Белый чугун

Белый чугун – разновидность чугуна, имеющая в изломе белый цвет и характерный металлический блеск. Углерод в нем содержится в виде цементита. Присутствие графита в белом чугуне визуально не обнаруживается и определяется лишь химическим путем.

Нелегированный и легированный белый чугун обладают различным химическим составом. Легирование белого чугуна выполняется с целью повышения его износостойкости. Для этих целей применяются карбидообразующие элементы – хром, вольфрам, молибден и др.

Особенности получения белого чугуна

В процессе получения белого чугуна заданной структуры необходимо подавить процесс графитизации в течение всего времени кристаллизации жидкой массы. В данном случае имеет значение как грамотный подбор исходных материалов, так и соблюдение технологии охлаждения чугуна в форме.

Когда отливки производят из нелегированного чугуна в сырых песчаных формах, существует необходимость соблюдать пропорцию углерода и кремния: С (Si + lg R) < 4.5. Площадь сечения отливки, деленная на периметр сечения, называется приведенной толщиной и обозначается в данном случае как R.

Высокое содержание цементита в белых чугунах серьезно осложняет использование их в качестве конструкционных материалов, поскольку они отличаются хрупкостью и крайне тяжело поддаются механической обработке. С другой стороны, отливкам белого чугуна свойственны коррозийная стойкость, устойчивость к высоким температурам и открытому огню, износостойкость. Для поддержания вышеуказанных качеств состав их должен быть максимально однородным. Чем больше карбидов содержится в белом чугуне, тем большей твердостью он отличается. Если происходит коагуляция карбидов из-за несоблюдения технологии, твердость чугуна существенно снижается. Максимальной твердостью обладает белый чугун мартенситной структуры.

Легирующие элементы белого чугуна

Интенсивнее всего на твердость белого чугуна влияет углерод, который, собственно, и определяет количество карбидов. Остальные элементы, оказывающие воздействие на его твердость, располагаются в такой последовательности (по убывающей): никель, фосфор, марганец, хром, молибден, ванадий, кремний, медь, титан, сера.

Такие элементы, как Ni, Mn, Cr, непосредственно участвуют в образовании мартенситно-карбидной структуры. Если их суммарное содержание примерно равно доле углерода, отливка белого чугуна имеет максимальную твердость.

Для белого чугуна характерно отсутствие прямой зависимости между твердостью и износостойкостью; в данном случае это разные качества. Износостойкость является определяющей характеристикой, и наилучшими ее показателями обладает белый чугун с особым строением металлической массы, в которой карбиды и фосфиды располагаются в виде отдельных равномерных включений или графически правильной сетки. Белый чугун нашел широкое применение в производстве деталей станков, оборудования и механизмов, работающих в условиях повышенного абразивного износа, при отсутствии смазки.

Легированный белый чугун обладает наряду с жаропрочностью и стойкостью к коррозии, еще и электросопротивлением. Эти характеристики обусловлены структурой его металлической массы, которая может быть карбидно-перлитной, карбидно-аустенитной и иметь в своем составе легированный феррит. Иными словами, качество отливки напрямую зависит от состава легирующих элементов и их концентрации. В большинстве случаев именно хром является главным легирующим элементом, образующим карбиды хрома и железа и связывающим углерод.

Высокохромистый белый чугун

Высокохромистый белый чугун отличается максимальной устойчивостью к коррозии благодаря образованию на его поверхности окисных пленок. Кроме того, карбиды хрома и железа характеризуются высоким электродным потенциалом, сравнимым с потенциалом хромистого феррита – второй составляющей металлической массы белого чугуна. Высокохромистый белый чугун сохраняет свои коррозийные свойства в щелочных и соляных растворах, серной и азотной кислоте.

Процесс комплексного легирования белого чугуна чреват коагуляцией карбидов в условиях высоких температур. Присутствие в нем хрома увеличивает температурную стойкость карбидов и способствует замедлению диффузных процессов. Если дополнительно легировать высокохромистый белый чугун такими элементами, как Ni и Mo, его механические характеристики еще больше повышаются, а сам он по прочности приближается к жаропрочной стали.

В сферах, где востребованы такие качества чугуна, как коррозийная стойкость и наличие высокого электросопротивления, используется именно легированный белый чугун.

Белый нержавеющий и жаропрочный чугун

В промышленности сегодня широко используется нержавеющий белый чугун марок Х28 и Х34. Помимо коррозийной устойчивости, детали из него обладают способностью сохранять свои первоначальные размеры в процессе длительного и циклического нагрева. Своими улучшенными характеристиками чугуны этих марок обязаны дополнительному легированию следующими элементами:

N – 0,1 %;
Ti – 0,5 %;
Cu – 0,5-2,0 %.

Белый чугун с высоким удельным сопротивлением

Чугун марки Х34 используется для литых нагревателей, способных работать при температуре 800-900 ˚С. Данная разновидность белого чугуна носит название сормайт и отличается следующим процентным соотношением легирующих элементов:

углерод – 2,5-3,5 %;
кремний – 2,0-2,5 %;
марганец – 1,0-1,5 %;
никель – 3,0-5,0 %.

Удельное сопротивление его характеризуется следующими показателями: p = 1,4/1,5 ом * м/мм², σв = 35 кГ/мм²; σизг = 70 кГ/мм²; HRC 48-50.

Отливки из белого чугуна подвергаются отжигу – для снятия внутренних напряжений и стабилизации размеров. Температура отжига зависит от стойкости карбидов и в случае белого чугуна повышается до 850 ˚С. Процессы нагревания и охлаждения должны быть медленными для всех сортов легированного чугуна. В результате получаются прочные детали, в гораздо меньшей степени склонные к образованию трещин.

См. также:

• Производство чугуна и стали
• Сварка чугуна без подогрева
• Технология сварки ковких, высокопрочных и легированных чугунов
• Технология сварки серых чугунов и свойства соединений