Глава 6 чугун

Чугунами называют железоуглеродистые стали с содержанием углерода более 2.14 %.

Различают четыре основных класса чугунов:

— белый чугун, в структуре которого углерод находится в химически связанном с железом состоянии — в форме цементита;

— серый чугун — со структурно свободным графитом, выделившимся в виде пластинок или чешуек (рис.8.1., а);

— ковкий чугун, получаемый отжигом отливок из белого чугуна, в процессе которого происходит разложение цементита с выделением хлопьевидного графита (рис. 8.1., г);

— высокопрочный чугун — с шаровидными включениями графита, выделяющегося при модифицировании из расплава при его охлаждении (рис. 8.1., в).

8.1. Белый чугун

Химический состав и механические свойства белого чугуна ГОСТом не регламентируются. В машиностроении белый чугун имеет ограниченное применение. Изготавливают детали с отбеленной поверхностью, работающие в условиях абразивного износа и незначительных нагрузок. Белый чугун применяют глав­ным образом как передельный чугун (полуфабрикат). Белый чугун хорошо сопротивляется статическому сжатию. Его механические свойства характеризуются следующими показателями: = 200—400 МПа, НВ = 4500—5500 МПа. Белый чугун очень хрупок.

С целью увеличения характеристик износостойкости и пластич­ности белые чугуны легируют хромом, ванадием и др. элемента­ми. Такое легирование белых чугунов переводит их в класс чугунов со специальными свойствами.

Рис. 8.1. Форма графита в чугунах:

а) серый чугун обычного качества; б) серый чугун повышенного качества (модифицированный); в) высокопрочный чугун; г) ковкий чугун.

8.2. Серый чугун

Серыми чугунами называют чугуны, в которых весь углерод или часть углерода находится в свободном состоянии в виде графитных включений, имеющих форму пластин, чешуек (см. рис. 8.1., а и б).

По структуре металлической основы серый чугун разделяют на ферритный, ферритно-перлитныи и перлитный чугун.

Механические свойства серого литейного чугуна зависят от формы и величины графита, который играет роль концентратора напряжений в металлической основе. Фактически графитные включения можно рассматривать как трещины в металле, вследствие чего серый чугун имеет низкие механические свойства по сравнению со сталью, особенно при испытании на растяжение.

Серому литейному чугуну при любой металлической основе свойственны почти полное отсутствие относительного удлинения и очень низкая ударная вязкость.

Если величина твердости НВ зависит главным образом от ме­таллической основы, то такие характеристики, как предел прочно­сти при растяжении и изгибе, зависят от сочетания металлической основы, количества и формы графита. Примерно можно считать, что предел прочности чугуна при изгибе в два ра­за выше предела прочности чугуна при растяжении.

Пластинчатый графит в чугуне играет и положительную роль. Например, графит облегчает обрабатываемость резанием, делая стружку ломкой; улучшает антифрикционные свойства, играя роль смазки; благодаря наличию графита быстро гасятся вибрации и, наконец, графит делает серый чугун нечувствительным к концентраторам напряжений.

Для повышения качества серого чугуна его подвергают моди­фицированию, т. е. в разливочный ковш добавляют в качестве мо­дификаторов ферросилиций или силикокальций, которые создают добавочные центры кристаллизации. В результате в отливках по­лучается однородная металлическая основа с измельченными вклю­чениями чешуек графита (рис. 8.1., б). Такой чугун называют вы­сококачественным.

Серый чугун применяют для отливок станин металлообраба­тывающих и других станков, плит, рам, блоков и головок цилинд­ров, поршней, поршневых колец, корпусов и крышек, зубчатых колес, вкладышей и других деталей.

Серый чугун с пластинчатым графитом поставляется по ГОСТ 1412—79 следующих марок: СЧ10, СЧ15, СЧ18, СЧ20, СЧ25, СЧ3О, СЧ35.

Таблица 8.1.

Свойства СЧ20 ГОСТ 1412-95

Плотность	7200 кг/м3
Назначение	станины, корпуса, кронштейны, опоры, плиты, крышки, траверсы, колосники
Модуль упругости	E=80000 МПа
Модуль сдвига	G=42000 МПа
Свариваемость	Не применяется для сварных конструкций
Механические характеристики Состояние σв, МПа σт, МПа ψ, % δ, % НВ Доп. растяжение 98 60 1 1 170 cжатие 700 80 н/д н/д н/д кручение 300 70 н/д н/д н/д изгиб 300 65 н/д н/д н/д

Серый чугун маркируется буквами СЧ (серый чугун) и двузначными цифрами. Цифры показывают минимальное значение предела прочности чугуна на растяжение (кгс/мм²) (ГОСТ 1412-79).