2. Чугуны.

Чугунами называют железоуглеродистые сплавы, содержащие более 2,14% углерода и затвердевающие с образованием эвтектики. Благодаря сочетанию высоких литейных свойств, достаточной прочности, износостойкости, а также относительно низкой стоимости чугуны получили широкое распространение в машиностроении. Их используют для получения качественных отливок сложной формы при отсутствии жестких требований к габаритам и массе деталей.

Свойства и назначение чугунов в отличие от сталей зависят не столько от процентного содержания углерода, сколько от формы графитовых включений, определяющих вид чугунов. Серые чугуны обозначают согласно ГОСТ 1412 – 79 сочетанием букв «СЧ» (серый чугун) и последующими цифрами. Цифры обозначают временное сопротивление чугуна при растяжении. Серые чугуны, временное сопротивление которых не превышает 250 МПа, называют серыми чугунами обычного качества. Если σ_в больше 250 МПа, то серые чугуны называют чугунами повышенного качества, или серыми модифицированными чугунами.

Механические свойства серых чугунов зависят от свойств металлической основы и, главным образом, от количества, размеров и формы графитовых включений. Решающее влияние графита обусловлено тем, что его пластинки, прочность которых ничтожно мала, действуют как надрезы или трещины, ослабляющие металлическую основу. При растяжении по концам графитовых включений легко формируются и развиваются очаги разрушения. По этой причине серые чугуны плохо сопротивляются разрушению и имеют низкую прочность и пластичность. Относительное удлинение при растяжении не зависимо от структуры основы не превышает 0,5%. Значительно меньше влияние графита при изгибе и особенно при сжатии. Статическая прочность серого чугуна при изгибе примерно в 2 раза, а при сжатии – в 4 раза выше прочности чугуна при растяжении.

Ковкие и высокопрочные чугуны обозначают согласно ГОСТ 1215 – 79 и 7293 – 79 сочетанием букв КЧ и ВЧ и последующими числами. Первое число в обоих случаях означает так же, как и у серых чугунов, величину временного сопротивления разрыву (σ_в). Второе число, указанное через тире, обозначает величину относительного удлинения чугуна в процентах (δ, %).

Высокопрочными называют чугуны, в которых графитовые включения имеют шаровидную форму. Графит такой формы является менее сильным концентратором напряжений, чем пластинчатый графит, и поэтому меньше снижает механические свойства металлической основы.

Ковкими называют чугуны, в которых графит имеет хлопьевидную форму. Такие чугуны, по сравнению с серыми, обладают более высокой прочностью и пластичностью. Их получают отжигом белых доэвтектических чугунов, в которых углерод находится в связанном состоянии в виде цементита.

Маркировка специальных и легированных чугунов имеет ряд отличительных особенностей. Так, антифрикционные чугуны обозначают согласно ГОСТ 1585 – 79 сочетанием букв АЧС, АЧК, АЧВ и следующей далее цифрой. Сочетание АЧ – сокращённое название антифрикционных (износостойких) чугунов. Буквы С, К, В обозначают соответственно вид чугунов: серый чугун, ковкий и высокопрочный). Цифра обозначает номер чугуна.

Жаропрочные и коррозионностойкие чугуны обозначают согласно ГОСТ 7769 – 82 набором заглавных букв русского алфавита и следующими за ними цифрами. Маркировка этих чугунов похожа на маркировку легированных сталей с некоторыми отличиями. Буква Ч, стоящая в начале марки, является сокращением термина «чугун». Буква Ш, стоящая в конце некоторых марок, означает шаровидную форму графита. Остальные буквы обозначают определённые легирующие элементы (табл. 6), а числа, следующие за ними, соответствуют их процентному содержанию в чугуне.

Жаростойкие чугуны обозначают согласно ГОСТ 7769 – 82. Маркировка этих чугунов почти полностью соответствует маркировке жаропрочных и коррозионных чугунов с той лишь разницей, что марка чугунов начинается буквосочетанием ЖЧ – жаростойкий чугун.

