производство и поставка оборудования для механических испытаний, неразрушающего контроля, химического анализа и визуального контроля, диагностического оборудования, приборов визуального контроля, систем контроля доступа персонала, элементов систем умного производства. Испытательная лаборатория. Сервисный центр

Глава 1. Коррозионностойкие стали и сплавы / Глава 1.9. Коррозионностойкие сплавы и чугуны / Глава 1.9.2. Коррозионная стойкость чугунов

Чугун - это сплав железа с углеродом, в котором содержание углерода больше 2,14 %.

Кроме углерода и железа, в сплаве присутствуют примеси: кремний, марганец, фосфор, сера и др. Эти примеси оказывают существенное влияние на формирование структуры сплава, а следовательно, и на механические, физические и другие свойства чугуна.

В зависимости от того, в какой форме присутствует углерод в сплавах, различают белые, серые, ковкие и высокопрочные чугуны. По химическому составу чугун делится на углеродистый и легированный:

Белыми называют чугуны в которых углерод находится в связанном состоянии в виде цементита Fe3C. Эти чугуны, фазовые превращения которых протекают согласно диаграмме Fe-C, подразделяются на доэвтектические, эвтектический и заэвтектические. Из-за большого количества цементита белые чугуны имеют высокую твердость (НВ 4500...5500 МПа), хрупкие и практически не поддаются обработке резанием, поэтому в качестве конструкционных материалов практически не применяются. Их можно применять для деталей от которых требуется высокая износостойкость поверхности. Например, изготавливают шары шаровой мельницы для размола руды и минералов. Белые чугуны являются передельными и из них получают сталь и ковкий чугун.

Серыми называют чугуны, в которых углерод находится в свободном состоянии в виде пластинок графита. Графит образуется при очень малой скорости охлаждения, когда степень переохлаждения жидкой фазы невелика. В изломе эти чугуны имеют серый цвет. Механические свойства чугуна обусловлены его структурой, главным образом графитной составляющей, его количеством, формой и размерами включений. Графит имеет низкую прочность и его можно рассматривать как внутренние надрезы, нарушения сплошности металлической основы. С увеличением содержания углерода больше выделений графита и меньше механическая прочность чугуна. Серый чугун плохо сопротивляется растяжению, хрупкий, но обладает хорошей жидкотекучестью, малой усадкой при кристаллизации, легко обрабатывается резанием, хорошими антифрикционными свойствами (графит выполняет роль смазки), поглощает вибрацию, малочувствителен к концентраторам напряжений (надрезам, выточкам).

Удельный вес серого чугуна колеблется в пределах 6,6...7,4 г/см1 и зависит от количества углерода, степени графитизации и количественного соотношения структурных составляющих.

Серый чугун маркируется буквами СЧ после которых ставится число, показывающее гарантируемый предел прочности на растяжение в кгс/мм2 (10 -1 МПа).

Ферритные чугуны марок СЧ10, СЧ15, СЧ18 применяются для малоответственных деталей, испытывающих небольшие нагрузки. Например, фундаментные плиты, крышки, фланцы, рамы двигателей, компрессоров, шиберы и заслонки печей, корпусы фильтров и масленок, маховики, корпуса редукторов, насосов, тормозные барабаны, диски сцепления и др.

Феррито-перлитные чугуны марок СЧ20, СЧ21, СЧ25 применяются для деталей, работающих при повышенных статических и динамических нагрузках. Например, головки цилиндров, поршни, втулки для поршневых колец паровых цилиндров, колеса центробежных насосов, станины станков, зубчатые колеса, диафрагмы, цилиндры низкого давления и выхлопные патрубки турбин.

Перлитные чугуны марок СЧЗО, СЧ35, СЧ40, СЧ45 применяют для деталей, работающих при высоких нагрузках или в тяжелых условиях износа: зубчатые колеса, гильзы блоков цилиндров, распределительные валы и др. Мелкие разобщенные графитовые включения меньше снижают прочность чугунов. Измельчение графитовых включений достигается путем модифицирования жидкого чугуна ферросилицием или феррокальцием (0,3...0,6 % от массы шихты). Отливки из серого чугуна подвергают термической обработке: для снятия внутренних напряжений - отжиг I рода (560 °С), нормализацию или закалку с отпуском для повышения механических свойств и износостойкости. Для повышения износостойкости гильз цилиндров, распределительных валов и др. перлитные чугуны подвергают азотированию.

