В соответствии со стандартом Японии JIS маркировка чугуна начинается с буквы F. Далее следует буква или комбинация букв, указывающих на тип чугуна (C — серый чугун, CM — ковкий чугун, CD — высокопрочный чугун), а за ними располагаются три цифры, которые обозначают временное сопротивление чугуна в Н/мм². Например, маркировка FCD 400 отвечает марке высокопрочного чугуна ВЧ 40.
Марки чугуна
Чугунные отливки изготавливаются различными методами литья и имеют широкий спектр свойств. Чугун представляет собой общий термин, объединяющий целую группу сплавов. Чтобы достичь оптимальных результатов в конкретном применении при минимальных затратах, необходимо знать характеристики различных марок чугуна:
- литейный (Л, ЛР);
- передельный (П, ПВК, ПЛ, ПФ);
- серый (СЧ);
- ковкий (КЧ);
- низколегированный;
- высоколегированный;
- антифрикционный (АЧВ, АЧК, АЧС);
- высоконикелевый;
- с шаровидным графитом (ВЧ);
- с вермикулярным графитом (ЧВГ).
Где используется серый чугун?
На сегодняшний день серый чугун является наиболее распространённым типом чугуна. Основные компоненты этого сплава — углерод и кремний. Вместе со сталью он представляет собой один из наиболее широко используемых инженерных сплавов.
В начале развития автомобильной промышленности серый чугун являлся предпочтительным материалом для изготовления блоков цилиндров, головок и множества других компонентов двигателей внутреннего сгорания. В настоящее время серый чугун, благодаря своим отличным характеристикам и низкой стоимости, активно используется для производства люков, дождеприемников и иных элементов дорожной и инженерной инфраструктуры.
Название данного сплава происходит от вида поверхности его разлома, которая имеет серый цвет.
В сером чугуне графит затвердевает в виде связанных между собой чешуек. Каждое скопление таких чешуек образует эвтектическую ячейку, аналогичную зернам в других металлах. Прочность сплава улучшается за счет уменьшения размера ячеек. Обычно серый чугун демонстрирует высокую хрупкость, а его пластичность оставляет желать лучшего. Хлопья графита действуют как небольшие внутренние трещины, создавая точки напряжения. Серый чугун обозначается номером класса, который соответствует пределу прочности данного сплава на разрыв.
Поскольку серый чугун имеет крайне низкую пластичность, также нехарактерны измерения предела текучести и относительного удлинения. Таким образом, серый чугун считается хрупким материалом.
Как обозначается и расшифровывается маркировка чугуна
Пример кратких обозначений чугуна
Одним из основных преимуществ чугуна является его универсальность в качестве литейного сплава. Благодаря его уникальным характеристикам, из чугуна можно производить практически что угодно. В настоящее время изделия из этого сплава высоко ценятся в самых различных сферах — от автомобилестроения до специализированных военных технологий, включая танкостроение.
Со времени его использования металлургия адаптировала состав чугов и создала несколько их разновидностей. Это позволяет заранее принимать во внимание плюсы каждой марки при решении конкретных задач. На сегодня известны следующие виды и подвиды чугуна. Давайте рассмотрим их более подробно, включая их маркировку.
Маркировка серых чугунов
СЧ — обозначение серого чугуна, представляет собой сплав, состоящий из кремния, железа и углерода, который находится в форме графита. В соответствии с ГОСТ 1412-70, буква С обозначает серый, а Ч – чугун. При написании маркировки часто встречаются также цифры, например СЧ 00, СЧ 12-28. В данном случае первые цифры характеризуют пределы прочности при растяжении, а вторые – пределы прочности при изгибе.
Кроме того, серый чугун делится на несколько групп, решающих разные задачи в зависимости от их свойств и характера применения:
- Ферритные и ферритно-перлитные. Эти изделия имеют классы СЧ по растяжению от 12 до 28 единиц, а по изгибу от 28 до 40. Применяются для изготовления незначительных деталей, которые не требуют больших нагрузок, например декоративные колонны, арматура и т.д.
- Перлитные. Классы СЧ 21-40 и 40-60. Эти марки чугунов обычно находят применение при производстве сверхпрочных деталей, которые будут подвергаться значительным динамическим нагрузкам, а также давлению. Из них изготавливают зубчатые колёса, головки поршней, детали для станков и так далее.
- Сталистые. Классы СЧ 24-44 и СЧ 28-48. Эти разновидности чугунов изготавливают с добавлением стали и используются для деталей, испытывающих скользящие нагрузки, например неподвижные станины.
- Модифицированные. Классы СЧ 32-40 и 52-64. Эти марки делаются путем добавления в серый чугун специальных добавок, улучшающих определенные характеристики материала. При правильном использовании образец можно получить, например, менее восприимчивым к трещинам.
- Антифрикционные (АЧС). Эти марки изготавливаются для деталей, работа которых связана с трением, например, подшипников скольжения. Существуют несколько разновидностей:
- АЧС-1 и АЧС-2 применяются для работы с закалёнными деталями и отличаются друг от друга составом.
