2. Матеріали, що використовуються для роботи в умовах циклічних змін температури і навантажень.

Для виготовлення склоформ широко використовують чавуни. Чавунами називають багатокомпонентні високо вуглецеві сплави на основі заліза, що містять понад 2,14% С; 1,0 – 3,5% Si; 0,5 – 1,0 % Mn; до 0,3% Р та 0,2 % S.

Більшу частину виплавленого чавуну переробляють у сталь, однак не менше як 20% його використовують для виготовлення литих деталей. Через малу пластичність чавун не підлягає обробці тиском. Чавуни відрізняються високими ливарними властивостями,вироби з нього виготовляють різними методами литва. Понад 75% всіх виливків отримують з чавунів.

Сплав є не тільки одним із основних ливарних матеріалів сучасності, але буде актуальним і в майбутньому [4].

У чавуні більш низька, ніж у сталей, температура плавлення, висока рідкотекучість, мале осадження, менша схильність до утворення усадкових тріщин, що дозволяє відливати деталі складної форми. Високоміцні чавуни за деякими службовими властивостями стоять поряд з багатьма кованими сталями. З них економічно вигідно отримувати вироби завдяки формуванню деталі з розплаву, минаючи операцію обробки тиском.

Крім виготовлення в металургії та машинобудуванні для отримання виливків, станин верстатів та інших виробів з чавуну, виготовляють деталі машин, які повинні мати високу конструкційну міцність, підвищену твердість, зносостійкість,високу циклічну в’язкість, тобто здатність гасити вібрації [5].

Діаграма стану системи Fe – C характеризує стабільну рівновагу. Утворення графіту відбувається в чавунах, що містять значну кількість вуглецю. Вуглець у вигляді графіту виділяється безпосередньо із розплаву або із аустеніту, може також утворюватись внаслідок розпаду попередньо утвореного цементиту.

В основу класифікації чавунів покладено структурні ознаки і властивості. В залежності від форми виділення вуглецю розрізняють різні види чавунів:

Білий чавун, в якому весь вуглець знаходиться в зв’язаному стані у вигляді цементиту Fe – С. Чавун на зломі має білий колір і характерний блиск.

Половинчастий чавун, в якому основна кількість вуглецю (понад 0,8%) знаходиться у вигляді цементиту. Чавун має структуру перліту, ледебуриту і пластинчастого графіту [5].

Сірий чавун, в якому весь вуглець або його більша частина знаходиться у вільному стані у вигляді пластинчастого графіту, а вміст вуглецю в зв’язаному стані у вигляді цементиту складає не більше 0,8 %.

Сірий чавун являється конструкційним матеріалом, в спільному балансі литих сплавів доля відливок із нього становить 70 – 75%.

При цьому сірий чавун використовується не тільки для мало відповідальних деталей, але і для деталей, що працюють в умовах циклічних і термічних навантажень. До числа таких деталей відносять форми, для розливу чорних і кольорових металів, металічні форми, склоформуючих інструментів [5 – 6].

Чавун з вибіленою поверхнею, в якому основна маса металу має структуру сірого чавуну, а поверхневий шар – білого чавуну.

Вибілений шар отримують з товстостінних масивних деталях при розливанні їх в металічні форми. При віддаленні від поверхні внаслідок зменшення швидкості охолодження, структура білого чавуну поступово переходить у структуру сірого.

Високоміцні чавуни, це сплави в яких графіт має кулясту форму. Чавуни з вермикулярним графітом, в яких поряд з кулястим графітом міститься деяка кількість вермикулярного графіту,який від пластинчастого відрізняється округлими краями, меншими розмірами і меншим співвідношенням довжини і товщини (у вермикулярного графіту це співвідношення знаходиться в межах від 2-10, а у пластинчастого воно суттєво більше 10).

Ковкі чавуни, отримують з білих чавунів шляхом відпалу, при якому зв’язаний у залізі вуглець переходить у вільний стан у вигляді пластівчастого графіту. Спеціальні чавуни, які додатково легують для підвищення антифрикційних властивостей, зносостійкості, жаростійкості та корозійної стійкості [ 6].

Важливе значення для формування властивостей має процес графітизації чавунів. Графітизацією називають процеси які відбуваються при кристалізації або охолодженні сплавів заліза з вуглецем. Графіт може утворюватись як і з рідкої фази при твердінні чавуну,так і з твердої фази. Графітизація чавуну залежить від ряду факторів. До них відносять присутність у чавуні центрів графітизації, швидкість охолодження і хімічний склад чавуну.

Вплив швидкості охолодження обумовлений тим, що графітизація чавуну є дифузійним процесом і відбувається повільно. Значить тривалість процесу графітизації обумовлена необхідністю реалізації кількох стадій: утворення центрів графітизації в рідкій фазі або аустеніті, дифузії атомів вуглецю до центрів графітизації і ріст виділень графіту. Чим повільніше охолоджується чавун, тим більший розвиток отримує процес графітизації [7].

В одній ті самій частині виливки чавун може мати різну структуру. В тонких частинах виливки, де вище швидкість кристалізації і охолодження, чавун має меншу ступінь графітизації, ніж у масивних. Швидке охолодження сприяє отриманню білого чавуну, повільне – сірого чавуну. В деяких випадках для досягнення високої твердості й опору зношуванню спеціально отримують вибілену зону в чавунній виливці.

Для цього в ливарну форму встановлюють металеві холодильники, що забезпечують високу швидкість твердіння і охолодження з утворенням цементиту. Так роблять при виливці чавунних елементів плугів встановлюючи холодильники в тих місцях, де розташовані лезо і носик [ 8 ].

Вплив на властивості має мікроструктура. Мікроструктура чавуну складається із металевої основи і графітних включень. Властивості чавуну залежить від властивостей металічної основи і характеру включень графіту. Металічна основа може бути перлітною, коли 0,8% С знаходиться у вигляді цементиту, а решта вуглецю – у вигляді графіту; ферито-перлітною. Структура металічної основи визначає твердість чавуну [ 9 ].

Графіт чавуну буває пластинчастим у сірому чавуні, пластівчастим у ковкому чавуні і кулястим у високоміцному чавуні. У порівнянні з металічною основою графіт має низьку міцність. Тому місце його знаходження можна вважати порушенням суцільності. Чавун можна розглядати як сталь, що містить включення графіту, які послаблюють металічну основу. Тому сірий чавун має низькі характеристики механічних властивостей при випробуваннях на розтяг. Включення графіту відіграють концентраторів напружень, в зв’язку з чим робота удару близька до нуля. Разом з тим твердість і міцність при випробуваннях на стиск, що залежить від властивостей металічної основи, в чавуні достатньо висока [ 10].