1. Белый чугун

Как указывались, в белом чугуне весь углерод присутствует в связанном состоянии (в виде цементита). Свое название белый чугун получил по виду излома, имеющему матово-белый цвет. Структура белого чугуна находит объяснение на основании метастабильной диаграммы состояния «железо-цементит».

Микроструктура доэвтектического белого чугуна показана на рис.2. Крупные темные участки - это перлит, образовавшийся из структурно свободного аустенита, остальное - превращенный ледебурит, состоящий из цементита (светлое поле) и перлита (темные участки). Вторичный цементит структурно не обнаруживается, так как он сливается с эвтектическим цементитом.

Эвтектический белый чугун представляет собой превращенный ледебурит.

Структура заэвтектического белого чугуна состоит из первичного цементита (крупные светлые выделения пластинчатой формы) и превращенного ледебурита.

а)б)в)

Рис.2. Микроструктура белого чугуна, Х500:

Пестрые участки — ледебурит; темные — перлит; светлые — цементит.

а - доэвтектический чугун (ледебурит + перлит + цементит);

б — эвтек­тический чугун (ледебурит);

в — заэвтектический чугун (ледебурит + первичный цементит).

В белых чугунах обязательной структурной составлявшей является ледебуритная эвтектика. Последняя более чем наполовину состоит из твердого и хрупкого цементита. Поэтому белые чугуны отличаются большой твердостью и хрупкостью и в качестве конструкционного материала практически не применяются.

Отливки из белого чугуна применяют для получения ковкого чугуна. Кроме того, широко применяют чугунные отливки с отбеленной поверхностью. В этом случае основная масса металла имеет структуру серого чугуна (см. ниже), а поверхностный слой – белого. Отбел достигается местным увеличением скорости охлаждения путем установки в нужных местах литейной формы металлических вставок, служащих холодильниками. Изделия из отбеленного чугуна имеют твердую и износостойкую поверхность при достаточно вязкой сердцевине.

2. Серый чугун

Серым называют чугун, в котором весь углерод или большая часть находится в свободном состоянии в виде пластинчатого графита, придающего излому серый цвет.

Микроструктура чугуна состоит из металлической основы и графитных включений.

При медленном охлаждении и достаточно высоком содержании кремния и углерода графитизация протекает полностью, металлической основой такого чугуна является феррит (рис.3 а). При относительно быстром охлаждении и невысоком содержании кремния и углерода графит может выделиться только при эвтектической кристаллизации, а эвтектоидное превращение произойдет с образованием перлита (т.е. смеси феррита и цементита), а не феррита и графита. Такой чугун будет иметь перлитную основу (рис.3 в). Возможен и промежуточный случай, когда скорость охлаждения и содержание кремния и углерода таковы, что при эвтектической кристаллизации выделяется графит, а эвтектоидный распад аустенита частично идет с образованием феррита и графита, а частично с образованием перлита. Металлическая основа такого чугуна ферритно-перлитная (рис.3 б).

Пластинки мягкого графита в сером чугуне играют роль надрезов (трещин), т.е. местных концентраторов напряжения в металлической основе. При растяжении это облегчает образование очагов разрушений по концам графитовых включений. Поэтому прочность на растяжение у серых чугунов невелика. Весьма низкая пластичность серого чугуна также обусловлена присутствием в нем пластинчатого графита, который расчленяет металлическую основу и не позволяет развиваться в ней процессам скольжения. Вместе с тем, прочность при сжатии, зависящая от свойств металлической основы, у серого чугуна достаточно высока.

На прочностные свойства чугуна существенно влияет структура металлической основы. Наименьшую прочность имеет ферритный чугун. Чугун с перлитной основой обладает наибольшей твердостью, прочностью и износостойкостью. Ферритно-перлитный чугун занимает промежуточное положение.

Серые чугуны – хорошие литейные сплавы. Они жидкотекучи (вследствие малого температурного интервала кристаллизации), имеют сравнительно небольшую температуру плавления, при затвердевании практически не дают объемной усадки. Поэтому их широко используют на практике для литья разнообразных изделий, работающих при небольших растягивающих и ударных нагрузках. При этом ферритный и ферритно-перлитный чугун применяют для изготовления малоответственных изделий, а более прочный перлитный чугун – также и для ответственных изделий.

Из других достоинств серых чугунов следует отметить хорошую обрабатываемость резанием (ломкая стружка), способность гасить вибрации, высокие антифрикционные свойства.

Серые чугуны маркируются буквами СЧ и далее следует величина предела прочности при растяжении (в кгс/мм²), например СЧ 15, CЧ 20, СЧ 35 (ГОСТ 1412-85).

Рис. 3. Схема микроструктуры серого чугуна.

а - ферритный; б - перлитно-ферритный; в - перлитный: 1 - феррит; 2 - пластичный графит; 3 – перлит