Новая технология производства высокопрочного чугуна (статья)

В. Морозов, Н. Разин, А. Ануфриев, В. Печенов, В. Рудаков
Ссылка доступна только зарегистрированным пользователям.

Высокопрочный чугун обычно известен как чугун с шаровидным графитом, а в Великобритании — как чугун со сферическим графитом, хотя его общепринятым международным названием является «высокопрочный чугун» (ВЧ). Этот материал содержит графит, имеющий сферическую форму, а не пластинчатую, как в серых чугунах. Причиной хрупкости и низкой прочности на разрыв серых чугунов является не само наличие графита, а его пластинчатая структура, в то время как многие полезные свойства, обусловленные наличием графита, не очень сильно зависят от его структуры и проявляются в ВЧ. Так, ВЧ обладает хорошим диапазоном предела текучести, пластичностью, прочностью, способностью к горячей обработке, а также прекрасной износостойкостью. Он сочетает хорошую обрабатываемость серого чугуна с техническими преимуществами стали. В результате с тех пор, как он появился в конце 40-х годов прошлого века, ВЧ нашел все более расширяющуюся область применения, особенно в автомобильной, железнодорожной и сельскохозяйственной промышленности.

ВЧ имеет химический состав, подобный составу серых чугунов с более высоким содержанием углевода, но содержит меньше серы и фосфора. Пластинчатая форма графита в чугуне объясняется тем, что вредные примеси, особенно сера и кислород, пагубно влияют на рост графита в жидком чугуне. Обычно графит при росте принимает сферическую форму, но влияние примесей подавляет рост кристаллов графита в определенных плоскостях, и они вынуждены вырастать в виде пластин. При получении ВЧ не только поддерживается низкое содержание примесей, но также непосредственно перед разливкой в жидкий чугун добавляются небольшие количества магния или церия. Эти элементы связывают серу и кислород в жидком чугуне и предотвращают их пагубное влияние на рост графита. В результате графит формируется, приобретая сферическую структуру.
Если содержание остаточного магния слишком низкое, графит приобретает недостаточно шаровидную форму, и в результате механические свойства ухудшаются. С другой стороны, слишком большое количество остаточного магния способствует образованию карбида, который также является вредным.
В общем случае ВЧ имеет более тонкую микроструктуру и, из-за более высокого содержания углевода, более высокую плотность, чем серые чугуны. Содержание углевода в ВЧ колеблется в пределах 3,6—3,9%, а кремния — 2,0—2,8%. Механические свойства определяются прежде всего микроструктурой основного состава (матрицы), которая, в свою очередь, зависит от термической обработки. Многие отливки ВЧ подвергаются тому или иному виду тепловой обработки: термообработке для снятия остаточных напряжений, отжигу для образования ферритной структуры, нормализации и отпуску для образования перлитной или ферритно-перлитной структуры, либо закалке в масле с последующим отпуском. Возможно также образование мартенсита и аустенита, как, например, при поверхностной закалке, включая индукционную, плазменную и лазерную закалку. Наиболее распространенная микроструктура матрицы, как показано на рис., состоит из ободков феррита, окружающих каждое шаровидное образование графита (феррит в виде «бычьего глаза»), равномерно распределенных в перлитной матрице.