Материал вчшг что это
ВЧШГ: высокопрочный чугун с шаровидным графитом, понятие, применение
Главная страница » ВЧШГ: высокопрочный чугун с шаровидным графитом, понятие, применение
Чугун со сфероидальным графитом (магниевый чугун) – такое научное наименование часто встречается по отношению к ковкому «пластичному железу», где в матрице графит представлен формами сфероида, глобул или узелков. Очевидно, высокопрочный чугун с шаровидным графитом называют «пластичным железом» по причине исключительно высокой пластичности (показатель удлинения достигает значений 22% и выше).
Особенности ковкого «пластичного железа»
Стремительный рост производства высокопрочного чугуна с шаровидным графитом и высокий показатель расхода металла на практике свидетельствуют о выдающихся механических свойствах продукта.
Благодаря термическим обработкам, подобным аустемперингу (austempering), удаётся ещё более усилить свойства высокопрочного чугуна с шаровидным графитом. Неудивительно, что высокопрочный чугун с шаровидным графитом находит широкое применение в самых разных сферах народного хозяйства.
«Пластичное железо» позволяет изготавливать сложные детали методом литья, которые впоследствии легко обрабатываются до финишного состояния
После появления продукта — высокопрочного чугуна с шаровидным графитом, был заменён целый ряд литейных изделий, ранее производимых из серого чугуна и ковкого чугуна. Один из ярких примеров трансформации производства:
Высокопрочный чугун с шаровидным графитом получают обработкой серого чугуна церием или магнием. Более применяемым из этих компонентов является магний, который практически повсеместно используется для производства «пластичного железа» (ВЧШГ). Использование церия отмечается более ограниченным, так как церий является карбидообразующим элементом (объём карбида превышает 0,01%).
Высокопрочный чугун с шаровидным графитом — история появления
Впервые об успешном производстве структур сфероидального графита в составе серых чугунов сообщила Британская исследовательская ассоциация. Информация появилась в 1948 году, когда проходил ежегодный конгресс Американского литейного общества.
Экспериментально серо-гипертонический чугун с церием добавлялся в виде мишметалла незадолго до начала процесса литья. Чуть позже исследователи Международной никелевой компании США нашли способ получения структуры сфероидального графита в литом состоянии путём введения одной из двух добавок в железо:
Последний вариант оказался коммерчески жизнеспособным и в настоящее время универсально используется для производства высокопрочного чугуна с шаровидным графитом.
Разница структурной составляющей: А – серого чугуна; В – ковкого («пластичного») чугуна; 1 – форма графита серого чугуна; 2 – форма графита ковкого пластичного чугуна
Однако механизм образования графитовых узелков до настоящего момента остаётся предметом серьёзных споров учёных. Различные исследовательские группы выдвигали различные теории, но ни одна из выдвигаемых теорий не получила всеобщего признания.
Как правило, высокопрочный чугун с шаровидным графитом производится путём окомкования серого чугуна. Соответственно, расплав серого железа в первую очередь обессеривается. Десульфурацию требуется проводить неизменно, а рекарбюризацию следует выполнять лишь в случае необходимости.
Когда базовое железо требуемого состава готово, структуру соответствующим образом обрабатывают для сфероидизации. После этого проводят последующие инокуляции, расплав без лишних задержек заливают в формы, чтобы избежать эффекта выцветания.
Серый и высокопрочный чугун с шаровидным графитом — различия
В отличие от этого пластичные чугуны имеют предел прочности на разрыв в диапазоне 350 — 1500 Н/мм 2 с хорошим удлинением и высокой ударной вязкостью. В настоящее время на долю таких продуктов приходится около 25% производства чугунных отливок, заменивших стальное литьё, ковку.
Пластичный чугун обеспечил производство уникальных деталей самого разного назначения, которые ранее производились посредством литья из стали или иным образом
Отсюда следует очевидный вывод: самые высокие механические свойства серого чугуна являются отправной точкой для производства отливок из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом.
