Белый чугун

Белый, по виду излома, называют чугун, в структуре которого отсутствуют видимые включения графита и лишь незначительная его часть (0,03-0,30%) обнаруживается тонкими методами химического анализа или визуально при больших увеличениях.

Основная металлическая масса белого чугуна состоит из цементитной эвтектики, вторичного и эвтектоидного цементита, а легированного белого чугуна - из сложных карбидов и легированного феррита.

Получение такой структуры возможно лишь при подавлении процесса графитизации на всех этапах кристаллизации из жидкого состояния, путем подбора исходных материалов, состав и условий охлаждения чугуна в форме.

Для отливок, изготовляемых в сырых песчаных формах из нелегированного чугуна, такая структура образуется при следующем соотношении между содержанием углерода и кремния: С (Si + lg R) < 4.5. где R - приведенная толщина (отношение площади сечения отливки к периметру этого сечения) в мм.

Физико-механические свойства белого чугуна приведены в таблице 26.

Отливки белого чугуна обладают износостойкостью, относительной жаростойкостью и коррозионной стойкостью. Наличие в части их сечения структуры, отличной от структуры белого чугуна, понижает эти свойства. Прочность белого чугуна снижается с увеличением содержания в нем углерода, а следовательно, и карбидов. Твердость белого чугуна возрастает с ростом доли карбидов в его структуре, а следовательно, и с увеличением содержания углерода.

Наивысшую твердость имеет белый чугун с мартенситной структурой основной металлической массы. Коагуляция карбидов резко снижает твердость чугуна.

При растворении в карбиде железа примесей и образовании сложных карбидов твердость их и белого чугуна повышается. По интенсивности влияния на твердость белого чугуна основные и легирующие элементы располагаются в следующей последовательности, начиная с углерода, определяющего количество карбидов и интенсивнее иных элементов увеличивающего твердость чугуна.

C - Ni - P - Mn - Cr - Mo - V - Si - Ai - Cu - Ti - S.

Действие никеля и марганца, а отчасти хрома и молибдена, обуславливается их влиянием на образование мартенситно - карбидной структуры и содержание их в количествах, соответствующих содержанию в чугуне углерода, обеспечивает максимальную твердость белого чугуна.

Особо высокий твердостью НВ 800-850 обладает чугун с содержанием 0,7-1,8% бобра. Белый чугун является весьма ценным материалом для деталей, работающих в условиях износа при очень высоких удельных давлениях и преимущественно без смазки.

Прямая зависимость между износостойкостью и твердостью отсутствует; твердость не определяет износостойкость, но должна учитываться в совокупности со структурой чугуна. Лучшей износостойкостью обладает белый чугун с тонким Строением основной металлической массы, в которой в виде отдельных мелких и равномерно распределенных включений или в виде тонкой сетки расположены карбиды, фосфиды и пр.

Структура основной металлической массы определяет и специальные свойства легированного чугуна - его коррозионную стойкость, жаропрочность, электросопротивление.

В зависимости от состава и концентрации легирующих элементов, основная металлическая масса легированного белого чугуна может быть карбидо - аустенитной, карбидо - перлитной и, помимо этого, содержать легированный феррит.

Основным легирующим элементом при этом является хром, связывающий углерод в карбиды хрома и сложные карбиды хрома и железа.

Твердые растворы этих карбидов обладают высоким электродным потенциалом, близким к потенциалу второй структурной составляющей основной металлической массы чугуна - хромистого феррита, а возникающие защитные окисные пленки определяют повышенную коррозионную стойкость высокохромистого белого чугуна.

В присутствии хрома как дополнительного компонента существенно повышается температурная стойкость карбидов в связи со значительным замедлением диффузионных процессов при комплексном легировании.

Эти характерные особенности легированного белого чугуна определили области его использования в зависимости от структуры в качестве нержавеющего и магнитного чугуна и чугуна с высоким электросопротивлением.

Белый нержавеющий и жаропрочный чугун. Основными марками нержавеющего белого чугуна являются высокохромистые чугуны марок Х 28 и Х 34, состав и свойства которых по ГОСТ 2176-43 приведены в таблице 27. Для улучшения свойств, чугун этих марок дополнительно легируют азотом (0,1%), титаном (0,5%) или медью (0,5-2,0%).

Высокохромистый белый чугун коррозионно стоек в дымящийся азотной кислоте, серной кислоте, в растворах щелочей и расплавах солей.

Наиболее широкое применение чугун этих марок нашел в качестве жаростойкого материала, обладающего весьма большой ростоустойчивостью и практически не изменяющего размеров при длительных и циклических нагревах.

Механические свойства высокохромистого белого чугуна при нормальной и высокой температурах повышаются при дополнительном легировании никелем, молибденом. Длительная прочность такого чугуна приближается к жаропрочной стали.

Белый чугун с высоким удельным электросопротивлением. Для литых нагревателей, работающих при 850-900^оС, применяется чугун типа Х34, с повышенным содержанием углерода, кремния, марганца и никеля, известный под названием сормайт, содержащий 2,5-3,5% С, 28,0-35,0_э% С, 2,5-2,5 Si, 1,0-1,5% Mn, 3,0-5,0% Ni, с удельным сопротивлением p = 1,4/1,5 ом * м/мм², σ_в = 35 кГ/мм²; σ_изг = 70 кГ/мм²; HRC 48-50.

Все сорта легированного белого чугуна обладают низкой теплопроводностью и при отжиге для снятия напряжения нагреваются и охлаждаются весьма медленно. Температура отжига в связи с особой стойкостью карбидов повышается до 850_оС. При отжиге структура и механические свойства чугуна не изменяются, но уменьшается склонность к образованию трещин при хранении, механической обработке и эксплуатации.

Таблица 26. Физико-механические свойства белого чугуна
Таблица 27. Нержавеющий белый чугун (по ГОСТ 2176-34)