3.2 Чугуны
3.2.1 Общие сведения. Чугун отличается от стали по составу более высоким содержанием углерода; по технологическим свойствам – лучшими литейными качествами, малой способностью к пластической деформации (в обычных условиях не поддается ковке).
Чугуны классифицируют по следующим показателям:
состоянию углерода:
белый чугун – весь углерод находится в связанном состоянии в виде карбиды;
серый чугун – углерод в значительной степени или полностью находится в свободном состоянии в форме пластинчатого или волокнистого графита;
высокопрочный чугун – углерод в значительной степени или полностью находится в свободном состоянии в форме шаровидного графита;
ковкий чугун – получают в результате отжига отливок из белого чугуна; весь углерод или значительная его часть находится в свободном состоянии в форме хлопьевидного графита;
по структуре:
ферритный;
ферритно-перлитный;
перлитный;
по химическому составу:
нелегированный;
легированный – специального назначения.
Таким образом, чугун (кроме белого) отличается от стали наличием в структуре графитовых включений, а между собой чугуны отличаются формой этих включений.
Механические свойства чугунов зависят от структуры, от формы и количества графитовых включений, их размера и характера распределения (см. рисунок 3.1). Графитовые включения определяют технологические и эксплуатационные свойства чугунов. Наличие графита облегчает обработку резанием и повышает износостойкость, а также придает хорошие антифрикционные свойства чугунам вследствие эффекта самосмазывния. Чугун хорошо переносит поверхностные дефекты, но плохо передает упругие колебания, поэтому можно его применять для изготовления деталей корпусов редукторов, когда необходимо гасить вибрацию и резонансные колебания.
Т
вердость
чугунов мало зависит от формы графитовых
включений и определяется структурой
металлической основы. У ферритных
чугунов твердость составляет примерно
150НВ;
у ферритно-перлитных примерно 200НВ;
перлитных – 250НВ.
а – феррит; б – феррит и перлит;
в – перлит; 1 – пластинчатая;
2 – завихренная; 3 – хлопьевидная;
4 – шаровидная
Рисунок 3.1 Классификация чугуна по структуре металлической основы
И форме графитовых включений
3.2.2 Примеси в чугуне. Обычный промышленный чугун содержит те же примеси, что и углеродистая сталь, т.е. марганец, кремний, серу и фосфор, но в большем количестве. Эти примеси существенно влияют на условия графитизации и. следовательно, структуру и свойства чугуна.
Кремний особенно влияет на структуру чугуна, усиливая графитизацию. Содержание кремния в чугунах колеблется в широких пределах: от 0,3-0,5 до 3-5%. Изменяя содержание кремния, можно получить чугуны, совершенно различные по свойствам и структуре – от малокремнистого белого до высококремнистого ферритного (серого с пластинчатым) или высокопрочного (с шаровидным графитом).
Марганец в отличие от кремния препятствует графитизации, или, как говорят, способствует отбеливанию чугуна.
Сера также способствует отбеливанию чугуна, но одновременно ухудшает его литейные свойства (в частности, снижает жидкотекучесть). Поэтому содержание серы в чугуне лимитируется: верхний предел для мелкого литья – 0,08 %; для более крупного (когда можно допустить несколько худшую жидкотекучесть) – до 0,1–0,12% S.
Фосфор практически не влияет на процесс графитизации. Однако фосфор – полезная примесь в чугуне, так как он улучшает жидкотекучесть.