3.3. Чугуны

Чугуны– литейные сплавы системы железо - углерод с содержанием углерода более 2,14%, кристаллизация которых заканчивается при постоянной температуре по эвтектической реакции, что обеспечивает хорошие литейные свойства: жидкотекучесть (способность жидкого металла заполнять весь объем литейной формы), герметичность (свойство металла образовывать плотные отливки с минимальным количеством пор), а также малую усадку. Высокие литейные свойства при небольшой стоимости обуславливают широкое применение чугунов для изготовления фасонных отливок.

В чугунах метастабильной системы «железо - цементит» весь углерод находится в связанном состоянии – в виде химического соединения карбида Fe₃C. Благодаря большому содержанию цементита эти чугуны имеют светлый излом и поэтому называются белыми. Белые чугуны обладают повышенной хрупкостью и как конструкционный материал не используются.

Конструкционные чугуны –это сплавы тройной системыFe–C–Si, в которых углерод присутствует (полностью или частично) в виде равномерно распределенных в металлической матрице включенийграфита.

Конструкционные чугуны – это доэвтектические сплавы, которые содержат 2,2 – 3,7 % С и 1,0 – 2,9 % Si, а также постоянные примеси (марганец, серу и фосфор). Кремний – элемент-металлоид,который, как и углерод, выполняет функцию графитизатора: он способствует образованию графита в чугунах как при кристаллизации, так и при фазовых превращениях в твердом состоянии. Марганец, в отличие от кремния, затрудняет графитизацию, способствует «отбеливанию» и его содержание в чугунах не превышает 0,4 % - 0,8 %. Фосфор в чугунах является полезной примесью, так как он улучшает жидкотекучесть; его содержание на порядок выше, чем в сталях, и может достигать 0,03 %. Сера в чугунах является вредной примесью и ее содержание не превышает 0,02 %.

Химический состав нелегированных чугунов.Содержание углерода находится в пределах доэвтектической концентрации, т.е. менее 4,3 % (табл. 3.11).

Присутствие графита позволяет считать чугуны естественным композиционным материалом, который состоит из неметаллической и металлической составляющих.

Влияние графита на свойства чугунов неоднозначно. Обладая низкой прочностью и твердостью, графит уменьшает временное сопротивление и особенно сильно снижает пластичность сплавов. Вместе с тем нарушение сплошности металлической основы из-за присутствия графитовых включений приводит к улучшению обрабатываемости резанием (за счет образования ломкой стружки) и делает чугун малочувствительным к концентраторам напряжений.

Таблица 3.11

Химический состав конструкционных чугунов

Название чугунов	Содержание элементов, %
	С	Si	Mn	Р	S
Серые	2,2 – 3,7	1,0 – 3,0	0,2–1,1	0,02–0,03	0,02–0,15
Высокопрочные	3,0 – 3,6	1,1 – 2,9	0,3 –0,7	< 0,1	< 0,02
Ковкие	2,4 – 2,9	1,0 – 1,6	0,2–1,0	< 0,18	< 0,02
Вермикулярные	3,1 – 3,8	2,0 – 3,0	0,2–1,0	< 0,08	< 0,025

Графит придает чугунам высокие демпфирующие свойства (способность гасить колебания) и оказывает также смазывающее действие и повышает износостойкость и антифрикционные свойства чугуна. Механические свойства сплавов зависят от количества, величины и характера распределений включений графита.

В зависимости от формы графита и условий его образования различают следующие чугуны: серый, высокопрочный, вермикулярный и ковкий(табл. 3.12, рис. 3.15 и 3.16).

Таблица 3.12