Чугун с вермикулярным графитом.

 

       Общая характеристика структуры и свойств.

        Вермикулярный графит ВГ подобно ПГ имеет форму взаимо­связанных графитовых лепестков. Однако лепестки ВГ отлича­ются от ПГ меньшей степенью неравноосности (отношение длины лепестка ВГ к его толщине обычно находится в преде­лах 2—10, тогда как в ПГ значительно превышает 10), меньшими размерами и округлой формой кромок . Специфическое сочетание физикомеханических, технологических и эксплуатационных свойств достигается в ЧВГ только при ус­ловии, что содержание ВГ в структуре чугуна составляет не менее 80—90 %, остальное — ШГ; ПГ не допускается.
Методы количественного определения составляющих микро­структуры ЧВГ в отливках регламентированы ГОСТ 3443—87.
По прочности ЧВГ находится на уровне высокопрочных марок СЧ или превосходит их, однако пластичность, ударная вязкость, вязкость разрушения, модуль упругости, термостойко­сти, окалино- и ростоустойчивость, сопротивляемость коррозии, герметичность, ЧВГ выше, чем СЧ.
ЧВГ превосходит ЧШГ по демпфирующей способности теп­лофизическим и некоторым специальным свойствам (тепло- и температуропроводности, термоусталостной стойкости, размер­ной стабильности в условиях теплосмен).
ЧВГ более технологичен, чем СЧ высоких марок и ЧШГ. По­скольку усадка ЧВГ меньше, чем ЧПГ, отливки из ЧШГ, как правило, можно изготовлять без прибылей. По сравнению с вы­сокопрочным СЧ (сермы чугуном) и ЧШГ (чугун с шаровидным графитом)  склонность к отбелу у ЧВГ ниже, что позволяет получать тонкостенные отливки без отбела в литом состоянии.
ЧВГ особенно эффективен для изготовления отливок боль­шой массы (например, изложниц массой до 100 т с толщиной стенок до 500 мм), деталей сложной конфигурации независимо от массы (например, блок картеров и головок цилиндров ДВС), разностенных деталей.
Обрабатываемость резанием ЧВГ значительно лучше, чем ЧШГ и стали. Шероховатость механически обработанной поверх­ности ЧВГ меньше, чем СЧ. Так же как и у других типов чу­гуна структура металлической основы ЧШГ регулируется по­средством легирования и термообработки. Производство ЧВГ требует очень жесткого металлургического контроля. В про­мышленности ЧВГ используется с 1968 г.
 

        Марки и основные свойства  чугуна с вермикулярным графитом.

 
        Самостоятельного ГОСТ на марки ЧВГ в нашей стране нет. Од­нако действующий ГОСТ 7293—85 «Чугун с шаровидным графи­том для отливок. Марки распространяются и на ЧВГ. Согласно ГОСТ 7293—85 чугун марок ВЧ 35 и ВЧ 40 с вермикулярным графитом должен иметь относительное удлинение не менее1,0%. По согласованию между изготовителем и потребителем допускается устанавливать значения показателей Ϭ, НВ и KCU, отличающиеся от указанных в ГОСТ 7293—85. Основные марки и химический состав Вы найдете в нашем "Марочнике сталей и сплавов"
 
МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПРИ СТАТИЧЕСКИХ, ДИНАМИЧЕСКИХ И ЦИКЛИЧЕСКИХ НАГРУЗКАХ
Механические свойства ЧВГ — промежуточные между ЧПГ и ЧШГ при одинаковой структуре матрицы. В ЧВГ с низкой степенью вермикулиризации графита механиче­ские свойства снижаются до уровня ЧПГ средней прочности, а при высокой доле ШГ — приближаются к ЧШГ. По сравне­нию с ЧПГ механические свойства ЧВГ значительно менее чув­ствительны к величине Са, и толщине стенки. Даже при Са= 4,3% ферритные и перлитные ЧВГ имеют более высокую прочность, чем нелегированные ЧПГ с пониженным значением Са.

        Коррозионная стойкость.

Коррозионная стойкость ЧВГ при 20 °С в среде 5 %-ной H2SO4 почти в 2 раза выше, чем у ЧПГ. Однако с увеличением температуры это различие значительно снижается. В отличие от ЧШГ, перлитная матрица ЧВГ обеспечивает более высокую коррозионную стойкость по сравнению с ферритной. Наложение растягивающих напряжений уси­ливает коррозию.
Герметичность ЧВГ при наличии 15, 25 и 45 % ШГ харак­теризуется давлением начала протечки 34,2—35,3, 37,3—37,6 и 41,2—43,7 МПа соответственно. При отсутствии пластинча­тых включений графита ЧВГ по герметичности практически не уступает ЧШГ.
 

