20 Конструкционные чугуны. Классификация и маркировка.

Сплавы железа с углеродом, в которых содержание углерода превышает 2,14 %, называют чугуном. Углерод в чугунах может находиться в свободном состоянии в виде графита и в связанном состоянии в виде карбидов. По химическому составу чугуны делятся на нелегированные, в которых, кроме железа и углерода, содержатся кремний, марганец, сера, фосфор, и легированные, в которых могут содержаться, кроме перечисленных элементов, также хром, никель, медь и другие полезные компоненты. В отличие от стали химический состав чугуна еще не характеризует полностью его свойства. Структура чугуна и его основные свойства зависят как от химического состава, так и от того, в каком состоянии находится углерод.

Чугуны подразделяются на две группы:

1) чугуны в которых весь углерод находится в связанном состоянии в виде цементита или других карбидов;

2) чугуны, в которых весь углерод или часть его находится в свободном состоянии в виде графита.

К первой группе чугунов относятся белые чугуны. Излом такого чугуна белый, блестящий. Белые чугуны очень хрупкие и твердые, плохо поддаются механической обработке режущим инструментом Белые чугуны в машиностроении используются редко, они обычно идут на передел в сталь или используются для получения ковкого чугуна.

Структура белых чугунов соответствует диаграмме равновесного состояния «железо – цементит». Образуется она в результате ускоренного охлаждения железоуглеродистых сплавов, содержащих более 2,0 % углерода при литье.

По структуре белые чугуны делятся на:

а) доэвтектические, содержащие от 2 до 4,3 % углерода; структура их состоит из перлита, вторичного цементита и ледебурита;

б) эвтектические, содержащие 4,3 % углерода, структура их состоит из ледебурита;

в) заэвтектические, содержащие от 4,3 до 6,67 % углерода; структура их состоит из первичного цементита и ледебурита.

Ко второй группе чугунов относятся серые, высокопрочные и ковкие чугуны. Излом этих чугунов будет серый, матовый. В их структуре (рис. 5.12) различают: металлическую основу (структуру) и форму выделения графита. В серых чугунах графит выделяется в виде пластинок (прожилок, чешуек); в высокопрочных – в виде шаров; в ковких – в виде хлопьев. По структуре металлической основы серые чугуны подразделяются в основном на следующие группы:

1) ферритные, со структурой феррита и графита; количество связанного углерода менее 0,025 %;

2) ферритно-перлитные, со структурой феррита, перлита и графита; количество связанного углерода от 0,025 до 0,8 %;

3) перлитные, со структурой перлита и графита; количество связанного углерода от 0,025 до 0,8 %;

Структура этих чугунов отличается от структуры стали только наличием свободного грaфитa.

Si, Ni, C – для образования графита;

Cr, Mn, S – останавливают графитизацию.

21 Серые чугуны. Структура, свойства, маркировка, область применения.

Чугуном называют сплав железа, углерода (более 2,14 %) и других элементов (кремния, марганца, фосфора, серы и др.). В чугуне углерод может находиться в химически связанном состоянии в виде цементита (Fe₃C) и в свободном состоянии в виде включений графита.

Серым называют такой чугун, в котором весь углерод или большая его часть находится в виде графита, а в связанном состоянии (в форме цементита) углерода содержится не более 0,8 %. Излом такого чугуна имеет серый цвет.

Серый чугун обладает хорошими технологическими свойствами и низкой стоимостью, в настоящее время является распространенным литейным материалом.

Из серого чугуна изготовляют самые разнообразные литые детали – от простых до сложных. Отливки хорошо обрабатываются на металлорежущих станках.

Серый чугун по ГОСТ 1412-85 обозначается буквами «СЧ» (означают серый чугун), и числом – значение временного сопротивления при растяжении (σ_в), МПа·10^-1: СЧ 25.

Механические свойства серого чугуна зависят от величины зерна металла, от размеров и характера распределения включений графита и др. В обычном сером чугуне графит кристаллизуется в виде пластинок, которые расчленяют основную металлическую массу и действуют как внутренние трещины. По этой причине серый чугун с пластинчатым графитом обладает низкой прочностью и малой пластичностью (до 0,3 %).

Серый чугун обладает способностью рассеивать вибрационные колебания при переменных нагрузках. Это свойство называют циклической вязкостью. Серый чугун имеет хорошие литейные свойства, а отдельные марки обладают достаточно высокой прочностью и износостойкостью.

Детали, получаемые из серого чугуна, со структурой феррита имеют невысокую прочность, прочные – с феррито-перлитной структурой и наиболее прочные – с перлитной структурой.

Из серого чугуна отливают колонны, котлы, радиаторы, ванны, трубы, а также самые разнообразные конструкционные детали для машиностроения.