10.6. Чугуны

Доэвтектические (2,14–4,3%С) чугуны после окончательного охлаждения имеют структуру П + Л + Ц^III (таблица 2). Эвтектический чугун (4,3%С) при температурах ниже 727С состоит только из ледебурита, а заэвтектические чугуны – из первичного цементита и ледебурита.

Таблица 2. Структура различных чугунов при комнатной температуре

Доэвтектические (2,14 – 4,3% С)	Эвтектические (4,3% С)	Заэвтектические (4,3 – 6% С)
П + Лпр (П + Ц) + ЦII	Лпр (П + Ц)	ЦI + Лпр (П + Ц)

углерод в чугуне может находиться в виде цементита (белый чугун) или графита (серый чугун) или одновременно в виде цементита и графита.

рис.10.3. влияние углерода и кремния на структуру чугуна (заштрихованная область – наиболее распространенные чугуны)

В зависимости от содержания углерода, связанного в цементит, различают:

1. белый чугун, в котором весь углерод находится в виде цементита Fe₃C. Структура такого чугуна – перлит и ледебурит (область I на рис.10.3).

2. половинчатый чугун, большая часть углерода (>0,8%) находится в Fe₃C. Структура такого чугуна – перлит, ледебурит и пластинчатый графит (область II).

3. перлитный серый чугун, структура его – перлит и пластинчатый графит (область III).

4. феррито-перлитный серый чугун, структура его – перлит, феррит и пластинчатый графит (область IV).

5. ферритный серый чугун, структура: феррит и пластинчатый графит (область V). Весь углерод находится в виде графита.

В зависимости от формы графита и условий его образования различают следующие группы чугунов: серый, высокопрочный с шаровидным графитом и ковкий.

Серый чугун - это сплав Fe–Si–C, содержащий в качестве примесей Mn, P и S. В структуре серого чугуна весь углерод находится в виде графита. Наиболее широкое применение получили доэвтектические чугуны, содержащие 2,4–3,8%С.

Белые чугуны, как самостоятельный конструкционный материал, не применяются из-за высокой хрупкости вследствие присутствия в них большого количества цементита. Белые чугуны используют как передельные чугуны при выплавке стали, а также для ковкого чугуна путём длительного отжига белого доэвтектического чугуна.

сплав Fe + 2,5% C (белый чугун)

Рис. 10.4. Кривая охлаждения сплава, содержащего 2,5% С (белый чугун)

10.6.1 Чугуны с графитовыми включениями

Такие чугуны образуются в соответствии с диаграммой состояния Fe – C (графит). На этой диаграмме пунктирными линиями обозначены линии, указывающие следующие фазовые превращения:

t = 1153°С: L_4,2® g_2,11 + Г (графит)

t = 738°С: g_0,7®a_0,01 + Г (графит)

Эти линии характеризуют выделение графита первичного (Г^I) из жидкости и графита вторичного (Г^II) из аустенита. Графитная эвтектика образуется как бикристалл. Т.е. графитовый кристалл растёт в виде разветвлённой розетки крабовидной формы. Образующийся при охлаждении графит вторичный выделяется на крабовидных кристаллах, образующихся на графите первичном, который, в свою очередь, образовался из расплава. На микрошлифах можно видеть 3 формы графитовых включений, по которым различают чугуны:

1) 2) 3)

серый чугун ковкий чугун высокопрочный чугун

с пластинчатым графитом с хлопьевидным графитом с глобулярным графитом

В зависимости от полноты протекания реакции графитизации по микроструктуре металлической основы различают 3 группы чугунов:

1. ферритные чугуны; 2. феррито-перлитные чугуны; 3. перлитные чугуны.

Таблица 3. твёрдость металла основы

Структура	Ф	Ф + П	П
Твёрдость НВ	150	200	250

Достоинства чугунов.

1. Наличие графита облегчает обрабатываемость резанием вследствие образования ломкой стружки.

2. Чугуны имеют хорошие антифрикционные свойства, т.к. графит играет роль смазки.

3. Наличие графита быстро гасит вибрацию и резонансные колебания.

4. Чугуны имеют хорошие, по сравнению со сталями, литейные свойства лучшую жидкотекучесть, т.к. кристаллизация завершается при постоянной эвтектической температуре.

5. Чугуны не чувствительны к дефектам поверхности и являются хорошим конструкционным материалом.

Недостаток чугунов. Они не выдерживают больших растягивающих, а также ударных нагрузок.

Примеры чугунов.

1. серые чугуны СЧ 10, СЧ 18, _В = 100 – 180 МПа (используются для изготовления малоответственных деталей);

2. серые чугуны СЧ 21…СЧ 35, _В = 210 – 350 МПа (используются для изготовления станин мощных станков);

3. ковкие чугуны КЧ 37-12…КЧ 35-10, _В = 370 МПа и _В = 350 МПа, соответственно (предназначены для высоких динамических и статических нагрузок; из них изготавливают глушители, ступицы, картеры, редукторы);

4. высокопрочные чугуны ВЧ 50-2, ВЧ 85, _В = 500 МПа и _В = 850 МПа, соответственно (используются для изготовления ответственных деталей: коленчатых валов автомобилей, крышек цилиндров, корпусов насосов, деталей станков).

11