         Применение.


        Машиностроительные отливки. В мировом автотракторострое­нии освоена большая номенклатура литых деталей из ЧВГ: маслопроводы для тракторов (0,4—0,6 кг), опорные де­тали головки цилиндров тяжелых грузовиков (0,7—2 кг), кре­пежные детали рам грузовиков (1 и 1,5 кг), тормозные рычаги трактора (1,2 кг), шкивы сервопривода грузовика (10,6 кг), монтажные кронштейны балластных грузов трактора (5,7 кг), бандажные кольца шестерен грузовиков (3,6 кг), монтажные де­тали двигателей ножей тракторов (11,5 кг), корпуса промежу­точных зубчатых передач (17,9 и 41 кг), соединительные вилки (2 и 2,6 кг), несущие кронштейны (1,9 кг), цепные звездочки (1,1 и 1,6 кг), тормозные кронштейны (8,6 кг), вентиляторные подушки (9,1 кг), соединительные фланцы (11,2кг), разнообраз­ные крышки коробки передач и многие другие. Толщина стенок перечисленных типов отливок—в пределах 4—50 мм, гаран­тируемый минимальный  уровень механических свойств: Ϭв  = 350 МПа, Ϭ0,2= 280 МПа, Ϭ = 4 %.  Характерные автомобиль­ные детали из ЧВГ: блок-картеры, картеры (40 кг), чашки диф­ференциала (7,3, 12,9, 22,4 кг), роторы (40 кг), корпуса под­шипников (2,1 кг), тормозные колодки (1,5 кг), крышки (5,6кг), ступицы ротора (5,6 кг), коробки передач рулевого управления (17 кг) и др.
В больших масштабах ЧВГ используется в ФРГ взамен се­рого чугуна (с 1970 г.) для производства головок цилиндров крупных морских дизельных ДВС. Масса этих головок 185, 500 и 1000 кг. Замена высокопрочного легированного ЧПГ марки СЧ 30 ферритным ЧВГ (Ϭв ≥300 МПа, Ϭ0,2≥240 МПа, Ϭ≥2%)
позволила увеличить выходную мощность морских ДВС до 50 %, снизить в 165 раз число аварийных разрушений крышек.
В Японии из ЧВГ отливают головки цилиндров для мощных высокоскоростных дизель-генераторов электростанций (толщина стенок 8—50 мм, масса 100 кг, свойства ЧВГ в прилитых об­разцах Ϭв ≥370 МПа, Ϭ0,2≥300 МПа, Ϭ ≥2%, НВ=1,63 МПа). В ФРГ из ферритного ЧВГ отливают также особо крупные ци­линдровые головки морских ДВС черновой массой 2000 кг га­баритами 750X1000X1200 мм и толщиной стенок 20—70 мм. Использование ЧВГ взамен ЧПГ как материала выхлопного коллектора ДВС пассажирских и грузовых автомобилей позво­лило существенно повысить выходную мощность и снизить га­бариты двигателей, улучшить эффективность использования топлива, снизить загрязнение среды выхлопными газами, умень­шить интенсивность внешнего охлаждения, повысить темпера­туру коллектора до уровня свыше 500 °С (коллекторы из ЧПГ при таких температурах быстро выходят из строя вследствие трещинообразования, а из ЧШГ — коробятся, что приводит к разрушению соединительных болтов и потере герметичности стыков). Эффективно использование перлитных и бейнитных ЧВГ для литья дисковых тормозов ДВС железнодорожных ло­комотивов и вагонов высокоскоростных (свыше 200 км/ч) поез­дов, гоночных автомобилей.
В зарубежной практике из ЧВГ отливают также корпуса турбонагнетателей (100—1000 кг), выхлопные трубы локомо­тивных ДВС (26 кг, толщина стенки 8—40 мм)., маховые ко­леса, сложные толстостенные гидроплотные детали гидронасо­сов высокого давления, цилиндры для газовых и жидкостных сред, охладители высокого давления, трубы газосборников, экс­центриковые зубчатые колеса и иные герметичные и износо­стойкие детали для тяжелого машиностроения, рабочие втулки цилиндров и вращающегося поршня для двигателя Ванкеля и другие детали.
Металлургические отливки. ЧВГ — эффективный заменитель ЧПГ как материал сталеразливочных изложниц. Стойкость сквозных слябинговых изложниц единичной массой 8—25 т из ЧВГ ваграночной плавки повысилась по сравнению с ЧПГ на 25—50 % (данные фирмы Wolken Mold and Iron, США). Ана­логичные результаты получены при испытаниях других типо­размеров изложниц для прокатных и поковочных слитков (раз­работки ИПЛ АН Украины, ЦНИИТМАШ и других организа­ций.