Ковкий чугун в зависимости от матрицы обозначается буквами «В» (ферритный) или «Р» (перлитный), далее указывают (в кгс/мм 2 ) и b в процентах. Например, B35-12, P60-03. Серый чугун маркируют только тремя цифрами, которые показывают временное сопротивление чугуна в Н/мм 2 – grade 180.
В настоящее время стандарты серии EN заменяют стандарты BS.
В США чугуны разделяют на классы следующим образом:
В табл. 4.5 приведена классификация форм графитных включений по ASTM A247 и сравнение ее с ISO R945(E).
Таблица 4.5 – Классификация форм графитных включений
Кроме указанного, действует еще ряд технических условий на серые чугуны для определенного вида изделий, например, ASTM A159 – для автомобильной промышленности.
Для высокопрочных чугунов также используется система маркировки по механическим свойствам. В системе ASTM для таких чугунов указывают временное сопротивление в ksi – предел текучести в ksi – относительное удлинение в процентах. Например, ASTM A716 – 60–42–10 означает высокопрочный чугун по техническим условиям А716 с =60 ksi; =42 ksi; b=10 %.
В стандарте UNS маркировка чугунов начинается с буквы «F» и состоит из пятизначного номера. Маркировка серых чугунов начинается с «1», например, F11701 (аналог СЧ 15), ковких – с «2» – F23530, высокопрочных – с «3» – F33100.
Износостойкие легированные чугуны стандартизированы техническими условиями ASTM A532. По техническим условиям такие чугуны делят на три класса по основному элементу и системе легирования. Класс I определяет износостойкие чугуны, легированные никелем – так называемые «нихарды» (от Ni–hard) и в него входят четыре типа чугунов, обозначаемые буквами A, B, C, D. Класс II – чугуны со средним содержанием хрома (от 12 до 20 %) и тоже делится на типы (A, B, C). Класс III – чугун с содержание хрома 25 % (тип А).
В табл. 4.6 приведены сравнительные примеры маркировки основных типов чугунов по различным стандартам.
Таблица 4.6 – Сравнение маркировок основных типов чугунов по различным стандартам
В процессе производства он подвергается легированию марганцем и кремнием, в результате чего углерод приобретает пластинчатую форму.
В число полезных свойств этого материала для произведения отливок входят:
повышенная циклическая вязкость;
достаточно высокая прочность;
низкая стоимость производства;
хорошая устойчивость к износу;
высокая усталостная прочность.
Маркировка серого чугуна регламентирована ГОСТ 1412. В соответствии с ним этот металл подразделяется на следующие виды:
Аббревиатура расшифровывается следующим образом: СЧ – серый чугун; цифра – уровень временного сопротивления растяжению, механического напряжения, выраженный кгс/мм2 (σВ). Для примера цифра 20 указывает, что он способен противостоять силе растяжения до 200 МПа. Именно этот показатель следует учитывать при изготовлении отливок определенного назначения, эксплуатация которых будет происходить в тех или иных условиях.
Около 95 % отливок, которые производятся на предприятиях нашей страны выполнены именно из серого чугуна. Он обладает повышенной твердостью и прочностью на сжатые. Кроме этого к его достоинствам как материала для производства отливок относится низкая усадка при затвердевании, хорошая текучесть, и не большая стоимость.
Также этот материал имеет хорошие антивибрационные и антифрикционные свойства, отлично гасит резонансные колебания.
Как уже отмечалось, он имеет низкую прочность на растяжение, но благодаря современным технологиям ее удается повысить в 3-4 раза. В настоящее время прочность серого чугуна наивысшей марки достигает 44 кг на мм. кв.
Добиться таких прочностных характеристик позволяет ковшовый способ обработки этого металла. После того, как он из печи попадает в ковш в него вносят различные добавки, осуществляя таким образом удаление негативно влияющих на характеристики примесей серы, обеспечивая модификацию материала, легируя его. В результате серый чугун приобретает повышенные и особенные, специальные свойства. Можно получить немагнитный, антифрикционный, устойчивый к коррозии и износостойкий чугун.
В соответствии с международным стандартом ИСО 185 серый чугун подразделяется на 6 классов. Основным показателем, который берется во внимание при их определении, является временное сопротивление материала на растяжение. Для выявления класса чугуна в соответствии с этим стандартом испытания производятся на болванках цилиндрической формы диаметром 30 мм, выплавленных из разных партий металла.
1. Отечественные марки серого чугуна и зарубежные аналоги
Чугун с пластинчатым графитом (ЧПГ) является основным литейным сплавом в машиностроении. Главной особенностью микроструктуры ЧПГ, определяющей физико-механические и служебные свойства, является наличие пластинчатого графита. Пластинчатый графит нарушает сплошность металлической основы, поэтому ЧПГ имеет сравнительно невысокие значения временного сопротивления к разрыву и очень низкую пластичность.
