Высокопрочный чугун с шаровидным или вермикулярным графитом (ВЧШГ, ВЧВГ)

Отличительной особенностью ВЧШГ являются его высокие механические свойства (табл. 1, 2), обусловленные шаровидной формой графита, который не оказывает сильного надрезывающего воздействия на металлическую основу, вследствие чего вокруг сфероидов графита в меньшей степени возникает концентрация напряжений. При этом ВЧШГ, как и другие чугуны, можно получать со всеми известными структурами металлической основы, выбирая состав металла, в том числе его легирование, технологию производства и методы термической обработки (табл. 3).

Кроме того, ВЧШГ имеет хорошие коррозионную стойкость (не ниже, чем СЧ, см. табл. 2 в статье коррозионная стойкость чугуна), жаростойкость, хладостойкость, антифрикционные свойства, обрабатываемость и может подвергаться сварке и автогенной резке.

ВЧШГ имеет хорошие литейные свойства: высокую жидкотекучесть, незначительную склонность к образованию горячих трещин. Вместе с тем его склонность к образованию усадочных раковин и литейных напряжений выше, чем у СЧ, и находится на уровне этих свойств для стали или ковкого чугуна.

Наиболее существенным для механических свойств ВЧШГ является получение графита правильно шаровидной формы. Шаровидная форма графита зависит от состава металла, условий модифицирования, шихтовых материалов и других условий плавки и от скорости охлаждения отливки. Чем больше скорость охлаждения, тем ближе к шаровидной форме и дисперсией включения графита. Для получения заданных свойств в отливках с большей толщиной стенки уменьшают содержание С и Si в чугуне с повышением их соотношения (табл. 3). Для получения чугуна высоких марок используют легирование небольшим количеством Ni, Сr, Сu, Мо.

Таблица 1. Механические свойства ВЧШГ (ГОСТ 7293-85)
Чугун σв, МПа σ0,2, МПа δ, % HB
не менее
Ферритный чугун
ВЧ 35 350 220 22 140-170
ВЧ 40 400 250 15 140-202
Перлитно-ферритный чугун
ВЧ 45 450 310 10 140-225
ВЧ 50 500 320 7 153-245
Перлитный чугун
ВЧ 60 600 370 3 192-277
ВЧ 70 700 420 2 228-302
ВЧ 80 800 480 2 248-351
Бейнитный чугун
ВЧ 100 1000 700 2 270-360
Чугун с вермикулярным графитом (не регламентирован ГОСТом)
Ферритный 330-380 3-8 135-170
Перлитный 500-600 2 190-250

Таблица 2. Механические свойства высокопрочного чугуна, не предусмотренные ГОСТ 7293-85
Чугун При растяжении При сжатии При кручении
E∗10-3, МПа σ-1, МПа σc, МПа μ ψ, % τ, МПа τ-1, МПа
Ферритный ЧШГ 165-175 120-150 1000-1400 0,28-0,29 12-20 400-460 130-160
Перлитный ЧШГ 175-185 160-200 1500-2000 0,28-0,29 4-8 500-780 180-230
Бейнитный ЧШГ 180-190 240-400 1800-2200 0,28-0,29 2-4 700-900 220-300

Чугун При срезе φ, %, при вибрации с нагрузкой, равной 1/3σ0,2 α, кДж/м2 При изгибе
τв, МПа G∗103, МПа σ-1, МПа σи, МПа
Ферритный ЧШГ 320-400 65-75 10-14 150-200 235-258 750-900
Перлитный ЧШГ 400-550 75-80 8-10 80-200 850-1200
Бейнитный ЧШГ 550-700 80-85 7-10 50-150 1200-1400

Таблица 3. Рекомендуемые химический состав и термическая обработка ВЧШГ
Чугун Мас. доля элементов, % Рекомендуемая термическая обработка
C Si Mn P S Cr Cu Ni
Толщина стенки, мм
до 50 50-100 >100 до 50 50-100 >100 не более
ВЧ 35 3,3-3,8 3,0-3,5 2,7-3,2 1,9-2,9 1,3-1,7 0,8-1,5 0,2-0,6 0,1 0,02 0,05 Отжиг
ВЧ 40 3,3-3,8 3,0-3,5 2,7-3,2 1,9-2,9 1,2-1,7 0,5-1,5 0,2-0,6 0,1 0,02 0,1 »
ВЧ 45 3,3-3,8 3,0-3,5 2,7-3,2 1,9-2,9 1,3-1,7 0,5-1,5 0,3-0,7 0,1 0,02 0,1 Без обработки
ВЧ 50 3,2-3,7 3,0-3,3 2,7-3,2 1,9-2,9 2,2-2,6 0,8-1,5 0,3-0,7 0,1 0,02 0,15 > >
ВЧ 60 3,2-3,6 3,0-3,3 2,4-2,6 2,4-2,8 0,3-0,7 0,1 0,2 0,15 0,3 0,4 Нормализация
ВЧ 70 3,2-3,6 3,0-3,3 2,6-2,9 2,6-2,9 0,4-0,7 0,1 0,015 0,15 0,4 0,6 »
ВЧ 80 3,2-3,6 2,6-2,9 0,4-0,7 0,1 0,01 0,15 0,6 0,6 Двойная нормализация
ВЧ 100 3,2-3,6 3,0-3,8 0,4-0,7 0,1 0,01 0,15 0,6 0,8 Закалка и отпуск

Некоторые примеси оказывают вредное влияние на процесс модифицирования, а следовательно, и на свойства ВЧШГ. Поэтому их содержание должно быть ограничено (0,009% РЬ; 0,13% Sn; 0,026% Sb; 0,04% Ti; 0,08% As; 0,3% Al).

