Серый чугун.

      
         В основу стандартизации серого чугуна заложен 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 Ϭв, определенного в стандартной пробной литой заготовке диаметром 30 мм.

МАРКИ И МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СЕРОГО ЧУГУНА (ПО ГОСТ 1412-85)
Обозна­
чение
марки
чугуна
Обозначе­ние по стандарту СЭВ Ϭв , МПа
 
Обозна­
чение
марки
чугуна
Обозначе­ние по стан­дарту СЭВ Ϭв , МПа
 
СЧ 00 31 100 Не определяется СЧ 25 31 125 От 250 до 300
СЧ 10 31 110 От 100 до 150 СЧ 30 31 130 От 300 до 350
СЧ 15 31 115 От 150 до 200 СЧ 35 31 135 От 350
СЧ 20 31 120 От 200 до 250      
Примечание. Допускается превышение максимального значения временного сопротивления при растяжении над минимальным не более 100 Мпа, если в техниче­ских требованиях на отливки нет других ограничений.
Поскольку значения прочности чугуна данной марки в от­ливке зависят от скорости охлаждения, определяемой толщи­ной стенки (диаметром) отливки, в стандартах приводятся минимальные значения Ϭв в отдельно отли­тых пробных заготовках других диаметров или сечений из серого чугуна каждой марки.
 
 
 
ОРИЕНТИРОВОЧНЫЕ ДАННЫЕ О ВРЕМЕННОМ СОПРОТИВЛЕНИИ ПРИ РАСТЯЖЕНИИ И ТВЕРДОСТИ В СТЕНКАХ РАЗЛИЧНОГО СЕЧЕНИЯ (СПРАВОЧНОЕ ПРИЛОЖЕНИЕ № 1 ГОСТ 1412-85)
 
Марка Толщина стенки отливки, мм
 
             
чугуна 4 8 15 30 50 80 150
Временное сопротивление разрыву при растяжении, МПа
(не менее)
 
СЧ 10 140 120 100 80 75 70 65
СЧ 15 220 180 150 110 105 90 80
СЧ 20 270 220 200 160 140 130 120
СЧ 25 310 270 250 210 180 165 150
СЧ 30 - 330 300 260 220 195 180
СЧ 35 - 380 350 310 260 225 205
Твердость НВ ( не более)
 
СЧ 10 205 200 190 185 156 149 120
СЧ 15 241 224 210 201 163 156 130
СЧ 20 255 240 230 216 170 163 143
СЧ 25 260 255 245 238 187 170 156
СЧ 30 - 270 260 250 197 187 163
СЧ 35 - 290 275 270 229 201 179
Примечания. 1. Значения временного сопротивления при растяжении и твер­дости в реальных отливках могут отличаться от приведенных в отливках. 2. Значения временного сопротивления при растяжении и твердости в стенке отливки толщиной 15 мм приближенно соответствуют аналогичным значениям в стандартной заготовке диаметром 30 мм.
 

 

Коррозионная стойкость серого чугуна :


Серый чугун не является коррозионностойким материалом. В сильных и слабых растворах кислот скорость его коррозии высокая.
В атмосфере, даже обогащенной сернистым газом, скорость коррозии (ϑ, мм/г) серого чугуна сравнительно невелика и на­ходится на уровне листовой стали :
Материал:                                                                                            ϑ, мм/г.
Нелегированный  чугун                                                                  0,08—0,79
чугун с 0.3 %                                                                                    0.22 -0,46
чугун с 0.9 %                                                                                    0,25—0.37
корабельная сталь                                                                           0.3—0,74
Скорость коррозии чугунов и стали в морской воде характеризуется следующими значениями:
Материал:                                                                                      ϑ, мм/г.сталь                      
 сталь                                                                                                     0,09—0,22
серый чугун                                                                                          0,03—0,085
высокопрочный   чугун                                                                       0,05—0,1
аустенитный чугун                                                                              0,02—0,04
Серые чугуны, легированные хромом (0,4—0,8%) и нике­лем (0,35—1,0%), являются щелочестойкими при температу­рах до 323 К. На коррозионную стойкость серого чугуна больше влияет плотность его в отливках, чем химический состав и структура. Большую плотность имеет серый чугун с содержа­нием кремния менее 1,5%. Меньше скорость почвенной корро­зии у труб из серого чугуна, отлитых центробежным способом и имеющих большую плотность, чем отлитых в стационарных формах.
Добавка до 0,6 % меди повышает коррозионную стойкость серого чугуна в ряде слабоагрессивных сред. Медь легирует феррит и повышает его электродный потенциал. Легирование медью (0,3—0,4%) повышает сопротивление атмосферной кор­розии и коррозии в уксусной кислоте. В растворах солей и ще­лочей медистые чугуны не обладают повышенной стойкостью. Добавка до 2 % Sn повышает стойкость чугуна в 10-, 20 %-ных кислотах: в 1,8—2 раза (азотная кислота); в 2—6 раз (серная
   
