ЧКГ чугун

Чугун с вермикулярным графитом (ЧВГ): место среди чугунных сплавов

Чугун с вермикулярным графитом (ЧВГ) — конструкционный материал, занимающий промежуточное положение между серым чугуном (СЧ) и высокопрочным чугуном с шаровидным графитом (ВЧ). Основа его свойств — специфическая форма графитовых включений: вермикулярная (червеобразная, с округлёнными кромками и ответвлениями), которая принципиально отличается как от пластинчатой (СЧ), так и от сферической (ВЧ).

По прочности, пластичности и теплопроводности ЧВГ даёт инженерам то, чего нельзя получить ни от серого, ни от высокопрочного чугуна в отдельности: прочность заметно выше, чем у СЧ, при сохранении высокой теплопроводности — значительно лучшей, чем у ВЧ. Это делает ЧВГ незаменимым для деталей, работающих при термических циклах и механических нагрузках одновременно.

В России стандартное обозначение — ЧВГ, в международной практике широко используется аббревиатура CGI (Compacted Graphite Iron). Европейский стандарт EN 16079 применяет обозначение EN‑GJV; в немецком языке — GJV (Gusseisen mit Vermiculargraphit). Термин «чугун с компактным графитом» (ЧКГ) — неофициальный русский синоним ЧВГ, обозначающий тот же материал.

Специфическое сочетание свойств достигается только при содержании вермикулярного графита в структуре не менее 80–90 %; остальное — шаровидный графит. Пластинчатый графит в ЧВГ не допускается. Форма графита определяется по ГОСТ 3443.

Марки ЧВГ по ГОСТ 28394-89

ГОСТ 28394-89 «Чугун с вермикулярным графитом для отливок. Марки» — действующий межгосударственный стандарт, введённый с 01.01.1991. Он устанавливает четыре марки ЧВГ, классифицированные по минимальному временному сопротивлению разрыву:

Марка	σв, МПа, не менее	σ0,2, МПа, не менее	δ, %, не менее	Твёрдость НВ
ЧВГ 30	300	240	3,0	130–180
ЧВГ 35	350	260	2,0	140–190
ЧВГ 40	400	320	1,5	170–220
ЧВГ 45	450	380	0,8	190–250

Относительное удлинение и твёрдость по Бринеллю определяют при наличии специальных требований в НТД. По требованию потребителя допускается устанавливать другие значения твёрдости. Термическая обработка для достижения нужной марки допускается.

Химический состав ЧВГ по маркам (ГОСТ 28394-89, Приложение, Табл. 2)

Состав приведён справочно. Магний и редкоземельные металлы (РЗМ) вводятся в расплав при модифицировании; приведены остаточные содержания после обработки. Лигатуры для модифицирования чугуна подбираются исходя из целевого состава ЧВГ.

Марка	C, %	Si, %	Mn, %	P, %, до	S, %, до	Cr, %, до	Cu, %	Mg ост., %	РЗМ ост., %
ЧВГ 30	3,5–3,8	2,2–3,0	0,2–0,6	0,08	0,025	0,15	—	0,015–0,028	0,10–0,20
ЧВГ 35	3,5–3,8	2,2–2,8	0,2–0,6	0,08	0,025	0,15	—	0,02–0,028	0,10–0,20
ЧВГ 40	3,1–3,5	2,0–2,5	0,4–1,0	0,08	0,025	0,20	0,4–0,6	0,02–0,028	0,10–0,20
ЧВГ 45	3,1–3,5	2,0–2,5	0,8–1,2	0,05	0,025	0,30	0,8–1,0	0,02–0,028	0,10–0,20

Примечание. РЗМ и Mg — остаточные содержания в металле после завершения модифицирования. Содержание меди в ЧВГ 40 и ЧВГ 45 вводится для стабилизации перлитной матрицы.

