4. Чавуни сірі, ковкі та високоміцні.
Відповідно до реальних умов кристалізації в структурі чавунів можуть бути різні складові в залежності від того, яка частина вуглецю виявляється в структурно вільному стані. Це ж визначає назву чавунів: білий, половинчастий, сірий.
Половинчастий чавун той, у якому одна частина вуглецю знаходиться в зв'язаному стані (С > 0,8 %), а інша у вільному. У структурі половинчастих чавунів поряд із вторинним цементитом ледебуриту мається графіт. Структура половинчастого чавуна може бути П + ЦІІ + Г чи П + Л + Г.
Злам половинчастого чавуна частково білий (у місцях залягання ледебуриту), частково сірий (у місцях, де розташовані включення графіту).
Половинчасті чавуни, так само як і білі, для виготовлення деталей машин не використовуються.
Сірий чавун той, у якому велика частина вуглецю або майже весь вуглець знаходиться у вільному стані, а в зв'язаному стані може бути до 0,8 % С. У структурі сірого чавуна мається графіт, кількість, форма і розподіл якого можуть змінюватися в широких межах. Може міститися також цементит, але тільки не в структурно вільному стані, а в складі евтектоїду, тобто перліту (чи ледебуриту цементиту вторинного в структурі сірого чавуна немає).
Назва сірий чавун одержала по кольорі зламу — злам сірого кольору.
У мікроструктурі такого чавуна варто розрізняти металеву основу і включення графіту, що цю основу пронизують.
Графіт у сірому чавуні може бути різним за формою включень: пластинчастим, пластівчастим і кулястої. У звичайному сірому чавуні графіт утвориться в пластинчастій формі. Чавун, у якому графіт має форму пластівців, називають ковким чавуном, а чавун з кулястою формою графіту називають високоміцним чавуном.
Металева основа чавуна може складатися з перліту (якщо кількість зв'язаного вуглецю в чавуні складає 0,8 %), чи з фериту + перліту (якщо кількість зв'язаного вуглецю менше 0,8 %), чи тільки з фериту (С < 0,03 %). У залежності від структури металевої основи розрізняють: перлітний чавун, що має структуру П + Г, феритно-перлітний чавун, структура якого складається з Ф + П +Г; феритний чавун зі структурою Ф + Г.
Сірий, ковкий і високоміцний чавуни є широко розповсюдженими і дешевими ливарними конструкційними матеріалами. Властивості таких чавунів залежать як від структури металевої основи, так і від характеру графітних включень (форми, розмірів, кількості цих включень).
На механічні властивості істотно впливає структура металевої основи.
Чавун з перлітною структурою має найбільшу твердість, міцністю і зносостійкістю. Наявність фериту в структурі металевої основи викликає зниження механічних характеристик і зносостійкості. Найменшу міцність має феритний чавун. Твердість чавуна з різною структурою металевої основи має наступні значення:
Чавун |
Феритний |
Ферито-перлітний |
Перлітний |
Твердість, НВ |
150 |
200 |
250 |
Пластичність чавунів мало залежить від структури металевої основи.
Форма графітних включень мало впливає на твердість чавуна, однак на міцність і пластичні властивості вона значно впливає. Найбільш сприятливою формою графіту є куляста, а пластинчастий графіт знижує міцність і пластичність чавуна.
Графіт володіє низькими механічними властивостями і включення графіту діють так, начебто б у металевій основі маються порожнечі, внутрішні надрізи, що роз'єднують і послабляють цю основу.
Включення графіту пластинчастої форми діють як гострі внутрішні чи надрізи тріщини, що послабляють металеву основу і зменшують міцність і пластичність чавуна. Ніж крупніше пластинки графіту і менш рівномірно розподілені по обсязі, тим менше міцність чавуна при розтяганні. При стиску властивості чавуна з пластинчастими включеннями графіту залишаються досить високими (руйнівне навантаження при стиску в три — п'ять разів більше, ніж при розтяганні), близькими до властивостей стали з такими ж складом і структурою, що і металева основа чавуна. Це свідчить про те, що включення графіту практично не впливають на міцність чавуна при стиску. Вони також менш значно, чим при розтяганні, знижують міцність чавуна при згинаючому дії навантаження.
Чим компактніше форма включень графіту і чим менше їхня кількість, тим у меншому ступені вони послабляють металеву основу, тим вище міцність і пластичність чавуна при одній і тій же структурі металевої основи. Так, чавун з кулястою формою включень графіту має значно більш високу міцність при розтяганні і вигині, чим чавун із пластинчастою формою графітних включень (звідси і назва чавуна — високоміцний).
Пластичність чавуна дуже помітно залежить від форми включень графіту:
Графіт |
Пластинчастий |
Пластівчастий |
Кулястий |
Пластичність, % |
0,2-0,5 |
5-10 |
10-15 |
Крім зниження міцності і пластичності включення графіту помітно знижують також модуль пружності чавуна, значення якого виявляються значно нижче, ніж у сталі.
Слід
зазначити, що у визначених випадках
наявність графіту в структурі корисно
і дає чавуну переваги перед сталлю:
включення графіту полегшують оброблюваність
чавуна різанням (стружка робиться
ламанням); завдяки дії графіту, що змазує,
чавун володіє гарними антифрикційними
властивостями, тобто добре працює на
тертя; чавун із включеннями графіту має
здатність швидко гасити вібрації,
коливання; графіт робить чавун практично
нечуттєвим до поверхневих надрізів і
інших додаткових дефектів на поверхні.
Слід також зазначити гарні ливарні властивості чавуна, що дають йому перевага в порівнянні зі сталлю.
Заключний етап:
а) завдання для самопідготовки студентів: Л3 – с. 140 – 144
б) питання:
1) Основні фази діаграми, їх характеристика.
2) Компоненти системи.
3) Основні лінії діаграми.
4) Структурні області діаграми.
5) Евтектичне перетворення.
6) Евтектоїдне перетворення.
7) Кристалізація типових сплавів системи.