СЧ-технологичный материал, обладает хорошей жидкотекучестью, малой склонностью к образованию усадочных дефектов по сравнению с чугуном других типов. Из него можно изготовлять отливки самой сложной конфигурации с толщиной стенок от 2 до 500 мм.
Отечественные марки чугуна с пластинчатым графитом и их зарубежные аналоги.
Россия ГОСТ 1412-85
СЧ 10
СЧ 15
СЧ 18
СЧ 20
СЧ 21
СЧ 24
СЧ 25
—
СЧ 30
СЧ 35
ИСО 185
100
150
—
200
—
—
250
—
300
350
Великобритания BS 1452
100
150
180
200
220
—
250
—
300
350
Германия DIN 1691
GG-10
GG-15
—
GG-20
—
—
GG25
—
GG-30
GG-35
США ASTM A 48
20B
25B
—
30B
—
—
35B
40B
45B
50B
Япония JIS G 5501
FC 100
FC 150
—
FC 200
—
—
FC 250
—
FC 300
FC 350
По согласованию между Изготовителем и Заказчиком значения Δв могут быть сделаны обязательными. По ИСО 185 буквенные обозначения не применяют в марках чугунов.
Классы твердости чугуна с пластинчатым графитом по ИСО 185.
Пределы изменения твердости НВ
Пределы изменения твердости НВ
*от чугуна с пластинчатым графитом (ЧПГ) – большей прочностью и пластичностью.
Благодаря высокой жидкотекучести, ЧШГ может быть использован для производства сложных по конфигурации деталей, получение которых ковкой и штамповкой затруднено, а иногда просто невозможно.
Данные зависимости были получены на образцах диаметром 7,5 мм, изготовленных из заготовок диаметром или толщиной до 30 мм.
Соотношение механических свойств чугунов с различной формой графита.
ЧШГ обладает высокой прочностью при сжатии dсж/dВ> 3, это обстоятельство связано с тем, что графит не влияет на сопротивление сжатию столь отрицательно, как на растяжение. Регламентация требований стандартов на ЧШГ практически везде одинакова. Кроме того, существует международный стандарт ИСО 1083, регламентирующий классификацию литейных чугунов с шаровидным графитом в соответствии с механическими свойствами материала.
Отечественные марки чугунов с шаровидным графитом и их зарубежные аналоги.
Россия ГОСТ 7293–85
400–18, 400–18L, 400–18AL, 400–15, 400–15A
400/18, 400/18L20, 420/12
FGS 350–22L40, FGS 350–22
FGS 400–15, FGS 400–18, FGS 400–18L20
Механические свойства ЧШГ обеспечиваются в литом состоянии или после термической обработки. Показатели относительного удлинения, твердости и ударной вязкости определяют только при наличии требований в нормативно-технической документации, и они должны соответствовать требованиям ГОСТа.
В стандарте ASTM А395 приведена единственная марка ферритного ЧШГ с контролем химического состава по основным элементам и твердости. Одним из основных критериев механики разрушения является критический коэффициент интенсивности напряжений (трещинностойкость) К1С (МПа* м1/2), который используют при расчетной оценке надежности деталей.
ГОСТ 1412-85 Чугун с пластинчатым графитом для отливок. Марки
ГОСТ 7293-85 Чугун с шаровидным графитом для отливок. Марки
ГОСТ 1215-79 Отливки из ковкого чугуна. Общие технические условия (с http://docs.cntd.ru/document/
ГОСТ 7769-82 Чугун легированный для отливок со специальными свойствами. Марки (с Изменением N 1) N 1, 2)
Принципы маркировки по ГОСТ, DIN, NF, JIS, ASTM, BS. Что означает маркировка чугуна?
а) по форме включения графита
6) по химическому составу:
В чугунах используется приблизительно тот же комплекс легирующих элементов, что и в стали (хром, никель, алюминий, молибден, ванадий и т.д.).
Маркировка легированных чугунов осуществляется с помощью букв, обозначающих легирующие элементы (по аналогии со сталями) и цифр, указывающих их содержание (в %). Буква Ш в конце маркировки указывает на то, что графит в чугуне имеет шаровидную форму; если буква Ш отсутствует, то графит пластинчатый. Нелегированный чугун не содержит других легирующих компонентов, кроме углерода.
Чугуны с пластинчатым графитом для отливок
В основу стандартизации серого чугуна положен принцип регламентирования минимально допустимого значения временного сопротивления разрыву при растяжении. В соответствии с этим принципом обозначение марки чугуна в стандартах различных стран содержит значение минимально допустимого временного сопротивления разрыву, определенного в стандартной литой заготовке пробы диаметром 30 мм.