Механические и физические свойства ЧВГ

Механические свойства ЧВГ в литом состоянии или после термообработки нормируются ГОСТ 28394-89 (Табл. 1). Физические характеристики приведены в справочном приложении ГОСТ (Табл. 4).

Характеристика	Единица	ЧВГ 30	ЧВГ 35	ЧВГ 40	ЧВГ 45
Предел прочности при растяжении σв, не менее	МПа	300	350	400	450
Условный предел текучести σ0,2, не менее	МПа	240	260	320	380
Относительное удлинение δ, не менее	%	3,0	2,0	1,5	0,8
Предел прочности при сжатии, не менее	МПа	450	700	1000	1400
Предел выносливости σ‑1, не менее	МПа	140	150	170	190
Твёрдость по Бринеллю НВ	—	130–180	140–190	170–220	190–250
Плотность	г/см³	7,0
Теплопроводность λ	Вт/(м·К)	37–50
Удельное электросопротивление	мкОм·см	70–80

Теплопроводность ЧВГ занимает промежуточное положение: она существенно выше, чем у высокопрочного чугуна с шаровидным графитом (ВЧ, ~28–35 Вт/(м·К)), и приближается к уровню серого чугуна (~42–48 Вт/(м·К)). Именно это свойство определяет выбор ЧВГ для теплонагруженных деталей.

Влияние толщины стенки на свойства

С увеличением приведённой толщины стенки отливки прочность ЧВГ снижается. Перлитные ЧВГ более чувствительны к толщине сечения, чем ферритные. Это необходимо учитывать при проектировании толстостенных деталей: при приведённой толщине 100 мм σ_в может снизиться примерно до 350 МПа даже для составов, номинально соответствующих ЧВГ 45.

Применение отливок из чугуна с вермикулярным графитом

ЧВГ применяется там, где нужно сочетание высокой прочности, усталостной стойкости и хорошего теплоотвода — то есть для деталей, испытывающих циклические термомеханические нагрузки.

Двигателестроение: головки блоков цилиндров дизельных и крупных бензиновых двигателей (включая тяжёлые грузовики, тепловозные и морские дизели), блоки цилиндров, выпускные коллекторы, распределительные валы, корпуса турбокомпрессоров.

Тормозные системы: тормозные диски и барабаны, тормозные рычаги — там, где требуется сочетание износостойкости и стабильной теплопроводности.

Тяжёлое машиностроение: корпуса гидронасосов высокого давления, маховые колёса, корпуса редукторов, эксцентриковые зубчатые колёса, детали цепных передач.

Судовое и тепловозное двигателестроение: головки цилиндров крупных судовых дизелей (массой до 1000 кг), трубы газосборников, выхлопные трубы локомотивных двигателей.

Ключевое преимущество ЧВГ перед ВЧ в применениях с термоциклированием — более высокая теплопроводность, которая снижает температурные градиенты и термическую усталость. Перед СЧ — значительно более высокая прочность и пластичность, а также лучшие литейные свойства (меньшая пористость), чем у ВЧ.

Легирование для повышения тепло- и износостойкости (ЧВГ 45)

Для получения износостойкого и теплостойкого перлитного ЧВГ ГОСТ 28394-89 допускает легирование только для марки ЧВГ 45:

• никель — 0,8–1,2 %;
• молибден — 0,2–0,4 %.

Никель стабилизирует перлит, увеличивает прокаливаемость и жаростойкость. Молибден повышает прочность при повышенных температурах и сопротивление ползучести. Такой ЧВГ 45 применяется в условиях длительного воздействия температур свыше 400 °С — в выпускных коллекторах и корпусах турбокомпрессоров.

Формы поставки и заказ ЧВГ

ЧВГ поставляется в виде фасонных отливок, изготовленных по чертежам заказчика. Для получения нужной морфологии графита при заливке используются лигатуры на основе магния и редкоземельных металлов. Для уточнения условий поставки, минимальных партий и технических требований к конкретной отливке — свяжитесь с нами.