Серый и белый чугун. Хим. состав, структура, маркировка и область применения

Серый чугун имеет низкие хар-ки механических св-в при испытаниях на растяжение. Включения графита играют роль концентраторов напряжений. Твёрдость и прочность при испытаниях на сжатие, зависящие от свойств металлической основы, у чугуна достаточно высоки. Серый чугун с пластинчатой формой графита имеет ряд преимуществ. Он позволяет получать дешёвое литьё, т.к. при низкой стоимости обладает хорошей жидкотекучестью и малой усадкой. Механические свойства серых чугунов зависят от метал­лической основы, а также формы и размеров включений графита. Наиболее прочными являются серые чугуны на пер­литной основе, а наиболее плас­тичными — серые чугуны на ферритной основе. Серый чугун получают при добавлении в расплавленный металл веществ, способствующих распаду цементита и выделению углерода в виде графита. Для серого чугуна графитизатором является кремний. При введе­нии в сплав кремния около 5% цементит серого чугуна практически пол­ностью распадается и образуется структура из пластичной ферритной основы и включений графита. С уменьшением содержания кремния цементит, входящий в состав перлита, частично распадается и образуется ферритно-перлитная струк­тура с включениями графита. При дальнейшем уменьше­нии содержания кремния формируется структура серо­го чугуна на перлитной осно­ве с включениями графита.

Включения графита делают стружку ломкой след-но чугун хорошо обрабатывается резанием. Благодаря смазывающему действию графита чугун обладает хорошими антифрикционными свойствами.

Маркируется серый чугун буквами СЧ и цифрами, характеризующими величину временного сопротивления при испытаниях на растяжение. Выпускают следующие марки серых чугунов (в скобках указаны числовые значения твердости НВ):СЧ 10(143—229), СЧ 15 (163-229), СЧ 20 (170-241), СЧ 25 (180-250), СЧ 30(181-255), СЧ 35 (197-269), СЧ 40 (207-285), СЧ 45 (229-289).

Серые чугуны — это литейный чугун. Серый чугун поступает в произ­водство в виде отливок. Серый чугун является дешевым конструкцион­ным материалом. Он обладает хорошими литейными свойствами, хоро­шо обрабатывается резанием, сопротивляется износу, обладает способ­ностью рассеивать колебания при вибрационных и переменных на­грузках. Свойство гасить вибрации называется демпфирующей способ­ностью. Демпфирующая способность чугуна в 2—4 раза выше, чем ста­ли. Высокая демпфирующая способность и износостойкость обуслови­ли применение чугуна для изготовления станин различного оборудова­ния, коленчатых и распределительных валов тракторных и автомо­бильных двигателей и др. По физико-механическим характеристикам серые чугуны условно можно разделить на четыре группы: малой прочности, повышенной проч­ности, высокой прочности и со специальными свойствами.

Легированный серый чугун имеет мелкозернистую структуру и лучшее строение графита за счет присадки небольших количеств никеля и хрома, молибдена и иногда титана или меди.

Модифицированный серый чугун имеет однородное строение по сечению отливки и более мелкую завихренную форму графита. Модификаторы — ферросили­ций, силикоалюминий, силикокальций и др. — добавляют в количестве 0,1 —0,3% от массы чугуна непосредственно в ковш во время его заполне­ния.

Белые чугуны очень твердые и хрупкие, плохо обрабатыва­ются режущим инструментом, идут на переплавку в сталь и называются передельными чугунами. Часть белого чугуна идет на получение ков­кого чугуна.

Белые чугуны используются как износостойкие конструкционные материалы. В таких чугунах весь углерод находится в связанном состоянии с карбидообразующими элементами (хром, марганец, бор, титан). Для придания чугуну большей вязкости, жаро- или коррозионной стойкости в его состав вводят никель.