- АЧС-3 используется в остальных случаях.
Таким образом, если вы увидите маркировку чугуна, введённую в форму СЧ 12-28, это будет означать, что перед вами серый ферритный чугун, обладающий прочностью 12 единиц на растяжение и 28 на изгиб.
Серый чугун
Серый чугун представляет собой сплав железа с углеродом, в котором содержание углерода находится в пределах от 2,5 до 3,7%, содержание кремния — от 1,0 до 2,9%, содержание марганца — от 0,2 до 1,1%, а содержание фосфора и серы не превышает 0,3% и 0,12% соответственно. Углерод, кремний и марганец способствуют улучшению механических и литейных свойств сплава, тогда как фосфор и сера, будучи вредными примесями, adversely влияют на свойства чугуна. Фосфор может придавать материалу хрупкость, а сера негативно сказывается на качественных характеристиках в тонких частях отливки, снижая его жидкотекучесть. Поэтому их содержание в сплаве должно быть как можно меньше.
Серый чугун широко используется в машиностроении благодаря своему низкому производственному ценнику, хорошей обрабатываемости и высоким литейным и механическим свойствам. Однако он также характеризуется низкой вязкостью и хрупкостью, поэтому отливки, изготовленные из серого чугуна, не должны подвергаться ударному воздействию. Хрупкость серого чугуна обусловлена тем, что углерод в этом материале представлен в виде графитовых пластинок, которые действуют как надрезы, нарушая целостность металлической основы.
По ГОСТ 1412-70 серый чугун делится на марки: СЧ 12—28, СЧ 15—32, СЧ 18—36, СЧ 21—40, СЧ 24—44, СЧ 28—48, СЧ 32—52, СЧ 36—56, СЧ 40—60 и СЧ 44—64. В данной маркировке буква С обозначает серый чугун, а буква Ч – чугун, две первых цифры представляют собой предел прочности при растяжении в кгс/мм², а последние две цифры показывают предел прочности при изгибе в тех же единицах. Мало прочный чугун марки СЧ 12—28 обычно используют для отливок фундаментных плит, строительных колонн и других малонагруженных изделий. Чугун средней прочности марок СЧ 15—32 и СЧ 18—36 применяют для производства разнообразных отливок деталей станков, сельскохозяйственных машин и т.д. Особенно прочный чугун, обозначенный марками с СЧ 21—40 до СЧ 36—56, используется для производства деталей насосов, компрессоров, турбин и других ответственных компонентов машиностроения. Наиболее ответственные и крупные детали в машиностроении и других отраслях производятся из самых прочных сортов чугуна, марок СЧ 40—60 и СЧ 44—64, которые были освоены за последние годы.
Плавка серого чугуна в основном происходит в шахтных печах — вагранках. Современные вагранки можно разделить на два типа: с копильником — они используются при крупном литье, когда необходимо накопить большое количество расплава, и без копильника — применяются для получения расплава с более высокой температурой, но в меньших объемах. Производительность вагранок составляет от 5 до 30 тонн чугуна в час.
Рис. 14. Схемы микроструктур серого чугуна: а — обыкновенный, б — высокопрочный; 1 — графит пластинчатый, 2 — графит шаровидный, 3 — металлическая основа.
Классификация чугунов
Металлургическая промышленность производит различные виды чугуна. Сорт зависит от форм графита или цементита, а также других компонентов, которые входят в состав сплава.
Серый чугун (СЧ)
Этот тип чугуна обозначают буквой СЧ. На срезе он имеет серовато-черный цвет благодаря присутствию графита, который определяет его естественный цвет. В составе серого чугуна также содержатся различные примеси, включая кремний. Этот вид чугуна легко поддается механической обработке и широко применяется в машиностроении для производства неответственных деталей. При добавлении в него фосфора серый чугун становится более жидкотекучим, что делает его пригодным для всех видов литья, включая художественное.
Белый чугун
На разрезе белый чугун выглядит светлым благодаря присутствию карбида железа. Он может подвергаться дальнейшей переработке, превращаясь в ковкий чугун и сталь, именно поэтому его относят к передельным. У него высокие твердость и хрупкость, трудная механическая обработка делает его непригодным для самостоятельного использования как конструкционного материала.
Ковкий чугун
Обозначение этого типа — КЧ. Он образуется при длительном отжиге белого чугуна.
Этот материал обладает характеристиками, такими как повышенная ударопрочность и прочность при растяжении, однако не поддается обработке давлением. Ковкий чугун подходит для изготовления деталей сложной формы.
Высокопрочный чугун
Данный вид обозначается буквами ВЧ. Высокопрочный чугун получается путем добавления специальных добавок в серый жидкий чугун для придания графиту сферической формы. Он используется для производства ответственных частей, таких как шестерни, коленвалы, поршни, которые должны обладать высокой износостойкостью.
