4. Ковкий чавун
Ковкий чавун одержують тривалим нагріванням при високих температурах з білого чавуну. У результаті відпала утвориться графіт пластівчастої форми (рис. 100). Такий графіт у порівнянні з пластинчастим менше знижує міцність і пластичність металевої основи структури чавуну. Металева основа ковкого чавуну: ферит (феритний ковкий чавун, рис. 100, а) і рідше перліт (перлітний ковкий чавун, рис. 100,б). Найбільшою пластичністю володіє феритний ковкий чавун, що застосовують у машинобудуванні.
Хімічний склад білого чавуну, що відпалюється на ковкий чавун, вибирають у межах: 2,5-3,0 % С; 0,7-1,5 % Si; 0,3- 1,0% Mn; <0,12% S і <0,18% Р (у залежності від необхідної структури металевої основи). Чавун має знижений зміст вуглецю і кремнію. Більш низький зміст вуглецю сприяє підвищенню пластичності, тому що при цьому зменшується кількість графіту, що виділяється при відпалі, а знижений вміст кремнію виключає виділення пластинчастого графіту в структурі виливків при охолодженні.
Рис. 7. Мікроструктура ковкого чавуну х500-а-феритний чавун; б-перлітний чавун
Товщина перетину виливка не повинний перевищувати 40-50 мм. При більшому розмірі виливків у серцевині утвориться пластинчастий графіт і чавун стає непридатним для відпалу.
Рис. 8. Схема відпалу ковкого чавуну
Відпал проводять у двох стадій (рис. 8). Спочатку виливка витримують при 950-970 °С. У цей період протікає стадія I графітизації, тобто розпад цементиту, що входить до складу ледебуриту (А + Fе3С), і встановлення стабільної рівноваги аустеніт+графіт. У результаті розпаду цементиту дифузійним шляхом утвориться пластівчастий графіт (вуглець відпалу).
Потім виливка прохолоджують до температур, що відповідають інтервалові евтектоїдного перетворення. При охолодженні відбуваються виділення з аустеніту вторинного цементиту, його розпад і в підсумку ріст графітних включень. При досягненні евтектоїдного інтервалу температур охолодження різке сповільнюють або дають тривалу витримку при температурі трохи нижче цього інтервалу. У цей період протікає стадія II графітизації: розпад аустеніту з утворенням ферито-графітної структури або розпад цементиту, що входить до складу перліту, з утворенням фериту і графіту (у процесі витримки нижче евтектоїдної температури). Після закінчення стадії II графітизації структура чавуну складається з фериту і пластівчастого графіту.
Злам феритного чавуну бархатистий-чорний унаслідок великої кількості графіту. Якщо не проводити витримку нижче евтектоїдної температури (або якщо в цьому інтервалі температур швидкість охолодження підвищена), то утвориться перлітний ковкий чавун (П+Г), що має світлий (сталистий) злам.
Для прискорення відпалу вживають різних заходів: чавун модифікують алюмінієм (рідше бором, вісмутом і іншими елементами), підвищують температуру нагрівання чавуну перед розливанням, застосовують перед відпалом старіння, частіше в процесі нагрівання до температури відпалу при 350-400 °С, підвищують температури стадії I графітизації (але не вище 1080 °С) або ж виконують відпал у захисній атмосфері. У цьому випадку тривалість відпалу складає 24-60 год.
Ковкий чавун маркірують буквами КЧ і цифрами. Перші дві цифри вказують тимчасовий опір при розтяганні, кгс/мм2, другі - відносне подовження, %. З виливків ковкого чавуну виготовляють деталі, що працюють при ударних і вібраційних навантаженнях. Так, феритні ковкі чавуни КЧ37-12 і КЧ35-10 використовують для виготовлення деталей, - експлуатованих при високих динамічних і статичних навантаженнях (картери редукторів, маточини, гаки, скоби і т.д.), а КЧ30-6 КЧ33-8- для менш відповідальних деталей (голівки, хомутики, гайки, глушителі, фланці, муфти і т.д.). Твердість феритного чавуну 163 НВ. Перлітні ковкі чавуни КЧ50-4, КЧ56-4, КЧ60-3 і КЧ63-2 мають високу міцність, помірною пластичністю і гарними антифрикційними властивостями. Твердість перлітного чавуну 241-269 НВ (2410-2690 МПа). З перлітного ковкого чавуну виготовляють качани карданних валів, ланки і ролики ланцюгів конвеєра, втулки, муфти, гальмові колодки і т.д. Ковкий чавун застосовують головним чином для виготовлення тонкостінних деталей на відміну від високоміцного магнієвого чавуну, що використовують для деталей великого перетину. Деяке застосування знайшов антифрикційний ферито-перлітний чавун АКЧ-1 і АКЧ-2.
Для підвищення твердості, зносостійкості і міцності ковкого чавуну іноді застосовують нормалізацію з 800-850 °С або загартування з 850-900 °С и відпустку при 450-700 °С. Загартування з наступною високою відпусткою дозволяє одержати структуру зернистого перліту.