3.2.2. Влияние структурных составляющих на свойства чугуна

Графит оказывает сильное влияние на основные свойства чу­гуна, в первую очередь на прочность и пластичность, характери­зующие чугун как конструкционный материал. Это влияние складывается из ослабления поперечного сечения металлической ос­новы в направлении, перпендикулярном приложению внешней растягивающей силы (Рис. 3.2.3).

Рис. 3.2.3. Влияние графитных включений на распределение силовых линий

в металлической основе чугуна:

а — пластинчатый; б — шаровидный

Но ещё большая роль графитовых включений проявляется в том, что они оказывают надрезывающее влия­ние на металлическую основу. По краям графитовых включений происходит наибольшее сближение силовых линий, что соответствует увеличению плотности напряжений. Чем острее край включения, тем больше это сближение у острия и тем больше локальное повышение напряжений. При достижении ими критической величины в надрезанной металлической основе начинает развиваться трещина, которая может привести к полному разрушению чугунной детали. Отрицательное влияние графита сказывается тем в меньшей степени, чем меньше количество и размеры его включе­ний и чем более их форма приближается к шаровидной.

В общем случае графит уменьшает временное сопротивление и предел текучести, пластичность (относительное удлинение, удар­ную вязкость) и модуль упругости. В то же время, в отличие от стали, чугун менее чувствителен к надрезам. Благодаря этому раковины, поры, неметаллические включения, риски после механической обработки и т. п. в малой степени снижают конструктивную прочность отливки. Подобные же надрезы в стальной отливке резко ухудшают ее свойства, особенно пластичность и усталостную прочность. Эта особенность чугуна объясняется наличием большого количества надрезов, образуемых графитовыми включениями, и высокой циклической вязкостью чугуна. Циклическая вязкость характеризуется энергией, которая рассеивается (переводится в теплоту) при переменных нагрузках в области упругих деформаций. Благодаря этим преимуществам чугун в ряде случаев оказывается более надежным конструкцион­ным материалом, чем сталь.

Наиболее прочной структурной составляющей чугуна является перлит (временное сопротивление ог_в = 700 МПа) по сравнению с ферритом (о_в = 400 МПа при 2 % кремния) и цементитом (о_в = = 20 МПа). Ферритизация матрицы и появление структурно сво­бодного цементита снижают прочностные свойства сплава.

Таким образом, для повышения прочности чугуна его кристал­лизация должна обеспечить:

- уменьшение количества феррита;

- исключение выделения струк­турно свободного цементита;

- получение перлита с наибольшей степенью дисперсности;

- уменьшение количества графита и размеров его включений;

- приближение формы графита к шаровидной, при которой ослаб­ляется его надрезывающее влияние.

3.3. Влияние химического состава, скорости охлаждения и других факторов на структуру чугуна.

Формирование окончательной структуры чугуна определяется особенностями протекания первичной и вторичной кристаллизации чугуна, которые, в свою очередь, зависят от многих факторов, прежде всего химического состава и скорости охлаждения отливки, а также жидкого состояния расплава и внешнего воздействия на него.