Выраженные свойства высокопрочного чугуна с шаровидным графитом
Так называемое «пластичное железо» обладает рядом интересных свойств. Эти свойства отмечены ниже:
высокая степень прочности (в некоторых вариациях выше стали),
Как производится «пластичное железо» (ВЧШГ)?
Выбор химической композиции базовых сплавов предпочтителен с целью получения свободной от углерода отлитой структуры. Другие факторы, которые также рассматриваются, это:
На все отмеченные факторы влияет скорость охлаждения.
Присутствие углерода
Содержание углерода в промышленном ковком чугуне составляет 3,0 — 4,0%, но желательны гораздо более узкие пределы диапазона. На количество клубеньков напрямую влияет содержание углерода. Отмечается большее количество сфероидов при более высоком содержании углерода.
Увеличение содержания углерода также увеличивает литейную способность за счёт улучшения текучести и подачи. Уровень содержания углерода должен быть связан с формулой эквивалента углерода:
CE = %C + 1/3 %Si + 1/3 %P
Углеродные эквиваленты значительно превышают параметр 4,3, способствуют развитию и росту графитовых сфероидов. Поскольку графит намного менее плотный, чем расплавленный чугун, эти сфероиды способны становиться плавучими и всплывают к поверхности литья. Такое развитие событий приводит к сильной сегрегации углерода.
Присутствие кремния
Очень сильным активатором, не содержащим карбидов, является кремний. Помимо активации графита и улучшения его распределения, кремний является наиболее мощным полезным элементом для повышения прочности, и до 4% увеличивает пластичность в литом состоянии.
Ассортимент изделий, которые изготовлены на базе пластичного чугуна. Каждая из этих деталей отмечается активным использованием и применением в самых разных конструкциях
Кремний, будучи стабилизатором феррита, увеличивает твёрдость, особенно в отожженном состоянии. Кремний также влияет на распределение графитовых сфероидов. Чем выше содержание кремния, тем больше количество узелков и тем больше содержание феррита.
Однако известно, что более высокое содержание кремния способствует образованию графита массивного типа, что приводит к ухудшению свойств отливок на основе тяжёлого ковкого чугуна. Другими потенциально нежелательными факторами, влияющими на увеличение содержания кремния, являются:
Общий диапазон для коммерческого производства определен в пределах 1,8 — 2,8%.
Присутствие марганца
Единственная цель при выборе процентного содержания марганца – следует избегать в процессе литья образования карбида. Предпочтительно, чтобы такое образование не превышало 0,5%.
Дополнительным преимуществом пониженного содержания марганца является снижение тенденции поглощения водорода и минимизации опасности пробоин. Следует отметить: содержание марганца никогда не следует выбирать с целью контроля структуры матрицы.
Содержание серы
Контроль серы для производства высокопрочного чугуна с шаровидным графитом видится очень важным моментом. Если базовый металл, используемый при производстве высокопрочного чугуна с шаровидным графитом, содержит более 0,015% серы, потребуются увеличивать количества магния или других нодулирующих агентов. Кроме того, появляются проблемы контроля дефектов, возрастает объём окалины. Поэтому в процессе литья оптимальным видится содержание серы в пределах 0,01%.
Содержание фосфора
Фосфор снижает пластичность, ударную вязкость и свариваемость, и эти факторы отрицательно сказывается на прочности литья. По этим причинам большинство спецификаций допускают максимум содержания фосфора — 0,03%. Удачной практикой является сохранение содержания фосфора ниже 0,04%. В некоторых случаях, когда требуются:
содержание фосфора следует поддерживать на более высоком уровне.
Содержание магния
Магний добавляют для нодуляризации, как правило, в легированной форме. Технической литературой предусматривалось содержание остаточного магния в образованном высокопрочном чугуне с шаровидным графитом в пределах 0,02 — 0,06%.
Чугун с шаровидным графитом получают обработкой жидкого (расплавленного) чугуна подходящего состава чистым магнием, непосредственно перед началом процесса литья
Указанный выше диапазон обоснован расчётным количеством легированного магния с учётом факторов, таких как:
Разрушительный элемент и нейтрализация
Одной из целей при производстве ковкого чугуна хорошего качества является получение продукта с тонким распределением хорошо сформированных конкреций внутри структуры.
