Каким бывает жаростойкий чугун и где его применяют?

Жаропрочные сплавы работают при повышенной температуре конкретный интервал времени, находясь в условиях сложных механических напряжений. Жаростойкие же немного отличны в порядке и условиях работы – они применяются в ненагруженном и слабонагруженном режимах при 550°С и более.

Чтобы определиться с тем, какой чугун нужен в конкретном случае, жаропрочный или жаростойкий, рабочим на заводе следует всегда помнить, что литьё жаропрочных чугунов осуществляется с применением дополнительных легирующих присадок – хрома, никеля, вольфрама, молибдена и кобальта. К примеру, вольфрам – самый тугоплавкий металл: он раскаляется добела, светясь при этом ярким белым светом (а не оранжевато-жёлтым, как железо), и плавится при 3387°С; данная особенность «тянет» вверх температуру плавления любого сплава, в который он добавляется. Аналогичный эффект наблюдается и при добавлении в сплав многих иных гораздо более тугоплавких, чем основной металл, металлических материалов.

Жаропрочный и жаростойкий чугуны рассчитаны на длительное использование в условиях температуры свыше 1000°С. Если простой чугун расплавляется при 1100°С и более, то жаропрочный и жаростойкий способны сохранять своё твёрдое состояние до нагрева почти до 1300°С. Изготовление изделий из жаростойкого чугуна регламентируется правилами ГОСТ 7769-63. Жаропрочные и жаростойкие детали прослужат до нескольких тысяч циклов нагрева вплоть до 1100°С, не теряя заметно своих свойств.

Жаростойкий чугун, обладающий наибольшей сопротивляемостью к изнашиванию в процессе эксплуатации, – это марки ЧХ-1/2/3/16/28/32, ЧС-5 (Ш), ЧС-13/15/17 и некоторые другие. Как видно, маркировка состоит из букв, среди которых «Ч» означает «чугун»: отличить некоторые составы из данного сплава от стальных может даже новичок. Для отливок, работающих вплоть до 1100°С, применяются в основном сорта ЧХ-1/2/З/16, 4X-28/32, 4Х22С, 4С-5 (Ш), 4ЮХШ, 4Ю7Х2, 4Ю6С5, 4Ю22Ш, 4Ю30. Приписка «Ш» обозначает шарообразные включения графитных микрогранул, повышающих термические качества чугунного сплава.

Если маркер «Ш» не приписан, то по умолчанию количество графита не превышает 1%, остальная доля углерода (от 1,14% по технологии) приходится на угольные порошки, растворённые при варке определённого чугунного состава. Твёрдость для жаростойких чугунных сплавов достигает значения от НВ 140 (4С5) до НВ 536 (ЧСЗО). Полученные из таких составов чугунные заготовки существенно замедляют образование окалины при раскаливании. Жаростойкие сплавы, прошедшие легирование, – ЧХ2, ЧХ3 – легко выдерживают 700-градусный нагрев и постоянную эксплуатацию при такой температуре. Жаростойкие же составы ЧНМШ, ЧНИГ7Х2Ш легко выдержат постоянную работу при 600°С.

Чугунные составы, отличающиеся жаростойкостью, выпускают в виде СЧ (с пластинчатыми или шаровидными включениями графита), БЧ (с хлопьевидными графитовыми пластинками в составе). Чем больше шаровидных микрогранул в чугунном составе, тем он более жаропрочен. Легирование жаростойких материалов производится преимущественно с помощью составов с кремнием, алюминием, хромом. Последний в количестве примерно 0,65% предотвращает выжигание углерода (либо цементита или трёхжелезистого углерода) в раскалённом состоянии сплава.

Дополнительно составы «сдабривают» марганцем и никелем – это позволяет им противостоять коррозии и оказаться ещё более твёрдыми и прочными. Легирование чугунных сплавов приводит к образованию на поверхности заготовок окисных плёнок, защищающих эти изделия от дальнейшего окисления.

Учтя некоторые особенности ряда марок чугунных сплавов, рабочие на производстве реализуют их для последующего применения в различных сферах. Например, низколегированные (порядка 1,8% хрома) перлитные сплавы ЖЧХ предназначены для постоянной эксплуатации заготовок при 650°С. Для условий, созданных при 900°С, в чугунные составы вводят порядка 5,5% кремния (ЖЧС и ЖЧСШ) – такие составы относятся к ферритно-перлитным. Для 1000°С количество хрома должно оказаться порядка 27% (ЖЧХ-30) либо количество алюминия сравняется со средним значением в 22% (составы ЖЧЮ и ЖЧЮШ).

В основном же огнеупорные чугунные сплавы нашли применение в качестве состава для доменных и мартеновских печей. Частный пример такого использования – газовое печное оборудование, компрессорные двигатели. Так, состав ЧХ1 выдерживает работу при 500°С в качестве охлаждающей плиты для доменных печей, колосниковых решёток для агломерационных установок, деталей установок и агрегатов для коксопроизводства, компонентов газовых турбин и компрессорных установок, форм для отливки стекла.

ЧХ2 выдерживает постоянную работу в газовом пространстве при температуре до 600°С. Применяется в качестве материала для колосниковых/балочных конструкций горнов агломерационных установок, сеток для трубных печей в процессе перегонки нефти, комплектующих для термопечей, компрессоров с турбонаддувом, в качестве обкладочной плиты для сушильных машин, деталей установок, в которых присутствует значительное количество стекла.

ЧХ3 выдерживает до 700°С в постоянном режиме. Используется в химическом оборудовании. ЧХ16 выдерживает до 900°С жары и применяется как материал арматурных прутов для установок химмашиностроения, деталей цементопечей и другого. ЧХ28 и ЧХ32 выдерживают нагрев при 1100-1200°С, они стойки к ржавлению. Применяются как материал для горелочных форсунок, колосниковых решёток и так далее.