Химический состав ВЧШГ. Влияние элементов на свойства чугуна

В статье Виноградова О.Н. описаны требования предъявляемые к химическому составу высокопрочного чугуна с шаровидным графитом и влияние отдельных элементов на физико-механические свойства.

Физико-механические свойства материала отливки из ВЧШГ определяются химическим составом, технологией получения, условиями охлаждения, наличием легирующих элементов и др. Состав металла является одним из основных факторов, определяющих ме¬ханические свойства ВЧШГ. Рекомендуемый ГОСТ 7293-85 химический состав чугуна приведен в табл. 1.

Некоторые элементы – деглобуляторы препятствуют сфероидизации гра­фита, поэтому их содержание в чугуне не должно превышать указанных значений (РЬ < 0,009%; Вi < 0,003%; Sb < 0,026%; As < 0,08%; Ti < 0,04; Sn < 0,013%; Al < 0,3%). При постоянном производстве ВЧШГ периодически, хоть раз в две недели стоит контролировать чугун на содержание этих элеметов.

Таблица 1. Рекомендуемый химический состав ВЧШГ

Марка чугуна	Массовая доля элементов, %
	C			Si			Mn	P	S	Cr	Cu	Ni
	Толщина стенки отливки, мм							Не более
	до 50	св. 50 до 100	св. 100	до 50	св. 50 до 100	св. 100
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	—	—
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	—	—
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	—	0,4-0,7	0,1	0,02	0,15	0,3	0,4
ВЧ 70	3,2-3,6	3,0-3,3	—	2,6-2,9	2,6-2,9	—	0,4-0,7	0,1	0,15	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
ВЧ 100	3,2-3,6	—	—	3,0-3,8	—	—	0,4-0,7	0,1	0,01	0,15	0,6	0,8

Магний

Является основным элементом – сфероидезатором. Для образования графита шаровидной формы остаточное  содержание магния в чугуне должно быть не ниже 0,03%, в противном случае графит кристаллизуется в шаровидной форме только частично, вследствие чего механические свойства чугуна снижаются.  При более низком содержании магния часть графита кристаллизуется в виде пластинок, что снижает механические свойства сплава. Толщина стенок отливок, а следовательно и и скорость охлаждения вносят коррективы на минимальное содержание магния в чугуне, чем выше толщина стенки отливки – тем требуется более высокое содержание Mg. Обычно магния в ВЧШГ поддерживают в пределах 0,04-0,08%.

Углерод

Содержание углерода обычно поддерживают на уровне 3,2—3,6%, Увеличение содержания углерода улучшает литейные свойства ЧШГ.

Кремний

Кремний оказывает значительное влияние на микроструктуру и на меха­нические свойства ВЧШГ. При содержании З,0—3,3% кремний способствует получению устойчивой ферритной структуры в сыром состоянии; однако пластичность чугуна при этом снижается. С точки зрения пластичности лучше выдерживать содержание кремния в пределах 2,0-2,4%.

Марганец

С повышением содержания марганца уменьшается доля феррита и увеличивается количество перлита; при этом повышается предел прочности при растяжении и уменьшается относительное удлинение. При производстве ВЧШГ с ферритной структурой в литом состоянии содержание марганца не должно превышать 0,4%.  Для повышения износостойкости содержание марганца увеличивают до 1,0-1,3%.

Никель

Никель способствует уве­личению количества перлита в ВЧШ, причем полностью перлитная структура получа­ется уже при 4,8% Ni, а бейнитная структура — при 6,4% Ni. Влияет на тепло- и электропроводность, коррозионную стойкость и жаростойкость чугуна. С увеличением содержания никеля эти свойства повышаются.

Медь

Си в количестве 1,0—1,5% приводит к образованию перлита, повышая прочность чугуна и пони­жая его пластичность. Содержание меди более 2% препятствует образованию в структуре сплава шаровидного графита.

Алюминий

Оказывает вредное влияние на ВЧШГ, способствуя образованию ПГ уже при содержании 0,2% и особенно при 0,25—0,6%.

Молибден

Способствует измельчению перлита и графитовых включений.

Сера

Самая вредная примесь. Чем выше содержание серы в “исходном чугуне”, тем труднее получить полностью (идеально) шаровидную форму графита и, следовательно, высокие механические свойства. Содержание серы в исходном жидком чугуне до модифицирования не должно превышать 0,03%, для внутриформенного модифицирования желательно иметь значение не выше 0,02% или даже ниже.

Фосфор

Примесь. Оказывает существенное влияние на структуру и механические свойства, образую фосфидную эвтектику (ФЭ), снижает относительное удлинение и ударную вязкость. Чтобы получить чугун с высокой пластичностью, содержание фосфора не должно превышать 0,08%.

Хром

Примесь. С увеличением содержания хрома, в определенных пределах, повышаются жаростойкость, коррозионная стойкость и износостойкость. Способствует образованию карбидов потому его содержание в ЧШГ не должно превышать 0,1%.

Литература

1. Энциклопедия неорганических материалов. В 2-х томах, том 1. Киев, «Высшая школа», 1977 г.
2. Могилёв В.К., Лев О.И. Справочник литейщика. М.: Машиностроение, 1988. – 272 с.
3. Справочник по чугунному литью./Под редакцией д.т.н. Н.Г. Гиршовича. – 3-е изд. перераб. и дополн. Л.: Машиностроение, 1978 – 758 с.
4. Отливки из чугуна с шаровидным и вермикулярным графитом/Захарченко Э.В., Левченко Ю.Н., Горенко В.Г., Вареник П.А. – Киев: Наукова думка, 1986 – 248 с.