Характеристика, хімічний склад і класифікація чавуну

Продукт домнового виробництва чавун — залізовуглецевий сплав, який складається із заліза (до 92%) і вуглецю (2,14...5%), домішок силіцію — до 4,3%, манганіту — до 2%, сірки — до 0,07% і фосфору — до 1,2%. Хімічний склад і призначення чаву­ну залежать від механічних властивостей і стану вуглецю в доев-тектичному залізо-вуглецевому сплаві. У машинобудуванні вико­ристовуються чавуни з певним вмістом вуглецю. Вуглець може бути в зв'язаному стані, утворюючи цементит, який сприяє появі особливих механічних властивостей, а в зламі має характерний білий колір. Якщо злам сірого кольору, то вуглець у ньому міститься у вільному стані у вигляді графітних домішок кулястої чи пластинчастої форми, завдяки чому він набуває певних ливар-

них і механічних властивостей. Залежно від вмісту, розмірів і розміщення графітових включень чавуни поділяють на звичайні, високоміцні, ковкі тощо.

За кольором зламу чавуни бувають білими й сірими, а за призна­ченням їх поділяють на переробні, ливарні та спеціальні (домнові феросплави — дзеркальний чавун, феросиліцій та фероманган).

Чавун, який в основному переробляють на сталь, називають переробним. За ДСТУ 3133-95 його випускають марок ПІ, П2 — для сталеплавильного і ПЛІ, ПЛ2 — для ливарного вироб­ництва, ПФ1, ПФ2, ПФЗ (фосфористий), ПВК1, ПВК2, ПВКЗ (високоякісний) із вмістом сірки не більше 0,010% і фосфору не більше 0,015% і відзначається незначна масова частка титану, алюмінію і арсену. У переробному чавуні, виплавленому з руди, що містить мідь, в документі про якість вказують густину міді. Переробний чавун марок ПІ, П2, ПЛІ і ПЛ2 виготовляють із вмістом сірки не більше 0,06%.

З сірого чавуну, який має добрі ливарні властивості, виготов­ляють виливки, тому його називають ливарним. За ДСТУ 3132-95 залежно від вмісту силіцію і призначення чавун виготовляють марок Л1...Л6 (ливарний) і ЛР1...ЛР7 (ливарний рафінований магнієм).

Ливарний чавун марок Л 1...Л6 виготовляють з вмістом сірки не більше 0,06%. За вимогою споживачів забезпечуються й інші показники якості різних видів чавунів.

Спеціальні чавуни використовують у процесі виплавлення для розкислення і легування сталі та сплавів. Вони мають підвищений вміст силіцію або мангану. Виплавляють також хромонікелеві, ва­надієві, ферохромові, ферофосфорні та інші леговані чавуни.

Хімічний склад чавуну залежить від призначення деталі. Вуг­лець, який входить до складу чавуну, може бути у вільному стані у вигляді частинок графіту, вкраплених між зернами заліза, та в

хімічно зв'язаному стані у вигляді карбіду заліза (цементиту).

Якщо чавун заливають у піщані форми, то його структура на­бирає вигляду сірого чавуну, а під час швидкого охолодження (лиття в металеві форми), якщо знижено вміст силіцію чи підви­щено вміст мангану, утворюється структура білого чавуну. Білий чавун спеціальною обробкою можна перетворити на ковкий. Різновидом білого чавуну є відбілений чавун, який утворюється під час швидкого охолодження виливка. Виливки з цього чавуну (вальці прокатних станів, вагонні колеса) мають твердий поверх-

невий шар з м'якою основною масою, тобто структура білого ча­вуну поступово переходить у сірий.

Чавуни, що містять спеціальні леговані домішки (нікель, молібден, хром) або звичайні домішки (силіцій, манган), але в більшій кількості, ніж звичайно, називають легованими. Легуючі складові вводять для одержання виливків із спеціальними влас­тивостями (підвищеною міцністю, ударною в'язкістю, електро­опором, кислотостійкістю).

За призначенням виливки поділяють на звичайні машинобу-дівельні з сірого чавуну, підвищеної в'язкості з ковкого чавуну, по­верхневої твердості з відбіленого чавуну, поліпшеними властивос­тями з легованих та модифікованих чавунів. Виливки, які виготов­ляють з чавуну, не повинні мати дефектів (раковин, тріщин тощо).

Головна характеристика чавуну — рідкотекучість, усадка, схильність до ліквації (неоднорідності), відбілювання, а також здатність піддаватися термічній обробці, модифікації, обробці різанням, зварюванням, змінювати структуру та утворювати тріщини чи не допускати їх появи, раковин тощо.

Рідкотекучість — здатність рідкого чавуну заповнювати ливар­ну форму. Підвищення температури та вмісту фосфору поліпшує рідкотекучість чавуну, а надмірна кількість сірки погіршує її.

Усадка — здатність чавуну зменшувати об'єм під час його твердіння. Об'ємна усадка встановлюється за формулою

лінійна

 

Де — об'єм моделі;

V— об'єм виливка;

— довжина моделі;

— довжина виливка.

Усадка супроводжується утворенням раковин і шпар. Щоб не допустити їх утворення, застосовують ливарну систему.

Лікеація — неоднорідність хімічного складу виливка. Для усу­нення чи зменшення ліквації необхідні спеціальні форми, шихтові матеріали та режими виготовлення виливка.

Модифікований чавун (з дрібненькими окремими включеннями графіту на основі перліту) одержують додаванням у ківш з

рідким чавуном спеціальних домішок-модифікаторів (феро­силіцію, силікокальцію тощо).

За ДСТУ 2891-94 чавуни бувають білі, сірі, половинчасті, від-білені, ковкі, антифрикційні, леговані, модифіковані, зносостійкі, жаростійкі, жароміцні, корозієстійкі тощо. Половинчастий чавун (структурно-половинчастий пістрявий чавун), у якого після твер­діння структура має дві складові: білу (ледебуритно-карбідно-перлітну) та сіру (перлітно-феритно-графітну). Такий чавун (відбілений) одержують залежно від швидкості охолодження. Ан­тифрикційні — це чавуни з низьким коефіцієнтом тертя. Залежно від вмісту легованих елементів чавуни бувають мікролеговані (не більше 0,1%), низьколеговані (не більше 3%), середньолеговані (від 3 до 10%) та високолеговані (понад 10%). Зносостійкий чавун здатний чинити опір зношуванню за різних умов. Жаростійкий (окалино-стійкий) чавун протидіє руйнуванню в процесі взаємодії з газами за температур до 1100 °С, корозієстійкий, який не руйнується внаслідок хімічних чи електрохімічних впливів у корозійних середовищах.