Поскольку значения прочности чугуна данной марки в отливке зависят от скорости охлаждения, определяемой толщиной стенки (диаметром) отливки, в стандартах всех анализируемых стран приводятся минимальные значения полученные, в отдельно отлитых пробных заготовках других диаметров или сечений из серого чугуна каждой марки. А в стандарте Германии, например, приводятся таблицы и номограммы, связывающие прочность чугуна каждой марки с сечением пробной заготовки, что позволяет конструктору выбрать марку чугуна, обеспечивающую требуемую прочность в стенке отливки заданной толщины, или оценить прочность чугуна, которую следует ожидать в этой стенке при заливке чугуном выбранной марки.
Стандарты на серый чугун (кроме отечественного) не регламентируют максимально допустимое значение временного сопротивления разрыву при растяжении, но устанавливают для чугуна каждой марки пределы допустимого значения твердости. Отечественный стандарт оговаривает в примечании к основной таблице, что максимальное значение временного сопротивления разрыву при растяжении, не должно превышать минимально допустимое более чем на 100 МПа. В стандарте Германии DIN 1691 отмечено, что в заказе на отливки должно быть однозначно указано, является ли характерным свойством предел прочности при растяжении или твердость по Бринеллю, и в зависимости от этого маркировка обозначается по-разному. Например:
чугун DIN 1691-GG-25
чугун DIN 1691-GG-210 HB
В отечественном стандарте имеются три марки чугуна СЧ18, СЧ21 и СЧ25, которые допускаются для изготовления отливок по согласованию с потребителем. Стандарт Франции NF А 32-105-65 в настоящее время отменен.
В большинстве марок серого чугуна косвенным методом ограничения прочности является максимально допустимое значение твердости, превышение которого приводит к отбелу и связанному с этим ухудшению технологических свойств. Твердость серого чугуна в значительной степени зависит от количества и размеров включений графита в структуре и количества и дисперсности перлита. Поэтому термическая обработка этого материала также весьма важна. Чугун одной марки может подвергаться нескольким видам термообработки: например, высокотемпературному отжигу для ликвидации структурно-свободного цементита, закалке и отпуску. Для получения марок чугуна от СЧ20 до СЧ35 применяют помимо легирования небольшими добавками Сr, Ni, Мо и Cu модифицирование жидкого металла непосредственно перед разливкой кремнийсодержащими добавками (ферросилицием, силикокальцием, силикобарием и другими).
Чугуны ковкие для отливок
В основу стандартизации ковкого чугуна (ГОСТ 1215) положен принцип регламентирования минимально допустимых значений временного сопротивления разрыву при растяжении, относительного удлинения и твердости (НВ). В зарубежных стандартах регламентируется также минимально допустимое значение предела текучести. Механические свойства ковкого чугуна определяют на литых образцах диаметром 16 мм; в зависимости от толщины стенки отливок допускается применение образцов диаметром 8 и 12 мм. Стандарты зарубежных стран также предусматривают применение образцов примерно таких же размеров.
Чугуны антифрикционные для отливок
ГОСТ 1585 распространяется на антифрикционный чугун для отливок, работающих в узлах трения со смазкой, и включает 10 марок. В ГОСТ 1585 приводится химический состав чугунов, твердость и микроструктура по ГОСТ 3443.
Массовая доля марганца меняется в указанных в марке АЧС-5 пределах в зависимости от толщины стенки.
В зарубежных странах нет стандарта, объединяющего марки антифрикционных чугунов.
Дисперсность пластинчатом перлита определяется средним расстоянием между пластинами цементита.
Термическая обработка антифрикционных чугунов АЧК-1 и АЧК-2 аналогична применяемой для обычных ковких чугунов.
Чугуны с шаровидным графитом для отливок
Механические свойства ЧШГ обеспечиваются в литом состоянии или после термической обработки. Показатели относительного удлинения, твердости и ударной вязкости определяют только при наличии требований в нормативно-технической документации, и они должны соответствовать требованиям настоящего ГОСТа.
В большинстве национальных стандартов на высокопрочные нелегированные чугуны, регламентирующих механические свойства, химический состав чугунов не оговаривается. Обязательными для контроля являются предел прочности при растяжении, предел текучести, и относительное удлинение. В стандартах всех стран, за исключением стандартов Германии и США, приводятся контролируемые пределы величин твердости.
Остальные параметры чугунов, в том числе микроструктура, могут контролироваться по требованию заказчика. Количество графита преимущественно шаровидной формы, оговариваемое в большинстве национальных стандартов, колеблется в широких пределах от 70 % в стандарте Японии до 90 % в стандарте США ASTM А395. В том же стандарте приводится единственная марка ферритного чугуна ЧШГ с контролем химического состава по основным элементам и твердости. Определение пределов прочности и текучести и относительного удлинения в большинстве стандартов осуществляется на отдельно отлитых и специально выточенных образцах диаметром 14 мм из заготовок больших размеров (до 75 мм). Если по техническим причинам необходимо использовать образец другого диаметра, он должен обязательно удовлетворять следующему соотношению:
Отливки заказчику поставляются в исходном или термообработанном виде. Термообработка для снятия напряжений не оказывает влияния на микроструктуру чугуна отливок, остальные виды термообработки проводятся с целью изменения структуры и приведения свойств в соответствие с требованиями стандарта.
