ВЧШГ - высокопрочный чугун с шаровидным графитом

Высокопрочный чугун с шаровидным графитом или ВЧШГ – это конструкционный материал, обладающий высокими прочностными свойствами и хорошими эксплуатационными характеристиками. Как известно, в чугунах форма зерна графита оказывает определяющее влияние на прочностные характеристики материала. В высокопрочном чугуне ВЧШГ графитные включения имеют шаровидную форму*. Вследствие чего ВЧШГ по механическим свойствам значительно превосходит серый чугун и успешно конкурирует со сталью.

Высокопрочный чугун с шаровидным графитом выгодно отличается от стали хорошими литейными свойствами (высокой жидкотекучестью, малой склонностью к образованию горячих трещин, меньшей усадкой и т.д.), относительной простотой процесса выплавки и меньшей стоимостью.

*Шаровидный графит также называют сфероидальным или глобулярным графитом.

Из истории высокопрочного чугуна с шаровидным графитом (ВЧШГ)

В 1943 году на Съезде Американской Ассоциации Литейщиков (AFS) J.W. Bolton фантазировал на тему управления формой графита в сером чугуне. Несколько недель спустя американец Keith Dwight Millis в исследовательской лаборатории "International Nickel Company" (INCO) сделал следующее открытие: при добавлении магния в расплав чугуна в ковше, в отливке получается не пластинчатый графит, а графит практически идеальной шаровидной формы.

Исходя из вышесказанного можно фактически считать годом рождения высокопрочного чугуна с шаровидным графитом (ВЧШГ) 1943 год. Наши источники [1] называют днём рождения высокопрочного 7 мая 1948 года, когда состоялся съезд американских литейщиков в Филадельфии и фирмой "International Nickel Company" было сделано публичное заявление о получении высокопрочного чугуна с шаровидным графитом.

Однако авторы [2] официальным днём рождения высокопрочного чугуна с шаровидным графитом склонны считать всё-таки более позднюю дату, а именно 25 октября 1949 года, когда Кейтом Д. Миллисом был получен патент на высокопрочный чугун с шаровидным графитом (ВЧШГ) за номером 2485760 (Cast ferrous alloy).

В тех же годах (1948-1949) в Киеве и Москве начинает активно развиваться это направление: создаются научные школы по разработке технологий получения ВЧШГ и изучению свойств высокопрочных чугунов...

Необходимо отметить, что российский стандарт на высокопрочный чугун, ГОСТ 7293-85, несмотря на название "Чугун с шаровидным графитом для отливок" распространяет своё действие как на высокопрочный чугун с шаровидным графитом (ВЧШГ), так и на высокопрочный чугун с вермикулярным графитом (ВЧВГ).

Свойства высокопрочного чугуна

Свойства высокопрочных чугунов весьма многообразны, однако отличительной особенностью таких чугунов является сочетание хороших литейных свойств и высоких прочностных характеристик. К свойствам высокопрочного чугуна относятся также: хорошая обработка резанием, высокая пластичность, низкая чувствительность к концентраторам напряжения, устойчивость к циклическим нагрузкам.

Литейные свойства высокопрочного чугуна, в частности ВЧШГ:

• высокая жидкотекучесть,
• малая склонность к образованию горячих трещин,
• малая усадка.

Требования к механическим свойствам высокопрочного чугуна регламентированы стандартом ГОСТ 7293-85 (СТ СЭВ 4558-84).

Применение высокопрочного чугуна

Из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом изготавливают отливки развесом от десятых долей килограмма до нескольких десятков тонн. Свойства ВЧШГ очень разнообразны, поэтому высокопрочный чугун применяется:

• взамен серого чугуна — для удлинения срока службы отливок (изложниц, прокатных валков, поршней, поршневых колец и др.);
• взамен стали — с целью упрощения и удешевления производства, уменьшения количества металла и рационализации конструкции отливок (коленчатых валов, траверс, шестерен и др.);
• взамен цветных сплавов — целью сокращения расхода дефицитных металлов и уменьшения стоимости машин.

