Серый чугун и высокопрочный чугун — два наиболее широко используемых вида чугуна в промышленности, и практическое различие между ними сводится к одной особенности: форме графита. Серый чугун затвердевает с образованием чешуйчатого графита, тогда как в высокопрочном чугуне образуется сфероидальный графит. Именно это единственное различие определяет прочность, вязкость, амортизационные свойства, обрабатываемость и стоимость, поэтому выбор марки следует начинать с формы графита, а не с названия.
Оба металла представляют собой железоуглеродистые сплавы с содержанием углерода примерно от 2 до 4 процентов, а также небольшими долями кремния, марганца и других элементов. Они хорошо поддаются литью, заполняют сложные формы и изготавливаются путем плавки, легирования и литья, а не путем ковки или механической обработки из прутка. Далее приводится сравнение этих двух групп металлов по микроструктуре, механическим свойствам, областям применения и критериям выбора.
Что такое серый чугун?
Серый чугун содержит графит в виде чешуек. При разрушении отливки излом проходит вдоль чешуек, и поверхность излома приобретает серый цвет, откуда и происходит название. Чешуйки обеспечивают серый чугун легко поддаются механической обработке: они выполняют функцию стружкоразбивателей и служат сухим смазочным материалом во время резания. Серый чугун также гасит вибрацию примерно в 20–25 раз лучше, чем сталь — это свойство, на которое производители станков полагаются уже более века.
Такая чешуйчатая структура имеет свои недостатки. Серый чугун практически не обладает измеримой пластичностью и пределом текучести, поэтому его не следует использовать в условиях сильных ударных нагрузок или изгибных напряжений. Он подходит для деталей, подвергающихся постоянным сжимающим нагрузкам и требующих гашения вибраций или хорошей обрабатываемости, таких как блоки цилиндров, основания станков, тормозные барабаны, корпуса редукторов и трубная арматура.
Что такое ковкий чугун?
Ковкий чугун, также называемый чугуном с шаровидным графитом, получают путем добавления магния в расплав, благодаря чему графит затвердевает в виде сфероидов, а не чешуек. Круглая форма графита устраняет характерные для чешуек трещинообразные концентрации напряжений, что обеспечивает ковкий чугун измеримые предел текучести, относительное удлинение и ударная вязкость, которыми не обладает серый чугун. Ковкий чугун был разработан в 1948 году и стал стандартным выбором для деталей, подвергающихся изгибным нагрузкам, давлению или ударам.
К типичным областям применения относятся коленчатые валы, шестерни, корпуса насосов, корпуса клапанов, трубы и фитинги, детали подвески, а также корпуса тяжелого назначения. Этот материал не обладает такими же свойствами легкой обрабатываемости и гасителя вибраций, как серый чугун, но при одинаковых размерах сечения он более прочный и значительно более вязкий.
Серый чугун и высокопрочный чугун: основные различия
Эти различия обусловлены формой графита. В сером чугуне графит имеет чешуйчатую форму, а в высокопрочном чугуне — сфероидальную. Чешуйки образуют внутренние надрезы, которые снижают прочность и пластичность, но улучшают демпфирующие свойства и обрабатываемость; сфероиды же распределяют напряжения более равномерно, что повышает прочность, пластичность и ударопрочность.
Марки также соответствуют разным стандартам. Серый чугун определяется стандартом ASTM A48 с указанием классов, таких как 25 и 40, которые обозначают предел прочности при растяжении в кси. Ковкий чугун определяется в соответствии со стандартом ASTM A536 с обозначениями, такими как 60-40-18 и 120-90-02, которые в указанном порядке отражают предел прочности при растяжении, предел текучести и относительное удлинение. Стоимость следует той же схеме: серый чугун дешевле в литье и механической обработке, тогда как высокопрочный чугун стоит дороже, но обеспечивает прочность, вязкость и усталостную прочность там, где это необходимо для конкретного применения. Указание марки и стандарта имеет большее значение, чем название семейства материалов, и полный спектр марки чугуна стоит проверить, прежде чем чертеж будет окончательно утвержден.
Сравнение механических свойств
В таблице приведены типичные значения, полученные в ходе опубликованных сравнительных исследований; точные цифры зависят от марки стали, толщины сечения и термической обработки.
| Недвижимость | Серый чугун | Ковкий чугун |
|---|---|---|
| Прочность на разрыв | 20–40 кси (класс 25–40, ASTM A48) | 60–120 кси (от 60-40-18 до 120-90-02, ASTM A536) |
| Предел текучести | Не поддается измерению при растяжении | 40–90 кси |
| Удлинение | Менее 1 процента | До 18 процентов (60-40-18) |
| Ударная вязкость | Низкий | Высокий |
| Гашение вибраций | Отличное качество, примерно 20–25× сталь | Хорошо |
| Обрабатываемость | Превосходно | Хорошо |
| Теплопроводность | Выше | Нижний |
| Стоимость одного кастинга | Нижний | Выше |
Одним словом, серое чугун превосходит по таким параметрам, как демпфирование, обрабатываемость и стоимость; высокопрочное чугун — по прочности, вязкости и усталостной прочности. Выбор подходящего сорта зависит от того, какие из этих характеристик являются приоритетными в конкретной области применения.