Получение ШГ в чугуне возможно при обработке расплава сфероидизирующими металлами (Mg, Са, Се и др.) и их смесями с другими металлами или неметаллами. Чаще всего применяют магниевые лигатуры на основе Ni, Сu, Si или Са. Чтобы подавить демо-дифицнрующие влияния примесей, всегда имеющихся в чугуне, в лигатуры к магнию дополнительно вводят один или несколько РЗМ.

Способы получения чугуна с вермикулярным графитом принципиально не отличаются от способов получения ВЧШГ, за исключением меньшего количества глобуляризирующих элементов, вводимых в расплав при модифицировании.

Механические свойства чугуна с вермикулярным графитом ближе к свойствам чугуна с шаровидным графитом, а литейные свойства — к чугуну с пластинчатым графитом. ВЧВГ обладает меньшей чувствительностью к изменению толщины стенки отливки, чем чугун с пластинчатым и шаровидным графитом, и вследствие этого может более успешно использоваться в качестве конструкционного материала для крупногабаритных массивных деталей.

Изменение механических свойств ВЧШГ и ВЧВГ при повышенных температурах приведено в (табл. 4). Прочность до 400—450 °С изменяется незначительно, причем она сначала несколько снижается при 150—200 °С, как у многих железоуглеродистых сплавов, а затем снова возрастает при 350—400 °С.

Таблица 4. Изменение механических свойств чугуна при повышенных температурах
Чугун Механические свойства Температура испытаний, °C
20 200 350 400 450 500 550 600
ВЧШГ:
ферритный
σв, МПа 432 351 *1 223 130
δ, % 15,8 14,6 *1 15,2 21,9
перлитный σв, МПа 585 567 *1 362,5
δ, % 1,2 7,2 *1 11,1
E∗10-4, МПа 17,74 17,05 16,27 15,97 15,29 14,50
ЧВГ *2 σв, МПа 416 416 402 382 335 286 216
δ, % 3,5 3,0 2,0 2,8 4,2 8,0 12,0
ферритный σв, МПа 387 382 372 363 314 269 206
δ, % 5 4,0 3,0 4,5 6,0 10,0 14,0
E∗10-4, МПа 15,19 14,62 13,76 13,42 13,03 11,44
перлитный σв, МПа 480 493 470 420 392 309 237
δ, % 2,6 2,0 1,8 1,2 1,5 3,2 7,0
E∗10-4, МПа 16,46 15,87 15,09 14,89 14,11 13,42
КЧ 35-10 σв, МПа 333 315 341 312 261 223 169 107,6
δ, % 12,0 7,7 9,4 9,6 12,2 15,7 23,4 34,6
E∗10-4, МПа 16,6 14,4 12,6 11,7 11,1 10,2
СЧ30 σв, МПа 319,7 307 315 323 304,4 276,6 246 212
δ, % 0,13 0,31 0,64 0,83 1,0 0,18 1,28 1,6
E∗10-4, МПа 13,9 13,4 12,6 12,2 11,8 11,6
*1 Температура испытания 425
*2 ЧВГ в литом состоянии, ферритный после отжига, перлитный после нормализации

Модуль упругости у всех типов чугуна монотонно снижается с повышением температуры.

По герметичности высокопрочный чугун значительно превосходит серый вследствие отсутствия графитовой пористости и пригоден для деталей, работающих под давлением до 40 МПа.

Хорошая износостойкость обусловливает частое использование его для деталей, работающих в условиях абразивного изнашивания и трения при высоких давлениях и затрудненной смазке. Наиболее благоприятной в этом случае металлической основой нелегированного ВЧШГ является перлитная, характеризующаяся меньшим коэффициентом трения f. У перлитного чугуна (НВ 270) f=0,63 при давлении р=1,4 МПа, f=0,52 при р=2,5 МПа, а при перлитно-ферритной основе (НВ 207) f соответственно 0,7 и 0,62.

Сила резания ВЧШГ на 50—60% выше, чем у серого чугуна той же твердости, но при эквивалентных значениях σв обрабатываемость ВЧШГ лучше, чем СЧ. Параметры шероховатости обработанной поверхности у ВЧШГ ниже, вследствие обособленности выделений графита в нем.






Навигация
Болты
Винты, шпильки, штифты, прокладки
Пружины
Заклепки
Шпонки
Гайки
Резьба
Валы
Муфты
Подшипники
Виды соединений
Передачи
Материал
Дополнительные материалы
Госты метизов
Сварка
Мы в соцсетях
podshipniki.moscow применяемость подшипников
Сортовой металлопрокат: str-steel.ru в Москве с доставкой.