Маркировка серого чугуна СЧ: как читать марку и прочность

Серый чугун - самый массовый литейный сплав железа с углеродом: из него отливают станины станков, корпуса редукторов, блоки цилиндров, тормозные диски и сантехническую арматуру. На чертеже его марка выглядит коротко: две буквы и две цифры, например СЧ20. За этой компактной записью скрыта главная механическая характеристика детали - предел прочности при растяжении. Разберём по ГОСТ 1412, как читается марка, какое число и в каких единицах в ней зашито, и как по марке прикинуть, выдержит ли отливка нагрузку. Чтобы сразу применить правило к своему заданию, воспользуйтесь разбором ниже.

Что означают буквы СЧ

Буквы СЧ - это сокращение от «серый чугун». Название историческое и описывает цвет излома: в отличие от белого чугуна, у которого свежий слом блестящий и светлый, у серого чугуна излом матовый, тёмно-серый. Такой цвет даёт свободный углерод, выделившийся при затвердевании в виде пластинок графита.

Именно форма графита определяет всю группу чугунов и их маркировку. В сером чугуне графит имеет вид изогнутых пластинок (лепестков). Эти пластинки работают как внутренние надрезы: они почти не сопротивляются растяжению, поэтому серый чугун хрупкий и плохо тянется, зато отлично гасит вибрации и легко обрабатывается резанием.

Рассчитать для своей задачи

Сравните с соседними марками: ВЧ - высокопрочный чугун с шаровидным графитом, КЧ - ковкий чугун с хлопьевидным графитом. У них графит компактнее и не так сильно ослабляет металл, поэтому при том же химическом составе они прочнее и пластичнее. Подробнее о шаровидной форме - в статье про высокопрочный чугун с шаровидным графитом.

Что зашифровано в цифрах

Главное правило маркировки по ГОСТ 1412: две цифры после букв СЧ - это минимальный предел прочности при растяжении, выраженный в десятках мегапаскалей (МПа × 10). Чтобы получить прочность в мегапаскалях, число просто умножают на 10.

$\sigma_{в} = N \cdot 10 \text{ МПа}$

где $N$ - число в марке. Так:

• СЧ10 - $\sigma_{в} \ge 100$ МПа;
• СЧ15 - $\sigma_{в} \ge 150$ МПа;
• СЧ20 - $\sigma_{в} \ge 200$ МПа;
• СЧ25 - $\sigma_{в} \ge 250$ МПа;
• СЧ30 - $\sigma_{в} \ge 300$ МПа;
• СЧ35 - $\sigma_{в} \ge 350$ МПа.

Цифра в марке - это не содержание углерода и не твёрдость. Это именно гарантированный минимум прочности на разрыв, измеренный на отдельно отлитой стандартной заготовке диаметром 30 мм. Чем больше число, тем прочнее чугун.

Рассчитать для своей задачи

Откуда взялись «десятки МПа»

Современная запись унаследована от старого ГОСТ, где прочность измеряли в килограмм-силах на квадратный миллиметр (кгс/мм²). Раньше в марке стояло именно это число: СЧ20 означало $\sigma_{в} = 20$ кгс/мм². При переходе на систему СИ оказалось, что $1$ кгс/мм² $\approx 9{,}81$ МПа $\approx 10$ МПа. Поэтому старое число в кгс/мм² почти точно совпало с новым в десятках МПа, и сами цифры марки менять не пришлось.

Это удобное совпадение и есть причина, по которой множитель равен именно 10. Если вам встретится справочник с двумя цифрами через дробь (например, СЧ 21-40), это совсем старый ГОСТ 1412-79: первое число - прочность на растяжение, второе - на изгиб, обе в кгс/мм². В действующем стандарте оставили только одно число.

Полный ряд марок по ГОСТ 1412

Действующий стандарт ГОСТ 1412-85 закрепляет ряд марок серого чугуна:

СЧ10, СЧ15, СЧ18, СЧ20, СЧ21, СЧ24, СЧ25, СЧ30, СЧ35.

Марки СЧ10 и СЧ15 относят к ферритным - у них мягкая основа и низкая прочность; их берут для слабонагруженных корпусов, крышек, плит. СЧ20 и СЧ25 - феррито-перлитные, универсальные конструкционные чугуны для корпусных деталей средней нагруженности. СЧ30 и СЧ35 - перлитные, наиболее прочные, идут на ответственные отливки: станины, цилиндры, детали, работающие на износ. С ростом прочности падает способность гасить вибрации, поэтому для станин с высокими требованиями к виброгашению иногда сознательно выбирают марку пониже.