Последние три марки получают только термической обработкой с нагревом до области аустенитного превращения.
Чугуны с вермикулярным графитом для отливок
ГОСТ 28394 содержит марки чугуна для отливок, имеющего в структуре графит вермикулярной формы и не более 40 % шаровидного графита.
Механические свойства определяют на одном образце диаметром 14 мм, изготовленном из заготовки толщиной или диаметром 25 мм.
В Румынии стандартизированы три марки ЧВГ. В марках России и Румынии цифровое обозначение марки соответствует требуемому минимальному значению показателя предела прочности при растяжении в МПа. Стандартные марки чугуна с вермикулярным графитом (США) приведены по данным проекта стандарта, разработанного в январе 1982 г. («Standard specification for Compacted Graphite Iron Casting»), которым определены условия приемки и контроля качества деталей из ЧВГ.
Несмотря на сравнительно невысокие показатели механических свойств, чугун с вермикулярным графитом получил в последнее время достаточно большое распространение благодаря хорошим технологическим и теплофизическим свойствам.
Чугуны легированные для отливок со специальными свойствами
ГОСТ 7769 включает следующие марки износостойких чугунов: низколегированные хромистый ЧХ3Т и два никелевых ЧН2Х и ЧН4Х2, высоколегированные хромистые ЧХ9Н5, ЧХ16, ЧХ16М2, ЧХ22, ЧХ28Д2, ЧХ32 и высоколегированные марганцовистые ЧГ7ХЧ, ЧГ6С3Ш и ЧГ8Д3.
Отличительной чертой маркировки десяти чугунов в стандарте Германии (DIN 1695) является величина средней массовой доли углерода (С*10 2 ), проставляемая перед буквами, обозначающими легирующие элементы.
Белые никель-хромистые чугуны делятся на пять классов, обозначаемых цифрой 2 и соответствующей буквой. Чугуны различных сортов данного класса отличаются, главным образом, содержанием углерода.
Белые высокохромистые чугуны (7 классов) существенно отличаются по составу, главным образом, по содержанию хрома; они обозначаются цифрой 3 и соответствующей буквой.
Коррозионно-стойкие чугуны (II марок) согласно ГОСТ 7769 можно разделить на три основные группы: высокохромистые ЧХ22С, ЧХ28 и ЧХ28П, высококремнистые ЧС13, ЧС15, ЧС15М4, ЧС17 и ЧС17М3 и низколегированные никелевые ЧНХТ, ЧНХМД и ЧНМШ. Первая и третья группы имеют аналоги в зарубежных стандартах износостойких чугунов, обладающих, как уже было сказано, и определенной коррозионной стойкостью.
Стандарт США ASTM А518 «Отливки из коррозионно-стойкого высококремнистого чугуна» («Corrosion-resistant high-silicon iron castings») включает три марки: grade 1, grade 2 и grade 3. Они различаются содержанием хрома и молибдена. Массовая доля кремния во всех трех марках одинакова. Отливки, изготовляемые из этого чугуна, для работы в жидких коррозионных средах под давлением должны выдерживать не менее 275 кПа.
В стандарте Великобритании BS 1591 («Corrosion resisting high-silicon iron castings») предусмотрено четыре марки чугуна Si10, Si14, SiCr144 и Si16, отличающиеся содержанием кремния и хрома.
Толстостенные отливки при литье этих марок чугунов должны охлаждаться в форме до 150-200°С. Мелкие отливки выбивают из формы при 800-850°С и помещают в печь при 750-850°С. Выдерживают при температуре 730-740°С в течение 3-4 ч, затем охлаждают с печью до 100-200°С.
Жаростойкие чугуны по ГОСТ 7769 подразделяются на три основные группы: алюминиевые (от 0,6 до 32 % Al) ЧЮХШ, ЧЮ6С5, ЧЮ7Х2, ЧЮ22Ш и ЧЮ30, низколегированные хромом ЧХ1, ЧХ2 и ЧХ3 и кремнистые низколегированные чугуны ЧС5 и ЧС5Ш.
Основным требованием к чугуну каждой марки является химический состав, который определяет микроструктуру и основные эксплуатационные свойства: жаростойкость, износостойкость.
Низкохромистые чугуны содержат от 0,4 до 3,0 % Сr и характеризуются более высокой жаростойкостью, чем обычные серые чугуны. Для предотвращения образования структурно-свободного цементита с увеличением содержания хрома в чугунах увеличивают содержание углерода и кремния и модифицируют чугун.