Типичные области применения серого чугуна и высокопрочного чугуна
Выбирайте марку по нагрузке, а не по названию. Серый чугун выдерживает постоянное сжатие, вибрацию и механическую обработку; высокопрочный чугун — удары, изгиб, давление и усталость.
Типичные области применения серого чугуна
Серый чугун используется для изготовления блоков цилиндров и головок блока цилиндров, станин станков, тормозных дисков и барабанов, корпусов редукторов, шкивов, а также коммунальных изделий, таких как крышки колодцев и трубная арматура. Благодаря своим демпфирующим свойствам и обрабатываемости он является экономически выгодным выбором во всех случаях, когда нагрузки носят сжимающий характер и являются предсказуемыми.
Типичные области применения ковкого чугуна
Ковкий чугун используется для изготовления коленчатых валов, шестерен, корпусов насосов и клапанов, напорных труб и фитингов для систем водоснабжения и водоотведения, узлов подвески и рулевого управления, а также корпусов для тяжелой промышленности. Что касается перекачки жидкостей, в частности, см. наш Пример из практики: литье корпуса клапана чтобы выяснить, как ведет себя чугун с высоким содержанием легирующих элементов при давлении и циклических нагрузках.
Как выбрать серый чугун или высокопрочный чугун
При выборе материала в первую очередь следует исходить из условий нагрузки, а не из названия материала. Если деталь является жесткой, в ней преобладают сжимающие нагрузки и важны такие факторы, как демпфирование, теплоотвод или стоимость механической обработки, то, как правило, экономически выгодным решением будет серый чугун. Если же деталь подвергается растяжению, изгибу, ударам, давлению или циклической усталости, по умолчанию следует выбирать высокопрочный чугун.
Выбирайте серый чугун, когда
- Нагрузка является сжимающей и постоянной, как, например, в основаниях станков, блоках двигателей и противовесах
- Конструкция определяется требованиями к гашению вибраций или теплопроводности
- Объем обработки и стоимость имеют большее значение, чем прочность
- Обслуживание осуществляется под низким давлением, и риск удара отсутствует
Выбирайте чугун с высокой пластичностью, когда
- Деталь должна деформироваться до разрушения или выдержать удары и вибрацию
- Детали, работающие под давлением, такие как корпуса клапанов, корпуса насосов и водопроводные трубы
- Преобладают изгиб, усталость или циклические нагрузки
- Соотношение прочности к весу и надежность оправдывают более высокую стоимость материала
ЧАСТО ЗАДАВАЕМЫЕ ВОПРОСЫ
Что прочнее — серый чугун или высокопрочный чугун?
Ковкий чугун обладает большей прочностью на растяжение и имеет значимый предел текучести, поэтому он предпочтительнее во всех случаях, когда важны изгиб, давление или ударная нагрузка. Серый чугун выбирают не из-за прочности, а из-за его амортизирующих свойств, обрабатываемости и стоимости.
Серый чугун дешевле, чем высокопрочный чугун?
Да. Стоимость отливки из серого чугуна ниже, поскольку он требует меньшей легирующей обработки и проще поддается механической обработке. Разница в стоимости сокращается, если использование высокопрочного чугуна позволяет избежать применения более массивных профилей или предотвратить преждевременный отказ.
Что выбрать для корпусов насосов и клапанных блоков?
Ковкий чугун является более безопасным выбором для деталей, находящихся под давлением, поскольку он деформируется до разрушения и обладает ударопрочностью. Серый чугун может использоваться для корпусов, работающих под низким давлением и подверженных вибрациям, где большое значение имеют вес и затраты на механическую обработку.
Какой вид железа легче поддается механической обработке?
Серый чугун. Пластинки графита выполняют функцию стружкоразрушителей и сухой смазки, благодаря чему увеличивается срок службы инструмента и сокращается время цикла. Ковкий чугун хорошо поддается механической обработке, однако для достижения того же качества поверхности требуются более твердые инструменты и более низкие скорости.
Чугун с узелковой структурой — производитель чугунных отливок
Именно в принятии такого рода решений может помочь литейное предприятие. Пришлите чертеж, условия эксплуатации и объемы заказов по адресу наши инженеры, и пусть они подтвердят сорт, способ формования и этапы отделки до того, как будет принято окончательное решение об изготовлении пресс-форм. Решение этих вопросов на раннем этапе обходится дешевле, чем их исправление после начала производства.