Процесс с нодулярным графитом способен привести к снижению механических свойств. Причём снижение механических свойств зависит от нонодулярного или чешуйчатого графита стандартов «ISO 945» и «ASTM 247».
Небольшое количество элементов:
по отдельности или в комбинации, разрушают магний, обладающий желаемым модульным эффектом, и поэтому эти элементы часто называют разрушительными или губительными элементами. Эффекты разрушительных элементов накапливаются.
Небольшие количества двух или более разрушительных элементов, присутствующих в количествах, которые по отдельности не имеют значительного эффекта, вместе могут неблагоприятно влиять на образование узлового графита.
увеличиваются в объёмах с увеличением размера литого профиля. По этой причине приемлемые уровни не могут быть указаны.
Влияние использования загрузочных материалов печи, контролирующих подрывные элементы, может быть оценено путём определения влияния на графитовые структуры в испытательном стержне или отливке.
Когда элементы присутствуют индивидуально, возможны губительные (разрушительные) эффекты, если к следующим уровням добавляются:
Влияние губительных элементов можно нейтрализовать добавлением небольшого количества церия (0,002 — 0,005%) в дополнение к магнию. Содержание церия выше примерно 0,01% приведёт к уменьшению количества клубеньков и увеличению риска образования карбидов. Поэтому важно выдерживать указанный процентный диапазон.
Практические способы плавления
Отношение практики плавления к типу и количеству используемого сфероидального сплава имеет большое значение для литья и получения физических свойств. Плавка в вагранке является наиболее распространенным методом плавления ковкого чугуна. Причём в ряде литейных цехов используются электрические индукционные печи.
Химическая плавка в вагранке
Использование химических вагранок (купольных печей) требует строгого контроля над загружаемыми материалами и коксом, поскольку полученный кислотный шлак не способен снизить содержание серы в железе.
Это приводит к содержанию серы в количестве от 0,06 — 0,12%. Если не снизить объём серы, потребуется увеличивать количество сфероидизирующего сплава. Однако плавление в химической вагранке позволяет контролировать легко окисляемые элементы загрузки, такие как хром и марганец.
Поскольку это более окисляемый процесс, чем основной процесс купола. По причине умеренного поглощения углерода при плавлении в вагранке с кислотным основанием и желаемой химии основного чугуна, использование возвращаемого чугуна является ограниченным.
Этим ограничивается строгий контроль состава и высокие температуры металла, однако допускается производство без необходимости горячего дутья.
Традиционная плавка в вагранке
Традиционно используемое плавление в вагранке характеризуется определённым преимуществом контроля серы. Среднее содержание серы в основном расплаве перед сферрадизацией составляет 0,025 — 0,035%. Этот пониженный уровень содержания серы в расплаве достигается за счёт:
Плавление электрическим способом
Электрическое плавление обеспечивает чистый и надежный расплав. Эта методика также обеспечивает наибольшую гибкость для плавильных чугунов различных сортов. Установлено, что электродуговые печи менее популярны, чем индукционные.
Пакетный тип операций и шумовое воздействие электродуговых печей отмечаются факторами, снижающими популярность применения оборудования. Электродуговые печи в основном применяются в качестве первичного расплавителя и в качестве дуплексера.
Электрические индукционные печи являются наиболее распространенными плавильными установками для производства высокопрочного чугуна с шаровидным графитом. Оборудование подобного типа используется как в симплексном режиме в небольших литейных цехах, так и в виде дуплексных установок.
Одна из конструкций электрической индукционной печи, посредством которой выполняется расплавление металла под литьё ВЧШГ
Тип печей без сердечника используется для первичной плавки, а канальная печь используется для дуплексирования. Установлено, что высокочастотные блоки хорошо подходят для работы, с металлургической точки зрения, но эксплуатация такого оборудования связана с высокими затратами.
