Чавун - це сплав заліза з вуглецем та домішками (Sі, Mn, S,  P, O2 , Н2 , N2 ), в якому вуглецю більше як 2,14 %.

   Основне, чим відрізняється чавун від сталі – це частка вуглецю в їх складі (у сталі вона знаходиться в діапазоні від 0,025% до 2,14%, у чавуну – понад 2,14%) й вміст домішок (в чавуні їх більше). Це формує температуру плавлення сплавів. Якщо у чавунів вона становить 1150-1250 градусів, то у сталей цей показник досягає 1500°С

   Чавуни доцільно класифікувати  за  призначенням  на:  білі,  сірі, ковкі, високоміцні і антифрикційні.

    Білі чавуни - це  чавуни,  в  яких  вуглець  перебуває  у зв'язаному стані,  у вигляді цементиту (Fe3C).  Їх можна класифікувати за структурою:  до евтектичні (вміст вуглецю  від  2,14  до  4,3  %); евтектичні (вміст вуглецю 4,3 %);  заевтектичні (вміст вуглецю від 4,3 до 6,67 %). Білі чавуни  в основному використовують для переробки у сталь.  В окремих випадках для виготовлення виробів,  які не піддаються  високим навантаженням.

    Сірі чавуни  -  це  чавуни,  в  яких  вуглець  перебуває  як  у зв'язаному стані  (Fe3C) так  і  в вільному у вигляді графіту.  Сірі чавуни маркуються буквами СЧ з цифрою, яка вказує мінімальну  границю  міцності на розрив або розтяг. Згідно ДСТУ є такі марки сірого чавуну:  СЧ12,  СЧ15, СЧ18, СЧ21, СЧ24, СЧ25,  СЧ32,  СЧ35, СЧ40,  СЧ45. Сірі   чавуни використовуються для      виготовлення     різних     відливок     для сільськогосподарських машин і побутової  техніки.  У  структуру  сірих чавунів обов'язково  входить  фаза графіт  у  вигляді  пластинок.  Це дозволяє в деякій мірі підвищити  пластичність у  порівнянні  з  білими чавунами.

         Ковкий чавун - умовна  назва  м'якого  і  в'язкого  чавуну,  який одержують з  білого  чавуну шляхом відливанням  з подальшою термічною обробкою.  Його не кують,  але він набагато пластичніший  за  сірий чавун.  Ковкий чавун, як  і сірий,  складається із  основи – сталі та містить частину вуглецю у вигляді графіту, проте графітові включення у ковкому чавуні інші по  формі  (у  вигляді плям, а не пластин).  Властивості ковкого чавуну залежать від металевої основи і розміру включень графіту, чим менші включення графіту, тим міцніший ковкий чавун. Ковкий чавун позначають буквами КЧ і двома числами,  з яких перше вказує мінімальну  границю міцності  на  розтяг,  друге - мінімальне відносне видовження  (%). Відомі такі марки ковкого чавуну: на феритній основі (3-10 % перліту ) КЧ30-6, КЧ33-8, КЧ35-10, КЧ37-12, на перлітній основі (0-20 % фериту)КЧ45-7, КЧ50-5, КЧ55-4, КЧ60-3, КЧ65-3.

  Ковкий чавун   широко   використовують   у   сільськогосподарському машинобудуванні, в  автомобільній   і    тракторній    промисловості, верстатобудуванні та в інших галузях промисловості.

   Високоміцні чавуни. Підвищення міцності і  пластичності чавунів досягають  модифікуванням  під  час виплавляння,  яке забезпечує одержання глобулярного      (сфероїдального)      графіту      замість пластинчастого. Таку  форму  графіту  одержують  при введені присадок у рідкий чавун магнію або лігатури (20 % Mg + 80 % Nі).  Встановлені такі марки високоміцного чавуну у відливках: ВЧ35, ВЧ40, ВЧ50,  ВЧ60, ВЧ70, ВЧ80, ВЧ100, ВЧ120. Число вказує мінімальну  границю міцності на розрив або розтяг. Міцність чавуну   збільшується  із  збільшенням  кількості  перліту  і дисперсності глобулів графіту.  Високоміцний чавун  використовують  замість  сталі для відливання валів, зубчастих коліс,  муфт,  задніх мостів автомобілів, картерів та ін.

   Переробний чавун - цей сплав виплавляється в доменних печах й призначений для подальшого переділу в сталь або виготовлення виливків. Може використовуватися як в рідкому, так і у твердому стані. У переробних чавунах строго контролюється вміст кремнію, марганцю, сірки та фосфору. Основний стандарт, який обумовлює вимоги до даної продукції – ГОСТ 805. Залежно від змісту кремнію і призначення розрізняють наступні види передільних чавунів: переробний чавун для сталеплавильного виробництва марок П1, П2; переробний чавун для ливарного виробництва марок ПЛ1, ПЛ2; переробний фосфористий чавун ПФ1, ПФ2, ПФ3; переробний високоякісний чавун ПВК1, ПВК2, ПВК3.

