СТРУКТУРА, МЕХАНИЧЕСКИЕ, ЛИТЕЙНЫЕ СВОЙСТВА И СТАНДАРТИЗАЦИЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ ЧУГУНОВ

Основные свойства и области применения чугуна с вермикулярным графитом

Первые публикации, посвященные технологии получения чугуна с вермикулярным графитом (ЧВГ), принадлежат Х.Моррогху, который обозначил четкое различие между вермикулярным, компактным и шаровидным графитом. Принято считать, что зарождение и начальные стадии формирования вермикулярного графита близки к подобным процессам, происходящим с шаровидными включениями. Различия проявляются на последних этапах, когда рост вермикулярного графита происходит через аустенитную оболочку, однако при сохранении контакта с жидкой фазой, тогда как при кристаллизации графитного включения шаровидной формы такой контакт полностью отсутствует. Первый патент на технологию был получен норвежской фирмой «Elkem-Spigerverket» (патент Великобритании №1069.058) в 1966 г., а с 1968 г. австрийская фирма «Steyr-Daimler-Puch AG» впервые в практике литейного производства освоила технологию изготовления литых деталей автомобилей и тракторов из ферритного чугуна с вермикулярным графитом.

Чугун с вермикулярным графитом обладает целым рядом специфических свойств по сравнению с серым. Вермикулярный графит имеет форму взаимосвязанных графитовых лепестков подобно пластинчатому графиту. Однако эти лепестки отличаются меньшей степенью неравноосности, меньшими размерами и округлой формой кромок. В целом, имеющиеся данные свидетельствуют о том, что по одним показателям чугун с вермикулярным графитом близок к серому чугуну, а по другим - к чугуну с шаровидным графитом. Как показывают исследования, сочетание определенной совокупности механических и физических свойств во многом зависит от способа получения чугуна с вермикулярным графитом (технологии выплавки, типа модификаторов, способа их ввода в расплав и пр.) и величины соотношения вермикулярного и шаровидного графита в структуре. Cпецифическое сочетание физико-механических, технологических и эксплуатационных свойств достигается в ЧВГ только при условии, что содержание вермикулярного графита в структуре составляет не менее 80-90% (остальное – шаровидный графит). В то же время оптимальную совокупность свойств обеспечивает вермикулярный графит с 20-30% шаровидного. Методы количественного определения составляющих микроструктуры ЧВГ в отливках регламентированы ГОСТ 3443-87. Отдельного стандарта на марки ЧВГ нет, но на него распространяется действие ГОСТ 7293-85.

Механические свойства ЧВГ занимают промежуточные значения между чугуном с пластинчатым и чугуном с шаровидным графитом при одинаковой структуре матрицы. По сравнению с чугуном с шаровидным графитом прочностные свойства чугуна с вермикулярным графитом в меньшей степени зависят от исходного химического состава и соотношения феррит-перлит в металлической основе. По сравнению с серым чугуном, у чугуна с вермикулярным графитом появляется меньшая чувствительность к изменению углеродного эквивалента с точки зрения изменения механических свойств. Влияние матрицы ЧВГ на его механические свойства представлено в табл.1.13.

Таблица 1.13 - Влияние матрицы чугуна с вермикулярным графитом на его механические свойства

С увеличением толщины стенки отливки прочность ЧВГ снижается независимо от величины углеродного эквивалента, причем перлитные чугуны более чувствительны к толщине сечения, чем ферритные. Однако, в диапазоне средних толщин стенок свойства ЧВГ слабо зависят от толщины стенок. По уровню физических свойств ЧВГ занимает промежуточное положение между чугуном с пластинчатым и чугуном с шаровидным графитом. ЧВГ имеет значительно более высокие по сравнению с ЧШГ показатели тепло- и температуропроводности в широком диапазоне температур.

В целом практика последних десятилетий свидетельствует о перспективности использования в промышленности чугуна с вермикулярным графитом как конструктивного материала. Так, в мировом автомобилестроении освоена большая номенклатура литых деталей из ЧВГ небольшой массы (от 1 до 25 кг): маслопроводы для тракторов, опорные детали головки цилиндров для тяжелых грузовиков, крепежные детали рам грузовиков, тормозные рычаги трактора, шкивы сервопривода грузовика, монтажные кронштейны балластных грузов трактора, бандажные кольца шестерен грузовиков, корпуса промежуточных зубчатых передач, соединительные вилки, несущие и тормозные кронштейны, цепные звездочки, разнообразные крышки и корпуса коробок передач, блоккартеры и картеры, чашки дифференциала, роторы, тормозные колодки, ступицы ротора, коробки передач рулевого управления и т.п.

В зарубежной практике из ЧВГ отливают также корпуса турбонагнетателей (100-1000 кг), выхлопные трубы локомотивных двигателей, маховые колеса, сложные толстостенные гидроплотные детали гидронасосов высокого давления, трубы газосборников, эксцентриковые зубчатые колеса и иные, герметичные и износостойкие детали для тяжелого машиностроения и т.п.

В ФРГ чугун с вермикулярным графитом в больших масштабах используется для производства головок цилиндров крупных морских дизельных двигателей взамен серого чугуна (масса этих головок 185-1000 кг), что позволило увеличить выходную мощность двигателей примерно на 50%. В Японии из ЧВГ отливают головки цилиндров для мощных высокоскоростных дизель-генераторов электростанций.

Обобщая возможные области использования ЧВГ, можно предположить, что, основными объектами применения могут стать традиционные отливки из чугуна с пластинчатым графитом, к качеству и эксплуатационным свойствам которых предъявляют повышенные требования. Технологические аспекты получения и использования отливок из такого типа чугуна, видимо, еще требуют существенных уточнений в каждом конкретном случае.