Микроструктура чугунов
Чугуны в зависимости от состояния углерода подразделяются на белые и графитизированные (рис. 2.5).
а-доэвтектический белый чугун б–серый феррито-перлитный
в –ковкий ферритный г–высокопрочный перлитный
Рис. 2.5. Микроструктура некоторых чугунов
Белые чугуны получают на основе метастабильной диаграммы Fe-Fe3C, в них весь углерод находится в связанном состоянии в виде карбида Fe3C, и они содержат ледебурит, который является их структурным признаком. Белые чугуны подразделяются на доэвтектические, эвтектические и заэвтектические.
Структура белого доэвтектического чугуна (рис. 2.5, а) состоит из перлита, цементита вторичного и ледебурита, эвтектического - из ледебурита и заэвтектического – из ледебурита и цементита первичного. Фазовый состав белых чугунов такой же, как и у углеродистых сталей, - феррит и цементит.
Графитизированные чугуны содержат углерод в виде графитовых выделений, форма которых определяет вид чугуна: пластинчатая - серый, хлопьевидная - ковкий и шаровидная - высокопрочный.
Серый чугун (рис. 2.5, б) получают на основе стабильной диаграммы Fe-C, в соответствии с которой эвтектическое превращение протекает с образованием графитной эвтектики, состоящей из кристаллов аустенита и графита пластинчатой формы. Для облегчения процесса графитизации в чугуны вводят кремний в количестве 1,0 - 3,5%.
Серый чугун является основным литейным сплавом в машиностроении. Отливки из серого чугуна получают в земляных или металлических (чугунных) формах-кокилях. Ферритный или ферритно-перлитный серый чугун марок СЧ 10, СЧ 15 используют для деталей, работающих на малых нагрузках без трения – стойки, кожухи, трубы и др. Из перлитных серых чугунов марок СЧ20 и СЧ25 изготавливают блоки цилиндров, станины и др.
Ковкий чугун (рис. 2.5, в) получают путем высокотемпературного (~950 ОС) отжига отливок из белого чугуна, в течение которого происходит распад цементита с образованием аустенита и графита хлопьевидной формы.
Ковкие чугуны отличаются высокой пластичностью (δ=8-10%), но их не подвергают ковке. Из них преимущественно изготавливают тонкостенные отливки, испытывающие динамические нагрузки (кожухи задних мостов автомобилей и др.).
Высокопрочный чугун (рис. 2.5, г) получают путем модифицирования перед разливкой чугуна магнием в количестве 0,03 - 0,05%, приводящего к образованию шаровидного графита.
Из высокопрочных чугунов изготавливают ответственные детали массой до 15 тонн (шаботы ковочных молотов, станины различных прессов и прокатных станов, коленчатые валы массой до 2–3 тонн взамен кованых валов из стали и др.).
В серых, ковких и высокопрочных чугунах графитовые выделения располагаются в металлической основе, которая в зависимости от скорости охлаждения в течение второй стадии графитизации при 760 – 700 ОС может быть ферритной, феррито-перлитной или перлитной, то есть графитизированные чугуны имеют такую же металлическую основу, что и стали.
Механические свойства чугунов обусловливаются структурой их металлической основы и формой графитовых выделений. Ковкие и высокопрочные чугуны по сравнению с серыми чугунами отличаются более высокой вязкостью и пластичностью ( = 6–10%).
Примеры маркировки чугунов: серых - СЧ 25, ковких - КЧ 36-8, высокопрочных - ВЧ 50, где буквы обозначают вид чугуна, а числа - временное сопротивление разрыву σв в кгс/мм2, а через дефис - относительное удлинение d в %.