Влияние углерода и примесей на свойства чугунов

Чугун (тюрк.), сплав железа с углеродом (обычно более 2%) содержащий также постоянные примеси ( Si, Mn, P, S) , а иногда и легирующие элементы, затвердевает с образованием эвтектики. Чугун — важнейший первичный продукт чёрной металлургии (см. также Доменное производство), используемый для передела при производстве стали и как компонент шихты при вторичной плавке в чугунолитейном производстве. Чугун вторичной плавки - один из основных конструкционных материалов; Применяется как литейный сплав. Широкому использованию чугуна в машиностроении способствуют его хорошие литейные и прочностные свойства (по прочности некоторые чугуны лишь немногим уступают углеродистой стали; см. Модифицированный чугун}. В современном машиностроении на долю деталей из чугуна приходится около 75% от общей массы отливок.

Углерод оказывает большое влияние на свойства чугунов. Он может находиться в чугуне в виде цементита или графита или одновременно в виде цементита и графита. Чугун, в котором практически ,весь углерод находится в виде цементита, назы­вается белым, а если в виде графита—серым чугуном.

Содержание углерода и форма выделения графита в серых чугунах также оказывают значительное влияние на их свой­ства. Поскольку графит обладает весьма малой прочностью, то в первом приближении графитовые включения в микрост­руктуре чугуна можно считать пустотами. Чем больше угле­рода в чугуне в виде графита, тем больший объем будут за­нимать пустоты и тем, следовательно, ниже механические свойства чугуна.

Кремний способствует графитизации чугуна и, следова­тельно, оказывает особенно большое влияние на его свойства. В чугунах обычно содержится 1,2...3,5% Si. Изменяя сум­марное содержание углерода и кремния в чугуне, можно при прочих равных условиях получить различную структуру и свой­ства чугуна.

Марганец препятствует процессу графитизации и повышает способность чугуна к сохранению углерода в форме цементита, образуя карбиды. В чугунах содержится 1 ... 1,5 % Мn.

Сера является вредной примесью; она ухудшает литейные свойства (понижает жидкотекучесть) и способствует отбелива­нию чугуна. Содержание серы в чугуне для мелкого литья до­пускается не выше 0,08%, для крупного литья—не выше 0,10... 0,12 %. Вредное влияние серы на свойства чугуна в зна­чительной степени нейтрализуется марганцем, образующим хи­мическое соединение МnS, большая часть которого переходит в шлак.

Фосфор увеличивает жидкотекучесть чугуна благодаря об­разованию легкоплавкой тройной эвтектики Fе_зР—FезС—Fе₇, имеющей температуру плавления 950 °С. После затвердевания фосфитная эвтектика повышает твердость и износостойкость чугуна. Фосфор в чугунах содержится до 0,5 %.

Кроме постоянных примесей, в чугун вводят специальные добавки для придания чугунам определенных свойств. Иногда чугуны выплавляют в доменных печах из руд, содержащих хром, никель и другие легирующие компоненты. Такие чугуны называют природнолегированными. Влияние легирующих эле­ментов на свойства чугунов определяется главным образом их отношением к углероду. Графитообразующие элементы способ­ствуют получению хорошо обрабатываемых чугунов, а карбидообразующие—получению отбеленных чугунов, плохо под­дающихся обработке режущим инструментом.