Серый чугун СЧ20

Марка: Серый чугун СЧ20	Класс: Чугун серый
Использование в промышленности: для изготовления отливок

Химический состав в % чугуна СЧ20
C	3,3 - 3,5
Si	1,4 - 2,4
Mn	0,7 - 1
S	до 0,15
P	до 0,2
Fe	~93

Дополнительная информация и свойства

Твердость материала: HB 10 -1 = 143 - 255 МПа

Механические свойства чугуна СЧ20 при Т=20oС
Прокат	Размер	Напр.	σв(МПа)	sT (МПа)	δ5 (%)	ψ %	KCU (кДж / м2)
			200

Физические свойства серого чугуна СЧ20
T (Град)	E 10- 5 (МПа)	a 10 6 (1/Град)	l (Вт/(м·град))	r (кг/м3)	C (Дж/(кг·град))	R 10 9 (Ом·м)
20	1		54	7100
100		9.5			480

Особенности электрошлаковой сварки чугунов и серого чугуна СЧ20 (в частности): чугун - сравнительно дешевый конструкционный материал. Он получил широкое распространение практически во всех отраслях машиностроения благодаря ценным литейным и технологическим свойствам. Из серого чугуна изготовляют станины, ползуны прессов, корпуса редукторов, маховики, шестерни и т. д. Использование высокопрочных и ковких чугунов позволяет заменить стальное литье.

При изготовлении крупногабаритных конструкций возникает необходимость применения сварочных процессов для соединения отдельных литых элементов и для исправления дефектов литья.

Высокое содержание углерода резко снижает пластичность чугунов, делает применение сварки затруднительным, требует разработки при этом специальных приемов. Так, при дуговых способах сварки деталей или заварке дефектов литья требуется предварительный и сопутствующий подогрев до температуры 600 - 650° С, чтобы предупредить появление трещин из-за отбеливания околошовной зоны. В случае холодной сварки чугуна необходимо обеспечить требуемую степень графитизации металла шва и околошовной зоны в условиях быстрого охлаждения.

Теплофизические особенности и технические возможности электрошлакового процесса позволили успешно применить его для сварки чугунных деталей большого сечения при изготовлении и ремонте конструкций. Широкие возможности регулирования термического цикла при ЭШС позволили в значительной мере избежать отбеливания металла шва и околошовной зоны. В ИЭС им. Е. О. Патона впервые были сварены образцы из серого чугуна толщиной 30-100 мм. ЭШС осуществляется с применением флюса АНФ-6 электродами большого сечения того же состава, что и основной металл, при сварочном токе 600-900 А, напряжении на шлаковой ванне 36-38 В, зазоре между кромками 40 - 43 мм. Исследование химического состава, структуры и механических свойств сварного соединения показало, что при ЭШС они вполне удовлетворительные.

Магниевый высокопрочный чугун труднее поддается сварке, чем обычный серый чугун. Режимы ЭШС металла толщиной 100 мм пластинчатыми электродами сечением 18 X 100 мм приведены в таблице ниже.

Таблица 9.55

Режимы	b, мм	υe, м/ч	Ic , A	Uc , В	Погонная энергия, кДж/см (ккал/см)
1	35‒38	2,4	1650	30‒33	420 (100)
2	40‒43	1,8	1400	33‒34	672 (160)
3	45‒48	1,8	1300	32‒35	756 (180)

При ЭШС магниевого чугуна основная задача состоит в получении ферритно-перлитной структуры с шаровидным ферритом без зон отбеливания. При этом обеспечиваются высокие механические свойства сварного соединения. В таблице 9.56 приведен химический состав (%) металла шва, он практически не зависит от режима.

Таблица 9.56

Металл	C	Mn	S	Mg	S	P
Основной	3,12	0,49	2,96	0,34	0,011	0,12
Шов	3,5	0,62	2,54	0,027	0,006	0,028

Увеличение погонной энергии сварки ведет к отбеливанию металла шва из-за большой скорости охлаждения сварочной ванны и наличия магния. При низком содержании магния графит имеет шаровидную форму, но с увеличением погонной энергии в шве появляется пластинчатый графит, что приводит к образованию трещин. Устранить участки с пластинчатым графитом можно увеличением содержания магния в шве с одновременным повышением содержания графитизаторов. В зоне термического влияния отбела не наблюдается.

Для получения стабильных механических свойств сварного соединения целесообразно применять флюсы, снижающие содержание фосфора в металле шва.

При исправлении с помощью ЭШС дефектов литья (сквозные и несквозные крупные раковины, трещины и др.), а также изломов, трещин, возникающих в процессе эксплуатации, удалять дефектные места и разделывать кромки под сварку необходимо механическими способами. На рисунке ниже показаны примеры подготовки дефектных мест под электрошлаковую заварку.

Техника ЭШС чугуна электродами большого сечения на автомате или стержнями полуавтоматическим способом практически ничем не отличается от сварки стальных заготовок и арматуры. Минимальная площадь поперечного сечения дефекта должна быть 9-10 см². Если площадь дефекта превышает 80-90 см², его следует разбивать на участки с помощью графитовых или чугунных пластин-проставок и заваривать последовательно.

Дефекты сечением более 30 см² целесообразно заваривать сварочным автоматом. Предварительный подогрев осуществляют шлаковым процессом с применением нерасходуемых неплавящихся электродов. В отдельных случаях можно использовать заварку всего сечения нерасходуемым электродом с периодической засыпкой в шлаковую ванну шихты небольшими дозами, чтобы избежать опасности переохлаждения шлаковой ванны. В таблице ниже приведены результаты механических испытаний образцов, изготовленных из сварного соединения.

Таблица 9.57

Металл	σв	σсж
	МН/м2 (кгс/мм2)
Основной	136‒145 (13,9 - 14,9)	556‒631 (56,8‒64,6)
Шов	209‒226 (21,1-22,9)	980‒940 (99,7‒94,6)

Заслуживают внимания работы по ЭШС чугуна электродами из стали марки СтЗ или Ст4 под флюсом АН-348-А. Добавка в шлак мела (2-3%) повышает активность шлака по отношению к сере и фосфору. При исследовании свойств сварного соединения получены хорошие результаты.

Анализ особенностей ЭШС чугуна позволяет заключить, что применение этого высокомеханизированного и производительного метода сварки при изготовлении сварно-литых конструкций и заварке дефектов дает определенные преимущества как в отношении качества сварного соединения, так и с точки зрения его механизации.