Рисунок 21 - Структура серых чугунов: а - на ферритной основе; б - на феррито-перлитной основе; в - на перлитной основе

Ковкими называют чугуны, в которых углерод находится в свободном состоянии в форме хлопьев. Такая форма графита и является основной причиной высоких прочностных и пластинчатых характеристик ковкого чугуна. Термин ’’ковкий чугун” является условным, поскольку изделия из него, так же как и из любого другого чугуна, изготавливают не ковкой, а путем литья, и указывает на повышенную пластичность по - сравнению с серым чугуном. Состав ковкого чугуна выдерживается в довольно узких пределах: 2,4…2,9 % С; 1,0... 1,6 % Si; 0,2... 1,0 % Мn; до 0,18 % Р и до 0,2 % S.

Невысокое содержание углерода в ковком чугуне необходимо по двум причинам. Во-первых, для получения высоких прочностных характеристик следует уменьшить количество графитовых включений. Во-вторых, необходимо избегать выделения пластинчатого графита при охлаждении отливок в форме (с этой же целью толщина стенки отливки не должна превышать 50 мм).

Ковкий чугун получают из белого путем отжига, который продолжается иногда до 5 суток. По структуре металлической основы, которая определяется режимом отжига, ковкие чугуны бывают ферритными и перлитными.

Отжиг на ферритные чугуны проводится по режиму 1, обеспечивающему графитизацию всех видов цемента белого чугуна.

Рисунок 22 - Микроструктура ковких чугунов: а - ферритного; б - перлитного

Отливки из белого чугуна загружают в металлические ящики и засыпают песком или стальными стружками для защиты от окисления и медленно нагревают до температуры 950... 1000 °С. В процессе продолжительной (10...15 ч) выдержки при такой температуре происходит первая стадия графитизации. Она состоит в распаде эвтектического и избыточного вторичного цементита. К концу первой стадии чугун состоит из аустенита и включений углерода отжига (А + Г). Затем температуру медленно снижают до 720...740 °С. При этом происходит вторая стадия графитизации.

Рисунок 23 - Схема отжига белого чугуна на ковкий В процессе выдержки (25...30 ч) распадается цементит перлита П(Ф + Ц) Ф + Г

Перлитный чугун получают отжигом, который проводят в окислительной среде по режиму 2. В этом случае увеличивают продолжительность первой стадии графитизации, после которой проводят непрерывное охлаждение отливок до 20 °С. Аустенит превращается в перлит (А → П), а графит сохраняется в структуре. Получается ковкий чугун на перлитной основе.

Ковкие чугуны маркируются буквами КЧ, после которых ставятся числа показывающие гарантируемые предел прочности на растяжение в кгс/мм2 (10-1 МПа) и относительное удлинение в процентах. Марки ковкого чугуна

КЧ-30-6; КЧ 35-10; КЧ 37-12 - ферритные;
КЧ 45-7; КЧ 60-3; КЧ 80-1,5 - перлитные.

Из этих чугунов изготавливают детали высокой прочности, работающие в тяжелых условиях износа, способные воспринимать ударные и знакопеременные нагрузки. Большая плотность отливок ковкого чугуна позволяет изготовлять детали водо- и газопроводных установок, корпуса вентилей, кранов, задвижек.

Высокопрочными называют чугуны, в которых углерод находится в свободном состоянии в виде шаровидного графита. Их получают модифицированием магнием, который вводят в жидкий чугун в количестве 0,02...0,08%. Ввиду того, что модифицирование чистым магнием сопровождается значительным пироэффектом, применяют сплав магния с никелем.

Чугун после модифицирования имеет следующий химический состав: 3,0...3,6 % С; 1,1... 1,9 % Si;. 0,3...0,7 % Мn;. до 0,02 % S и до 0,1 % Р. По структуре металлической основы чугун может быть ферритным или перлитным.

Рисунок 24 - Микроструктура высокопрочных чугунов: а - ферритного; б – перлитного

Шаровидный графит - менее сильный концентратор напряжений, чем пластинчатый или хлопьевидный графит, и поэтому меньше снижает механические свойства металлической основы. Чугуны обладают высокой прочностью и некоторой пластичностью, сохраняют свою прочность до 500 °С (обычный чугун до 400 °С). Они маркируются буквами ВЧ, после которых ставится число, показывающее гарантируемый предел прочности на растяжение в кгс/мм (10-1 МПа). Марки высокопрочного чугуна:

ВЧ 38; ВЧ 42; ВЧ 50 - ферритные;
ВЧ 60, ВЧ 80; ВЧ 120 - перлитные

Высокопрочные чугуны применяют в различных отраслях техники, эффективно заменяя сталь во многих изделиях и конструкциях. Например, корпуса паровых турбин, насосов, вентилей, лопатки направляющего аппарата, коленчатые валы, поршни и другие ответственные детали, работающие при высоких циклических нагрузках и в условиях изнашивания.