Форма выпуска передельного и литейного видов — специальные формы, известные как чушки. Современные технологии позволяют получать полуфабрикаты в виде квадратных, листовых, пластинчатых и брусковых заготовок различных видов чугуна.
В зависимости от назначения и химического состава выделяются следующие разновидности чугуна:
Каждая из них названа в честь добавляемых металлов:
- циркониевые;
- хромистые;
- ванадиевые;
- медные;
- титановые.
Легированные виды чугуна особенно востребованы в производстве агрегатов, механизмов и деталей, работающих в экстремальных и неблагоприятных условиях.
Чугун, который отличается увеличенным содержанием ферромарганца или ферросилиция, классифицируется как специальные ферросплавы. Их добавляют в процесс сталеплавления для удаления кислорода — раскисления.
К легированным чугунам относятся:
- Антифрикционные;
- Жаростойкие;
- Жаропрочные;
- Коррозионностойкие.
Антифрикционные виды маркируются первой буквой АЧ. Например, АЧС — это антифрикционный серый чугун. Также можно встретить маркировку АЧВ — антифрикционный высокопрочный чугун и АЧК — антифрикционный ковкий чугун.
Жаростойкий чугун обозначается буквами ЖЧ, после которых указывается легирующий элемент. Например, ЖЧХ-2,5 указывает на жаростойкий чугун с добавлением 2,5% хрома.
К жаростойким относятся марки: ЧН19ХЗШ.
К коррозионностойким: маркировка ЧНХТ, ЧН1МХД, и их также называют специальные чугуны.
Производство
Технология промышленного получения железа из железосодержащего сырья и производства чугуна достаточно трудоемкая и сложная. Учитывая это, нет смысла подробно обсуждать все процессы химической и технологической переработки. Желающие могут углубиться в изучение данного вопроса, обращаясь к специализированным источникам по металлургии.
Чугун выплавляется из различных типов руды, таких как магнитный, красный и бурый железняк, на металлургических комбинатах с использованием специализированных доменных печей. В качестве топлива традиционно используется кокс, который может частично заменяться мазутом или газом.
Перед загрузкой в доменную печь руда проходит предварительную подготовку. Кроме руды и топлива, для плавки также используются флюсы — известняки, которые необходимы для образования шлака и удаления серы из расплава.
Методы подготовки зависят от качества руды и могут включать дробление, сортировку, окусковывание, обогащение и другие процессы.
После завершения всех подготовительных этапов руда превращается в шихту, которая непрерывно загружается в доменную печь.
Теплый воздух, обогащенный кислородом и природным газом, подается через фурмы в нижней части печи, где он сгорает при высокой температуре, образуя диоксид углерода. Поднимаясь вверх, этот газ соединяется с кислородом и не сгоревшим углеродом, преобразуясь в угарный газ CO, который реагирует с оксидами железа, вытягивая кислород.
В результате проходят химические реакции, дающие почти чистый металл. Расплавленная масса чугуна стекает вниз в горн, в то время как несгораемые остатки также скапливаются на дне.
Готовый чугун периодически сливают в специальные ковши.
Пока в печи идет процесс плавления, отверстие для слива чугуна запечатывают специальной пробкой из тугоплавкой массы. Когда металл готов к слива, пробку пробивают, чтобы выпустить расплавленный металл через специальные каналы, расположенные в полу цеха.
Жидкий шлак также сливается из печи через другой канал.
С каждой плавкой берется проба для анализа. Металл заливается в специальную форму, после чего проводится анализ. Все процессы автоматизированы, и за ними следят квалифицированные операторы.
Обывателю доменная печь может казаться гигантской пробиркой, внутри которой происходит сложный процесс превращения железной руды в чугун.
Преимущества железного литья
Чугун, как и любые другие материалы, имеет определённые достоинства и недостатки, которые необходимо учитывать при эксплуатации продукции из него — запчастей для автомобилей, деталей станков, сантехнического оборудования и ряда других изделий.
- экологичность;
- способность сохранять температуру;
- высокая теплоотдача;
- устойчивость к перепадам температур;
- устойчивость к кислотам и щелочам;
- коррозионная стойкость;
- некоторые виды материалов обладают повышенной прочностью, что позволяет сравнивать их со сталью;
- износостойкость;
- долговечность.
- хрупкость, что требует особой осторожности при сборке;
- относительно большой вес изделий;
- склонность к коррозии при длительном контакте с водой.
Производство чугуна, стали и проката составляет основу черной металлургии в нашей стране. Крупнейшими потребителями железного литья являются стратегически важные отрасли, такие как металлообработка, машиностроение, строительство, транспорт, легкая промышленность, химическая и многие другие.
Железное литье сохраняет свои позиции и в производстве товаров народного потребления — чугунные котлы, сковородки, утятницы, ограды. Чудесные мастера из этого материала создают настоящие произведения искусства — каминные решетки, ограждения, скамейки, перила, изготавливая их с использованием ажурных чугунных узоров.
