Свойства ковкого чугуна

Свойства ковкого чугуна

Свойства ковкого чугуна зависят от ряда факторов: способа отжига, толщины отливки, типа плавильного агрегата, первичной структуры и т. д.

а) Состав ковкого чугуна и его влияние на механические свойства.

Во всех случаях содержание углерода и кремния подбирается таким образом, чтобы в отливках до отжига не было заметных выделений графита. Поэтому, чем больше содержание углерода, тем меньше должно быть содержание кремния. Общее содержание этих элементов зависит от толщины отливки и температуры перегрева чугуна и может быть легко определено по структурным диаграммам. Механические свойства ковкого чугуна могут меняться в значительных пределах, в зависимости от способа его производства, состава и структуры. В противоположность стали, прочность ферритного ковкого чугуна увеличивается вместе с пластичностью. В перлитном же чугуне, где повышение прочности зависит от увеличения количества перлита или повышения его дисперсности, удлинение копкого чугуна уменьшается параллельно с увеличением прочности.

Отношение предела текучести ковкого чугуна к пределу прочности колеблется от 60 до 80%.Вместе с тем следует отметить, что колебания механических свойств ковкого чугуна весьма значительны даже при одной и той же структуре. Наибольшее влияние на механические свойства ковкого чугуна имеет углерод, в особенности при производстве черносердечного чугуна.

При получении белосердечного состава ковкого чугуна углерод в значительной степени окисляется, и поэтому исходное его содержание не так резко отражается на механических свинствах отливок. Однако, принципиально и здесь понижение содержания углерода в чугуне имеет следствием повышение механических свойств.

Применение легирующих элементов для отливок из ковкого чугуна не получило до сих пор практического развития, хотя изучен и уже многими исследователями. Причина этого заключается в том, что большинство легирующих элементов задерживает графитизацию, в особенности вторую стадию. Поэтому легирование представляет интерес, главным образом, при производстве перлитного состава ковкого чугуна.

Единственным легирующим элементом, нашедшим некоторое применение в производстве ферритного ковкого чугуна, является медь. Она повышает, по имеющимся данным, прочность черносердечного и белосердечного ковкого чугуна, не оказывая почти влияния на удлинение. Особенно заметно влияние меди при высоком содержании углерода в ковком чугуне, причем влияние это может быть еще усилено за счет дисперционного твердения (нагрев до 730 - 740°, выдержка 1 час, охлаждение на воздухе, дисперсионный отжиг 3 - 6 час. при 500).

б) Влияние других факторов на механический свойств ковкого чугуна. Кроме химического состава ковкого чугуна, на механические свойства ковкого чугуна оказывает влияние ряд других факторов. Из них основную роль играют первичная и вторичная кристаллизация. Так, например, все факторы, размельчающие первичную структуру белого чугуна, повышают его свойства после отжига. Поэтому увеличение температуры перегрева жидкого чугуна и уменьшение толщины отливки повышают механические свойства ковкою чугуна. Однако, в белосердечном ковком чугуне прочность сначала повышается с увеличением толщины отливки вследствие возрастания количества перлита в структуре, а затем уже падает. Пластические же свойства ковкого чугуна все время понижаются с увеличением толщины отливки причем у белосердечного ковкого чугуна в большей степени, чем у черносердечного. Этому способствуют не только укрупненне первичной структуры чугуна, но и относительное уменьшение глубины обезуглероженной зоны.

Ковкий чугун, как правило, имеет на своей поверхности ферритную корку. Наличие ее повышает механические свойства ковкого чугуна, в особенности пластичность, в тем большей степени, чем выше первоначальное содержание углерода в металле. Вследствие этого даже при получении черносердечного ковкого чугуна оказывается полезным ведение процесса отжига в руде, если исходное содержание углерода в отливках сравнительно велико. Обычно же при велении процесса в нейтральной среде стремятся уменьшить или даже практически исключить обезуглероживание, чтобы обеспечить полный распад перлита в наружных зонах отливок.

Еще большее падение свойств, главным образом пластичности и вязкости, наблюдается при механической обработке белосердечного ковкого чугуна. Прочность же его при этом мало меняется или даже повышается вследствие относительного увеличения количества перлита в сечении отливки. Термическая обработка ковкого чугуна  изменять его структуру и свойства, повышается прочность и понижается пластичность. Чем больше время выдержки отливок при температуре выше критической, тем больше свободного углерода переходит в раствор, тем больше, следовательно, образуется перлита при последующем быстром охлаждении, тем больше прочность и меньше пластичность чугуна.

в) Технологические, физические и химические свойства ковкого чугуна. Из технологических свойств ковкого чугуна наибольший интерес представляет обрабатываемость. Ферритная структура черносердечного ковкого чугуна, низкая твердость, отсутствие абразивных включений и наличие углерода отжига делают этот материал весьма пенным с точки зрения обрабатываемости. Однако и белосердечный ковкий чугун, хотя и уступает в этом отношении черносердечному, все же обрабатывается значительно лучше, чем сталь и серый чугун. В некоторых случаях (фитинги), вследствие образования более гладкой поверхности и блестящей резьбы, его даже предпочитают черносердечному ковкому чугуну. При механической обработке следует иметь в виду, что во избежание затупления резца о перлитную корку, часто залегающую под обезуглероженным наружным слоем, первую стружку необходимо брать достаточно толстой, чтобы направить резец сразу по нормальной ферритной структуре.

Оптимальной структурой для антифрикционных отливок является перлито-ферритная с содержанием около 70 - 80% перлита, что обеспечивает чугуну не только износоустойчивость, но и необходимую в некоторой степени пластичность. Такие отливки во многих случаях допускают замену дорогих.  Что касается химических свойств, то во многих средах, например, на воздухе, в атмосфере топочных газов, при воздействии воды и, ковкий  чугун, благодаря своей ферритной корке оказывается более стойким, чем сталь и серый чугун. При этом, как показали Ю. С. Лейзерман и А. С. Кушнирский, медь несколько повышает коррозионную стойкость ковкого чугуна в этих средах.