   Спеціальні чавуни - існують марки сплавів зі спеціальними характеристиками, які досягаються шляхом легування, застосування спеціальної технології відпалу та охолоджування. До таких чавунів відносяться: жаростійкі; корозійностійкі; художні; антифрикційні й зносостійкі; чавуни з особливими електромагнітними властивостями; феросплави та інші. Технічні умови на леговані спеціальні чавуни регламентують стандарти ДСТУ 8851, ГОСТ 7769, ISO 2892 та інші. У них вказується з чого складається чавун для різних особливих застосувань, якими механічними властивостями він повинен володіти та яким чином необхідно його маркувати.

Як спеціальні домішки позначаються на структурі чавуну?

   При виробництві окремих сплавів додавання спеціальних присадок в чавун змінює його склад та властивості. Кремній є найважливішим легуючим елементом в чавуні, який разом з вуглецем впливає на структуру й властивості. Кремній позитивно впливає на виділення графіту, покращує ливарні властивості сплаву. Сірка зменшує здатність рідкого чавуну заповнювати ливарні форми, знижує його механічні властивості та надає червоноламкість. Марганець негативно позначається на ливарних властивостях, протидіє графітизації, але збільшує твердість та міцність. Фосфор необхідний при виготовленні чавунних виливків складної форми, в тому числі тонкостінних, оскільки сприяє підвищенню рідкоплинністі сплаву. Але при цьому втрачається міцність, зростає крихкість. Домогтися специфічних властивостей дозволяють й інші легуючі добавки, що вводяться на етапі виплавки матеріалу. Виходить змінена характеристика чавуну з поліпшеними зносо- або жаростійкістю, корозійною міцністю або електропровідністю.

Придатність чавунів до зварювальних робіт

   З'єднання чавунних деталей за допомогою зварювання як ніколи актуально і вимагає серйозного підходу. У технологічному аспекті придатність металу низька. На це існує ряд причин, і головна з них – дуже високий вміст вуглецю і домішок. Крім того, важко сформувати зварений шов через рідкоплинність матеріалу. Можливі непровари – результат утворення тугоплавких оксидів в процесі окислення кремнію, інших компонентів сплаву. Інтенсивне виділення газу призводить до утворення у шві пір. Застосування чавуну для зварювання з металами, що відрізняються швидкістю охолодження/нагрівання призводить до утворення тріщин на звареному шві і його крихкості. Тому, для зварювання вдаються до використання покритих або вугільних електродів, порошкового дроту, установок газового зварювання. Уникнути утворення загартованих ділянок допомагає попередній прогрів зварюваних деталей та правильний вибір режиму зварювання.

У чому ж особливості зварювання чавуну? 

    Цей сплав дійсно є дуже специфічним. Чавун надзвичайно стійкий до корозії, одна з причин, яка робить його таким популярним. За своєю структурою чавун поділяється на наступні види: 

  • білий - не подається механічній обробці, не піддається зварюванню через те, що є крихким й твердим. 
  • ковкий чавун - його отримують при відпалі білого. Застосовують для виготовлення кораблів, автомобілів, сільськогосподарських машин та іншого. Його обирають для таких задач, через його механічні та технологічні якості. 
  • сірий - використовується як конструкційний матеріал, легко обробляється ріжучим інструментом, має високі легувальні властивості та дуже високим рівнем зносостійкості.
  • високостійкі - отримують за допомогою додавання до сплаву легуючих добавок. Вони є стійкими до корозії, є жаростійкими. Використовуються для виготовлення високоміцних труб, висячих деталей у машинобудуванні.

Особливості при зварюванні: 

  • Висока швидкість охолодження - через що на поверхні утворюється шар білого чавуну, який не можливо обробляти, називається  "відбілювання";
  • Активне утворення газів у зварювальній ванні - призводить до утворення пор у шві;
  • Нерівномірне нагрівання - разом зі швидким охолодженням зважаючи на крихкість сплаву призводить до виникнення тріщин; 
  • Неправильний температурний режим - також призводить до утворення тріщин; 
  • Окислення кремнію - на поверхні зварювальної ванни утворюються важкотопні оксиди, що своєю чергою, призводить до утворення непроварених ділянок; 
  • Висока тягучість - тільки ускладнює рівномірне формування шва; 

Способи та технології зварювання чавуну

Зварювання чавуну здійснюється у двох технологіях: 

    Холодне зварювання. Найбільш розповсюджена технологія, дуже часто використовується у побуті. Дуже важливо контролювати дугу та робити короткі зварювальні шви з ретельним обробленням тріщини. Для високої якості, використовують електроди з нікелю, який не вступає у реакцію з вуглецем. Холодне зварювання чавуну електродами проводиться при низькому струмі, так як нагрів металу може погіршити якість одержуваного шва. Крім цього, робота повинна проводиться з періодичними перервами, так як потрібен час для охолодження металу.

