С шаровидным графитом (ВЧШГ)

В настоящее время ни один литейный конструкционный материал не может сравниться с ВЧШГ по разнообразию его технического применения и экономическим показателям, получаемым при дальнейшей эксплуатации деталей из этого чугуна.

Этот универсальный конструкционный материал обладает комплексом ценных физико-химических свойств, которые в сочетании с его высокими прочностными характеристиками и, особенно, повышенной пластичностью, делают его незаменимым для изготовления изделий особого назначения.

Одно из важнейших преимуществ ВЧШГ как современного конструкционного материала – более высокий, чем у нелегированных сталей, предел текучести, который, по существу, определяет прочностные возможности чугуна.

Другая важная особенность ВЧШГ – его высокое сопротивление усталостному разрушению, что позволяет использовать этот материал для изготовления таких сложнонагруженных деталей, как коленвалы двигателей, цилиндры мощных компрессоров.

Например, при изготовлении из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом коленчатых валов расход материала на заготовки снижается на 24 – 56 %, уменьшается масса готового вала на 13 – 24 %, значительно снижается трудоёмкость механической обработки и более чем в два раза сокращается расход металла в стружку. Кроме того, на 8 – 10 % снижается масса готовой детали за счёт разности в плотности стали и чугуна.

Широкое применение высокопрочного чугуна (ВЧ) находит в труболитейном производстве благодаря высоким литейным свойствам, он обладает также коррозионной стойкостью. Сопротивление атмосферной коррозии ВЧ в 2 – 10 раз выше нелегированной стали, а в морской воде коррозионная стойкость выше в 2 раза.

Трубы из ВЧ имеют коррозионную стойкость, определённую по потере массы примерно такую же, как у труб, изготовленных из обычного серого чугуна (СЧ). Однако межкристаллитная коррозия у серого чугуна происходит значительно интенсивнее, что обусловлено различием форм графита в этих материалах. Поэтому считают, что по этому показателю эксплуатационная надёжность трубопроводов из ВЧ приблизительно на 30 % выше.

Особенный интерес представляет ВЧ для нефтяников и судостроителей. Изготовление труб из ВЧ экономически выгодно нефтеперерабатывающей, химической промышленности, для оснастки нефтеперегонных, нефтеналивных судов, в мелиорации и жилищном хозяйстве. Экономическая эффективность в этих сферах производства и потребления складывается из следующих преимуществ:

– применение чугуна с шаровидным графитом, материала с высокими прочностными и пластическими показателями, взамен обычного серого чугуна с пластинчатым графитом позволяет снизить металлоёмкость продукции за счёт уменьшения толщины стенок трубы (табл. 2.1);

– повышение срока эксплуатации трубопроводов за счёт применения коррозионностойкого материала для изготовления труб;

– устранение боя труб при изготовлении, транспортировке и монтаже трубопроводов.

Чугуны с шаровидным графитом нашли широкое применение для массового производства отливок для электрооборудования, станин, подшипниковых щитов, выводных устройств взрывозащищенных электродвигателей. Использование деталей из ВЧ способствует повышению надёжности и безопасности работы электрооборудования в шахтах, рудниках и на других производствах.

За последнее время разработаны сплавы аустенитного чугуна с шаровидным графитом марки ЧН5Г6Д5Ш взамен высоколегированных сталей 10X18H10TJI, 10X18H12M3TJI, 10X21H5TЛ, которые применялись для деталей производства насосов в химическом машиностроении и предназначены для перекачивания агрессивных, нейтральных, токсичных, взрывоопасных жидкостей и сжиженных газов.

Таблица 2.1

Сравнительные данные массы труб из СЧ и ВЧ

Номи­нальный диаметр трубы, мм	Ствол	Масса раструба, кг	Масса трубы длиной 4 м, кг
Толщина стенки, мм	Масса 1 пог. метра, кг
СЧ	ВЧ	СЧ	ВЧ	СЧ	ВЧ	СЧ	ВЧ
	9,0	6,1	22,3	15,1	6,6	4,3	95,8	64,5
	10,0	6,3	36,4	22,8	10,7	7,1	156,3	98,5
	11,0	6,4	52,9	30,6	14,6	10,3	226,2	133,0
	12,0	6,8	71,6	40,2	20,4	14,2	306,8	175,0
	13,0	7,2	92,7	50,8	26,7	18,6	397,5	222,0

Испытание гидроабразивной стойкости рабочих органов насосов показали, что чугун марки ЧН5Г6Д5Ш обладает стойкостью в 1,5 раза выше, чем сталь 10Х18Н12МЗТЗ и в 1,3 раза – чем сталь 10Х21Н5ТЛ (рис. 2.1).

