2. Серый чугун

Согласно ГОСТу 1412—70 в зависимости от прочности серые чугуны подразделяются на 10 марок. Три из них представлены в таблице 5. Марка чугуна складывается из букв СЧ (серый чугун) и двух чисел, из которых первое показывает предел прочности чугуна _в кГ/мм², второе — сопротивление изгибу _изг ,кГ/мм². Между прочностными характеристиками _в, _изг и _сжат имеется приближенная зависимость

Из этой зависимости следует, что серые чугуны при малом сопротивлении растяжению имеют достаточно высокое сопротивление сжатию. Химический состав серых чугунов примерно следующий: С = 3,2 ... 3,5%; Si = 1,9 ... 2,5%; Мn = 0,5 ... 0,8%; Р = 0,1 ... 0,3%; S0,12%. Структура металлической основы серых чугунов зависит от состава (прежде всего от количества углерода и кремния). С увеличением С и Si увеличивается степень графитизации и склонность к образованию ферритной структуры металлической основы. Это ведет к разупрочнению чугуна без повышения пластичности. Лучшими прочностными свойствами обладают перлитные серые чугуны (см. таблицу 5). Другим фактором, влияющим на структуру, является скорость охлаждения чугуна, который зависит от толщины стенки отливок и материала формы.

В значительной степени уменьшает влияние разностенности отливок на структуру и свойства чугуна модифицирование. Для модифицирования применяются чугуны с пониженным содержанием углерода и кремния (С = 2,8 ... 3,2%, Si = 1 ... 1,5%).

В качестве модификаторов используется ферросилиции, силикокальций, алюминий. Ускоряя первую стадию графитизации, модифицирование устраняет цементитную фазу (отбел). При этом образуется небольшое количество изолированных графитовых включений средней величины. Превращение аустенита происходит по метастабильной диаграмме железо-углерод, благодаря чему образуется перлитная металлическая основа.

Учитывая малое сопротивление отливок из серого чугуна растягивающим и ударным нагрузкам, следует использовать этот материал для деталей, которые при эксплуатации подвергаются сжимающим и, в худшем случае, изгибающим нагрузкам.

Серый чугун находит применение: 1) в станкостроении (базовые, корпусные детали, кронштейны, зубчатые колеса, станины, направляющие); 2) в автостроении из серого чугуна изготовляют блоки цилиндров, гильзы, поршневые кольца, распределительные -валы, толкатели, седла клапанов, головки цилиндров, диски сцепления. Серый чугун также широко применяют в электромашиностроении и для изготовления товаров массового потребления.

3. Высокопрочный чугун с шаровидным графитом

В соответствии с ГОСТом 7293—70 различают 9 марок высокопрочных чугунов, часть из которых приведена в таблице 5. Так как в зависимости от структуры металлической основы эти чугуны имеют значительно отличающиеся свойства как прочности, так и пластичности, то принцип маркировки высокопрочных чугунов отличается от такового для серых чугунов. Перед маркой ставятся буквы ВЧ (высокопрочный чугун), далее следует два числа, из которых первое характеризует предел прочности _в кГ/мм², второе— относительное удлинение  %.

Чугуны с перлитной металлической основой имеют высокие показатели прочности при меньшем значении пластичности. Соотношение пластичности и прочности ферритных чугунов обратное (см. табл. 5).

На рис. 97 приводятся микроструктуры высокопрочных чугунов. Высокопрочные чугуны обладают высоким пределом текучести _т (30 . . . 42 кГ/мм²), что выше предела текучести стальных отливок. Эти чугуны обладают также достаточно высокой ударной вязкостью и усталостной прочностью _-1 = 23 ... 25 кГ/мм² при перлитной структуре). Химический состав высокопрочных чугунов примерно следующий: 3,2 . . . 3,1 %С, 2,9... ...2,6% Si, 0,6... 0,8% Мn, до 0,12% Р, до 0,03% S.-0.02... . . . 0,03% Mg или Zr. Высокое содержание углерода значительно облегчает процесс плавки чугуна в вагранке. Эти чугуны обладают хорошей жидкотекучестью. Линейная усадка их около 1%, т. е. такая же, как у серого чугуна. Литейные напряжения в отливках высокопрочного чугуна из-за более высокого модуля упругости выше, чем в отливках из серого чугуна. Обрабатываемость резанием при эквивалентной твердости отливок из высокопрочного чугуна выше, чем отливок из серого чугуна. Высокопрочные чугуны обладают удовлетворительной свариваемостью.

Высокопрочный чугун находит применение как новый конструкционный материал и как заменитель углеродистой стали, ковкого и серого чугуна. Из высокопрочного чугуна изготавливаются как мелкие тонкостенные отливки (поршневые кольца), так отливки весом до 15 тонн (шаботы ковочных молотов, станины и рамы прессов и прокатных станов). Характерным видом деталей из высокопрочного чугуна являются отливки коленчатых валов весом от нескольких кг до 2 ... 3 тонн взамен кованых валов из стали. Чугунные валы по сравнению со стальными имеют более высокую циклическую вязкость, мало чувствительны к внешним концентраторам напряжений, имеют лучшие антифрикционные свойства и значительно дешевле стальных валов. Хорошие литейные свойства при достаточно высокой прочности и пластичности позволяют во многих случаях заменять стальное литье и прокат. При этом достигается снижение веса деталей на 8... 10%, и обеспечивается экономия в среднем 20 ... 30 рублей на 1 т литья.

Применение высокопрочного чугуна взамен серого дает экономический эффект в тех случаях когда за счет более высокой прочности снижается вес отливок или обеспечивается возможность упрощения монтажных работ (например монтаж трубопроводов сваркой). Из высокопрочного чугуна изготавливаются валки прокатных станов, детали турбин, канализационные и другие трубы, изложницы, суппорты, резцедержатели, планшайбы и др. детали станков.