Легований чавун: марки, властивості та застосування

Легований чавун - це матеріал, який виробляється методом плавки в доменних печах. В ньому може міститися різна кількість вуглецю. Залежно від кількісного вмісту цієї речовини, виділяють два види чавуну. Перший називають передельным, або білим, а другий - сірим, або ливарних.

Опис видів чавуну

Перший тип - це переробний чавун. Так називається матеріал, в якому вуглець представлений у вигляді такої речовини, як цементит. У зламі він має білий колір, звідки і пішла його назва. Характеризується такий чавун високою твердістю і крихкістю. Він дуже погано піддається механічній обробці. При цьому близько 80 % всього виплавленого чавуну є білим. Основне призначення цього типу матеріалу - це подальша переплавлення в сталь.


Сірий легований чавун - це метал, якому вуглець представлений у вигляді пластичної графіту. У зламі колір - сірий, що також визначило його назву. Крихкість і твердість такого чавуну менше, ніж у білого, але при цьому він набагато краще піддається механічній обробці. Властивості легованого чавуну цього типу полягають у наступному:

По-перше, він відмінно чинить опір стискаючого навантажень типу.

По-друге, цей метал нечутливий до дефектів поверхневого типу, а також відрізняється тим, що непогано протистоїть втомного руйнування.

Однак ливарний легований чавун має досить слабкою ударною в'язкістю, а також низькою пластичністю. З-за цих двох недоліків застосовувати такий матеріал в конструкційних цілях досить складно.

Загальний опис марок сірого чавуну

На сьогоднішній день існують такі марки сірого легованого чавуну типу: СЧ 10 СЧ 15 СЧ 18 СЧ 20 і ще кілька інших. Букви СЧ у маркуванні позначають, що це саме сірий чавун, а наступні дві цифри вказують на граничну навантаження, яке може витримати метал при розтягуванні. Межа міцності в такому випадку вимірюється в МПа.

Різновиди сірого чавуну

Ливарний легований чавун має декілька підтипів. Одним з них став ковкий чавун. Таку умовну назву отримав матеріал, який відрізняється тим, що він більш м'який і в'язкий, ніж сірий. Отримують його з білого чавуну. Для цього використовують процедуру відпалу, яка триває досить довго. Маркування тут приблизно така ж, приміром КЧ 30-6 КЧ 33-8 КЧ 37-12. Букви вказують на те, що цей чавун ковкий, а наступні дві цифри визначають межу міцності на розтяг. А ось що стосується останньої однієї або двох цифр, то вони характеризують максимальне відносне подовження, яке вимірюється у відсотках. Ще один підтип легованого чавуну ливарного - модифікований. Для того щоб його отримати, необхідно додати до сірого спеціальні елементи. Додаються такі модифікатори до розливання речовини. В якості добавок можуть використовувати алюміній, кремній, кальцій та інші. Ці присадки значно збільшують кількість центрів кристалізації. Іншими словами, вони сприяють значному подрібнення графіту. Завдяки таким добавок спеціальний легований чавун відрізняється більш високими характеристиками міцності, меншою крихкістю, підвищеною стійкістю до утворення тріщин. Варто додати, що всі кращі сорти цього сплаву отримують саме з такого модифікованого матеріалу.

Види легованого сплаву

Що означає легований чавун? Легування - це операція по введенню в склад матеріалу різних домішок, які здатні поліпшити його характеристики. Для чавуну такими добавками стали титан, хром, ванадій та інші. Введення до складу легуючих елементів може збільшити такі характеристики, як міцність, твердість, зносостійкість, стійкість до корозії і безліч інших. На сьогоднішній день, в залежності від кількості легуючих елементів чавуну, можна виділити три його типи:

Якщо присадки містяться в кількості до 25 % від усієї маси, то це нізколегированний чавун.

Среднелегированными називають ті матеріали, вміст речовин у яких знаходиться в межах від 25 до 10 %.

Останній тип - високолеговані, якщо зміст модифікаторів сумарно перевищує 10 %.

Речовини для легування, маркування

За Гостом легований чавун повинен містити певну кількість речовин для використання у певній сфері. Крім того, маркування також є стандартною. Наприклад, ЧН15Д7Х - це високоміцний сплав, в якому міститься 15 % нікелю, 7 % міді і приблизно 1 % хрому. Як можна помітити, у маркуванні легуючі елементи позначаються однією літерою, після якої йде цифра, що вказує на кількісний вміст добавки. Проте може бути і так, що цифра відсутня, як після хрому. Це означає, що зміст речовини в складі - близько 1 %.
Що стосується виготовлення такого чавуну, то воно обходиться досить недорого. При цьому кінцевий продукт має досить високими експлуатаційними властивостями. Завдяки цим двом факторам область застосування описуваного матеріалу постійно збільшується.

