3.6. Белый чугун.

Такое название чугун получил по виду излома, который имеет матово-белый цвет. Весь углерод в белом чугуне находится в связанном состоянии в виде цементита. Белые чугуны в зависимости от содержания углерода могут быть доэвтектическими (перлит + ледебурит), эвтектическими (ледебурит) и заэвтектическими (первичный цементит + ледебурит). Белые чугуны имеют большую твердость (НВ 450 – 550) из-за присутствия в них большого количества цементита; как следствие этого, они очень хрупкие и для изготовления деталей машин не используются. Белые чугуны не могут подвергаться механической обработке ни в холодном, ни в горячем виде. Отливки из белого чугуна служат для получения деталей из ковкого чугуна с помощью графитизирующего отжига, который называется томлением.

Отбеленные чугуны-отливки имеют поверхностные слои (12 – 30мм) со структурой белого чугуна, а сердцевина – серого чугуна. Высокая твердость поверхности такой отливки позволяет ей хорошо работать против истирания. Эти свойства отбеленного чугуна применяются для изготовления валков листовых прокатных станов, шаров для мельниц, тормозных колодок и многих других деталей, работающих в условиях износа. Из отбеленного чугуна изготовляются литые вагонные колеса, называемые колесами Гриффина. Используется чугун с 3-3,5%C и небольшим количеством других примесей не превышающий 1% для каждой из них. Процесс литья проводят так, что белый чугун получается на большей или меньшей толщине от поверхности; далее же, вглубь отливки, получается уже серый чугун.

Рис 3.2 Фотографии микроструктуры белого чугуна, шаров для мельниц, изготовленных из белого чугуна.

3.7. Серый чугун.

Такое название чугун получил по виду излома, который имеет серый цвет. В структуре серого чугуна имеется графит.

Серым называется чугун состоящий из металлической основы перлитного, ферритно-перлитного, ферритного фазовых составов и пластинчатых графитовых включений.

Поскольку зёрненная структура чугуна состоит из металлической основы и графита в форме пластин, то и механические свойства серого чугуна зависят от свойств металлической основы и ее количества, формы и размеров графитных включений (пустот).

Графит по сравнению со сталью обладает низкими механическими свойствами и поэтому в некотором приближении можно считать, что места, которые он занимает по отношению к свойствам чугуна подобны пустотам и трещинам. Количественное соотношение основы и пустот влияет на механические свойства чугуна, и с увеличением последних свойства резко ухудшаются. Чем более грубы включения графита, тем, следовательно, больше разобщена металлическая основа, что отрицательно сказывается на свойствах чугуна. Недостатком серого чугуна является хрупкость, препятствующая его использованию для изготовления деталей машин, подвергающихся ударным нагрузкам

Серый чугун мягкий материал, хорошо обрабатывается режущим инструментом. Серый чугун обладает малой пластичностью, его нельзя ковать, так как содержащийся в нем графит способствует раскалыванию металла. Серый чугун значительно лучше работает на сжатие, чем на растяжение. При растягивающих напряжениях легко образуются центры разрушения на концах графитных включений. Значительно лучше ведет себя чугун при напряжениях сжатия и изгибе. Получается серый чугун путем медленного охлаждения после плавления или нагревания. Температура плавления серого чугуна 1100 – 1250 °С.

Серые чугуны являются сплавами сложного состава, содержащими железо, углерод, кремний, марганец и неизбежные примеси, такие, как сера и фосфор. Фосфор частично растворяется в феррите (~ 0,3 %) а также входит в тройную эвтектику (Fe – С – Р) с температурой плавления 950°С. Присутствие в сплавах эвтектики существенно улучшает литейные свойства чугуна. Эвтектика очень твердая и хрупкая, что увеличивает износостойкость, а хорошие литейные свойства используются и в художественном литье (до 1% Р). Обычно серый чугун содержит 2,8 – 3,6 % углерода, 1,6 – 3,0 % кремния, 0,5 – 1 % марганца, 0,2 – 0,8 % фосфора и 0,05 – 0,12 % серы. Сера уменьшает жидкотекучесть и прочность чугуна, увеличивает его литейную усадку и затрудняет его сварку. Фосфор делает чугун более жидкоплавким и улучшает его свариваемость, но повышает твердость и хрупкость. Если серый чугун быстро охлаждать после плавления, то он отбеливается, т. е. частично превращается в белый, и становится очень хрупким и твердым. Наличие в составе чугуна большого количества кремния способствует получению серого чугуна. Присутствие в чугуне большого количества марганца способствует отбеливанию чугуна.

По структуре металлической основы серые чугуны разделяют на три вида (табл. 3.3).

1. Серый перлитный со структурой перлит + графит (количество связанного углерода составляет ~ 0,8 %.).

2. Серый ферритно-перлитный со структурой феррит + перлит + графит (количество связанного углерода < 0,8 %).

3. Серый ферритный со структурой феррит + графит (весь углерод в виде графита).

Графит способствует измельчению стружки при обработке резанием и оказывает смазывающее действие, что повышает износостойкость чугуна. Номенклатура отливок из серого чугуна и их масса разнообразны: от деталей в несколько граммов до 100 т и более.

Ферритные серые чугуны марки Сч10, Сч15 используются для слабо- и средненагруженных деталей: крышки, фланцы, маховики, суппорты, тормозные барабаны, диски сцепления и т. д.

Ферритно-перлитные серые чугуны марки Сч20, Сч25 применяются для деталей, работающих при повышенных статических и динамических нагрузках: картеры двигателя, поршни цилиндров, барабаны сцепления, станины станков и другие отливки разного назначения.

Перлитный чугун применяют для отливки станин мощных станков и механизмов. Часто используют серые перлитные модифицированные чугуны. Такие чугуны получают при добавлении в жидкий чугун перед разливкой специальных добавок — ферросилиция (0,3 - 0,6% от массы шихты) или силикокальция (0,3 - 0,5% от массы шихты). К таким чугунам относятся Сч40 и Сч45, которые обладают более высокими механическими свойствами из-за измельчения формы графитных включений. Эти марки чугунов применяются для корпусов насосов, компрессоров и гидроприводов.

Для деталей, работающих при повышенных температурах, применяют легированные серые чугуны, которые дополнительно содержат хром, никель, молибден и алюминий.

Марка серого чугуна состоит из букв Сч (серый чугун) и цифры, показывающие механические свойства серого чугуна в соответствии с ГОСТ 1412-85. Марка чугуна Сч 12-28, читается следующим образом: Сч – серый чугун, первые двухзначные цифры 12,15,18 и т. д. – средняя величина предела прочности при испытании на разрыв в кг/мм², а вторые – 28,32 . – средняя величина предела прочности при изгибе в кг/мм².

Показателями механических свойств серых чугунов в соответствии с ГОСТ 1412-85 является прочность при статическом растяжении ( табл. 3.3)

Таблица 3.3.

Механические свойства серых чугунов.

Чугун	В, МПа	НВ	Структура металлической основы
Сч 15	150	163-229	Феррит
Сч 25	250	180-250	Феррит + перлит
Сч 40	400	207-285	Перлит
Сч 45	450	229-289	Перлит

Рис. 3.3 Фотография микроструктуры серого чугуна марок СЧ-15(левая), СЧ-20(правая).