1. Виды чугунов

Сплавы железа с углеродом, содержащие более 2,14 % углерода, называ­ются чугунами. В отличие от стали чугуны имеют более высокое содержа­ние углерода, заканчивают кристаллизацию образованием эвтектики, об­ладают низкой способностью к пластической деформации и высокими литейными свойствами. Их технологические свойства обусловлены нали­чием эвтектики в структуре. Стоимость чугунов ниже стоимости стали.

Чугуны выплавляют в доменных печах, вагранках и электропечах. Выплавляемые в доменных печах чугуны бывают передельными, специ­альными (ферросплавы) и литейными. Передельные и специальные чу­гуны используют для последующей выплавки стали и чугуна. В вагран­ках и электропечах переплавляют литейные чугуны. Около 20 % всего выплавляемого чугуна используют для изготовления литья.

В литейном чугуне обычно содержится не более 4,0 % углерода. Кро­ме углерода обязательно присутствуют примеси S, Р, Mn, Si, причем в значительно большем количестве, чем в углеродистой стали.

В зависимости от формы выделения углерода в чугуне различают:

Белый чугун, в котором весь углерод находится в связанном состо­янии в виде цементита Fe₃C. Чугун в изломе имеет белый цвет и харак­терный блеск.

Половинчатый чугун, в котором основное количество углерода (более 0,8%) находится в виде цементита. Чугун имеет структуру перли­та, ледебурита и пластинчатого графита.

Серый чугун, в котором весь углерод или его большая часть находит­ся в свободном состоянии в виде пластинчатого графита, а содержание уг­лерода в связанном состоянии в виде цементита составляет не более 0,8 %.

Чугун с отбеленной поверхностью, в котором основная масса ме­талла имеет структуру серого чугуна, а поверхностный слой — белого чугуна. Отбеленный слой получают в толстостенных массивных деталях при их литье в металлические формы. По мере удаления от поверхности, вследствие уменьшения скорости охлаждения, структура белого чугуна постепенно переходит в структуру серого. Чугун поверхностного слоя

в микроструктуре содержит много твердого и хрупкого цементита, кото­рый хорошо сопротивляется износу. Поэтому чугуны с отбеленной по­верхностью используют для деталей с высокой износостойкостью, для валков прокатных станов, для мукомольных валов, вагонных колес с от­беленным ободом, лемехов плугов с отбеленными носком и лезвием. Отбел может достигаться благодаря местному увеличению скорости ох­лаждения за счет установки в литейную форму холодильников в виде металлических вставок.

Высокопрочные чугуны, в которых графит имеет шаровидную форму.

Ковкие чугуны, получающиеся из белых чугунов путем отжига, при котором углерод переходит в свободное состояние в виде хлопье­видного графита.

Графитизация чугуна, т. е. образование графита вместо цементита, зависит от ряда факторов. К ним относятся присутствующие в чугуне центры графитизации, скорость охлаждения и химический состав.

Чем медленнее происходит охлаждение чугуна, тем большее разви­тие получает процесс графитизации.

В одной и той же отливке чугун может иметь различную структуру. В тонких частях отливки, где выше скорость кристаллизации и охлажде­ния, чугун имеет меньшую степень графитизации, чем в массивных. Быс­трое охлаждение способствует получению белого чугуна, более медлен­ное — серого чугуна.

В некоторых случаях для достижения высокой твердости и сопротив­ления износу специально получают отбеленную зону в чугунной отливке. Для этого в литейную форму вставляют металлические холодильники, обеспечивающие высокую скорость затвердевания и охлаждения с обра­зованием цементита. Так поступают при отливке чугунных лемехов, ус­танавливая холодильники в тех местах, где расположены лезвие и носок.

Из примесей, входящих в состав чугуна, наиболее сильное положи­тельное влияние на графитизацию оказывает кремний. Содержание крем­ния в чугуне колеблется от 0,5 до 4-5 %. Меняя содержание кремния, мож­но получать чугуны, совершенно различные по структуре и свойствам.

Из других элементов, входящих в состав чугуна, наиболее важную роль играют марганец, сера и фосфор.

Марганец препятствует графитизации, увеличивая склонность чугуна к отбеливанию. Содержание марганца в чугуне обычно не более 0,5-1,0 %.

Сера является вредной примесью в чугуне. Ее отбеливающее влия­ние в 5-6 раз выше, чем марганца. Кроме того, сера снижает жидкотекучесть, способствует образованию газовых пузырей, увеличивает усадку и склонность к образованию трещин.

Влияние фосфора в чугуне существенно отличается от его влияния в стали. Хотя фосфор почти не влияет на графитизацию, он является по­лезной примесью, увеличивая жидкотекучесть серого чугуна за счет об­разования легкоплавкой (950-980 °С) фосфидной эвтектики.

Обычно используют чугуны следующего химического состава, %: 3,0-3,7 С, 1-3 Si, 0,5-1,0 Мn, менее 0,3 Р и 0,15 S.

Иногда в чугун вводят легирующие элементы (Ni, Сr и др.), улучшая его свойства, в частности коррозионную стойкость и жаростойкость.