Ковкий чугун

Применяемый в отечественной промышленности черносердечный ковкий чугун получается в результате графитизирующего отжига белого чугуна и  характеризуется повышенными ов, б, ан вследствие образования при отжиге хлопьевидного графита (ХГ). Основные преимущества КЧ заключаются в однородности его свойств по сечению, практическом отсутствии напряжений в отливках, высоких механических свойствах и очень хорошей обрабатываемости. Ковкий чугун применяется преимущественно для отливок с толщинами стенок 3 - 50 мм, что связано со стремлением обеспечить безусловное получение структуры БЧ в литье и однородность строения и свойств во всех сечениях отливки как до, так и после отжига. При этом требования рационального конструирования отливок из ковкого чугуна (равномерность толщин стенок, плавность переходов, устранение тепловых узлов и т. д.) являются обязательными условиями обеспечения высокого качества, надежности и экономичности производства изделий.

Ковкий чугун, как и в СЧ и ВЧШГ, НВ зависит главным образом от матрицы, Е - от графита, причем наибольшее влияние оказывает его форма зависят и от матрицы, и от графита; при этом в отличие от ВЧШГ большое влияние оказывает не только форма, но и количество графита. В связи с этим наибольшую прочность можно получить при дисперсном перлите и малом количестве наиболее компактного графита, а наибольшую пластичность - при феррите и таком же графите. Дисперсность графита почти не оказывает влияния на механические свойства ковкого чугуна, в том числе и на порог хрупкости и поведение при динамических и циклических нагрузках. При этом между значениями ан и б существует хорошая корреляция.
Влияние химического состава на механические свойства в ковкий чугун сказывается вследствие изменения структуры металла и легированности феррита и перлита.

Углерод является основным регулятором механических свойств КЧ. Он понижает ов, б, ан, Е. Чем выше марка КЧ, тем ниже должно быть содержание С, так как при этом не только уменьшаются количество графита и его размеры, но и улучшается его форма. Кремний выбирают в таких пределах, чтобы при данном содержании С и толщине стенки не было выделений графита в сырой отливке, иначе свойства КЧ будут резко понижены.

Марганец сверх количества, необходимого для связывания серы, оказывая тормозящее влияние на графитизацию и легируя Фе. Сера сверх количества, связанного марганцем, перлитизируя структуру, повышает твердость КЧ и соответственно понижает его б и ан, причем это влияние сказывается сильнее, чем влияние избытка Мп. Фосфор понижает б и ан. Понижение содержания Р вызывает смещение порога хрупкости КЧ в сторону отрицательных температур, так что при Р < 0,1% порог хрупкости ФеКЧ смещается до 100 С.

Медь несколько повышает ов и понижает б. Так, при 1,5% Си значение ав увеличивается на 3 кгс/мм2 (3-107 Па), а б уменьшается на 1,0 -1,5%; НВ же мало изменяется. Хром допускается в количестве до 0,06%. При более высоком его содержании может не произойти полный распад карбида и пластические свойства КЧ понижаются. Физические свойства ковкого чугуна, так же как и механические, изменяются в процессе отжига, вследствие изменения структуры матрицы. Плотность КЧ при отжиге уменьшается, значение а несколько увеличивается.

Износостойкость ковкого чугуна является одним из важнейших эксплуатационных свойств деталей, работающих на износ, и определяется главным образом твердостью. Герметичность отливок из ковкового чугуна обеспечивается высокой плотностью и благоприятным расположением и формой графита. Оба эти условия обеспечиваются в КЧ, если питание производится правильно и в достаточной мере. Тогда КЧ выдерживает испытание при давлении более 200 кгс/см2, что позволяет его использовать для производства большого ассортимента деталей гидро-, газо- и паропроводных установок.

Коррозионная стойкость ковкого чугуна в условиях атмосферного воздействия, особенно при наличии на деталях литейной корки, покрывающейся защитными окислами, весьма высока и по некоторым данным превосходит в этом отношении сталь и СЧ. Эта стойкость может быть еще повышена при добавке 0,25-0,75% Си, а при 2% Си высокая стойкость достигается даже в загрязненной дымом и отходящими тазами атмосфере. В особо ответственных случаях стойкость КЧ может быть дополнительно увеличена металлическими (Zn, Cd, Ni, Сг и др.) и неметаллическими покрытиями.

Металлические покрытия ковкого чугуна наносятся термическим способом, например при горячем цинковании (погружением), и электрохимическим способом (хромирование, цинкование и др.). Неметаллические покрытия применяются двух типов: органические (лакокрасочные и синтетические) и неорганические. Наибольшее применение имеет цинкование, которое можно производить, погружением или электрохимическим способом. При горячем цинковании погружением на отливках из КЧ образуется более толстый слой цинка, чем при тех же условиях на стали.

Обрабатываемость ковкового чугуна является его особо благоприятным технологическим свойством, которое в ряде случаев определяет выгодность его применения. Хорошая обрабатываемость КЧ достигается благодаря наличию в его структуре ХГ, облегчающего излом стружки и играющего роль смазки инструмента, а улучшению обрабатываемости ФеКЧ способствует также низкая НВ. Уменьшение трения в зоне контактирования при обработке позволяет снизить усилие резания на 40% по сравнению с усилием резания, необходимым для обработки стали, а при обработке ПКЧ с НВ 190-240 - на 10-30%. Естественно, чем выше марка ПКЧ, тем обычно больше его НВ и ниже обрабатываемость.

Ковкий чугун по литейныме свойствам определяют по его состоянию до отжига. В общем, можно отметить, что вследствие низкой эвтектичности и отбеленного состояния этот чугун характеризуется пониженными литейными свойствами.

Термическая обработка отливок из ковкового чугуна - нормальный технологический процесс, причем графитизирующий отжиг является всегда основной и обязательной технологической операцией. Он применяется в двух стадиях (I - при высокой и II - при низкой температуре) для разложения свободного цементита и цементита перлита при ФеКЧ и в одной I стадии при ПКЧ.

Применение отливок из ковкого чугуна широко распространено во многих отраслях промышлености. Отливки из КЧ весьма разнообразны и могут изготовляться массой от нескольких граммов до 250 кг, а в отдельных случаях и до 2000 кг. Минимальная толщина стенок составляет 3-4 мм, (в редких случаях больше).