   Виготовити електроди можна самостійно. До особливостей процесу їх виготовлення можна віднести нижченаведені моменти:

  1. В якості основи можуть використовуватися мідний дріт.
  2. Стрижень очищається від забруднень органічним розчинником.
  3. Покриття представлено поєднанням крихти з залізних електродів, а також порошку з дрібних залізних тирси.
  4. Отримана суміш з’єднується з рідким склом.
  5. Покривається стрижень шаром товщиною не менше 2-х міліметрів.
  6. Сушка проводиться на відкритому повітрі, після чого проводиться запікання нанесеного складу. Для нагріву середовища може використовуватися звичайна духовка, так як температура запікання відносно невисока.

   При застосуванні саморобних електродів створюється недовга дуга, а також незмінний струм. Не варто забувати про те, що слід залишати метал для його охолодження. Рекомендована температура становить 50 градусів Цельсія. Для забезпечення високої якості одержуваного шва слід його накладати маленькими частинами, довжина яких становить 30-50 міліметрів. За рахунок цього виключається ймовірність появи тріщин.

   Гаряче зварювання. Використовується у промислових та виробничих умовах, тому що для цього потрібне спеціальне обладнання для нагрівання. Найбільш вдалим вважається нагрівання до 600 - 650°C, при 750°C метал вже починає плавитися. Після нагрівання до потрібної температури зварювання починається на маленькому струмі. Охолодження після зварювання повинно відбуватися поступово, що буде сприяти графітизації та не будуть утворюватись тріщини. Також використовуються спеціальні електроди - ОМЧ - 1 (прутки з чавуну зі спеціальним покриттям).

   До особливостей подібної технології можна віднести нижченаведені моменти:

  1. Перед нагріванням матеріалу слід закріпити в підготовленому каркасі. За рахунок цього знижується ймовірність виникнення напружень. Саме напруга призводить до появи тріщин.
  2. Обов’язково слід використовувати жорсткий каркас в тому випадку, якщо проводиться локальний нагрів розглянутого матеріалу.
  3. У більшості випадків нагрів проводиться за допомогою індуктора з використанням струмів промислової частоти. Крім цього, можуть застосовуватися полум’яні пальника і паяльні лампи, сурми.
  4. Для заварки наскрізних тріщин застосовуються графітові форми. При їх виготовленні прийнято застосовувати графітові пластинки, які з’єднуються з формувальної сумішшю.
  5. Перед проведення зварювальних робіт слід підготувати місце шва. Підготовка передбачає видалення пилу і бруду, які можуть стати причиною погіршення якості одержуваного шва.

Також виділяють кілька рекомендацій, пов’язаних з особливостями даної технології:

  1. Потрібно контролювати обсяг розплавленого матеріалу під час проведення роботи. Для цього під час зварювання розплавлений склад змішується з кінцем присадного стержня або електрода.
  2. Охолодження слід проводити рівномірно. Для того щоб виключити занадто швидке охолодження металу заготівля засипається деревним вугіллям або гарячим піском. Як показує практика, на охолодження невеликих деталей йде від 3 до 40 годин, більші можуть остигати протягом 5-ти діб.
  3. На момент нагріву метал може окислюватися. За рахунок цього істотно підвищується температура плавлення, що ускладнює процес зварювання. Для виключення вірогідності окислення металу застосовуються флюси на борної основі.

Способи зварювання чавуну: 

  1. Ручне дугове зварювання. Може використовуватися при будь-якій технології з тих,що згадували вище. Існує чотири типи електродів, які можуть використовуватись для ручного дугового зварювання: чавунні, мідні, нікелеві, стальні. Обираючи той чи інший вид електродів вивчіть особливості їх використання.
  2. Напівавтоматичне зварювання. Процес полягає у тому, що зварювальний дріт подається в зону електричної дуги, де вона розплавляється й утворює зварне з'єднання. В такому випадку, може використовуватися кілька типів зварювального дроту: сталева, нікелева та кремній бронзова.
  3. Аргонодугове зварювання. Цей процес вважається дуже складним серед інших. При зварюванні аргоном у якості присадного матеріалу використовують чавунні, нікелеві або алюмінієво-бронзові прутки (останні можна використовувати тільки без теплового впливу), можуть ще знадобитися вольфрамові електроди. Як і в інших випадках потрібно дотримуватися правил та вимог, які рекомендовані при зварюванні аргоном. 
  4. Газове зварювання. У якості присадочних прутків використовують чавунні стрижні. Виконуються після довгого та рівномірного прогрівання виробу, що запобігає утворенню “відбілювальних” ділянок. 
  5. Електрошлакового зварювання. Використовується при виготовлені великогабаритних виробів із високоміцних чавунів, або виправлення дефектів у масивних конструкцій. Витратні матеріали - чавунні пластини в якості електродів та фторидні флюси. 
  6. Контактне зварювання. Застосовують для роботи з чавунними трубами, шляхом стоплення та нагрівання кінців конструкції. Внаслідок чого Ви отримуєте зварювальні шви дуже високої якості.
  7. Лазерне зварювання. Дуже ефективний процес для зварювання не тільки чавунних деталей одна з одною, а й для надійного з'єднання чавуну з різноманітними сталями. Лазерне зварювання допомагає зняти перехідну напругу, зменшити вірогідність утворення тріщин, підвищити швидкість зварювання.

 

Last modified: Saturday, 4 February 2023, 7:47 PM