В стандарте США ASTM А319 (R 1985) приведены три класса чугуна с повышенным содержанием хрома. Содержание его от одного типа к другому возрастает (от А до D), при этом углеродный эквивалент в отличие от чугуна ГОСТ 7769 уменьшается, а содержание фосфора увеличивается вдвое.
К жаропрочным чугунам относятся высоконикелевые чугуны с пластинчатым и шаровидным графитом с аустенитной или аустенитно-карбидной матрицей, обладающие повышенными сопротивлением ползучести и пределом прочности.
В ГОСТ 7769 приведена одна марка аустенитного чугуна с пластинчатым графитом ЧН15Д7 и четыре марки аустенитного чугуна с шаровидным графитом ЧН11Г7Ш, ЧН15Д3Ш, ЧН19Х3Ш и ЧН20Д2Ш, где Н, Д, Г и Х означают наличие легирующих: никеля, меди, марганца и хрома соответственно, среднее значение которых определяется числом, стоящим после буквы. Буква «Ш» указывает на шаровидную форму графита. В соответствии с ГОСТ 7769 для этих чугунов осуществляют контроль: предела прочности при растяжении, относительного удлинения и твердости. Для марки ЧН15Д7 контролируется еще и предел прочности на изгиб.
Стандартом США ASTM А439 предусмотрено 9 марок аустенитного чугуна с шаровидной формой графита. Обозначение марок также условное. Помимо предела прочности при растяжении обязательным для контроля в этих марках чугуна является предел текучести, относительное удлинение и пределы твердости. Контроль механических свойств осуществляется на образцах, изготовленных из специально отлитых отдельно заготовок.
Стандартом США ASTM А571 предусмотрено изготовление марки аустенитного чугуна с шаровидной формой графита (Туре D2М, Class 1 and 2), отличающейся повышенным содержанием марганца. Для этой марки чугуна обязателен контроль ударной вязкости.
В стандарте Франции NF А32-301 на аустенитные чугуны маркировка аналогична стандартам Германии и Японии. Например,
ГОСТ 30430-96 Сварка дуговая конструкционных чугунов. Требования к технологическому процессу
Порошковые проволоки для сварки чугуна.
развития. Впервые порошковая проволока для сварки и наплавки чугуна были разработаны в ИЭС им. Е. О. Патона в начале 60-х годов прошлого века и достаточно широко внедрены в промышленности. Эти проволоки марок ППЧ-1, ППЧ-2 и ППЧ-3 (позже стали называться соответственно ПП-АНЧ-1, ПП-АНЧ-2 и ПП-АНЧ-3) были предназначены в основном для заварки дефектов на отливках из серого чугуна с пластинчатым графитом с толщиной стенки в месте дефекта более 15 мм. Они отличались различным содержанием основных компонентов-графитизаторов: углерода и кремния (в ППЧ-1 — наибольшие, а в ППЧ-3 — наименьшие). Кроме того, все они содержали небольшое количество марганца, титана и алюминия.
В соответствии с составом назначение проволоки каждой марки следующее:
Диапазон возможных режимов сварки порошковой проволокой диаметром 3 мм: сварочный ток Iсв = 250-600 А, ток — постоянный прямой полярности; напряжение дуги Uд = 30-40 В; скорость плавления проволоки vп.пр = 100-300 м/ч; скорость сварки vсв = 5-10 м/ч. Сварку и наплавку чугуна порошковой проволокой выполняют открытой дугой. В отдельных случаях при плохом качестве основного металла во избежание пор целесообразно создавать дополнительную защиту углекислым газом с расходом 600—900 л/ч. При сварке с высоким подогревом ванным способом газовую защиту обычно не применяют, так как при этом создаются благоприятные условия для дегазации жидкого чугуна и освобождения его от неметаллических включений.
Структура металлической основы, а также форма и размеры графитных включений в наплавленном чугуне зависят от состава проволоки и условий охлаждения после сварки.
При сварке проволокой ПП-АНЧ-1 без подогрева металл шва (или наплавленный металл) имеет перлитно-ферритную основу с псевдоэвтектическим графитом, отдельные карбиды и участки ледебурита; ферритно-перлитная основа и розеточный графит образуются при сварке проволокой ПП-АНЧ-2 с подогревом до 300—350 °C; перлитно-ферритная основа и мелкий завихренный графит получаются при сварке проволокой ПП-АНЧ-3 с подогревом до 500—600 °C. Таким образом, сварка и наплавка данными порошковыми проволоками обеспечивают получение однородных и равнопрочных сварных соединений серого чугуна с пределом прочности (временным сопротивлением разрыву) от 120 до 300 МПа.
Установлено, что при сварке порошковыми проволоками с предварительным подогревом до 300—350 °C можно исправлять большинство дефектов, встречающихся в практике литейного производства. Исключение составляют различные сквозные дефекты (трещины, раковины), расположенные на особо жестких конструкциях, мелкие дефекты на трущихся поверхностях, дефекты на изделиях, к которым предъявляются повышенные требования к однородности по твердости, цвету и т. п. В этих случаях необходимо применять сварку с высоким предварительным подогревом.