В некоторых случаях для улучшения механических свойств применяют термическую обработку отливок; для повышения прочности - закалку и отпуск при 500...600 °С; для увеличения пластичности - отжиг.

Недостатком высокопрочного чугуна является значительная объемная усадка, что приводит к появлению в отливках усадочной пористости, годовых раковин.

Никелевые чугуны с аустенитной структурой содержат 14-20 % Ni, 2-3 % С, 2-4 % Сr, а также могут включать 5-7 % Сu. Они обладают весьма высокой коррозионной стойкостью в слабокислых растворах, к которым, например, относят органические кислоты (уксусная, лимонная, смеси олеиновой и стеариновой кислот и т. п.). В случае минеральных кислот (Н3РO4, НС1, H2SO4) никелевые чугуны стойки в разбавленных деаэрированных растворах при комнатной температуре в отсутствие перемешивания. Эти материалы также устойчивы в нейтральных растворах (например, в морской воде). Для сравнения отметим, что скорость коррозии серого чугуна в морской воде составляет 0,25 мм/год, а никелевого - 0,05 мм/год. К нейтральным растворам, в которых стойки никелевые чугуны, кроме того, относят шахтные воды. Данный класс чугунов имеет высокую коррозионную стойкость в растворах солей, дающих нейтральную или щелочную реакции.

Никелевые чугуны широко используют в растворах щелочей концентрации 30 % и более и температурах выше 80 °С. Так, в 75 %-ной КОН при 130 °С скорость коррозии никелевого чугуна составляет не более 0,1 мм/год.

К коррозионностойким чугунам относят также высокохромистые чугуны, которые содержат 25 - 35 % Сr, 1 - 2 % С, до 20 % Si. Иногда для улучшения коррозионной стойкости в них вводят до 2 % Мо. Как и нержавеющие стали, высокохромистые чугуны особенно стойки в окислительных средах (например, в HNO3). Следует подчеркнуть, что высокохромистые чугуны обладают хорошей износостойкостью, в связи, с чем их с успехом можно применять в шахтных водах, в водных пульпах и суспензиях, содержащих абразивные частицы.

Напротив, в растворах H2SO| коррозионная стойкость высокохромистых чугунов низкая. В случае легирования хромистых чугунов 2 % Мо они имеют довольно высокую коррозионную стойкость в растворах H2SO4 малых и больших концентраций. Например, в первом случае скорость коррозии чугунов ниже 1,25 мм/год в интервале от 3 % -ной H2SO4 при 100 °С до 20 % -ной H2SO4 при 10 °С Во втором случае скорость коррозии менее 1,25 мм/год в интервале от 50 % -ной H2SO4 при 90 °С до 70 % -ной H2SO4 при 15 °С.

В растворах щелочей коррозионная стойкость высокохромистых и серых чугунов примерно одинакова.

В средах СаС12 и ZnCl2 высокохромистый чугун более стоек, чем серый. Однако в растворах FeCF, скорость коррозии высокохромистых чугунов велика (более 12 мм/год в 25 % -ном растворе FeCb при 20 С).

С 2011 года научно-производственное предприятие «УКРИНТЕХ» успешно работает и развивается в области контроля качества материалов и изделий.

Контакты

ООО НПП "Укринтех":
г. Харьков, ул.Ковтуна, д.50, корпус "А-5"

Для почты:
а/я 2304, Харьков-1, 61001, Украина

ООО НПП "Укринтех"
+38 (050) 499-09-89; +38 (067) 560-89-39
+38 (067) 575-45-10; +38 (057) 768-09-02

"ЦНИ Лаборатория"
+38 (098) 262-48-92

Компания

Производство и поставка
испытательного оборудования, оборудования для металлографии, приборов НК и др.

Сервисный центр
Ремонт, сервисное обслуживание и модернизация оборудования.

Центр независимых исследований
Аккредитованная испытательная лаборатория.