  23. Высокопрочный чугун. Хим. состав, стр-ра, маркировка и область применения

Микроструктура чугуна состоит из металлической основы и графитных включений. Св-ва чугуна зависят от св-в металлической основы и характера включений графита. Графит высокопрочного чугуна имеет шаровидный вид. По мере округления графитных включений механич. св-ва чугуна увеличиваются. Округлённая форма графита достигается модифицированием. Модификаторами чугуна служат SiCa, FeSi, Al, Mg. При использовании в качестве модификатора Mg, вводимого перед разливкой в количестве до 0,5%, получают высокопрочный чугун с шаровидной формой включения графита. Mg обычно вводят в автоклавах. Действие Mg объясняется увеличением поверхностного натяжения графита и образованием микропузырьков пара, в котором диффундирует углерод. Маркируют высокопрочный чугун буквами ВЧ и цифрами, характеризующими величину временного сопротивления, например ВЧ35 (d_В>350МПа, d_0,2>220МПа, d>22% твёрдость 140…170НВ). Из высокопрочных чугунов изготавливают ответственные детали: зубчатые колёса, коленчатые валы. Механические свойства высокопрочного чугуна позволяют приме­нять его для изготовления деталей машин, работающих в тяжелых ус­ловиях, вместо поковок или отливок из стали. Из высокопрочного чугуна изготовляют детали прокатных станов, кузнечно-прессового оборудования, паровых турбин, тракторов, автомобилей (коленчатые валы, поршни) и др. Низкое содержание серы и фосфора и небольшие пределы содержания других химических элементов обеспечиваются тем, что такой чугун выплавляют в электрической печи. После термической обработки механические свойства чугуна получаются весьма высоки­ми: Ов= 620-650 МПа; §= 8-12 % и твердость НВ = 192-240.

  24. Ковкий чугун. Хим. состав, стр-ра, маркировка и область применения

Микроструктура чугуна состоит из металлической основы и графитных включений. Св-ва чугуна зависят от св-в металлической основы и характера включений графита. Ковкий чугун — условное название более пластичного чугуна по сравнению с серым. Ковкий чугун никогда не куют. Отливки из ковкого чугуна получают длительным отжигом отливок из белого чугуна с перлитно-цементитной структурой. Толщина стенок отливки не должна превышать 40—50 мм. При отжиге цементит белого чугуна распа­дается с образованием графита хлопьевидной формы. Состав ковкого чугуна довольно стабилен: (2,2…3)% С, (0,7…1,5)% Si, (0,2…0,6)% Mn, 0,2 P, 0,1 S. Из-за низкого содержания С ковкий чугун выплавляют в электропечи. После заполнения форм отливки быстро охлаждают и получают структуру белого чугуна. Затем отливки подвергают длительному отжигу (до 2 суток) – томлению, предохраняя их от окисления печными газами засыпкой песком и др. В рез-те отжига структура состоит из зёрен феррита или перлита и хлопьев графита. Излом чугуна, структура которого состоит из феррита и графита, тёмный. Такой ковкий чугун называют чёрносердечным, т.к. он содержит сравнительно много графита. Если в области эвтектоидного превращения проводить более быстрое охлаждение, то в структуре сохранится перлит. Такой чугун называют перлитным ковким чугуном или светлосердечным. В его структуре содержится графита меньше, чем в ферритном ковком чугуне. Маркируют ковкий чугун буквами КЧ и цифрами временного сопротивления и относительного удлинения, н-р КЧ35-10.

Механич св-ва и химич состав КЧ33-8 (ферритный чугун): (2,6…2,9)% С, (1 …1,6)% Si, (0,4…0,6)% Mn, P<0,18% и S<0,2%, d_В>323МПа, d>8%, твёрдость = (100…163)НВ; КЧ55-4 (перлитный чугун): (2,5…2,8)% С, (1,1 …1,3)% Si, (0,3…1)% Mn, P<1,1% и S<0,2%, d_В>539МПа, d>4%, твёрдость = (192…241)НВ

Ковкий чугун широко применяют в автомобильном, сельскохозяйст­венном и текстильном машиностроении. Из него изготавливают детали высо­кой прочности, способные воспринимать повторно-переменные и удар­ные нагрузки и работающие в условиях повышенного износа (тормозные колодки, ступицы, пальцы режущих аппа­ратов сельскохоз. машин, шестерни, крючковые цепи и др.). Широкое распространение ковкого чугуна, занимающего по механичес­ким свойствам промежуточное положение между серым чугуном и сталью, обусловлено лучшими по сравнению со сталью литейными свойствами белого чугуна, что позволяет получать отливки сложной формы. Ковкий чугун характеризуется достаточно высокими антикоррозионными свой­ствами и хорошо работает в среде влажного воздуха, топочных газов и воды.