Види легованого сплаву

Природно, що додавання до складу будь-якої речовини буде збільшувати яку-небудь певну характеристику. Тому розрізняють кілька класів легованих матеріалів. Так, чавун може бути зносостійким. Матеріал, що відноситься до цієї групи, відрізняється тим, що у нього підвищена опірність до стирання, що виникає під час тертя поверхні. До цієї категорії можна віднести антифрикційний і фрикційний чавун. Перший з названих відрізняється дуже низьким коефіцієнтом тертя. Завдяки цьому основне застосування легованого чавуну названого виду - це виробництво таких деталей, як підшипники ковзання, вкладиші для них та інші деталі зі схожими вимогами. Фрикційний матеріал, навпаки, характеризується досить високим коефіцієнтом тертя, а тому найчастіше він застосовується у виробництві гальмових пристроїв для самих різних механізмів, обладнання і т. д.

Нержавіючий чавун

Багато хто знає про те, що існує метал, який називають нержавіючим. Насправді, це не зовсім точне визначення. Просто такі сплави відрізняються тим, що стійкість до корозії у них досить висока. Найбільше поширення названий чавун отримав в кораблебудуванні. Якщо ввести в склад заліза більше 12 % хрому як легуючого елемента і максимально знизити вміст вуглецю, то в результаті вийде саме такий сплав.

Найбільш поширеними його марками стали ЧНХТ, ЧН1ХМД, ЧН15Д7Х2. Вони відрізняються тим, що зберігають високу стійкість до корозії навіть в умовах агресивного навколишнього середовища, мають хорошу опірність до кавітації та зношування в пароводяної середовищі. Невеликий, але все ж досить популярною групою є жароміцний чавун. Основна перевага матеріалу полягає в тому, що він досить погано піддається окисленню, а також відмінно зберігає свої якості в умовах підвищених температур.

Введення міді

В даний час все частіше і частіше починають застосовувати чавун з додаванням міді. Впровадження цієї добавки в сплав значно покращує його ливарні якості. Найкраще це позначається на жидкотекучести матеріалу. Крім цього, значно зменшується схильність до появи тріщин і усадкової пористості. Впровадження 05 % Cu (міді) робить чавун досить придатним, щоб відливати з нього такі деталі, у яких товщина стінок буде становити від 10 до 25 мм. Якщо необхідно збільшити товщину стінок у майбутніх елементів, то доведеться підвищувати і кількісний вміст міді, а також її комплексів. Тут варто зазначити, що ефект від додавання міді можна посилити, якщо в сплав ввести такі елементи, як сурма або вісмут.
Якщо ж вуглецевий еквівалент буде збільшуватися, то вплив міді на кристалізацію графіту зменшується. Легування чавуну міддю може також запобігти відбілювання в поверхневих шарах, а також значно підвищує твердість до середини. Це досить помітно при виплавці гільз циліндрів, головок блоків з чавуну та інших елементів.

Комплексно-легований чавун

Для того щоб успішно виплавляти чавун, який можна використовувати для відливання гільз циліндрів, необхідно використовувати не тільки різноманітні феросплави, але і індукційну піч. Щоб здійснювати виливок таких деталей, використовується марка ИЧХН4 ЧН1ХМД і ЧНМШ і кілька інших типів. Відмітна їх риса полягає у тому, що виплавка всіх деталей здійснюється в тонкостінний або масивний кокіль.

Голчаста структура і високоміцний матеріал

Невелика різновид сірого чавуну, який належить до групи зносостійких, - це матеріал з голчастою структурою. Ступінь легування у такого матеріалу досить низька. Вміст у ньому кремнію і вуглецю також досить низька. У цьому випадку кількісний вміст таких речовин, як мідь, молібден, нікель та деяких інших модифікаторів, збільшується в залежності від необхідної в результаті товщини стінок, а також в залежності від способу лиття, який буде використовуватися. Ще один різновид - це високоміцний матеріал. Це невелика різновид сірого чавуну, який відрізняється вмістом кулястого графіту. Для того щоб отримати таку структуру, в сплав необхідно ввести магній, церій і вісмут. Додавання саме цих трьох легуючих елементів перетворює пластичний графіт ливарного матеріалу в кулястий. Відрізняється такий вид тим, що його механічні якості значно вище, ніж у інших типів чавуну. На сьогоднішній день випускається приблизно 10 різноманітних марок сплаву названої категорії. Такий матеріал можна чудово використовувати в суднобудуванні замість ковкого типу. А найбільш поширеним видом високоміцного чавуну є магнієвий (з великою кількістю магнію в складі).