Какие свойства не видны в марке

Марка СЧ кодирует только предел прочности при растяжении. Многие важные характеристики в ней не отражены, но связаны с ней косвенно:

• Твёрдость (НВ) растёт вместе с номером марки, но в обозначении не указывается; её берут из таблиц ГОСТ (для СЧ20 - примерно 170–210 НВ).
• Предел прочности при изгибе у серого чугуна в 1,5–2 раза выше, чем при растяжении, потому что чугун лучше работает на сжатие, чем на разрыв.
• Относительное удлинение мало (менее 0,5 %) - серый чугун практически непластичен, его нельзя ковать и тянуть. О том, как считается эта величина, - в материале про относительное удлинение и сужение.
• Химический состав (содержание углерода 2,9–3,7 %, кремния 1,2–2,6 %) в марке тоже не указывается: стандарт нормирует свойства, а не состав, давая литейщику свободу подобрать шихту.

Как марка влияет на выбор детали

Логика инженера при выборе марки обратная разбору обозначения: сначала определяют, какую нагрузку несёт деталь, затем подбирают минимально достаточную марку. Для корпуса насоса хватит СЧ15, для станины токарного станка нужна СЧ30. Завышать марку невыгодно - более прочные перлитные чугуны дороже, хуже льются в тонкостенные формы и сильнее склонны к образованию отбела на кромках.

При расчёте на прочность из марки берут $\sigma_{в}$, делят на коэффициент запаса (для хрупких чугунов он крупный, 2,5–4) и получают допускаемое напряжение. Поскольку серый чугун хрупок, его никогда не рассчитывают на растяжение «впритык»: закладывают большой запас, а сами детали проектируют так, чтобы они работали преимущественно на сжатие.

Маркировка чугуна на чертежах и в документации

В технической документации марку пишут без пробела или с пробелом (СЧ20 или СЧ 20) - оба варианта допустимы. На чертеже она ставится в графе материала основной надписи со ссылкой на стандарт: «СЧ20 ГОСТ 1412-85». Эта запись однозначно задаёт литейщику требуемую прочность отливки и метод контроля.

Полезно держать в голове всю систему буквенных индексов чугунов, чтобы не путать марки разных групп: СЧ - серый с пластинчатым графитом, ВЧ - высокопрочный с шаровидным, КЧ - ковкий с хлопьевидным, АЧ - антифрикционный, ЧХ и ЧС - легированные жаростойкие и коррозионностойкие. Буквы всегда стоят первыми и сразу говорят о типе и форме графита, а цифры уточняют прочность или состав. Та же логика «буквы - тип, цифры - числовая характеристика» работает и в маркировке углеродистых конструкционных сталей.

Частые ошибки

• «Цифра в марке СЧ20 - это процент углерода». Нет. Это предел прочности при растяжении в десятках МПа: СЧ20 означает 200 МПа, а не 20 % или 2 % углерода.
• «СЧ20 прочнее, чем Сталь 20». Нет, наоборот. У стали число - это сотые доли процента углерода, и сталь 20 прочнее и намного пластичнее серого чугуна СЧ20.
• «Чем выше марка, тем лучше во всём». Не всегда. С ростом прочности падает виброгашение и ухудшается заполняемость тонких форм. Для станин с упором на гашение вибраций иногда берут марку ниже.
• «Цифры можно читать как твёрдость». Нет, твёрдость в марке не зашифрована, её берут из таблиц стандарта отдельно.
• «СЧ можно ковать, раз есть ковкий чугун КЧ». Серый чугун хрупкий и не куётся. Ковкий чугун КЧ называется так не потому, что его куют, а из-за повышенной пластичности по сравнению с серым.

FAQ

Что означает СЧ20 простыми словами? Серый чугун с гарантированным пределом прочности при растяжении не ниже 200 МПа. Буквы СЧ - «серый чугун», число 20 умножают на 10 и получают прочность в мегапаскалях. Это самая распространённая универсальная марка для корпусных деталей.

Как перевести старую марку в кгс/мм² в новую? Никак переводить не нужно - число остаётся тем же. В старом стандарте СЧ20 означало 20 кгс/мм², в новом то же число читается как 200 МПа, потому что 1 кгс/мм² примерно равен 10 МПа. Менялись только единицы, а цифра в марке осталась прежней.

Чем серый чугун отличается от высокопрочного по маркировке? Буквами и формой графита. У серого чугуна обозначение начинается с СЧ и пластинчатый графит, у высокопрочного - с ВЧ и шаровидный графит. У обоих число после букв задаёт предел прочности в десятках МПа, но при равном числе высокопрочный чугун пластичнее и надёжнее.

Коротко

Маркировка серого чугуна по ГОСТ 1412 предельно проста: буквы СЧ означают «серый чугун» с пластинчатым графитом, а две цифры - это минимальный предел прочности при растяжении в десятках мегапаскалей. Чтобы получить прочность в МПа, число умножают на 10: СЧ20 - это 200 МПа. Цифра не связана ни с содержанием углерода, ни с твёрдостью, ни со сталью с похожим числом. Ряд марок от СЧ10 до СЧ35 идёт по нарастанию прочности; с ростом прочности падает виброгашение. На чертеже марку пишут со ссылкой на стандарт, например «СЧ20 ГОСТ 1412-85». </content>