Маркировка ковкого чугуна КЧ: как читать две цифры марки

Ковкий чугун - литейный сплав железа с углеродом, который получают длительным отжигом отливок из белого чугуна. Из него делают детали, где нужна и прочность, и заметная пластичность: соединительные фитинги трубопроводов, кронштейны, картеры, скобы, детали сельхозмашин. На чертеже его марка выглядит компактно - две буквы и две цифры через дефис, например КЧ35-10. За этой записью стоят сразу две механические характеристики, и читаются они не так, как у стали или серого чугуна. Разберём по ГОСТ 1215, что зашифровано в буквах и в каждой из двух цифр, и как по марке прикинуть, выдержит ли отливка нагрузку и насколько она пластична. Чтобы сразу применить правило к своему заданию, воспользуйтесь разбором ниже.

Что означают буквы КЧ

Буквы КЧ - это сокращение от «ковкий чугун». Название историческое и немного обманчивое: ковкий чугун не куют. Он назван так из-за повышенной пластичности и вязкости по сравнению с хрупким серым чугуном - отливка из КЧ переносит удары и небольшие деформации, не раскалываясь. Реально его не куют, а отливают, как и любой другой чугун.

Получают ковкий чугун в два этапа. Сначала отливают деталь из белого чугуна, в котором весь углерод связан в цементит, а свободного графита нет. Затем отливку подвергают длительному графитизирующему отжигу (десятки часов при 900-1050 градусах). В ходе отжига цементит распадается, и углерод выделяется в виде компактных хлопьевидных включений графита.

Рассчитать для своей задачи

Именно форма графита определяет свойства ковкого чугуна. Хлопья (их называют углеродом отжига) компактнее и округлее, чем острые пластинки в сером чугуне, поэтому они слабее работают как внутренние надрезы и меньше ослабляют металлическую основу. Отсюда и пластичность, которой у серого чугуна почти нет.

Что зашифровано в двух цифрах

Главное отличие маркировки КЧ от серого чугуна: в марке ковкого чугуна не одна цифра, а две, и они означают разные величины.

• Первое число - это минимальный предел прочности при растяжении в десятках мегапаскалей. Чтобы получить значение в МПа, число умножают на 10. Для КЧ35-10 это $35 \times 10 = 350$ МПа.
• Второе число (после дефиса) - это минимальное относительное удлинение при разрыве в процентах. Для КЧ35-10 это 10 процентов.

Относительное удлинение $\delta$ - мера пластичности. Это остаточное удлинение образца в момент разрыва, отнесённое к исходной длине:

$\delta = \frac{l_к - l_0}{l_0} \cdot 100\,\%$

где $l_0$ - начальная расчётная длина образца, $l_к$ - длина после разрыва. Чем больше $\delta$, тем пластичнее материал. У серого чугуна $\delta$ близко к нулю (он почти не тянется), а у ковкого доходит до 10-12 процентов - это и есть его главное преимущество.

Так, КЧ45-7 читается как «предел прочности не менее 450 МПа, относительное удлинение не менее 7 процентов». Видно закономерность: чем прочнее марка (больше первое число), тем меньше удлинение (второе число). Прочность и пластичность в чугунах обратно связаны.

Ряд марок по ГОСТ 1215

ГОСТ 1215-79 устанавливает стандартный ряд марок ковкого чугуна. Их удобно разделить на две группы по типу металлической основы.

Ферритные и феррито-перлитные марки - более пластичные, с меньшей прочностью:

• КЧ30-6, КЧ33-8, КЧ35-10, КЧ37-12 - основа преимущественно ферритная, удлинение 6-12 процентов.

Перлитные марки - более прочные и твёрдые, но менее пластичные:

• КЧ45-7, КЧ50-5, КЧ55-4, КЧ60-3, КЧ65-3, КЧ70-2, КЧ80-1.5 - основа перлитная, удлинение всего 1.5-7 процентов, зато прочность до 800 МПа.

Тип основы зависит от режима отжига. Если отжиг ведут так, чтобы успел распасться не только свободный, но и связанный в перлите цементит, получается мягкая ферритная основа и высокая пластичность. Если перлит частично сохраняют - основа прочнее, но пластичность падает.

Форма графита: чем КЧ отличается от соседей

Все чугуны делят по форме графита, и буквенный индекс марки сразу говорит о ней. Это ключ к тому, чтобы не путать марки разных групп.

Рассчитать для своей задачи

• СЧ - серый чугун. Графит в виде изогнутых пластинок (лепестков). Самый хрупкий, но хорошо гасит вибрации и легко обрабатывается. Его маркировку разбираем отдельно в статье про маркировку серого чугуна СЧ.
• КЧ - ковкий чугун. Графит хлопьевидный (углерод отжига), получается длительным отжигом белого чугуна. Компромисс между прочностью и пластичностью.
• ВЧ - высокопрочный чугун. Графит шаровидный, получается модифицированием жидкого расплава магнием или церием. Самый прочный и пластичный из трёх. Подробнее - в статье про высокопрочный чугун с шаровидным графитом.

