Чугун и его свариваемость. Часть 1

Чугун - это сплав железа с углеродом, в отличие от стали содержит много углерода, около 2-5%.

В зависимости от состояния углерода в сплаве различают белые, серые, ковкие чугуны.

Белые чугуны - в изломе почти белый цвет, так как углерод I них находится в химическом соединении в виде карбида железа цементита Fe3C. Цементит хрупкий и с высокой твердостью (выше твердости напильника), не поддается механической обработке режущими инструментами и как конструкционный материал практически не применяется (только для бил молотковых камнедробилок и им подобных).

Белый чугун используется для получения ковких чугунов после термообработки (томления в печах).

Серый чугун - в изломе серебристого цвета из-за наличия пластинчатых включений графита.

Большая часть углерода находится в свободном состоянии в | графита. Практически в чугунах около половины углерода содержится в свободном состоянии, в виде графита, остальной углерод находится в связанном состоянии (химсоединении).

Серый чугун хорошо обрабатывается режущим инструментом Температура плавления серого чугуна в зависимости от количества углерода 1100- 1250ºС, так как углерод снижает температуру плавления сплава и увеличивает его жидкотекучесть. При остывании чугун не имеет тестообразного состояния (из-за жидкотекучести), а сразу переходит в твердое состояние, и наоборот - сразу из твердого в жидкое. Поэтому он поддается сварке только в нижнем положении шва.

Ковкий чугун - название условное он не поддается ковке, так как у него повышенная пластичность, т. е. относительное удлинение до 10%. В ковких чугунах графит более благоприятные форм и с большой разобщенностью, такой чугун менее склонен к трещинообразованию.

Свариваемость чугуна. При оценке физической свариваемости его следует отнести к группе хорошо свариваемых материалов, а при оценке по технологической свариваемости, когда требуется сварное соединение без снижения качества основного металла и металлa шва, чугун является трудносвариваемым сплавом.

Основные причины, ухудшающие свариваемость чугуна, следующие.

1. Возможность образования в шве и околошовной зоне хрупких и труднообрабатываемых структур отбела и закалки с очень высокой твердостью.
2. Высокая жидкотекучесть, низкая пластичность, так как отсутствует площадка текучести, которую имеет сталь. Это создает напряженное состояние структуры и приводит к трещинам.
3. Чугун не имеет пластического (тестообразного) состояния и при достижении температуры плавления мгновенно переходит из твердого состояния в жидкое, а при охлаждении - из жидкого в твердое.
4. Образование пористости за счет большого количества окиси углерода и быстрое затвердевание расплавленного металла - причина того, что газы не успевают выйти. При содержании в чугуне углерода 4,3% температура его плавления сравнительно невысокая - 1150ºС.
5. "Рост" чугуна, т. е. склонность серого чугуна к необратимому увеличению объема на 3-5% при нагреве его до 300-500ºС приводит к деформациям, иногда - к трещинам.

Чугун и его свариваемость. Часть 2

При охлаждении чугун (как вода) расширяется. Повышенная склонность чугуна к образованию хрупких структур связана в основном с высоким содержанием в нем углерода. Это явление особенно проявляется при дуговых способах сварки. При локальном нагреве чугуна создается перепад температур в теле, который вызывает термические напряжения.

При газовой сварке обеспечивается большая зона плавного нагрева и меньшая скорость охлаждения, поэтому образование структур закалки и отбела сварного стыка менее вероятно.

В принципе, серый чугун - это не сплошной металл, а пористая металлическая губка, поры которой заполнены рыхлым неметаллическим веществом - графитом.

Такая структура неблагоприятна для сварки, она не встречается ни в одном другом металле. Относительное удлинение при разрыве серого чугуна практически равно нулю. Это характеризует его как непластичный материал.

Чугуны очень неоднородны по своему химсоставу и сильно засорены различными примесями, поэтому результаты сварки чугунных деталей одинаковой марки могут быть различны.

Нужно помнить, что есть виды чугунных изделий, чугуны которых практически совершенно не поддаются сварке, например, не поддается сварке так называемый горелый серый чугун. Горелым он называется потому, что подвергался длительному воздействию высокой температуры (например, плита на печке), кислот, пара и т. д. Из-за пористости чугуна в подобных случаях окисление проникает на всю толщину металла, обволакивая металлические зерна пленкой окислов и делая металл рыхлым, механически непрочным и главное - несмачивающимся никаким жидким металлом. При попытке сварки дугой, в стыке от температуры образуются (скатываются) шарики полуметалла, а стык на их объем углубляется и получается канавка.

Плохо свариваются чугуны с черным изломом.

Нужно помнить, что никому в производстве еще не удавалось получить равнопрочное чугунное сварное соединение.

Технологические трудности сварки чугуна породили множество способов его сварки и их разновидностей, но ни один способ не является вполне приемлемым для всех случаев, встречающихся в практике.

Поэтому сварку чугуна применяют только при ремонтных работах и при устранении мелких дефектов в отливках. Накопленный опыт позволяет сделать вывод, что газовая сварка является одним из надежных и несложных способов, позволяющих получить наплавленный металл, по свойствам близкий к основному металлу. Это объясняется термическими процессами при сварке, меньшей вероятностью появления в зоне сплавления отбеленного чугуна.

Способы сварки чугуна:

1. Горячая сварка чугуна.
2. Холодная сварка чугуна.
3. Газовая пайкосварка чугуна.