Кроме заварки дефектов литья были выполнены многочисленные работы по ремонтной сварке чугунных деталей: наплавка бобышек на зубчатое колесо очистного барабана, заварка двух сквозных трещин на станине четырехшпиндельного автомата, исправление дефектов на корпусе камеры компрессора и многие другие.
Совместно с ИЭС им. Е. О. Патона сварку и наплавку чугуна порошковой проволокой освоили многие предприятия тяжелого машиностроения, турбиностроения, химического машиностроения, станкостроения и других отраслей промышленности. Особо следует отметить широкое внедрение технологии ремонта изложниц, поддонов и другого сменного оборудования для разливки стали на металлургических заводах с использованием порошковой проволоки ППЧ-2 (ПП-АНЧ-2).
На московском заводе «Станколит» совместно с базовой лабораторией сварки ВНИИЛитмаша были проведены исследования по корректировке состава порошковой проволоки для заварки крупных дефектов на чугунных станинах с высоким предварительным подогревом. Установлено, что для указанных условий сварки целесообразно введение в шихту проволоки кристаллического графита и железной окалины.
Высокие значения сварочного тока и скорости подачи проволоки при механизированной сварке ванным способом обусловили необходимость повышения электропроводности проволоки. Эта задача была решена путем армирования внутренней, заполненной шихтой полости одной—тремя стальными проволоками. Такое усовершенствование позволило уменьшить электросопротивление проволоки и, следовательно, увеличить удельную плотность сварочного тока в ее сечении; повысить при одних и тех же параметрах сварки (по сравнению с неармированной проволокой) производительность процесса. Использование армирующих проволок позволило исключить из состава шихты железный порошок. Технологичность протяжки порошковой проволоки повысилась в связи с ее значительным упрочнением. Армированная порошковая проволока имела марку ППЧ-3М. При сварке этой проволокой металл шва или наплавленный металл содержал пластинчатый графит в ферритно-перлитной матрице.
При сварке чугунов с шаровидным графитом (ЧШГ), в том числе легированных, структура металла шва и ЗТВ должна характеризоваться шаровидной или компактной формой графита, а также подобной металлической матрицей, чтобы сохранить в сварном соединении ценные свойства основного металла. Сфероидизации графитной фазы достигают путем введения в состав порошковых проволок магния, кальция, редкоземельных металлов, иттрия.
Так, проволока ПП-АНЧ-5, разработанная в ИЭС им. Е. О. Патона, содержит комплекс модифицирующих форму графита элементов — Mg + Ca + РЗМ, которые вводят в шихту в виде лигатуры на основе кремния.
Сварку ЧШГ порошковой проволокой выполняют с предварительным нагревом отливок или деталей до 400—600 °C. Диапазон режимов определяется скоростью подачи проволоки: для диаметра проволоки 3 мм Iсв = 250-600 A, Uд = 25-40 В, vп.пр = 80-350 м/ч, ток — постоянный прямой полярности. Заваренные отливки, как правило, подвергают термической обработке — отжигу. Сварные соединения идентичны по структуре основному металлу и равнопрочны ЧШГ ферритного (ВЧ 42-12), перлитно-ферритного (ВЧ 45-5) и перлитного (ВЧ 50-2) классов.
Шихта порошковой проволоки ППВЧ-1, разработанной во ВНИИЛитмаше, имеет в своем составе модификатор МР-1 или МР-2, изготовленный из иттрийсодержащего сырья. Сварку ЧШГ этой проволокой можно осуществлять с высоким подогревом сварочной ванны без опасности потери шаровидной формы графита в шве.
Порошковая проволока ППСВ-7, разработанная во ВНИИКомпрессормаше (Сумы, Украина) и содержащая большое количество силикокальция, была широко внедрена на предприятиях химического машиностроения для заварки литейных дефектов на чугунных отливках.
В 70—80 гг. былв предложена порошковая проволока для сварки и наплавки чугуна и других видов, но они по химическому составу и технологическим возможностям не добавляли ничего принципиально нового к приведенным выше.http://weldzone.info. aplavki-chuguna
Проволоки сплошного сечения ПАНЧ 11 и ПАНЧ 12
Институт электросварки им. Е. О. Патона разработал проволоку марки ПАНЧ-11 ТУ 48-21-593–77 сплошного сечения из никелевого сплава специального состава [41, 42]. Соотношение содержания никеля и легирующих добавок обеспечивает пониженную температуру плавления электродной проволоки, высокую стойкость швов против горячих трещин и достаточную степень графитизации наплавленного металла. Введение в состав сплава оптимального количества РЗМ гарантирует высокую устойчивость горения дуги и позволяет выполнять сварку без использования защитного газа. Широкое внедрение в промышленность способа механизированной сварки чугуна открытой дугой, без подогрева и без последующей термической обработки позволило радикально решить проблему качественного массового ремонта корпусных чугунных деталей машин и механизмов
Железо образует с никелем непрерывный ряд твердых растворов и на свариваемость никелевых сплавов в небольших долях влияния не оказывает.