Важно не путать КЧ и ВЧ: оба прочнее и пластичнее серого, но это разные материалы, разные технологии и разные ГОСТы. Высокопрочный получают из жидкого расплава, ковкий - из твёрдой отливки длительным отжигом.

Почему цифра в марке КЧ и в марке стали означают разное

Частая ошибка студента - переносить логику маркировки стали на чугун. В углеродистой стали число в марке означает содержание углерода в сотых долях процента: сталь 45 - это 0.45 процента углерода. В марке чугуна число означает не состав, а механическое свойство.

Поэтому КЧ35-10 нельзя читать как «0.35 процента углерода». Это предел прочности 350 МПа и удлинение 10 процентов. Содержание углерода в чугуне всегда высокое (2.4-2.8 процента у ковкого) и в марке не указывается вообще. Та же логика «буквы - тип материала, цифры - числовая характеристика» работает и в маркировке углеродистых конструкционных сталей, но числа там означают совсем другое.

Где применяют ковкий чугун

Сочетание умеренной прочности, заметной пластичности и низкой стоимости определяет область применения КЧ. Его берут там, где деталь испытывает ударные и знакопеременные нагрузки, а серый чугун раскололся бы.

Типичные изделия из ковкого чугуна:

• соединительные фитинги для трубопроводов (муфты, угольники, тройники) - самое массовое применение;
• кронштейны, скобы, хомуты, серьги;
• картеры, корпуса дифференциалов, ступицы, тормозные колодки;
• детали сельскохозяйственных и текстильных машин;
• арматура и мелкое литьё, работающее на изгиб и удар.

Для большинства таких деталей берут пластичные марки группы КЧ30-6 - КЧ37-12. Прочные перлитные марки (КЧ60-3 и выше) применяют там, где важнее износостойкость и твёрдость, чем вязкость.

Как по марке прикинуть нагрузку

По первому числу марки легко оценить, выдержит ли деталь растяжение. Допустимое напряжение берут с запасом прочности $n$:

$[\sigma] = \frac{\sigma_в}{n}$

где $\sigma_в$ - предел прочности из марки (первое число, умноженное на 10), а $n$ - коэффициент запаса (для литых деталей обычно 2-4). Для КЧ35-10 при запасе $n = 3$ допустимое напряжение $[\sigma] = 350 / 3 \approx 117$ МПа.

Второе число (удлинение) при расчётах на прочность напрямую не используется, но оно говорит, насколько деталь способна перенести перегрузку и удар без хрупкого разрушения. Чем выше $\delta$, тем «прощительнее» материал к концентраторам напряжений и случайным перегрузкам.

Частые ошибки

• «КЧ можно ковать, раз он ковкий». Нет. Ковкий чугун отливают, а не куют. Название отражает повышенную пластичность по сравнению с серым чугуном, а не способ обработки.
• «Обе цифры в марке означают прочность». Нет. Первая цифра - прочность в десятках МПа, вторая - относительное удлинение в процентах. Это разные величины и разные единицы.
• «КЧ35-10 содержит 0.35 процента углерода». Нет. Это логика стали. В чугуне число означает механическое свойство, а углерода в КЧ около 2.4-2.8 процента.
• «Ковкий и высокопрочный чугун - одно и то же». Нет. У КЧ графит хлопьевидный и получается отжигом, у ВЧ шаровидный и получается модифицированием расплава. Разные материалы и разные ГОСТы.
• «Чем больше первое число, тем лучше марка». Не всегда. С ростом прочности падает пластичность (второе число). Для ударных нагрузок пластичная КЧ35-10 может быть предпочтительнее прочной, но хрупкой КЧ80-1.5.

FAQ

Что означает дефис в марке КЧ35-10? Дефис разделяет две характеристики: до него стоит предел прочности (35 - это 350 МПа), после него относительное удлинение (10 процентов). Это не диапазон и не вычитание, а просто разделитель двух разных чисел.

По какому ГОСТу маркируется ковкий чугун? По ГОСТ 1215-79 «Отливки из ковкого чугуна. Общие технические условия». Он задаёт стандартный ряд марок от КЧ30-6 до КЧ80-1.5 и нормирует для каждой минимальный предел прочности, относительное удлинение и твёрдость.

Чем ковкий чугун лучше серого? Главное преимущество - пластичность. У серого чугуна относительное удлинение почти нулевое, он хрупкий и боится ударов. У ковкого удлинение доходит до 10-12 процентов, поэтому он переносит ударные и изгибающие нагрузки. Платой служат более сложная технология (длительный отжиг) и более высокая цена.

Коротко

Маркировка ковкого чугуна по ГОСТ 1215 - это буквы КЧ («ковкий чугун») и две цифры через дефис. Первая цифра - предел прочности при растяжении в десятках МПа (умножить на 10): у КЧ35-10 это 350 МПа. Вторая цифра - относительное удлинение при разрыве в процентах: у КЧ35-10 это 10 процентов. С ростом прочности удлинение падает. Графит в ковком чугуне хлопьевидный, получается длительным отжигом белого чугуна, что и отличает КЧ от серого (пластинчатый графит) и высокопрочного (шаровидный). Число в марке чугуна означает механическое свойство, а не содержание углерода, как у стали.