Наряду с конструкционными высокопрочными чугунами применяются высокопрочные чугуны со специальными свойствами: жаростойкий и ростоустойчивый (например, см. Нирезист), стойкий в различных агрессивных средах, антифрикционный высокопрочный чугун с низким коэффициентом трения и т.д.

Самая известная на сегодняшний день область применения высокопрочного чугуна — это производство труб из ВЧШГ.

Получение высокопрочного чугуна

Так как рост производства отливок из ВЧШГ обусловлен исключительно благоприятным сочетанием физико-механических, эксплуатационных и механических свойств этого материала, а также экономическими соображениями, объём производства и потребления отливок из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом непрерывно увеличивается.

Получение в структуре чугуна шаровидной формы графита основано на раздельной или совместной обработке жидкого чугуна магнием, РЗМ, кальцием и другими присадками, содержащими в том или ином количестве указанные (сфероидизирующие графит) вещества, присадками.

Наиболее распространённым в мировой практике способом получения высокопрочного чугуна является магниевый процесс, основанный на введении в расплав металлического магния, магниевых лигатур и комплексных модификаторов, содержащих магний.

По теории и практике применения высокопрочного чугуна при изготовлении отливок опубликовано очень большое количество работ, как нашими, так и зарубежными учёными. Равно как и по исследованию механизмов получения высокопрочных чугунов. В качестве примера подобных работ предлагаем ознакомиться с перечнем литературы в настоящем обзоре (см. ниже), а также с разделом Литература сайта www.modificator.ru.

Несмотря на обилие трудов на эту тему, до сих пор дискуссионными остаются такие важные вопросы, как оптимальный состав модификатора, условия и технологии модифицирования, механизм образования графита, режимы термообработки и другие.

См. дополнительно: Отливки из ВЧШГ аустенитно-бейнитного класса (статья).

Автор: Корниенко А.Э. (ИЦМ)

Литература:

1. Бубликов В.Б. Высокопрочному чугуну - 60. - // М.: Литейное производство, 2008, №11. – с. 2-8.
2. Ductile Iron Data // Ductile Iron Society. Promoting the production and application of ductile iron castings. [Электронный ресурс], 2010 - Режим доступа: http://www.ductile.org, свободный. - Загл. с экрана.
3. Keith D. Millis: the father of ductile iron Online Library
4. Корниенко Э.Н., Панов А.Г., Хальфин Д.Ф. Перспективы производства отливок из ЧШГ аустенитно-бейнитного класса // М: Литейщик России, 2006 № 2. [Перейти к статье]
5. ГОСТ 7293-85. Чугун с шаровидным графитом для отливок. Марки. - Spheroidal graphite iron for casting. Grades. (Высокопрочный чугун. Высокопрочные чугуны)
6. US2485760. Cast ferrous alloy. K.D. MILLIS AT AL.
7. Высококачественные чугуны для отливок / В.С.Шумихин, В.П.Кутузов, А.И.Храмченков и др.; Под ред. Н.Н.Александрова - М.: Машиностроение, 1982. - 222 с., ил.
8. Любченко А.П. Высокопрочные чугуны. М: Металлургия, 1982. - 120 с. /УДК 669.131.7 Аннотация
9. Литовка В.И. Повышение качества высокопрочного чугуна в отливках. Киев: Наук. думка, 1987. - 208 с. /УДК 621.74 : 668.131.7 : 621.746.58 Аннотация
10. Захарченко Э.В., Левченко Ю.Н., Горенко В.Г., Вареник П.А. Отливки из чугуна с шаровидным и вермикулярным графитом. Киев: Наук. думка, 1986. - 248 с. /УДК 621.74.04 : 669.131.7 Аннотация
11. Получение и свойства чугуна с шаровидным графитом. Под редакцией Гиршовича Н.Г. - М.,Л.: Ленинградское отделение Машгиза, 1962, - 351 с. Аннотация