Общие сведения о чугуне.

В современном машиностроении, станкостроении, металлургической промышленности и т. п. до настоящего времени чугун является одним из основных конструкционных материалов. Простая и дешевая технология изготовления чугунных изделий, хорошие литейные свойства чугуна, его высокая износоустойчивость, малая чувствительность к концентраторам напряжений, способность гасить вибрацию, хорошая обрабатываемость и т. д. способствуют его широкому применению в народном хозяйстве. Вместе с тем чугун не лишен отрицательных свойств — это низкая прочность серого чугуна и, практически полное отсутствие пластичности, обусловленные наличием в металлической матрице структурно свободного графита. Вредное влияние графитных включений уменьшается модифицированием чугуна. Изделиями из модифицированного чугуна во многих случаях заменяют детали из стали.

Сварка прочно заняла место в чугунолитейном производстве, главным образом при ремонте вышедшего из строя оборудования и устранении дефектов чугунных отливок. Однако выполнение сварочных работ связано со значительными трудностями.

К чугунам относятся железоуглеродистые сплавы с содержанием свыше 2%С (рис. 5).

Чугуны делятся на доэвтектические, эвтектические и заэвтектические. При затвердевании доэвтектических чугунов из расплава кристаллизуется структурно свободный аустенит в виде дендритов. Затвердевание заэвтектических чугунов характеризуется выделением в первую очередь высокоуглеродистой фазы – первичного графита или цементита, а затем при более низкой температуре – кристаллизацией эвтектики, состоящей из аустенита и цементита. Такая эвтектика называется ледебуритом.

Рис. 5.

Характер затвердевания чугуна определяется его составом и скоростью охлаждения. Замедленное охлаждение способствует образованию графита, ускоренное охлаждение частично или полностью подавляет выделение графита и способствует образованию цементита. С увеличением скорости охлаждения происходит измельчение графитных выделений вплоть до образования точечного графита, при этом понижается и температура кристаллизации жидкого металла. Дальнейшее увеличение скорости охлаждения приводит к образованию в структуре чугуна ледебурита. Подобным образом действует легирование чугуна карбидообразующими элементами (хромом, ванадием, молибденом, вольфрамом). Наоборот, повышение содержания элементов-графитизаторов (углерода, кремния, никеля, алюминия, меди и др.) способствует образованию в структуре чугуна графитных включений.

Охлаждение уже затвердевшего чугуна сопровождается сравнительно небольшими структурными изменениями. В серых и белых чугунах избыточный углерод, выделяющийся из аустенита с понижением температуры, наслаивается на включения графита или цементита. При дальнейшем снижении температуры начинается эвтектоидное превращение аустенита. В результате этого превращения в зависимости от состава чугуна и скорости его охлаждения образуется феррит + графит или же феррит + цементит. Эвтектоидное превращение с образованием свободного графита происходит при очень малых скоростях охлаждения, обычно лишь в толстостенных отливках. Поэтому часто даже в тех случаях, когда эвтектическое превращение протекает с образованием аустенита и графита, при эвтектоидном превращении продуктом распада "является перлит.

При охлаждении с повышенной скоростью аустенит может превращаться в сорбит и троостит. Тот же результат может быть достигнут в случае присадки в чугун карбидообразующих элементов. Некоторые элементы (никель, медь) задерживают распад аустенита на графит и феррит и сильно измельчают перлит. Более того, при увеличении содержания никеля удается получить не только сорбитную и трооститную, но и мартенситную струк туру. В нелегированном чугуне это достигает обычно только при его закалке. Легирование чугуна большим количеством сильных аустенитизаторов (никелем, марганцем) приводит к получению аустенитной структуры даже при обычных скоростях охлаждения.

Свойства чугуна, зависящие от структуры, можно изменять в широких пределах.

Классификация чугуна основана на форме и типе включений графита. По этим признакам чугун может быть разделен на четыре группы (табл. 11):

1) серый чугун (пластинчатый графит);

2) высокопрочный или магниевый чугун (шаровидный графит);

3) ковкий чугун (графит хлопьевидной формы);

4) белый чугун (без включений графита).

Все перечисленные выше чугуны обладают плохой свариваемостью. Наиболее широко сварка применяется при ремонте и восстановлении изделий из серого чугуна. Это объясняется как распространенностью серого чугуна, так и наличием способов его сварки, в том числе и обеспечивающих получение в металле шва чугуна, близкого по свойствам к основному металлу.

Таблица. 11.

Ковкий и магниевый чугуны свариваются преимущественно стальными электродами (железо-никелевыми электродами МНЧ-2) или же дуговой сваркой в защитных газах тонкой электродной проволокой. Однако пока не решена задача получения металла шва, близкого по составу и свойствам к основному металлу. Поскольку сварку ковкого и магниевого чугунов стальными электродами во многих случаях производят на тех же режимах и теми же электродами, что и серого чугуна, особенности сварки этих чугунов изложены совместно.