КОРРОЗИЯ РАЗЛИЧНЫХ СПЛАВОВ
Коррозионная среда
и ее %.
Уменьшение массы, г/м2 за 24 ч
серый чугун аустенитный
чугун
мягкая сталь
Азотная кислота:      
10 441,5 10,72 61,34
25 354,2 11,65 74,03
50 320,6 39,85 76,50
75 238,8 37,73 47,64
       
Соляная кислота      
10 611,5 4,66 787,4
25 608,1 8,07 1108,0
50 618,6 23,03 1482,0
75 610,6 61,49 1275,0
Серная кислота:      
10 702,0 2,26 1474,0
25 675,6 0.53 1179,0
50 5,28 0,76 7,39
75 2.33 3,06 0,12
Водопроводная вода 7,48 1.17 10,49
Морская вода 3,50 2,46 4,14
кислота); в 1,3—2,3 раза (соляная кислота); в 2,5—3 раза (уксусная кислота) соответственно.
Легирование сурьмой и медью в соотношении 1:2 (в сумме до 1 %) повышает стойкость серого чугуна в ряде кислот, и особенно в соляной.
В табл. 2.22 приведены данные о коррозии серого чугуна в сравнении с другими сплавами .

        Жаростойкость серого чугуна

        Жаростойкость серого чугуна с пластинчатым графитом ниже, чем ковкого (с компактным графитом) и чугуна с шаровидным графитом, поскольку по границам графитовых включений идет окисление чугуна.

       Герметичность серого чугуна

        Под герметичностью чугуна понимают его способность сопро­тивляться проникновению через стенку отливки жидкости или газа. Герметичность, как правило, оценивают либо скоростью утечки газа, жидкости (расходом), либо величиной давления, при котором начинает обнаруживаться течь.
Основным фактором, определяющим герметичность отливок, является наличие в них сообщающихся между собой (транзит­ных) пор и раковин. Транзитная пористость может увеличи­ваться в процессе испытания или эксплуатации отливок при повышенном давлении за счет разрушения перемычек между отдельными порами.
Просачивание жидкости через слой чугуна не подчиняется закону фильтрации . Для начала протечки необхо­димо начальное давление р0, величина которого может дости­гать 100 МПа в случае жидкости и 70 МПа в случае газа .
Транзитными микропорами в сером чугуне являются сооб­щающиеся зазоры между включениями графита и металличе­ской матрицей, а также междендритные сообщающиеся поло­сти размером менее 1 мкм.
Величина зазора по длине графитового включения неодина­кова и достигает максимума в наиболее массивной средней части включения графита.
Герметичность чугуна снижается при увеличении количества и размеров включений графита. Утечка газа через стенку толщиной 1 мм тем больше, чем выше углеродный эквивалент чугуна и ниже скорость его охлаждения Легирование повышает герметичность чугуна .
 

