9. Серый чугун с пластинчатым графитом

На долю отливок из серого чугуна с пластинчатым графитом приходится от 80 до 90 % всего чугунного литья. Установлены девять основных марок серого чу­гуна. Основным критерием, по которому чугун делится на марки, является временное сопротивление чугуна (предел прочности при растяжении).

К другим характеристикам, которые регламентирует ГОСТ, кроме а_в, относятся предел прочности при изгибе и твердость. Как видно, с увеличением степени эвтектичности механические свойства снижаются (за исключением демпфирующей способности). В заэвтектических чугунах (СЧ10, СЧ15) формируется основном ферритная металлическая матрица с образованием "большего количества пластинчатого графита прямолинейной или игольчатой формы. Наилучшим комплексом механических свойств обладают доэвтектические чугуны СЧ20, СЧ25, СЧЗО, СЧ35 практически с перлитной основой, которые нашли широкое применение для изготовления сложных и ответственных отливок в автом­обильной промышленности (блоки цилиндров, гильзы), в станкостроении и др.

Чугуны с графитом являются хрупкими материалами, деформационные свойства которых характеризуются в основном упругой деформацией. Относительное остаточное же удлинение при растяжении образцов является малым и составляет максимально, как уже выше было отмечено 2...0,75%.

Особенную роль для чугунных базовых деталей, особенно стан­ков, играет релаксационная стойкость.Под релаксацией понимается самопроизвольное умень­шение напряжений в нагруженной детали из-за перехода упругой деформации в пластическую. Релаксация характерна для многих сплавов и деталей из них. Все чугуны с графитом по пределу выносливости приближаются к сталям, а высокопрочный чугун даже превосходит стали. В том числе именно поэтому коленчатые валы в настоящее время изготовляют из высокопрочного чугуна.

Пути повышения прочностных свойств серого чугуна. Когда тре­буется сделать выбор из двух соседних марок чугуна, например СЧ20 и СЧ25, то по сути решается вопрос о том, как обеспечить увеличение прочности. Здесь у технологов существует несколько возможностей.

Первый путь можно установить, анализируя данные ГОСТ 1412—85, согласно которым для увеличения прочно­сти и твердости необходимо уменьшить содержание углерода, а следовательно, графита в.чугуне. При этом уменьшается углерод­ный эквивалент С_экв и суммарное содержание C + Si (немного ^уменьшается и содержание кремния). Из структурных диаграмм известно, что с уменьшением содержания C + Si растет вероят­ность отбела, поэтому второй путь повышения прочности — модифицирование. Высокие марки чугуна, начиная с СЧ25, не­возможно получить без модифицирования. Третий путь повы­шения прочности — легирование главным образом хромом и ни­келем. В чугунах марок СЧ25 и выше наблюдается в основном пер­литная структура. Легирование перлита естественно повышает проч­ность. И, наконец, четвертый путь — снижение содержания S и Р как вредных примесей.

Особенности литейных свойств.Жидкотекучесть серых чугунов, как правило, выше, чем углеродистых сталей.Серые чугуны при введении в их состав до 1,0 % фосфора при­меняются для художественного литья (примером являются кас­линские художественные отливки).

При несколько меньшем (до 0,6 %) содержании фосфора из серого чугуна индивидуально отливают поршневые кольца с тол­щиной стенки около 3 мм. Отливка тонкостенных отливок из се­рого чугуна в металлические формы представляет значительные сложности, главным образом, из-за отбела.

Эвтектические и околоэвтектические чугуны к усадочным ра­ковинам и пористости практически не склонны, и отливки из них изготовляются без прибылей благодаря расширению чугуна вследствие выделения графита в некотором интервале температур после затвердевания.

Доэвтектические чугуны, особенно чугуны высоких марок, склонны к образованию усадочных дефектов, и отливки из них изготовляются с небольшими прибылями. Число прибылей мини­мальное, так как расстояние, на которое действует прибыль, до­стигает более 1,5 м.

Отливки из серого чугуна к горячим трещинам практически не склонны, так как при температурах вблизи интервала крис­таллизации отливки расширяются, расширение происходит в уже затвердевшей корке, и растягивающие механические напряже­ния в интервале температур кристаллизации практически не воз­никают. Однако при последующем охлаждении проявляется боль­шая склонность отливок из серого чугуна к холодным трещи­нам, поэтому их стараются как можно раньше выбивать из ме­таллических форм.

Из-за склонности серого чугуна к холодным трещинам круп­ные отливки выбивают при температурах около 200 °С.

Склонность чугуна к насыщению газами и образованию газоусадочной пористости следует признать умеренной. Основные про­блемы связаны с образованием газовых раковин, которые образу­ются при выделении газов из форм и стержней, а также в случае неправильно сконструированной литниковой системы, в которой происходит подсос газов и их захват.

Аналогично, склонность к ликвации и неметаллическим вклю­чениям также не создает особых проблем, исключая шлаковые и песчаные включения, которые часто попадают в отливку.

В то же время, серый чугун является одним из самых чувствительных сплавов к изменению механических свойств в зависимо­сти от толщины стенки.

Следует обратить внимание на больший коэффициент теплопроводности X серого чугуна по сравнению с другими чугунами.

Поэтому температурные напряжения в сером чугуне также будут меньше из-за уменьшения перепадов температур.