Однако когда желательны однотонные мощность печи и скорость плавления, высокая частота является предпочтительной. Практически обнаружено: индукционная печь с частотной линией без сердечника является наилучшим оборудованием из всего возможного для выплавки при производстве чугуна. Низкая частота обеспечивает лучшее перемешивание, что приводит к гомогенизации плавления.
Применение высокопрочного чугуна с шаровидным графитом
Последние годы существования промышленного производства отмечаются значительным ростом применения высокопрочного чугуна с шаровидным графитом в процессе изготовления конечных изделий. Об этом свидетельствует постоянно расширяющийся список продуктов, где уже стабильно закрепились:
Заключительный штрих
«Пластичное железо» находит широкое инженерное применение благодаря оптимальному сочетанию литейных и механических свойств. «Пластичное железо» обладает хорошими характеристиками, коррозионной стойкостью, износостойкостью и термостойкостью.
Речь идёт о широко распространённом чугуне, обладающем высокой степенью прочности и хорошей пластичностью. Однако не исключаются проблемы, возникающие из-за более низкой температуры плавления и кипения магния, когда используются различные методы обработки магнием.
При помощи информации: SeminarsOnly
КРАТКИЙ БРИФИНГ
ВЧШГ трубы: особенности и преимущества высокопрочного чугуна и монтажа изделий из него
ВЧШГ трубы – оптимальный выбор для обустройства водопровода и канализационных систем. Для изготовления используют особый высокопрочный чугун с шаровидным графитом (отсюда аббревиатура ВЧШГ). Внутри изделий наносят цементно-песчаное покрытие. Такие детали отличаются по эксплуатационным характеристикам в лучшую сторону по сравнению как с обычными чугунными (из серого чугуна), так и стальными.
Трубы из высокопрочного чугуна имеют высокие эксплуатационные характеристики, отличаются прочностью и хорошо поддаются обработке
ВЧШГ: что это такое и в чем его плюсы
Патент на ВЧШГ был выдан американцу К.Д.Миллису в 1949 году. Шаровидная форма графита в расплаве чугуна позволила значительно изменить его свойства. Новый материал оказался чрезвычайно выгодным благодаря сочетанию ряда параметров:
ВЧШГ успешно потеснил серый чугун за счет большей прочности и пластичности. В отличие от стали, новый материал практически не давал трещин и слабо поддавался коррозии. Его применение вместо стали и цветных металлов позволяло значительно сэкономить на стоимости материалов. ВЧШГ оказался недорог в изготовлении. Другие достоинства, объясняющие распространение материала:
Применение труб из прочного чугуна вместо стальных позволяет существенно экономить средства
Полезно знать! Советский ГОСТ на высокопрочный чугун 7293-85 действует поныне. Он распространяется, помимо ВЧШГ, также на ВЧВГ, где графит представлен в вермикулярной форме.
Способ производства и технические характеристики ВЧШГ труб
Серый чугун применяли для прокладки трубопроводов и систем канализации с середины XIX века. Долговечность материала, как главная его ценность, снижалась хрупкостью чугуна. А хрупкость предопределялась пластинчатой формой углерода (графита). Применение литья с использованием магниевого процесса позволило придать графиту шаровидную форму (овальную, сферическую). Серый чугун разогревается до температуры 1480-1538º С. Добавление специальных магниевых присадок (лигатур) придает графиту сферическую форму. Полученные после термического отпуска отливки сохраняют достоинства обычного серого чугуна:
Помимо этого, высокопрочный чугун обрел целый ряд преимуществ, присущих стали:
Маленькие шарики графита исключили появление трещин и прочих дефектов в ходе литья. Новый материал избавился от хрупкости предшественника. Высокопрочный чугун оказался ковким, пластичным.
Технология производства позволила трубам из ВЧШГ избавиться от хрупкости, которая в значительной мере ограничивает применение таких изделий
Внутреннее покрытие трубы ВЧШГ из цементно-песчаного раствора создает активный и пассивный защитный барьер. Слой раствора изолирует внутренние стенки изделия и обеспечивает пассивную защиту. Процесс гидратации цемента представляет собой активную защиту. В порах цемента образуется насыщенный раствор гидроокиси кальция. Появляется субмикроскопический покров из оксидов железа. Он изолирован цементным раствором от водного потока и останавливает процесс коррозии.
