Высокопрочный чугун с шаровидным графитом

Всё ещё встречаю тех, кто путает его с ковким чугуном или обычным серым — а ведь это три разных материала с принципиально разной структурой графита. Когда впервые столкнулся с ВЧШГ лет десять назад на производстве задвижек для нефтехимии, тоже думал — ну чугун как чугун, только прочнее. Ошибался.

Где шаровидный графит меняет правила игры

В портовых механизмах — например, в узлах поворотных кранов — обычный чугун не выдерживает циклических ударных нагрузок. Трещины по телу отливки появлялись через 3-4 месяца. Перешли на ВЧШГ — срок службы узлов увеличился в 2,5 раза. Но здесь важно контролировать не только прочность, но и ударную вязкость.

На ООО Чжэньцзян Синшэн Стальное Литье для крановых колес делали отливки из ВЧШГ 700-2 — вроде бы по стандарту всё идеально, но при -25°C в порту Находки два колеса дали трещины. Разбор показал — проблема в карбидах по границам зёрен из-за быстрого охлаждения. Пришлось менять технологию подпитки.

Сейчас для судовых насосов используем ВЧШГ с добавкой 1% никеля — не по стандарту, а по собственной рецептуре. Коррозионная стойкость в морской воде выросла на 40% по сравнению с обычным составом. Такие детали идёт на комплектацию насосов для рыбопромысловых судов.

Ошибки при модифицировании расплава

Магний — ключевой элемент для сфероидизации графита, но его избыток ведёт к вспышкам в ковше и пористости. Помню случай на отливке корпуса редуктора для дорожного катка: визуально отливка идеальная, но при механической обработке вскрылись раковины диаметром до 3 мм под поверхностью. Потери — 12 тонн металла.

Сейчас на https://www.xszgsteel.ru для ответственных отливок используем комплексные модификаторы с церием — это стабилизирует процесс, хотя и дороже. Но для нефтехимической арматуры это оправдано — снижение брака на 7-8%.

Интересный момент: при литье толстостенных отливок (более 80 мм) без добавки сурьмы графит часто теряет шаровидную форму в центре отливки. Приходится либо менять конструкцию, либо вводить сурьму — но тогда падает пластичность. Компромисс находим через предварительный нагрев формы до 200-250°C.

Термообработка — то, о чём часто забывают

Отжиг для снятия напряжений — обязателен для любых сложных отливок, но многие пытаются экономить на этом этапе. Для деталей металлургического оборудования (например, валки клетей прокатных станов) мы делаем двойной отжиг — сначала при 920°C для распада карбидов, потом при 720°C для стабилизации структуры.

Контролируем не только температуру, но и скорость нагрева — для массивных отливок (свыше 500 кг) нагрев более 80°C/час гарантированно даёт трещины. Научились этому после брака опорной рамы для пресса массой 1,2 тонны — треснула по переходу сечения 100 мм к 40 мм.

Закалка с отпуском для ВЧШГ — редкость, но для зубчатых колёс лесозаготовительной техники применяем именно эту схему. Твёрдость 300-320 HB по зубьям при сохранении вязкости сердцевины. Без этого зуб ломается при работе с мёрзлой древесиной.

Контроль качества — не только твердомер

Ультразвуковой контроль для ВЧШГ — сложнее, чем для стали. Из-за графитных включнений затухание сигнала выше, приходится использовать низкочастотные преобразователи. На ООО Чжэньцзян Синшэн Стальное Литье для ответственных отливок внедрили фазированные решётки — дефектоскопия стала точнее, но оборудование дорогое.

Микроструктура — основной показатель качества. Требуем не менее 85% шаровидного графита 6-го типа по ГОСТ 3443. Вермикулярный графит допускаем не более 10% — больше уже влияет на прочность. Интересно, что в Европе допускают до 15% — но у них и нагрузки другие.

Механические испытания каждой плавки — обязательно. Но протоколы часто показывают 'идеальные' цифры, тогда как в реальной отливке свойства могут отличаться на 10-15%. Поэтому дополнительно вырезаем образцы из самих отливок — особенно из самых массивных частей.

Экономика производства ВЧШГ

Себестоимость тонны литья из высокопрочного чугуна на 25-30% выше, чем из серого чугуна — в основном из-за дорогих модификаторов и более сложной технологии. Но для деталей, работающих на износ или удар, это окупается увеличенным сроком службы.

Например, звёздочки для цепных передач в конвейерах из серого чугуна служат 6-8 месяцев, из ВЧШГ — 2-2,5 года. Разница очевидна, хотя многие заказчики сначала сомневаются.

Сейчас в ООО Чжэньцзян Синшэн Стальное Литье доля ВЧШГ в общем объёме производства около 35% — в основном для нефтехимии и горного оборудования. Перспективно направление — комбинированное литье, когда одна деталь имеет участки из разных марок чугуна, но это требует перестройки всей технологии.

Что в перспективе для ВЧШГ

Аустенитный высокопрочный чугун — никельсодержащие марки — перспективны для работы в агрессивных средах. Но стоимость ограничивает применение. Пытались заменить никель марганцем — не вышло, структура нестабильная.

Аддитивные технологии для литейных моделей — уже внедряем для сложных отливок. Это сокращает сроки изготовления оснастки с 2 месяцев до 2 недель. Особенно актуально для ремонтного фонда — когда нужна одна-две отливки, а старые модели не сохранились.

В целом, высокопрочный чугун с шаровидным графитом — материал с большим потенциалом, но требующий глубокого понимания технологии. Недостаточно просто купить правильный чугун — нужно знать, как его правильно расплавить, модифицировать, отлить и термообработать. Иначе получится дорогой брак вместо качественной детали.