиентам добросовестно выполненный продукт.

Благодаря опыту наших мастеров на выходе получается образцовое изделие, отвечающее самым взыскательным требованиям. При этом мы отталкиваемся от мощной материальной базы и ориентируемся на инновационные технологические наработки.

Мы работаем с заказчиками со всех регионов России. Если вы хотите сделать заказ на металлообработку, наши менеджеры готовы выслушать все условия. В случае необходимости клиенту предоставляется бесплатная профильная консультация.

 

Экспресс расчет
стоимости заказа

Узнайте предварительную стоимость заказа,
отправив нам необходимую информацию:

Рекомендуемые статьи

Россия, Москва, 2-й Котляковский переулок, 18
Получить бесплатный чертеж

Получить бесплатный чертеж

Скачать прайс

Скачать прайс

Пересчет проекта

Пересчет проекта

Позвонить бесплатно

Позвонить бесплатно

Скачать прайс

Скачать
прайс

Написать WhatsApp

Написать WhatsApp

Заказать звонок

Узнайте предварительную стоимость заказа.
Оставьте заявку, и мы Вам перезвоним.