10.2. ОСОБЕННОСТИ СВАРИВАЕМОСТИ ЧУГУНА

Чугун представляет собой сплав железа с углеродом, содержание которого в сплаве превышает 2,14%. Обычно в чугунах присутствует некоторое количество кремния и марганца, серы и фосфора; иногда вво­дятся другие легирующие элементы для придания чугуну определен­ных свойств.

Чугуны относятся к сплавам трудносвариваемым, что объясняется их химическим составом (высоким углеродом) и конечными свойства­ми. В зависимости от содержания в чугуне углерода в свободной форме (в виде графита) различают два вида чугуна, резко отличающихся по характеру излома.

Белый чугун характеризуется в изломе матово-белым цветом. В его структуру при комнатной температуре входят цементит и перлит. Весь углерод в нем находится в связанном состоянии в виде цементита; сво­бодный графит в таком чугуне отсутствует, поэтому последний облада­ет высокой твердостью и хрупкостью.

Серый чугун имеет в изломе серый цвет и характеризуется наличием в структуре графита; при этом графит может находиться в разных фор­мах (перлитный чугун, перлитно-ферритный и т. д.).

Серые перлитные нелегированные чугуны с пластинчатым графи­том относятся к наиболее распространенному в машиностроении клас­су литейных чугунов. В зависимости от количества углерода, находя­щегося в виде графита и цементита, различают следующие его типы.

Серый перлитный чугун отличается тем, что в нем около 0,8% угле­рода находится в виде цементита, входящего в состав перлита, а осталь­ная часть углерода (1,5...3,0%) находится в виде графита. Таким обра­зом, металлическая основа этого чугуна представляет собой перлитную сталь, прорезанную прожилками графита; феррит в виде отдельных зе­рен в этом чугуне не содержится.

Серый перлитно-ферритный чугун содержит углерод в виде графи­та, т. е. характеризуется графитизацией части цементита, входящего в состав перлита. Его металлическая основа состоит из перлита, зерен феррита и прожилок графита.

Серый ферритный чугун почти весь углерод содержит в виде гра­фита. Его структура состоит из зерен феррита, перерезанных прожил­ками графита.

Графит, обладая большой хрупкостью, ослабляет металлическую осно­ву чугуна, однако он одновременно придает ему ряд ценных в технологи­ческом отношении свойств (облегчает обрабатываемость резанием и т. д.).

Механические характеристики чугуна во многом зависят от количе­ства содержания в нем графита и характера его распределения по струк­туре. Отбел при сварке чугуна - явление весьма нежелательное, так как образование структурно свободного цементита создает большую хруп­кость металла в зоне перехода от шва к основному металлу. Отбеленный металл такого слоя имеет высокую твердость (500...600 НВ), что кроме возможности образования трещин создает затруднения при механичес­кой обработке деталей. Поэтому при назначении технологии сварки сле­дует избегать местных перегревов металла, ибо это способствует увели­чению толщины отбеленного слоя в переходной зоне.

Марки серых чугунов определяются его прочностными характерис­тиками (предел прочности на разрыв и предел прочности на изгиб) - СЧ12-28 и т. д. Серые чугуны разных модификаций в основном приме­няются для изготовления методом литья самых разнообразных деталей. К основным трудностям сварки серого чугуна относятся следующие.

1. Достаточно резкие скорости охлаждения металла ЗТВ и металла шва, сопутствующие термическому циклу сварки, способствуют отбеливанию чугуна, что связано с появлением выделений цемен­тита в различной форме и охрупчиванию этих участков.

Основными легирующими элементами чугунов являются углерод и кремний. Они во многом определяют конечную структуру, а значит, и свойства чугунов. При конкретном содержании углерода (рис. 11.1) уве­личение содержания кремния при прочих равных условиях способствует графитизации чугуна и уменьшению количества цементита в базовой структуре (Ф -> Ц).

2. Наличие остаточных сварочных напряжений при малой пластич­ности отбеленных участков металла приводит к образованию тре­щин в металле шва и ЗТВ.

3. При сварке чугуна идет интенсивное кипение ванны с высоким газовыделением, что при кристаллизации шва может привести к образованию пор.

4. Чугун весьма жидкотекуч при расплавлении, что часто требует применения специальных мер для формирования шва.

5. При сварке ряда марок чугунов, имеющих кремний (или подоб­ные элементы), на поверхности сварочной ванны образуются окисные тугоплавкие пленки, что приводит к образованию не­проваров и несплавлений.