3.3.4. Чугуны. Структура чугунов.

Чугунами называют железоуглеродистые сплавы, содержащие более 2,14%. углерода (до 6,67%). Чугун обладает более низкими механическими свойствами, чем сталь, но дешевле и хорошо отливается в изделия сложной формы.

По структуре и форме выделения углерода чугун подразделяется на белый, серый и половинчатый.

В белом чугуне углерод находится в химически связанном состоянии, в виде цементита Fe₃C, что и определяет его свойства: высокие твердость и хрупкость, хорошую сопротивляемость износу, плохую обрабатываемость режущими инструментами. Белый чугун применяют для получения серого и ковкого чугуна и стали.

По структуре белый чугун делится на:

– доэвтектический, с содержанием углерода от 2,14 до 4,3%. Микроструктура такого сплава состоит из перлита, ледебурита и вторичного цементита (рис. 3.7, а);

– эвтектический, в котором содержание углерода равно 4,3%. В структуре чистый ледебурит (рис. 3.7, б);

– заэвтектический, с содержанием углерода от 4,3 до 6,67%. В структуре ледебурит и первичный цементит (рис. 3.7, в).

Серый чугун содержит большую часть углерода в свободном состоянии в виде графита. Графитовые включения делают цвет излома серым. Чем излом темнее, тем чугун мягче. Образование графита происходит в результате термической обработки белого чугуна, когда часть цементита распадается на мягкое пластичное железо и графит. В зависимости от преобладающей структуры различают серый чугун на перлитной, ферритной или ферритоперлитной основе.

В зависимости от формы графитовых включений серый чугун делится на:

– обычный серый чугун, в котором графит содержится в виде пластин (рис. 3.8);

– ковкий серый чугун – хлопьевидная форма графитовых включений (рис. 3.9);

– высокопрочный серый чугун, в котором графитовые включения имеют шаровидную форму (рис. 3.10).

При получении различных видов чугуна важную роль играет скорость охлаждения сплава: быстрое охлаждение сплава способствует получению белого чугуна, а замедленное – серого.

графит

графит

Рис. 3.8. Микроструктура обычных серых чугунов

Рис. 3.9. Микроструктура ковких серых чугунов:

а – перлитного; б – ферритного

Рис. 3.10. Микроструктура высокопрочных серых чугунов:

а – на перлитной; б – феррито-перлитной; в – ферритной основе

Свойства обычного серого чугуна зависят от режима охлаждения и наличия некоторых примесей. Например, чем больше кремния, тем больше выделяется графита, а потому чугун делается мягче. Серый чугун имеет умеренную твердость и легко обрабатывается режущими инструментами. Серый чугун, применяемый в строительстве, должен иметь временное сопротивление при растяжении не менее 120 Н/мм², а временное сопротивление при изгибе 280 Н/мм².

Из серого чугуна отливают элементы конструкций, хорошо работающие на сжатие: колонны, опорные подушки, башмаки, отопительные батареи, трубы водопроводные и канализационные, плиты для полов, станины и корпусные детали станков, головки и поршни двигателей, зубчатые колеса и другие детали.

Ковкий чугун получают после длительного отжига белого чугуна при высоких температурах, когда цементит почти полностью распадается с выделением свободного углерода на ферритной или перлитной основе. В отличие от обычных серых, ковкие чугуны являются более прочными и пластичными и легче обрабатываются.

Высокопрочные (модифицированные) чугуны значительно превосходят обычные серые по прочности и обладают некоторыми пластическими свойствами. Их применяют для отливок ответственных деталей.

При испытании обычного серого и высокопрочного чугунов определяют временное сопротивление при растяжении, изгибе и сжатии, а при испытании ковкого чугуна – временное сопротивление при растяжении, относительное удлинение и твердость.

Чугуны маркируют двумя буквами и двумя цифрами, соответствующими минимальному значению временного сопротивления _в при растяжении (в МПа), уменьшенному в 10 раз. Серый чугун обозначают буквами "СЧ" (ГОСТ 1412-85), высокопрочный – "ВЧ" (ГОСТ 7293-85), ковкий – "КЧ" (ГОСТ 1215-85).

СЧ10 – серый чугун с временным сопротивлением при растяжении  100Н/мм²;

ВЧ70 – высокопрочный чугун, _в при растяжении  700 Н/мм²;

КЧ35 – ковкий чугун, _в при растяжении  350 Н/мм².

При маркировке чугунов могут использоваться две группы цифр, стоящих после букв. В случае обычного серого и модифицированного чугуна, например СЧ12-28, первые две цифры обозначают временное сопротивление при растяжении, последующие две – временное сопротивление при изгибе. При маркировке высокопрочных и ковких чугунов в конце марки через тире приводится вторая группа цифр, указывающая на относительное удлинение (в процентах). Например, ВЧ38-17 (_в  380 Н/мм²,   17%).