Остапчук, Рибак Системи технологій

5.3. Характеристика, хімічний склад і класифікація чавуну

Продукт домнового виробництва чавун — залізовуглецевий сплав, який складається із заліза (до 92%) і вуглецю (2,14...5%), домішок силіцію — до 4,3%, манганіту — до 2%, сірки — до 0,07% і фосфору — до 1,2%. Хімічний склад і призначення чавуну залежать від механічних властивостей і стану вуглецю в доев-тектичному залізо-вуглецевому сплаві. У машинобудуванні використовуються чавуни з певним вмістом вуглецю. Вуглець може бути в зв'язаному стані, утворюючи цементит, який сприяє появі особливих механічних властивостей, а в зламі має характерний білий колір. Якщо злам сірого кольору, то вуглець у ньому міститься у вільному стані у вигляді графітних домішок кулястої чи пластинчастої форми, завдяки чому він набуває певних ливар-

228

них і механічних властивостей. Залежно від вмісту, розмірів і розміщення графітових включень чавуни поділяють на звичайні, високоміцні, ковкі тощо.

За кольором зламу чавуни бувають білими й сірими, а за призначенням їх поділяють на переробні, ливарні та спеціальні (домнові феросплави — дзеркальний чавун, феросиліцій та фероманган).

Чавун, який в основному переробляють на сталь, називають переробним. За ДСТУ 3133-95 його випускають марок ПІ, П2 — для сталеплавильного і ПЛІ, ПЛ2 — для ливарного виробництва, ПФ1, ПФ2, ПФЗ (фосфористий), ПВК1, ПВК2, ПВКЗ (високоякісний) із вмістом сірки не більше 0,010% і фосфору не більше 0,015% і відзначається незначна масова частка титану, алюмінію і арсену. У переробному чавуні, виплавленому з руди, що містить мідь, в документі про якість вказують густину міді. Переробний чавун марок ПІ, П2, ПЛІ і ПЛ2 виготовляють із вмістом сірки не більше 0,06%.

З сірого чавуну, який має добрі ливарні властивості, виготовляють виливки, тому його називають ливарним. За ДСТУ 3132-95 залежно від вмісту силіцію і призначення чавун виготовляють марок Л1...Л6 (ливарний) і ЛР1...ЛР7 (ливарний рафінований магнієм).

Ливарний чавун марок Л 1...Л6 виготовляють з вмістом сірки не більше 0,06%. За вимогою споживачів забезпечуються й інші показники якості різних видів чавунів.

Спеціальні чавуни використовують у процесі виплавлення для розкислення і легування сталі та сплавів. Вони мають підвищений вміст силіцію або мангану. Виплавляють також хромонікелеві, ванадієві, ферохромові, ферофосфорні та інші леговані чавуни.

Хімічний склад чавуну залежить від призначення деталі. Вуглець, який входить до складу чавуну, може бути у вільному стані у вигляді частинок графіту, вкраплених між зернами заліза, та в

хімічно зв'язаному стані у вигляді карбіду заліза (цементиту).

Якщо чавун заливають у піщані форми, то його структура набирає вигляду сірого чавуну, а під час швидкого охолодження (лиття в металеві форми), якщо знижено вміст силіцію чи підвищено вміст мангану, утворюється структура білого чавуну. Білий чавун спеціальною обробкою можна перетворити на ковкий. Різновидом білого чавуну є відбілений чавун, який утворюється під час швидкого охолодження виливка. Виливки з цього чавуну (вальці прокатних станів, вагонні колеса) мають твердий поверх-

229

невий шар з м'якою основною масою, тобто структура білого чавуну поступово переходить у сірий.

Чавуни, що містять спеціальні леговані домішки (нікель, молібден, хром) або звичайні домішки (силіцій, манган), але в більшій кількості, ніж звичайно, називають легованими. Легуючі складові вводять для одержання виливків із спеціальними властивостями (підвищеною міцністю, ударною в'язкістю, електроопором, кислотостійкістю).

За призначенням виливки поділяють на звичайні машинобу-дівельні з сірого чавуну, підвищеної в'язкості з ковкого чавуну, поверхневої твердості з відбіленого чавуну, поліпшеними властивостями з легованих та модифікованих чавунів. Виливки, які виготовляють з чавуну, не повинні мати дефектів (раковин, тріщин тощо).

Головна характеристика чавуну — рідкотекучість, усадка, схильність до ліквації (неоднорідності), відбілювання, а також здатність піддаватися термічній обробці, модифікації, обробці різанням, зварюванням, змінювати структуру та утворювати тріщини чи не допускати їх появи, раковин тощо.

Рідкотекучість — здатність рідкого чавуну заповнювати ливарну форму. Підвищення температури та вмісту фосфору поліпшує рідкотекучість чавуну, а надмірна кількість сірки погіршує її.

Усадка — здатність чавуну зменшувати об'єм під час його твердіння. Об'ємна усадка встановлюється за формулою

лінійна

Де — об'єм моделі;

V— об'єм виливка;

— довжина моделі;

— довжина виливка.

Усадка супроводжується утворенням раковин і шпар. Щоб не допустити їх утворення, застосовують ливарну систему.

Лікеація — неоднорідність хімічного складу виливка. Для усунення чи зменшення ліквації необхідні спеціальні форми, шихтові матеріали та режими виготовлення виливка.

Модифікований чавун (з дрібненькими окремими включеннями графіту на основі перліту) одержують додаванням у ківш з

230

рідким чавуном спеціальних домішок-модифікаторів (феросиліцію, силікокальцію тощо).

За ДСТУ 2891-94 чавуни бувають білі, сірі, половинчасті, від-білені, ковкі, антифрикційні, леговані, модифіковані, зносостійкі, жаростійкі, жароміцні, корозієстійкі тощо. Половинчастий чавун (структурно-половинчастий пістрявий чавун), у якого після твердіння структура має дві складові: білу (ледебуритно-карбідно-перлітну) та сіру (перлітно-феритно-графітну). Такий чавун (відбілений) одержують залежно від швидкості охолодження. Антифрикційні — це чавуни з низьким коефіцієнтом тертя. Залежно від вмісту легованих елементів чавуни бувають мікролеговані (не більше 0,1%), низьколеговані (не більше 3%), середньолеговані (від 3 до 10%) та високолеговані (понад 10%). Зносостійкий чавун здатний чинити опір зношуванню за різних умов. Жаростійкий (окалино-стійкий) чавун протидіє руйнуванню в процесі взаємодії з газами за температур до 1100 °С, корозієстійкий, який не руйнується внаслідок хімічних чи електрохімічних впливів у корозійних середовищах.

Содержание