Цементно-песчаное покрытие (ЦПП), нанесенное на внутреннюю сторону изделия, дает не только противодействие коррозии. Оно положительно сказывается на гидравлических свойствах труб. Внутренняя облицовка не позволяет образоваться отложениям и налету. В процессе эксплуатации ЦПП отмечается эффект самосонации (самоуплотнения). ЦПП становится более прочным и плотным. Оно лучше противодействует коррозии и обеспечивает высокий коэффициент проходимости потока жидкости.
Предохраняя внутреннюю поверхность от воздействия агрессивных жидкостей используют высокоглиноземистый (сульфатостойкий) цемент. ЦПП на его основе обеспечивает высокой сопротивляемостью к абразивному воздействию, истиранию. Оно проявляет значительную устойчивость к химическим составам.
Важная информация! Срок службы ВЧШГ труб составляет сто лет. Их применяют тогда, когда невозможно использовать конструкции из других материалов в силу технологических, технических или экономических показателей.
Трубы ВЧШГ используются для прокладки различных магистралей, в том числе и подземных коммуникаций
Какие технические характеристики обусловили широкое применение ВЧШГ труб? К ним следует отнести:
Условия хранения
Иногда возникает необходимость отправить чугунные ВЧШГ трубы на хранение. Перед отправкой на складирование изделия следует проверить. Обнаруженные наружные повреждения или дефекты внутреннего покрытия – устранить. Складируют в соответствии с общими правилами хранения металлопроката. Укладывают в штабели по диаметру на ровную поверхность. Штабель не должен превышать по высоте 2,5 м. Крайне важно, чтобы срок хранения чугунных труб в штабеле был минимальным. Иначе возникают трещины во внутреннем покрытии, сокращается срок службы изделия.
Особенности монтажа
Высокопрочные трубы с шаровидным графитом монтируют методом последовательного наращивания. При этом строго соблюдается запроектированный профиль трубопровода.
Трубы могут быть соединены методом последовательного наращивания, когда ровный край следующей трубы вставляется в раструб предыдущей
Важно! Если нужно укоротить трубу, то закругляют ее гладкий конец. Или выполняют фаску 5 x 30°.
Перед началом монтажа наружная и внутренняя поверхности труб и фланцевых частей очищаются от загрязнения, посторонних предметов. Приспособления для захвата и опускания в траншею монтируемых соединений должны обеспечивать сохранность частей трубопровода. Недопустимо, чтобы изделия ударялись друг о друга, по твердым предметам, дабы избежать деформаций.
Уплотнительное резиновое кольцо в раструбном кольцевом пазе позволяет осуществить уплотнение при стыковке труб. Для этого производится радиальное сжатие уплотнительного кольца. Проверяется правильность размещения его гребня.
Монтаж ВЧШГ труб под соединение «Tyton»
Удобно определять границы монтажа гладкого конца в раструб при использовании раструбного соединения «Tyton». Для этого на трубах нанесена специальная метка. Для других типов соединений специальная метка не наносится.
Внутренняя поверхность уплотнительного кольца и наружная поверхность гладкого конца чугунной трубы до специальной метки покрывается тонким слоем смазки. Важно не допустить попадания смазки между уплотнительным кольцом и внутренней поверхностью трубы.
Характеристики труб ВЧШГ, особенности производства и использования
Чаще всего трубы из чугуна – сплава железа с высоким содержанием углерода – используются в канализационных системах. Но, кроме этой области, трубы ВЧШГ нашли применение и при обустройстве теплотрасс, водопроводов и газовых магистралей, а также в нефтяной сфере, при создании скважин. Эта статья – о свойствах ВШЧГ, областях применения и монтаже изделий из этого материала.
Что такое ВЧШГ?
Прежде всего следует отметить, что для термина труба ВЧШГ расшифровка довольно проста: это труба из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом.