Чугун марки ЧН5Г6Д5Ш является эррозионностойким и коррозионностойким материалом, который может заменить ряд высоколегированных сталей и цветных металлов при производстве герметичных насосов (рис. 2.2). В мире используют несколько вариантов контейнеров для хранения отработанного ядерного топлива, однако наиболее признаны в мировой практике контейнеры, изготовленные из чугуна с шаровидным графитом. Производство корпусов контейнеров из ВЧШГ во много раз дешевле по сравнению с изготовлением из стальных поковок (Х18Н10Т). При этом снижение затрат при производстве одного 100 тонного контейнера из ВЧШГ в сравнении со стальным составляет ~ 500 тыс. долларов США.

Рис. 2.1. Износ материалов в 10 %-ной гидроабразивной среде:

1 – сталь 10Х18Н12МЭЛТ; 2 – сталь 10Х21Н5ТЛ; 3 – чугун

ЧН5Г6Д5Ш

Механические свойства высокопрочного чугуна с шаровидным графитом вследствие шаровидной формы графита резко отличаются от свойств исходного серого чугуна. В табл. 2.2 для сопоставления приведены данные о механических свойствах литой стали, магниевого, серого и ковкого чугунов.

Из табл. 2.2 видно, что предел прочности при разрыве магниевого чугуна приближается к пределу прочности углеродистой стали (70 – 80 % от прочности стали) и значительно превосходит прочность серого и ковкого чугунов. Пластичность магниевого чугуна намного (в 5 – 15 раз) превышает пластичность серого чугуна и близка к пластичности стали, но она сильно зависит от химического состава и условий охлаждения чугуна и особенно от содержания фосфора. С экономической точки зрения применение магниевого чугуна считается вполне целесообразным. Высокие механические и хорошие литейные свойства магниевого чугуна, дешевизна и возможность получения его путем обычной ваграночной плавки дают и основание рассматривать магниевый чугун как новый конструкционный материал. Из этого чугуна можно в ряде случаев с большим технико-экономическим эффектом отливать изделия, обычно изготавливаемых из стали, ковкого чугуна, бронзы и других цветных металлов. Применение магниевого чугуна позволяет уменьшить вес чугунных отливок и повысить их эксплуатационные качества за счёт повышения прочности.

Рис. 2.2. Показатели скорости коррозии чугуна ЧН5Г6Д5Ш

в различных средах:

1 – 40 %-ный раствор КОН; 2 – 40 %-ный раствор NaOH; 3 – 3 %-ный раствор КСl; 4 – 10 %-ный раствор СаСl₂; 5 – фенольная вода; 6 – перекись водорода; 7 – соляной раствор NaCl (30 г/л)

Таблица 2.2

Механические свойства труб из ВЧ, стали и серого чугуна

Показатель механических свойств	Трубы из СЧ	Трубы из ВЧ, центробежная отливка в кокиль	Трубы из нелеги­рован­ной стали
Залитые в стацио­нарную, верти­кальную форму	Центро­бежная отливка в кокиль	Структура
Перлит	Перлито-феррит	Фер­рит
Предел проч­ности при растяжении, МПа	140 – 180	200 – 250	650 – 900	500 – 650	440 – 520	350 – 420
Предел текучести, МПа	–	–	45 – 60	34 – 45	28 – 36	23 – 30
Относи­тельное удлинение, %	< 1	< 1	3 – 8	8 – 15	12 – 25	–
Модуль упругости, кПа	0,6 – 0,9	0,9 – 1,4	1,6 – 1,8	1,6 – 1,8	1,6 – 1,8	1,6 – 1,8
Твёрдость НВ	160 – 200	150 – 200	230 – 280	180 – 230	140 – 180	105 – 135
Ударная вязкость, МДж/м^2	< 1	< 1	1 – 3	2 – 8	6 – 12	> 14

За последний период времени произошло расширение номенклатуры отливок ответственного назначения из магниевого чугуна в различных отраслях машиностроения: дизелестроении, компрессоростроении, судостроении, авто- и тракторостроении и т.д. Прокатные валки из магниевого чугуна обладают в 2 – 3 раза большей стойкостью, чем из отбелённого чугуна с пластинчатым графитом, а изложницы из магниевого чугуна служат в 2 – 2,5 раза дольше, чем из серого чугуна.

Дата добавления: 2015-08-13