Марганец с никелем образует широкую область твердых растворов. Он повышает жаростойкость никеля, является хорошим раскислителем и парализует вредное действие серы. *
Кремний ограниченно растворим в никеле, служит его активным раскислителем и улучшает литейные свойства. Повышенное содержание кремния снижает пластичность и увеличивает склонность никелевых сплавов к образованию горячих трещин, поэтому его содержание не должно превышать 0,3%
Для снижения температуры плавления сварочных материалов целесообразно дополнительное их легирование марганцем и медью.
РЗМ обладают высоким химическим родством к вредным примесям – сере, азоту, кислороду, водороду, значительно снижающим эксплуатационные характеристики. Редкоземельные элементы образуют с такими примесями тугоплавкие соединения, которые препятствуют образованию легкоплавких соединений, увеличивающих красноломкость металлов.РЗМ оказывают модифицирующее влияние на структуру. Даже малые добавки этих элементов провоцируют измельчение кристаллической структуры металлов, а в высокопрочном чугуне вызывают преобразование пластинчатой формы графита в шаровидную.
Электроды для сварки чугуна
Базовые сварочные материалы для горячей сварки чугуна
Назначение Наплавленный металл – чугун с перлитно-ферритной структурой Прутки чугунные (ГОСТ 2671-70) А, Б Для горячей газовой сварки (заварки) и изготовления электродов Прутки чугунные ПЧ-1 Для горячей газовой сварки, наплавки (Ø 10…12 мм), изготовления электродов (Ø 12…16). Разработаны с целью улучшения сварочно-технологических свойств прутков и повышения качества наплавленного металла Электроды чугунные на прутках ПЧ-1, А, Б ЭЧ-1 Для горячей дуговой сварки-наплавки (Ø 12…16 мм) Наплавленный металл – чугун с перлитной структурой Прутки чугунные ПЧС-1 (ПЧ-2) Для горячей газовой сварки,
наплавки, изготовления электродов
Прутки чугунные самофлюсующие ПЧ-3 Для горячей газовой сварки, наплавки при исправлении дефектов модифицированных
Электроды чугунные на прутках
ЭЧ-2 Для горячей дуговой сварки наплавки Наплавленный металл – чугун с шаровидным графитом Электроды чугунные на прутках ПЧС-2 ЭВЧ-1 Для горячей дуговой сварки-наплавки
В основу стандартизации серого чугуна заложен принцип регламентирования минимально допустимого значения временного сопротивления разрыву при растяжении ( В). В соответствии с этим принципом обозначение марки чугуна содержит минимально допустимое значение В определенного в стандартной пробной литой заготовке. Механические свойства серого чугуна регламентируются ГОСТ 1412-85 и приведены в табл.1.2. Необходимо учитывать, что порядок подготовки и проведения механических испытаний серого и других чугунов отличаются от методов испытания стали. Например, для чугунных отливок контроль свойств проводят по ГОСТ 27208-87 «Отливки из чугуна. Методы механических испытаний», а способы получения заготовок для образцов из каждого чугуна регламентированы соответствующим стандартом (для серого – ГОСТ 24648 –81).
K большинству чугунных отливок в силу особенностей их эксплуатации часто предъявляются различные условия, включающие другие (не предусмотренные ГОСТ 1412-85) требования по механическим свойствам, а также по физическим и теплофизическим показателям. На практике достаточно часто удается проследить связь между определенной группой физико-механических и теплофизических свойств чугуна и эксплуатационными показателями конкретного изделия. Наиболее часто встречающиеся показатели механических свойств серого чугуна, часть из которых не регламентируется ГОСТ 1412-85, приведены в табл.1.3-1.5.
Большое влияние на механические свойства чугуна имеет скорость охлаждения металла, а, следовательно, и толщина стенок отливок. В этом случае при оценке реальной прочности отливок рекомендуется изготавливать различного рода тестовые заготовки, которые соответствуют толщине отливок, и из них вырезать образцы для испытаний. Определенные представления о влиянии толщины стенки отливки на прочность и твердость чугуна можно получить, воспользовавшись данными табл.1.6.
Таблица 1.3 – Механические свойства серого чугуна при растяжении и изгибе
Основные показатели, характеризующие физические свойства чугуна (плотность, удельная теплоемкость, теплопроводность и коэффициент линейного расширения), приведены в табл.1.7 в соответствии с приложением № 2 ГОСТ 1412-85. Данные такого рода имеются также в стандартах других стран, например, Британский стандарт BS 1452 1977.
