2. 4. Чугуны.

Чугуны содержат углерода более 2,14%. Чугун менее прочен, чем сталь, но обладает малой усадкой и хорошей жидкотекучестью при литье, он износостоек хорошо обрабатывается резанием. Это делает серые чугуны с графитовыми включениями пригодными для применения в машиностроении и строительном производстве. Из него литьем изготовляют фасонные отливки.

Структура чугуна и его основные свойства зависят от того, в свободном или связанном состоянии находится углерод. Соответственно, в изломе чугуны имеют белый или серый цвет и подразделяются на две группы: белые и серые

Чугуны серые, ковкие и высокопрочные. Их получают при медленном охлаждении. В них, практически, весь углерод или большая его часть находится в свободном состоянии в виде графита. Металлическая основа всех чугунов – серых, ковких и высокопрочных – может быть ферритной, ферритно-перлитной или перлитной, т.е. по структуре, не отличающейся от стали. Сам чугун отличается от стали наличием графитовых включений.

Ферритная основа в виде белых пятен обладает пониженной твердостью и прочностью, легко обрабатывается резанием. Количество связанного углерода в феррите менее 0,1 %.

Ферритно-перлитная основа состоит из феррита и перлита. Количество связанного углерода (цементита) менее 0,8%. Перлит придает сплаву значительную прочность и твердость. Под микроскопом обнаруживаются черные включения графита на фоне белых пятен феррита и серых перлита.

Перлитная основа содержит 0,8 % связанного углерода, обладает наивысшей прочностью и достаточно хорошо обрабатывается резанием. Перлит имеет вид ряби из чередующихся серых и темных полосок.

В изломе эти чугуны имеют серый цвет и отличаются друг от друга геометрической формой графитовых включений (прожилки, хлопья, шарики). Эти чугуны обладают хорошими литейными свойствами.

В серых чугунах (ГОСТ 1412-85) при медленном охлаждении графит выделяется в виде прожилок, или чешуек различного размера, расположенных между кристаллами (зернами) стали. Они играют роль трещин, острых надрезов, концентраторов напряжений. Такой чугун обладает наименьшей прочностью. Обозначается, например: СЧ 10; СЧ 30; СЧ 45; где «СЧ» - означает «серый чугун», а числа 10; 30; 45 – соответственно, предел прочности при растяжении, измеряемый в кгс/мм². Например, СЧ 10, = 10 кгс/мм(100МПа); СЧ 30,=30 кгс/мм(300 МПа) и т.д. При микроанализе графит обнаруживается в виде черных прожилок на фоне светлой металлической основы.

Механические свойства и химический состав серых чугунов

Таблица 7

Марка чугуна	Временное сопротивление при растяжении, , кгс/мм2	Массовая доля элементов, %
		Углерод	Кремний	Марганец	Фосфор, Не более	Сера, Не более
СЧ10	10	3,5-3,7	2,2-2,6	0,5-0,8	0,3	0,15
СЧ15	15	3,5-3,7	2,0-2,4	0,5-0,8	0,2	0,15
СЧ18	18	3,1-3,4	1,7-2,1	0,8-1,2	0,2	0,15
СЧ20	20	3,3-3,5	1,4-2,4	0,7-1,0	0,2	0,15
СЧ21	21	3,0-3,3	1,3-1,7	0,8-1,2	0,2	0,15
СЧ24	24	2,9-3,2	1,2-1,6	0,8-1,2	0,2	0,15
СЧ25	25	3,2-3,4	1,4-2,2	0,7-1,0	0,2	0,15
СЧ30	30	3,0-3,2	1,3-1,9	0,7-1,0	0,2	0,12
СЧ35	35	2,9-3,0	1,2-1,5	0,1-1,1	0,2	0,12

Ковкий чугун (ГОСТ 1215-79) с хлопьевидными включениями графита получают длительным отжигом белого чугуна. Название ковкие чугуны условно, изделия из них получают литьем, но пластической деформации они не подвергаются. Графит в ковком чугуне имеет форму хлопьев. Такой графит по сравнению с прожилками меньше снижает прочность и пластичность металлической основы чугуна.

Состав ковкого чугуна, %, довольно стабилен: 2,2 – 3,0%С; 0,7 – 1,5%Si; 0,2 – 0,6 %Mn; 0,2 %P; 0,1% S. Из – за низкого содержания углерода ковкий чугун обычно выплавляют в электропечи. Более низкое содержание углерода способствует повышению пластичности, так как при этом уменьшается количество графита.

Отжиг проводят в две стадии. Первоначально отливки выдерживают примерно 2 суток при 950 – 970⁰С. В этот период протекает первая стадия графитизации, т.е. распад цементита, входящего в состав ледебурита и образуется хлопьевидный графит. Затем отливки охлаждают. Вторая стадия графитизации: распад аустенита с образованием ферритнографитной структуры или распад цементита, входящего в состав перлита, с образованием феррита и графита. В результате отжига структура чугуна состоит из зерен феррита и хлопьев графита.

Ковкий чугун маркируют буквами КЧ и цифрами временного сопротивления разрыву – предел прочности и относительного удлинения. Например, КЧ 35-10, где =35 кгс/мм², =10%.