§ 50. Особенности сварки чугуна

Чугуны — это железоуглеродистые сплавы, в которых присутствуют следующие примеси, %: углерода — 2,0—4,0; марганца — 0,5—1,6; кремния — 0,5—4,0; серы — 0,02—0,2 и фосфора — 0,02—0,2. Специальные чугуны имеют также легирующие примеси: никель, хром, медь, титан и алюми­ний.

Углерод в чугуне может находиться в виде карбида Fe3C. Такой чугун, называемый белым, обладает повышенной твердостью и плохо поддается механической обработке. В сером чугуне углерод находится в свободном состоянии в виде прослоек графита и только частично может быть в виде вторичных карбидов.

Кремний способствует графитизации чугуна и увеличе­нию размеров графитовых включений. Марганец при со­держании в чугуне до 0,7% слабо способствует графитиза­ции, а при содержании свыше 1% препятствует распаду карбида железа. Сера является вредной примесью: повы­шает густотекучесть чугуна, ухудшает литейные качества и дает соединение Fe3S, способствующее образованию тре­щин при сварке. Сера препятствует распаду карбида желе­за и выделению свободного углерода. Фосфор является слабым графитизатором: улучшает литейные качества чу­гуна, повышая жидкотекучесть.

Из легирующих примесей сильным графитизатором является алюминий. Выделению графита способствуют так­же никель, кобальт, медь, титан. Хром, ванадий и молиб­ден, препятствуя распаду карбида железа, действуют как размельчители зерна.

Широкое применение получают модифицированные и высокопрочные чугуны, имеющие ферритную или перлит­ную основу или их сочетание. Эти чугуны обладают высо­кими механическими свойствами и применяются при изго­товлении ответственных деталей машин. Их высокие ме­ханические свойства обусловлены тем, что вместо вытяну­тых пластинок и прожилок графита, нарушающих целост­ность металлической основы, графит в высокопрочном чу­гуне имеет глобулярную форму, обеспечивающую наиболь­шую однородность металлической основы.

Трудности сварки чугунов обусловлены их физико-ме­ханическими свойствами:

• быстрое охлаждение жидкого металла в зоне сварки, а также выгорание кремния из расплава шва способ­ствуют местному «отбеливанию» металла шва и око­лошовной зоны, т. е. переходу графита в химическое соединение с железом — цементит, который трудно поддается механической обработке;

• отсутствие периода пластического состояния и высо­кая хрупкость приводят, вследствие неравномерного нагрева и охлаждения, а также неравномерной усад­ки металла, к появлению больших внутренних напря­жений и трещин как в самом сварном шве, так и в околошовной зоне;

• низкая температура плавления, непосредственный пе - ; реход чугуна из твердой фазы в жидкую, и наоборот,

затрудняют выход газов из металла шва, и шов по­лучается пористым;

• высокая жидкотекучесть чугуна не позволяет произ­водить сварку не только в вертикальном, но и в на­клонном положении шва.