Адрес этой страницы' ?>

<<Предыдущая страница Оглавление книги Следующая страница>>

Глава XIX

СВАРКА ЧУГУНА, ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ, НАПЛАВКА ТВЕРДЫХ СПЛАВОВ

§ 88. Сварка чугуна. Белый, серый чугун.

Чугунами называют железоуглеродистые сплавы, содержащие углерода свыше 2,0%. Распространенные марки чугунов обычно содержат 2,5-4% углерода, 1-4,5% кремния, 0,2-1,5% марганца, примесь фосфора и серы.

Углерод в чугуне находится либо в химически связанном состоянии (карбиды железа в виде ледебурита, первичного и вторичного цементита), либо в свободном состоянии, т. е. в виде графита. Поэтому структура чугуна зависит от количества углерода, находящегося в химически связанном состоянии, и может быть: перлито-графитовая, феррито-графитовая, феррито-перлито-графитовая.

Чугуны различают по структуре, способам изготовления, химическому составу и назначению. В зависимости от структуры различают белый и серый чугун.

Белые чугуны содержат в основном углерод, находящийся в виде цементита. Эти чугуны очень хрупки, тверды, применяются редко и сварке не подлежат.

Серые чугуны содержат в своем составе углерод в виде структурного свободного графита. В зависимости от формы свободного углерода различают три вида серых чугунов: серый чугун с пластинчатым графитом, характеризующийся низкой пластичностью и прочностью; серый чугун с графитом завихренной или глобулярной формы (модифицированный чугун); ковкий чугун - чугун, имеющий форму графита в виде хлопьев.

По способу изготовления различают отливки из обычного и отливки из модифицированного чугуна. По химическому составу чугуны бывают нелегированные и легированные. Структура чугуна зависит от скорости охлаждения и от содержания в нем углерода и легирующих примесей (рис. 86).

Рис. 86. Зависимость структуры чугуна от:

а - концентрации элементов, б - содержания углерода и кремния, в - толщины стенок (скорости охлаждения) и суммарного содержания в нем углерода и кремния

Чугун, основой которого является железо, содержит следующие химические элементы: углерод, кремний, марганец, серу, фосфор, магний и легирующие компоненты в виде хрома, никеля, молибдена и др.

Повышение содержания углерода в сплаве железо - углерод вызывает снижение температуры плавления и повышение его жидкотекучести, что является одной из причин невозможности сварки чугуна во всех пространственных положениях. Углерод в чугуне способствует выделению свободного графита, что снижает механические свойства чугуна.

Кремний в чистом железе растворяется до 14,3%, он уменьшает устойчивость карбидов и способствует выделению свободного графита. Увеличение содержания кремния в чугуне уменьшает усадку чугуна при затвердевании за счет увеличения количества выделяющегося графита. Чем выше содержание кремния, тем выше графитообразование, т. е. кремний способствует графитизации чугуна.

Марганец, молибден, хром, сера, ванадий препятствуют образованию графита. Марганец с железом образует растворы любой концентрации и обладает большим сродством к сере, углероду и кислороду и находится в виде сульфида марганца (MnS) и железомарганцевого карбида [(FeMn)₃C]. Сернистый марганец плохо растворяется в жидком и твердом чугуне. Марганец является стабилизатором карбида. При увеличении содержания марганца увеличивается усадка чугуна и металл приобретает склонность к образованию горячих трещин.

Сера с железом образует сульфид железа (FeS), который представляет собой твердое и хрупкое вещество. Сульфид железа с железом образует эвтектику с температурой плавления 953°С. Эвтектика, затвердевая несколько позже основного металла (чугуна), выделяясь по границам зерен, способствует образованию горячих трещин.

Фосфор в железе растворяется до 0,3%, но образует тройную эвтектику железа, цементита и фосфористого железа, которая представляет хрупкое вещество с температурой плавления 950-980°С. Эвтектика увеличивает жидкотекучесть чугуна. Фосфор не отбеливает и не графитизирует чугун, увеличение фосфора в чугуне увеличивает его жидкотекучесть.

Магний, являющийся стабилизатором карбидов, способствует отбелу чугуна, но он, добавляемый в жидкий чугун, способствует выделению графита шаровидной формы.

В чугуне могут образовываться следующие структурные составляющие:

феррит - твердый раствор углерода в α-железе; цементит - химическое соединение железа с углеродом; перлит -смесь феррита с цементитом; ледебурит - эвтектическая смесь цементита и перлита;

графит - особая форма углерода, наиболее мягкая и вместе с тем хрупкая составляющая чугуна.