Что такое ковкий чугун и что можно из него ковать?

Сплав железа с углеродом – это и есть чугун. Он получается в ходе перерабатывания железной руды в том или ином виде доменной печи. Тот же чугун, что в металлической структуре принимает вид графитовых хлопьев, называют ковким. А вот какими характеристиками он обладает, на какие виды делится и, самое важное, где и для чего применяется, следует разобраться.

Ковкий чугун можно получить только путем долговременной термической обработки заготовок из чугуна белого. Отжиг приводит к тому, что структура металла становится иной, трансформируя цементит в графит. У этого процесса даже есть свое название – графитизация.

Условия получения ковкого чугуна (после обжига).

• Стадия 1. Заготовка медленно нагревается, примерно 22-25 часов, доходя до температуры в 1000 градусов или почти такой.

• Стадия 2. Стартует первый этап графитизации. Для чего материал выдерживается при температуре от 950 до 1000 градусов, и часто до 20 часов (иногда хватает и 15 часов).

• Стадия 3. Заготовка неспешно охлаждается до показателей в 730 градусов (плюс/минус 10 делений). Операция занимает от 6 до 12 часов.

• Стадия 4. Начинается второй этап графитизации, в котором заготовка на температуре в 720 градусов выдерживается уже 30 часов.

• Стадия 5. Деталь проходит этап полного охлаждения.

Помимо ковкого чугуна, выделяют серый, высокопрочный, а также чугун особого назначения. Так вот ковкий содержит в себе углерод в границах 2,4-2,8%. А еще в его составе могут быть марганец, сера, фосфор или кремний. Плавка материалов для образования в результате чугуна проводится в электропечах, пламенных печах и вагранках. Но и в комбинированных печках такое действие тоже происходит. Самый популярный вид печей для изготовления такого пластичного чугуна – муфельные.

Кстати, название материала обманчиво. Он пластичный, вот почему его называют ковким, но именно ковать из материала все же не получится. По сути, используется он примерно так же, как и другие виды чугуна. Но есть у него несколько серьезных преимуществ.

Главными преимуществами отливок из ковкого чугуна можно считать однородность их свойств по сечению и практическое отсутствие напряжений.

Какие еще технологические характеристики материала важны:

• обрабатываемость примерно такая же, как у высокопрочного чугуна;

• литейные и механические качества материала занимают срединное место между серым чугуном и сталью;

• отливки проходят несколько этапов очистки, после отжига еще и удаление питателей, правку;

• в некоторых случаях остается возможность отказаться от термической обработки;

• обладает высокой демпфирующей способностью, а еще среди особенностей ковкого чугуна – небольшая чувствительность к надрезам;

• отливки из материала этого класса практически целиком свободны от остаточных напряжений;

• микроструктура определяет высокую плотность материала;

• при сниженных температурах материал работает неплохо, но все же, если сравнивать его с серым чугуном, ему присуще и хрупкое динамическое разрушение;

• химсостав материала имеет требования к технологическим и механическим свойствам (можно ориентироваться на ГОСТ 1215-79);

• механические свойства описываемого класса зависят в основном от общего содержания включений углерода отжига (потому, чтобы получить наиболее качественный сплав, надо брать низкоуглеродистый чугун);

• среди дефектов материала чаще отмечают наличие трещин, недолив и усадочные раковины;

• ковкий чугун считается хорошим литейным материалом, а еще это единственный вид чугуна, поддающийся сварке.

А также материалу присущи хорошая износостойкость, неплохая антикоррозийная стойкость (он не боится влаги и химреактивов), высокая плотность. Это помогает использовать ковкий чугун в водопроводных и газовых сегментах.

Воздействовать на свойства объекта может не только форма, но еще и графит (а точнее, его количество), который имеется в сплаве. Максимальной твердости и прочности материал достигает, когда в нем есть мелкодисперсный перлит и не очень много графита. А предельной пластичности и вязкости классу помогает феррит с графитом в равных долях.

Наибольшую прочность материал обретает в горшках, сделанных из белого чугуна с включениями хрома и минимумом фосфора.

А теперь подробнее о ферритном, перлитном и комбинированном ферритно-перлитном видах материала.

Такой материал изготавливают в нейтральной среде, у него наблюдается ферритная структура и остаточный углерод отжига. В составе сплава до момента термической обработки будет 2,2- 2,29% углерода, а еще другие элементы, на которые приходится не более 1% от состава. Если концентрация углерода уменьшается, прочностные маркеры чугуна этого класса растут. Но при этом литейные свойства становятся хуже. Применяется ферритный вид преимущественно в производстве машинных деталей и аграрной техники, которой необходима стойкость к перманентным нагрузкам и напряжениям.

С ним все понятно: в составе присутствует и феррит, и перлит, и хлопьевидный углерод. Получают такой материал путем повышенной концентрации в металле легирующих элементов, противостоящих графитизации. Обычно это марганец, хоть может быть и кремний, например. Получение такого вида обеспечивает сокращение времени выдержки 3-й стадии отжига, а также форсирование охлаждения.

Если термическая обработка заготовок проходит в окислительной среде, формируется перлитный чугун (его еще могут называть белосердечным). Отличает его прежде всего углеродная концентрация до отжига, равная 2,8-3,3%. Но после термообработки этот показатель падает до 0,6-2,2%. Пластические свойства этого вида ковкого чугуна пониже.

Данный класс маркируется буквами КЧ и последующими цифрами. Так, первая пара цифр обозначает усредненный показатель временного сопротивления разрыву (на порядок уменьшенный), вторая пара – процент относительного удлинения. ГОСТ определяет всего 11 видов КЧ. Но информация о марках специфичная, и нужна в основном тем, кто его приобретает для тех или иных задач. А вот о задачах можно поговорить подробнее.

Не так уже и узка область использования ковкого чугуна. Например, он активно задействуется в машиностроительной сфере, конструкции станков часто не обходятся без этого материала. А также применяется материал и в изготовлении корпусов авто, автомобильных комплектующих – для этого его свойства особенно оптимальны.

Нередко делают из КЧ и железнодорожные вагоны, а также всевозможную агротехнику. Парадоксально, на первый взгляд, но хоть эксплуатационные характеристики перлитного вида выше, а все ферритные отливки используются куда чаще. А все дело в способе производства, который элементарно дешевле обходится. Перлитный же вид обычно задействован, когда нужно изготовить детали, рассчитанные на повышенные нагрузки.

Хорошо зарекомендовали себя детали из КЧ, которые должны работать в скручивающих, ударных, изгибающих динамических нагрузках, также в условиях вибрации и определенного давления. Если детали в процессе работы вынуждены испытывать трение друг о друга, отливки из такого чугуна вполне разумный выбор.

А также активно используется данный класс в судостроении – например, с его помощью делают воздушные тормоза, сцепления, подшипники и кронштейны. В энергетической отрасли он тоже востребован, из него делают клеммы, изоляторные крюки, провододержатели. В строительстве ковкий чугун используют для получения задвижек, фитингов, вентилей и пневмоклапанов. И даже текстильная промышленность не обходится без такого чугуна, потому что из него делают хорошие звенья цепей приводов станков, а также шестеренки и подшипники.

В современной промышленности этот материал очень востребован, он хорошо зарекомендовал себя в производстве деталей высокой нагрузки, и сфера его использования, скорее всего, будет расширяться.