Модуль упругости чугуна зависит от размеров графитных пластин и уменьшается с увеличением их размера. Более высокий уровень пластичности серый чугун с пластинчатым графитом показывает при сжатии. Например, осадка серого чугуна в холодном состоянии при сжатии может составлять 20 – 40 %. При растяжении пластичность, как видно из табл. 1.3, не достигает и 1 % удлинения.
Таблица 1.4 – Механические свойства серого чугуна при сжатии
Таблица 1.5 – Механические свойства серого чугуна при кручении
Обобщая имеющиеся в литературе данные, необходимо заметить, что плотность чугуна тем выше, чем ниже содержания в нем углерода и кремния. Коэффициенты теплового расширения и удельной теплоемкости зависят не столько от химического состава чугуна, сколько от его структуры. При этом легирующие элементы слабо влияют на эти коэффициенты. Исключение составляет только медь. Теплопроводность чугуна, связанная с теплопроводностью структурных составляющих, оказывается наибольшей при максимальном содержании графита.
Таблица 1.7 – Физические свойства чугуна с пластинчатым графитом (ГОСТ 1412-85)
Как конструкционный материал серый чугун используются для широкого спектра изделий практически во всех отраслях машиностроительного комплекса. К числу наиболее крупных потребителей чугунного литья следует отнести автомобилестроение, станкостроение, тяжелое и металлургическое машиностроение, санитарно-техническую промышленность и пр.
Чугунные распределительные валы дизельных и карбюраторных двигателей (легированные чугуны марки СЧ 25 и СЧ 30) имеют высокую износостойкость и широко применяются в автомобилестроении. Легирование молибденом, хромом, никелем обеспечивает хорошую закаливаемость и прокаливаемость чугуна, и заданную глубину отбеленного слоя (в отбеленных кулачках). Высокая твердость и износостойкость кулачков достигаются либо за счет поверхностной закалки чугуна, в структуре которого (в носике кулачков) имеются игольчатые карбиды, либо за счет поверхностного отбела чугуна в кулачках при кристаллизации в контакте с холодильником. Отбеленные кулачки предпочтительны в тяжелых условиях работы.
Тормозные диски, барабаны и нажимные диски сцепления, работающие в условиях сухого трения с высокими скоростями скольжения должны обеспечивать в паре с фрикционной пластмассой стабильный коэффициент трения и износостойкость. При многократных циклах торможения, во время которых в контакте фрикционной пары выделяется тепло, а затем быстро отводится, на поверхности чугунной детали образуются термические трещины, снижающие прочность. Для тормозных барабанов и дисков средней нагруженности чаще всего применяют серый чугун марки СЧ20 или СЧ25. В условиях высокой нагруженности деталей, когда на поверхности трения образуются термические трещины, применяют специальные высокоуглеродистые термостойкие чугуны с повышенным уровнем легирования. Для наиболее тяжелых условий работы рекомендуется использовать перлитные чугуны с вермикулярным графитом.
Крышки коренных подшипников из серого чугуна применяют в основном в карбюраторных двигателях легковых автомобилей. Для обеспечения перлитной структуры и твердости не менее 200 НВ крышки подшипников отливают из серого чугуна марки СЧ25. Для тяжело нагруженных карбюраторных двигателей и для дизельных двигателей применяют крышки подшипников из ковкого чугуна или чугуна с шаровидным графитом.
В станкостроении серый чугун применяют для широкой номенклатуры литых деталей с массой от 0,1 кг до 100 тонн с толщиной стенок от 4 до 200 мм, работающих в самых разнообразных условиях. Классификация станкостроительных литых деталей из серого чугуна с учетом этого разнообразия конструкций и условий работы осуществляется в соответствии с ОСТ 2 МТ 21-2-83. При выборе марки чугуна конструктор в зависимости от класса, группы детали и приведенной толщины стенки отливки определяет необходимый минимальный уровень твердости и микроструктуры.
С учетом специфики большинства станкостроительных деталей, работающих преимущественно на жесткость, а не на прочность, предпочтение отдают чугунам, обладающим повышенной твердостью и пониженной пластичностью. Такие чугуны по химическому составу отличаются повышенным (против рекомендаций ГОСТ 1412-85) содержанием кремния и марганца при пониженном содержании углерода. Если невозможно получить необходимый уровень твердости чугуна, в направляющих применяют легирование, формовку с холодильниками и др.
Отливки из серого чугуна весьма широко и успешно используются для определенной номенклатуры деталей сменного металлургического оборудования: сорто- и листопрокатные валки, всевозможные изложницы для разливки слитков, шлаковые чаши и т.п.
(в кгс/мм 2 ) и b в процентах. Например, B35-12, P60-03. Серый чугун маркируют только тремя цифрами, которые показывают временное сопротивление чугуна в Н/мм 2 – grade 180.
=42 ksi; b=10 %.
В). В соответствии с этим принципом обозначение марки чугуна содержит минимально допустимое значение 
