9.3. Микроструктура и свойства чугуна

Микроструктура чугуна состоит из металлической основы и гра­фитных включений. Свойства чугуна зависят от свойств метал­лической основы и характера включений графита.

Металлическая основа может быть перлитной, когда 0,8 % угле­рода находится в виде цементита, а остальной углерод в виде графита, феррито-перлитной, когда количество углерода в виде цементита менее 0,8 % и ферритной. Структура металлической основы определяет твердость чугуна.

Графит чугуна бывает пластинчатым - серый чугун, хлопье­видным - ковкий и шаровидным - высокопрочный (рис.56). Микроструктура чугунов приведена на рис.57-59. По сравне­нию с металлической основой графит имеет низкую прочность. Поэтому места его залегания можно считать нарушениями сплошности. Таким образом, чу­гун можно рассматривать как сталь, пронизанную включениями графита, ос­лабляющими его металли­ческую основу.

Поэтому серый чугун имеет низкие характерис­тики механических свойств (σ_в, δ, ψ) при испытаниях на растяжение. Включения графита играют роль концентраторов напряжений, поэтому работа удара близка к нулю. Вместе с тем твердость и прочность при испыта­ниях на сжатие, зависящие от свойств металлической основы, у чугуна достаточно высоки.

Однако серый чугун с пластинчатой формой графита имеет и ряд преимуществ. Он позволяет получать дешевое литье, так как при низкой стоимости обладает хорошей жидкотекучестью и малой усадкой. Включения графита делают стружку ломкой, по­этому чугун легко обрабатывается резанием. Благодаря смазы­вающему действию графита чугун обладает хорошими антифрик­ционными свойствами. Чугун имеет высокие демпфирующие свойства, он хорошо гасит вибрации и резонансные колебания.

Серый чугун маркируется буквами СЧ и цифрами, характери­зующими величину временного сопротивления при испытаниях на растяжение.

По мере округления графитных включений их отрицательная роль как надрезов металлической основы снижается и меха­нические свойства чугу­на растут. Округленная форма графита достигается модифицированием. Моди­фикаторами чугуна явля­ются SiCa, FeSi, Al, Mg.

При использовании в качестве модификатора магния в количе­стве до 0,5 %, вводимого перед разливкой, получают высоко­прочный чугун с шаровидной формой включений графита. Магний обычно вводят в автоклавах. Действие магния объясняют увеличе­нием поверхностного натяжения графита и образованием микро­пузырьков пара, в которые диффундирует углерод.

М аркируется высокопрочный чугун буквами ВЧ и цифрой, ха­рактеризующей величину временного сопротивления, например, ВЧ 35. Из высокопрочных чугунов изготавливают ответ­ственные детали: зубчатые колеса, коленчатые валы.

Н азвание ковких чугунов условно, так, изделия из них по­лучают литьем и пластической деформации они не подвергаются. Ковкий чугун получают из белого путем графитизирующего от­жига. Графит в ковком чугуне имеет форму хлопьев. Состав ков­кого чугуна, %, довольно стабилен: 2,2-3,0 С; 0,7-1,5 Si; 0,2-0,6 Мn; 0,2 Р; 0,1 S. Из-за низкого углерода ковкий чугун обычно выплавляют не в вагранке, а в электропечи. После за­полнения форм отливки быстро охлаждают и получают структуру белого чугуна. Затем отливку, подвергают длительному отжигу (до 2 сут) - томлению (рис. 60), предохраняя их от окисления печными газами засыпкой песком и др. В результате отжига структура состоит из зерен феррита или перлита и хлопьев графита. Излом чугуна, структура которого состоит из феррита и гра­фита, будет темным. Такой ковкий чугун называют черносердечным, так как он содержит сравнительно много графита.

Если в области эвтектоидного превращения проводить более быс­трое охлаждение, то в структуре сохранится перлит. Такой чугун называют перлитным ковким чугу­ном или светлосердечным. В его структуре содержится меньше графита, чем в ферритном ков­ком чугуне.

Ковкий чугун маркируется буквами КЧ и цифрами временного сопротивления и относительного удлинения, например КЧ 35-10.

Отливки из ковких чугунов применяют для деталей, работаю­щих при ударных и вибрационных нагрузках (картеры, редукто­ров, фланцы, муфты).

67