       Применение серого чугуна

 
        В конструкции автомобилей и тракторов масса литых деталей из серого чугуна составляет 15—25% от общей массы. Основ­ная номенклатура — это ответственные детали: блоки, головки, гильзы цилиндров, крышки коренных подшипников двигателей, тормозные диски и диски сцепления, тормозные барабаны, де­тали, для которых серый чугун является оптимально технологичным и экономичным конструкционным материалом.
Блоки цилиндров карбюраторных и дизельных двигателей изготавливают из низколегированных чугунов марки СЧ 20, СЧ 25 (табл. ), которые обеспечивают в стенках отливок толщиной 15—25 мм Ϭп = 200—250 МПа, а в более тонких стен­ках до 270 МПа. Такого же типа чугуны обычно применяют для головок цилиндров дизельных двигателей.
Для наиболее тяжелых условий работы рекомендуется ис­пользовать перлитные чугуны с вермикулярным графитом.
Маховики в процессе работы вращаются с частотой, равной частоте вращения коленчатого вала: 2500—8000 об/мин. При этом в маховиках возникают большие растягивающие напряже­ния. Поверхность маховика периодически трется о сопряженную поверхность. Трение с большими скоростями приводит к выде­лению тепла на поверхности трения, образованию усталостных термических трещин, снижающих прочность маховика. Требо­вания повышенной прочности с учетом большой массы махови­ков и толщины сечения обусловили применение для их изго­товления серых чугунов марки СЧ 25, СЧ 30, СЧ 35. Чем больше сечение отливки, тем выше марка. Выбранная марка чугуна должна обеспечивать получение в теле отливки прочно­сти не ниже 200—250 МПа. Если прочность чугуна СЧ 35 не­достаточна для условий работы маховиков, для них необходимо применять чугуны с вермикулярным или шаровидным графитом. Крышки коренных подшипников из серого чугуна применяют в основном в карбюраторных двигателях легковых автомоби­лей. Для обеспечения перлитной структуры и твердости не ме­нее 2000 МПа крышки подшипников отливают из серого чугуна марки СЧ 25. Для тяжело нагруженных карбюраторных двига­телей и для дизельных двигателей применяют крышки подшип­ников из ковкого чугуна или чугуна с шаровидным графитом.
Выпускные коллекторы подвергаются воздействию горячих агрессивных выхлопных газов и в процессе работы подвержены окислению термическим деформациям, а иногда — растрескива­нию. Во многих случаях серый чугун является экономичным и достаточно долговечным материалом для этих деталей. Учитывая, что коллекторы имеют тонкие стенки (3—7 мм), их отли­вают из чугунов марки СЧ 15, СЧ 20, которые для повышения жаростойкости легируют небольшими добавками хрома и ни­келя.
Для термически нагруженных коллекторов применяют ков­кий чугун, чугун с шаровидным графитом, а иногда — аусте­нитный чугун с шаровидным графитом, имеющий высокую тер­мостойкость и стойкость против окисления.

        Серый чугун в  станкостроении.

        В станкостроении серый чугун применяют для широкой номен­клатуры литых деталей с массой от 0,1 кг до 100 т, толщинами стенок от 4 до 200 мм, работающих в самых разнообразных условиях.
При выборе марки чугуна конструктор в зависимости от класса, группы детали ,приведенной толщины стенки отливки определяет необходимый минималь­ный уровень твердости и микроструктуру . Затем, сопоставляя величину твердости, обеспечиваемую в направляющей при заданной приведенной ее толщине, с ми­нимально необходимой, выбирают  нужную марку чугуна.
С учетом специфики большинства станкостроительных дета­лей , работающих преимущественно на жесткость, а не на прочность, предпочтение отдается чугунам, обладающим повы­шенной твердостью, пониженной пластичностью. Такие чугуны по химическому составу отличаются повышенным (против ре­комендаций ГОСТ 1412—85) содержанием кремния и марганца при пониженном содержании углерода .
При невозможности обеспечения необходимого уровня твер­дости чугуна в направляющих в станкостроении применяют ле­гирование, формовку с холодильниками и другие способы.

        Вредные примеси в серых чугунах.

         К числу вредных примесей, ухудшающих микроструктуру и снижающих механические свойства чугуна, относятся свинец и мышьяк. Эти элементы попадают в чугун из шихтовых материалов; свинец — из лома автоматных и освин­цованных сталей, мышьяк — из доменных чугунов. Хотя при со­держании до 0,02 % РЬ и до 0,2 % As перлитизируют структуру чугуна, эти элементы способствуют образованию «вырожден­ного» «видманштеттова» графита, резко снижающего прочность чугуна. По этой причине их содержание в чугуне ограни­чивают 0,003—0,006 %.