Как известно, чугун содержит большое количество углерода. Путём обработки сплава в сталеплавильном аппарате форсированным доступом воздуха, насыщающего расплав кислородом, получают сталь, в которой углерода значительно меньше. Излишки углерода уходят в образовывающийся в процессе плавки углекислый газ.
Сталь по сравнению с чугуном обладает следующими преимуществами:
Основной недостаток стали – склонность к коррозии, затрудняющая применение сплава в системах канализации. Для решения этой проблемы можно создавать на поверхности стальных труб защитное покрытие (цинковое, хромовое и т.д.) или выпускать сталь специальных нержавеющих марок (с добавлением в состав ванадия, титана, хрома и других веществ), однако в том и другом случае цена изделий заметно повышается.
Выход из положения был найден в 1943 г., когда во время очередного съезда Американской Ассоциации Литейщиков была внесена идея о возможности модифицировать форму содержащегося в чугуне графита с целью управлять его свойствами. В результате через очень непродолжительное время учёный К. Миллис добился замены в сером чугуне ранее существовавшей пластинчатой формы графита на шаровидную.
Осуществить это получилось при введении в расплав магния в небольшом количестве. В результате конечному покупателю стал доступен очень устойчивый к коррозии недорогой материал, в русском языке и обозначаемый аббревиатурой ВЧШГ.
Характеристики и области применения материала
Свойства чугунных труб ВЧШГ на территории России регламентируются ГОСТом 7293-85.
Имеющий такие технологические параметры материал может применяться:
Методики производства труб из ВЧШГ
Поскольку чугун высокопрочный с шарообразным графитом очень востребован в промышленности, его производство с каждым годом набирает обороты, следовательно, возрастает и количество методов получения этого недорогого качественного материала.
На сегодняшний день наряду с традиционной присадкой – магнием – активно применяются такие вещества, как кальций, редкоземельные металлы и другие.
Всё же самым популярным, отчасти вследствие привычности, является процесс с использованием магния или магнийсодержащих присадок (лигатур).
Получаемые на выходе размеры труб ВЧШГ не влияют на способ их изготовления. На сегодня наиболее дёшево и технологически предпочтительно литьё таких изделий.
Требования к трубам ВЧШГ
Система предъявляемых к таким трубам требований довольно запутана, регламентируется как ГОСТом, так и другими нормативными документами.
Например, при конструировании из ВЧШГ пролегающих под землёй трубопроводов особенности сборки этих контуров определяет СП 40-106-202.
Стандартные характеристики и способы использования напорных труб из того же материала регулируются ТУ 14-161-183-2000.
Однако в том и другом случае сортамент изделий регламентируются ГОСТом 9583-75, согласно которому по толщине стенок выделяют три класса труб: ЛА, А, Б. Для каждой толщины стенок предусмотрена своя система типоразмеров, включающая такие параметры, как условный проход, наружный диаметр изделия, масса трубы в зависимости от длины (предусмотрены значения в диапазоне 2-10 м с шагом 1 м) и масса погонного метра продукции.
У предприятий есть возможность изготавливать продукцию согласно ТУ. Например, завод «Свободный сокол» выпускает трубы ВЧШГ не только с раструбами, но и с возможностью фланцевого соединения. Стоит заметить, безраструбная чугунная канализация становится все более популярной.
Для передачи по водопроводу из данного материала питьевой воды производятся трубы ВЧШГ с ЦПП (покрытие цементно-песчаное), исключающим образование в трубе шлака и усиливающим защиту внутренней поверхности изделия от коррозии. В результате качество поставляемой воды соответствует СанПиНу.
ЦПП обеспечивает трубе как пассивную защиту (в качестве покрытия на поверхности изделия), так и активную (во время намокания в микропорах трубы образуется гидроксид кальция, пассивирующий железо с образованием поверхностной плёнки и таким образом предохраняющий его от разрушения в результате коррозии).
Особенности соединения изделий
Монтаж труб ВЧШГ осуществляется двумя способами: электросваркой и соединением в раструб.
Первый вариант осуществляется с применением специальных электродов.
Алгоритм создания раструбного соединения:
В случае добросовестного исполнения соединения собранный контур прослужит долго, не требуя срочного ремонта.