§ 63. Высокопрочный серый чугун

Высокопрочными чугуна ми называются чугуны, обладаю­щие пределом прочности при растяжении более 24 кг/см². Методов получе­ния высокопрочных чугунов много; разберем основные из них.

Получение чугуна с перлитной структурой основ­ной массы является простейшим способом. Это достигается подбором соот­ветствующего химического состава металла и скорости охлаждения отливки. Другим способом получения перлитной структуры является термическая обработка отливок. Применяя нормализацию или закалку и отпуск, можно получить перлитную структуру любой степени дисперсности. Перлитный чугун, обладает прочностью выше указанного предела и хорошо работает на истирание.

Способ получения малоуглеродистого (сталистого) высокопрочного чугуна рекомендован Д. К. Черновым.

Чугун выплавляется на шихте с присадкой значительного количества стального скрапа, что уменьшает содержание в чугуне углерода до 2,7— 3% и размельчает его строение.

Перегрев и выдержка чугуна в жидком состоянии обе­спечивают получение структуры чугуна с благоприятным по форме графитом.

Легирование чугуна присадкой небольших количеств ни­келя и хрома, а в отдельных случаях титана или меди обеспечивает получе­ние более мелкого строения основной массы отливки и лучшего строения графита. Легирующие элементы можно присаживать в шихту в чистом виде, чаще же плавку ведут на природно легированных чугунах, в состав кото­рых уже входят необходимые элементы. Низколегированные чугуны ши­роко применяют в качестве заменителей бронзы для втулок и вкладышей подшипников и других деталей, работающих в условиях износа и боль­ших механических нагрузок.

Модифицирование чугуна обеспечивает получение более благоприятной формы графита и однородного строения основной массы металла, вместе с чем повышается и его прочность. Способ модифициро­вания заключается в обработке уже выплавленного жидкого чугуна присад­кой в него различных добавок: ферросилиция, силикоалюминия, силикокальция и др. Их добавляют от 0,1 до 0,8% веса чугуна в размельченном виде на желоб вагранки или в ковш во время его заполнения.

Для получения модифицированного чугуна подбирают такой химиче­ский состав шихты, при котором обычный немодифицированвый чугун давал бы отливку с перлитно-цементитной структурой. После модифици­рования из чугуна получаются отливки, в структуре которых не содержится цементита.

Дальнейшее улучшение механических свойств чугуна проводится путем модифицирования легированных чугунов.

Легирование и модифицирование — процессы совершенно различные. В первом случае изменяется химический состав сплава путем добавки зна­чительного количества того или другого элемента. При этом добавки можно вводить как в жидкий сплав, так и при загрузке шихты в плавильную печь, модифицирующие же добавки обязательно вводят в жидкий сплав непосредственно перед разливкой, они являются средством химико-терми­ческой обработки жидкого сплава. Вследствие этой обработки по-иному протекает процесс кристаллизации сплава и изменяется его структура. Химический состав сплава при этом практически остается неизменным, так как модификаторы вводят в весьма малых количествах.

Модифицированный жидкий чугун немедленно разливают в форму, ввиду того, что через 10—15 мин. эффект модифицирования исчезает.

В современной технике исключительно большой интерес представляет модифицирование обычных чугунов с целью получения шаровидного гра­фита в чугуне (см. фиг. 69, IV). В этом случае чугун модифицируют церием или магнием от 0,1 до 1 %, а затем ферросилицием. Количество модификатора подбирают в зависимости от состава чугуна и степени усвоения им моди­фикатора, так как при малом усвоении модификатора в чугуне остается пла­стинчатый графит, а при большом усвоении чугун получается белым.

Марки чугуна, модифицированные магнием, СПЧП 45 и СПЧП 55, имеют перлитную структуру. Первый из них имеет предел прочности при растя­жении 45 кг/см², второй 55 кг/см². Удлинение — от 1,5 до 5%.

Вследствие высокой механической прочности модифицированные чугуны применяют для ответственных деталей (коленчатых валов, зубчатых колес, штампов, деталей турбин и др.), а также в качестве заменителей ковкого чугуна, стали и цветных металлов.

В настоящее время уже получают чугун, модифицированный магнием, с пределом прочности при растяжении 100 кг/мм² и удлинением 7—8% и больше.