Эти чугуны используют для деталей, работающих при повышенных температурах.

Примеры обозначения и расшифровки.

1. СЧ15 – серый чугун обыкновенного качества, временное сопротивление при растяжении σ_в = 150 МПа.

2. СЧ40 – серый модифицированный чугун, временное сопротивление при растяжении σ_в = 400 МПа.

3. КЧ45-7 – ковкий чугун, временное сопротивление при растяжении σ_в = 450 МПа, относительное удлинение δ = 7%.

4. ВЧ70-3 – высокопрочный чугун, временное сопротивление при растяжении σ_в = 700 МПа, относительное удлинение δ = 3%.

5. АЧВ-2 – антифрикционный, высокопрочный чугун, номер 2.

6. ЧН20Д2ХШ – жаропрочный чугун, содержащий 20% никеля, 2% меди, 1% хрома, остальное – железо и примеси, форма графитовых включений – шаровидная.

7. ЖЧЮ6С5 – жаростойкий чугун, содержащий 6% алюминия, 5% кремния, остальное – железо, углерод и примеси.

Серые чугуны СЧ10, СЧ15, СЧ18 предназначены для слабо- и средненагруженных деталей: крышки, фланцы, маховики, корпуса редукторов, тормозные барабаны, диски сцепления и т.п.

Серые чугуны СЧ20, СЧ21, СЧ25 применяют для деталей, работающих при повышенных статических и динамических нагрузках: блоки цилиндров, картеры двигателей, поршни цилиндров, барабаны сцепления, станины станков и т.п.

Серые модифицированные чугуны СЧ30, СЧ35, СЧ40, СЧ45 обладают наиболее высокими механическими свойствами, их используют для изготовления деталей, работающих при высоких нагрузках или в тяжелых условиях износа: зубчатые колеса, гильзы блоков цилиндров, шпиндели, распределительные валы и т.п. Чугуны этих марок обладают наибольшей герметичностью, поэтому их широко применяют для корпусов насосов, компрессоров, арматуры тормозной пневматики и гидроприводов.

Высокопрочные чугуны эффективно заменяют сталь во многих изделиях и конструкциях. Из них изготавливают оборудование прокатных станов (прокатные валки массой до 12 т), кузнечно-прессовое оборудование, корпуса паровых турбин, коленчатые валы, поршни и др. детали, работающие при высоких циклических нагрузках и условиях изнашивания.

Отливки из белого чугуна, подвергаемы отжигу на ковкий чугун, изготавливают тонкостенными с толщиной стенок не более 50 мм. Иначе в сердцевине отливки при кристаллизации сплава выделяется пластинчатый графит и чугун становиться непригодным для отжига. Хорошие литейные свойства исходного белого чугуна позволяют получать отливки сложной формы. Из ковких чугунов изготавливают детали высокой прочности для судов, вагонов, дизелей, работающие в тяжелых условиях износа, способные воспринимать ударные и знакопеременные нагрузки. Большая плотность отливок позволяет изготавливать из них детали водо- и газопроводных установок.

Недостаток ковких чугунов – повышенная стоимость из-за продолжительного дорогостоящего отжига.

Механические свойства некоторых марок чугунов представлены в таблице 5.

Таблица 5. Механические свойства некоторых марок чугунов

Марка чугуна	в, МПа	, %	НВ (твердость)
Серый чугун ГОСТ 1412 – 79
СЧ15	150	-	1630 – 2290
СЧ25	250	-	1800 – 2500
СЧ45	450	-	2290 – 2890
Высокопрочный чугун ГОСТ 7293 – 79
ВЧ38 - 17	380	17	1400 – 1700
ВЧ50 - 7	500	7	1710 – 2410
ВЧ80 - 2	800	2	2500 – 3300
ВЧ120 - 2	1200	2	3020 – 3800
Ковкий чугун ГОСТ 1215 – 79
КЧ30 - 6	300	6	1000 – 1630
КЧ37 - 12	370	12	1100 – 1630
КЧ60 - 3	600	3	2000 – 2690