Види, сполука й призначення чавунів

Чавун являє собою багатокомпонентний сплав заліза з вуглецем (>2.14%), кремнієм, марганцем, фосфором і сіркою. Залежно від призначення чавуну й від сполуки шихтових матеріалів, що проплавляються у ньому може втримуватися ще хром, нікель, ванадій, титан, мідь і миш'як.

Зміст основних елементів (З, Si, Mn, P, S, Cr, Ni, Cu, As) у чавуні регламентується відповідної Дст або технічними умовами

Сполука чавуну, одержувана в ході доменної плавки, визначається вимогами споживачів і можливостями доменної плавки. Згідно із цим прагнуть підібрати сполука шихтових матеріалів і технологічний режим плавки

Всі доменні чавуни по своєму призначенню підрозділяють на два основних види:

Передільний - призначений для подальшого переділу в сталь.

Ливарний - використається після переплаву в чавуноплавильних цехах для виливка виробів або присадки в сталеплавильному й чавуноливарному виробництвах

Слід зазначити, що в останні роки передільний чавун використають не тільки для виплавки стали, але й для переплавлення в чавуноливарних цехах для виробництва чавунних виливків

Передільний чавун є переважним видом продукції доменного виробництва. На його частку доводиться близько 90% загального виробництва чавуну.

Він призначений для виробництва стали в конвертерах або мартенівських печах і звичайно містить 0,3-1,2 % Si; 0,2-1,0 % Мn, 0,15-0,2 % Р и 0,02-0,07 % S.

У чавуні деяких марок, призначених для переділу в кислих конверторах, фосфору повинне бути дуже мало (<0,07 %), а у використовувані для спеціального сталеплавильного переділу з одержанням не тільки стали, але й фосфористих шлаків необхідно, щоб фосфору було 1,3-2,0 %.

Ливарний чавун по змісту фосфору ділять на чотири класи:

А - до 0,1 % Р (малофосфористий),

Б - 0,1-0,3 % Р (звичайний),

У и Г – високофосфористі чавуни зі змістом фосфору відповідно 0,31-0,7 і 0,71-1,2 %.

Для виготовлення високоміцних виробів застосовують чавуни з низьким змістом фосфору, а для художнього лиття - високофосфористі чавуни.

Кожний клас ливарних коксових чавунів (ЛК) складається із шести марок. Найбільш кременистий чавун марки ЛК 0 містить 3,26-3,75 % Si.

У кожній наступній марці кремнію втримується на 0,5 % менше.

Крім того, кожну марку ділять на три групи по змісту марганцю (0,5; 0,51-0,90 і 0,91-1,3%) і на три категорії за вмістом сірки (0,02-0,05; 0,03-0,06 і 0,04-0,07 %).

Залежно від хімічного складу й швидкості охолодження кристалізація чавуну закінчується утворенням білого, половинчастого або сірого чавуну

Білий чавун має у своїй структурі цементит і перліт і має світлий злам. Весь вуглець у ньому перебуває у зв'язаному стані. Він дуже твердий і добре пручається зношування, але разом з тим тендітний і погано піддається механічній обробці.

Тому білий чавун застосовується для виготовлення виливків з великою поверхневою твердістю: валків прокатних станів, штампів, волочильних дощок і багатьох деталей сільськогосподарського машинобудування.

Після тривалого віджигу він здобуває високі механічні властивості й гарну оброблюваність різальним інструментом внаслідок розкладання цементиту на залізо й вуглець віджигу.

Половинчастий чавун складається з перліту, цементиту й невеликих включень графіту, розташованих острівцями у вигляді скупчень пластинчастої форми. Він має підвищену твердість і майже не піддається механічній обробці, у силу чого в машинобудуванні поширення не одержав

Сірий чавун характеризується наявністю значної кількості графітних включень пластинчастої або кулястої форми. Залежно від структури металевої основи сірий чавун ділиться на три групи: феррито-перлітний, перлітний і перлито-цементитний.

Феррито-перлитный сірий чавун має у своїй структурі феррит, перліт і графить. Внаслідок великої кількості пластинок графіту й структурно вільного ферриту цей чавун м'який, легко обробляється й у порівнянні з перлітним чавуном відрізняється меншою міцністю.

У феррито-перлитному чавуні графить може мати й кулясту форму, якщо чавун перед розливанням оброблений магнієм. Застосовується феррито-перлитный чавун для виливка більшості машинобудівних деталей

Перлітний сірий чавун складається з перліту, що містить 0,8% зв'язаного вуглецю, і рівномірно розподілених пластинок графіту. Цей чавун має високу міцність, помірною твердістю й гарною оброблюваністю.

Перлітний високоміцний магнієвий чавун володіє ще більш високими механічними властивостями й зносостійкістю

Перлито-цементитний сірий чавун має у своїй структурі перліт, графіт і велика кількість дрібних розрізнених виділень цементиту.

Розташовуючись по границях вихідних аустенітних зерен, цементит послабляє зв'язок між ними й знижує міцність металевої основи чавуну. Маючи велику твердість, перлито-цементитный чавун із працею обробляється різальним інструментом. Однак після отжига він здобуває перлітну структуру й високі показники міцності

Ферритний сірий чавун через наявність ферриту й крупношарового графіту має низьку міцність, малою твердістю й легкою оброблюваністю, у зв'язку із чим може застосовуватися тільки для невідповідальних виливків.

Звичайний сірий чавун має наступний хімічний склад: 3,0-3,8% вуглецю, 2,2-3,0% кремнію, 0,5-11,0% марганцю, до 0,12% сірки й до 0,2% фосфору. Вуглець і кремній є найважливішими елементами, що входять до складу чавуну. Вони обидва сприяють виділенню вуглецю у формі графіту й, знижуючи температуру плавлення чавуну, забезпечують його високі ливарні й технологічні властивості. Вуглець присутній у чавуні у формі графіту й у зв'язаному стані — у вигляді цементиту. Кремній у чавуні розчиняється в його металевій основі й сприяє процесу виділення графіту

Марганець збільшує твердість чавуну, тому що перешкоджає процесу виділення вуглецю у вільному стані. З вуглецем марганець утворить хімічну сполуку Мn3С — карбід марганцю, здатний розчинятися в цементиті, збільшуючи його стійкість. Отже, дія марганцю на властивості чавуну назад дії кремнію.

Тому, якщо зміст марганцю в чавуні підвищено, то для усунення його відбілюючої дії збільшують зміст кремнію

Сірка потрапляє в чавун з руд і палива й вважається шкідливою домішкою. Вона сприяє відбілюванню чавуну, робить його тугоплавким і схильним до утворення газових міхурів в відливках.

Фосфор у невеликих кількостях є корисною домішкою, що збільшує ріденотекучість сірого чавуну, що є особливо коштовним при виробництві тонкостінного лиття. Так, при виготовленні художніх виробів, що відрізняються великою ажурністю, зміст фосфору підвищують до 1 і більше відсотків. Однак значний зміст фосфору в чавуні внаслідок утворення тендітних фосфідних сполук сильно знижує його механічні властивості

Водень є також шкідливою домішкою. Потрапляючи в чавун з вологого повітря й шихти, він підвищує стійкість цементиту, викликає відбіл і утворення раковин у відливках.

Таким чином, вуглець і кремній сприяють процесу графітоутворення в чавуні, а марганець, сірка, кисень і водень, навпаки, перешкоджають цьому процесу. З легуючих елементів нікель, алюміній і мідь є графітизаторами, а хром, вольфрам, молібден, ванадій - карбідоутворювачами.