Белый чугун

Отбеленные чугуны-отливки имеют поверхностные слои (12—30 мм) со структурой белого чугуна, а сердцевина — серого чугуна. Высокая твердость поверхности такой отливки позволяет ей хорошо работать против истирания. Эти свойства отбеленного чугуна применяются для изготовления валков лис­товых прокатных станов, колес, шаров для мельниц, тормозных колодок и многих других деталей, работающих в условиях износа.

Такое название он получил по виду излома, который имеет матово-белый цвет. Весь углерод в этом чугуне находится в связанном состоянии в виде цементита (рис). Фазовые превра­щения в этих чугунах протекают согласно диаграмме состояния (Fe—Fe₃C). Белые чугуны (см. рис. 4.3) в зависимости от содержания углерода могут быть доэвтектическими (перлит + ледебурит), эвтектическими (ледебурит) и заэвтектическими (первичный цементит + ледебурит). Эти чугуны имеют большую твердость (НВ 450—550) из-за присутствия в них большого количества цементита; как следствие этого, они очень хрупкие и для изготовления деталей машин не используются. Отливки из белого чугун а служат для получения деталей из ковкого чугуна с помощью графитизирующего отжига.

Рис. Микроструктуры белого чугуна, х200: а — белый заэвтектический чугун (С = 5,5%); б — бе­лый доэвтектический чугун (С = 2,5%). Перлит темный и ледебурит пестрый

Серый чугун

Такое название чугун получил по виду излома, который имеет серый цвет. В структуре серого чугуна имеется графит. Поскольку структура чугуна состоит из металлической основы и графита (в форме пластин), то и свойства его будут зависеть от этих двух составляющих.

Графит по сравнению со сталью обладает низкими механическими свойствами и поэтому в некотором приближении можно считать, что места, которые он занимает, — это пустоты, трещины. Количественное соотношение основы и пустот влияет на механические свойства чугуна, и с увеличением последних свойства резко ухудшаются. Чем более грубы включения графита, тем, следовательно, больше разобщена металлическая основа, что отрицательно сказывается на свойствах чугуна.

При растягивающих напряжениях легко образуются центры разрушения на концах графитных включений. Значительно лучше ведет себя чугун при напряжениях сжатия и изгибе.

Серые чугуны являются сплавами сложного состава, содержащими же­лезо, углерод, кремний, марганец и неизбежные примеси, такие, как сера и фосфор. Фосфор частично растворяется в феррите (~ 0,3%) и, кроме того, входит в тройную эвтектику (Fe—С—Р) с температурой плавления 950°С; это существенно улучшает литейные свойства чугуна. Эта эвтектика очень твердая и хрупкая, что увеличивает износостойкость, а хорошие литейные свойства используются и в художественном литье (до 1% Р).

Сера — вредная примесь, снижает механические и литейные свойства чугунов и повышает склонность к образованию трещин.

Кремний входит в состав серых чугунов (1—3%) как основной элемент и обладает сильным графитизирующим действием; увеличивает выделение графита при затвердевании и разложении выделившегося цементита.

Марганец (0,2—1,1%) положительно влияет на механические свойства чугуна, но затрудняет процесс графитизации или способствует его отбеливанию. Таким образом, можно сказать, что степень графитизации напрямую зависит от количества углерода (2,2—3,7%) и кремния (1—3%) в чугуне.

В небольших количествах в серые чугуны могут попасть из руды хром, никель и медь, которые тоже влияют на условие графитизации. Количество графитных включений и структура основы влияют на свойства серого чугуна (рис.).

По структуре металлической основы серые чугуны разделяют на три вида.

1. Серый перлитный со структурой перлит + графит. (Количество свя­ занного углерода составляет ~ 0,8%.)

2. Серый ферритно-перлитный со структурой феррит + перлит +графит.

3. (Количество связанного углерода < 0,8.)

Микроструктуры серых чугунов, х200:

а — серый чугун на перлитной основе; б — серый чугун на феррито-перлитной основе; в —серый чугун на ферритной основе

3. Серый ферритный со структурой феррит + графит. (Весь углерод в виде графита.)

Механические свойства серого чугуна зависят от свойств металличе­ской основы и ее количества, формы и размеров графитных включений (пустот).

Марка серого чугуна состоит из букв Сч (серый чугун) и цифры, по­казывающей значение временного сопротивления при растяжении (кгс/мм²). Показателями механических свойств серых чугунов в соответ­ствии с ГОСТ 1412—85 является прочность при статическом растяжении (табл.).

Таблица. Механические свойства серых чугунов

Чугун	σв ,МПа	δ,НВ	Структура металлической основы
Сч15 Сч25 Сч40 Сч45	150 250 400 450	163—229 180—250 207—285 229—289	Феррит Феррит + перлит Перлит »

Графит способствует измельчению стружки при обработке резанием и оказывает смазывающее действие, что повышает износостойкость чугуна. Номенклатура отливок из серого чугуна и их масса разнообразны: от деталей в несколько граммов до 100 т и более.

Ферритные серые чугуны марки СчЮ, Сч15 используются для слабо- и средненагруженных деталей: крышки, фланцы, маховики, суппорты, тормозные барабаны, диски сцепления и т. д.

Ферритно-перлитные серые чугуны марки Сч20, Сч25 применяются для деталей, работающих при повышенных статических и динамических нагруз­ках: картеры двигателя, поршни цилиндров, барабаны сцепления, станины станков и другие отливки разного назначения.

Перлитный чугун применяют для отливки станин мощных станков и механизмов. Часто используют перлитные серые модифицированные чугуны. Такие чугуны получают при добавлении в жидкий чугун перед разливкой специальных добавок — ферросилиция (0,3—0,6% от массы шихты) или силикокальция (0,3—0,5% от массы шихты). К таким чугу-нам относятся Сч40 и Сч45, которые обладают более высокими механи­ческими свойствами из-за измельчения формы графитных включений. Эти марки чугунов применяются для корпусов насосов, компрессоров и гидроприводов.

Для деталей, работающих при повышенных температурах, применяют легированные серые чугуны, которые дополнительно содержат хром, никель, молибден и алюминий.