Чугуны

Чугуны

К классу чугунов относят сплавы железа с углеродом, содержащие более 1,7% углерода. В чугунах разных марок содержится от 2,6 до 3,6% углерода, некоторое количество кремния, марганца, примеси фосфора и серы.

Виды чугунов. Чугун менее прочен и более хрупок, чем сталь, но он дешевле стали н хорошо отливается в фор­мы. Поэтому чугун широко используют для изготовления детален путем отливки. Углерод в чугуне может содер­жаться в виде химического соединения с железом — цемен­тита (Fe3C) или в виде графита. Цементит имеет светлый цвет, большую твердость и не поддается механической об­работке. Графит имеет темный цвет и достаточно мягок. В зависимости от того, какая форма углерода преобладает в структуре чугуна, различают два основных вида чугуна: белый и серый.

Белый чугун. В белом чугуне почти весь углерод содер­жится в виде цементита. Белый чугун имеет в изломе свет­ло-серый, почти белый цвет, очень тверд, не поддается ме­ханической обработке и поэтому не применяется для изго­товления деталей, а используется только для последующей переделки в сталь в мартеновских печах, конверторах и для получения деталей из ковкого чугуна. Поэтому такой чугун называется также передельным. Передельные мартенов­ские чугуны содержат (%): углерода 3,5—4; кремния 0,3—1,5, марганца 1,5—3,5; фосфора 0,15— 0,3 серы 0,03— 0,07; остальное — железо.

Серый чугун имеет в изломе темно-серый цвет, мягок, хорошо обрабатывается резцом и напильником и широко применяется в машиностроении. Серый чугун имеет темпе­ратуру плавлении 1100—1250° С, Чем больше в чугуне угле­рода, тем ниже температура его плавления. Основпое коли­чество углерода в сером чугуне содержится в виде пластинок графита, равномерно распределенных среди зерен ос­новного сплава. Это придает чугуну в изломе серый цвет и обусловливает его легкую обрабатываемость.

Примерный состав серого чугуна (%): углерода 3—3,6; кремния 1,6—2,5; марганца 0,5—!; серы 0,05—0,12; фосфора 0.1—0,8. Сера является вредной примесью в чугуне, за­трудняет его сварку и понижает прочность; она повышает вязкость чугуна и расплавленном состоянии и увеличивает его литейную усадку. Фосфор делает чугун жидкотекучим и улучшает его свариваемость, но одновременно повышает хрупкость и твердость чугуна. Поэтому содержание серы и фосфора в чугуне не должно превышать указанных выше пределов.

В машиностроении применяют различные марки серого чугуна. По ГОСТ 1412—54 марка серого чугуна обознача­ется буквами СЧ с двумя числами, из которых первое обозначает среднюю величину предела прочности чугуна при растяжении в кгс/мм2, э второе — то же, при изгибе. Например, существует серый чугун СЧ 12-28, СЧ 15-32, СЧ 18-36 и т. д. Наиболее прочен серый чугун марки СЧ 38-60. Твердость по Бринеллю серого чугуна СЧ 12-28 составляет от 143 до 229, СЧ 38-60— от 207 до 262.

Ковкий чугун по механическим свойствам занимает промежуточное положение между чугуном и сталью, отли­чаясь от серого чугуна меньшей хрупкостью. Для получе­ния деталей из ковкого чугуна их сначала отливают из бе­лого чугуна, а затем подвергают термообработке, например длительному отжигу или «томлению» в песке при 800— 850°С. При этом углерод в чугуне выделяется в форме мел­ких округленной формы частиц свободного углерода, рас­полагающихся в виде обособленных скоплений (хлопьев) между кристаллами чистого железа. Такой углерод называ­ют «углеродом отжига».

В зависимости от режима термообработки можно получать ковкий чугун ферритной или перлитной структуры. В скопления углерода отжига при температуре выше 900— 950°С способны распадаться; тогда углерод переходит в цементит и деталь теряет свойства ковкого чугуна. Это яв­ляется основной причиной, затрудняющей сварку ковкого чугуна. Детали после сварки приходится вновь подвергать полному циклу термообработки для получения в сварном
шве и околошовной зоне первоначальной структуры ковко­го чугуна.

Ковкий чугун по ГОСТ 1215 — 59 обозначается буквами КЧ и двумя числами; первое указывает предел прочности при растяжении в кгс/мм2, второе —относительное удлине­ние в процентах, например КЧ 35-4.

Легированный чугун. Широко применяют также леги­рованные чугуны, обладающие особыми свойствами,— кис­лотоупорностью, прочностью при ударных нагрузках н др. Эти свойства чугун получает в результате легирования его хромом и никелем. Легированные чугуны получают также при выплавке из некоторых сортов руд (Елизаветинских или Орско-Халиловских месторождений) и в этом случае их называют природно-легированными.

Модифицированный чугун. Для улучшения механичес­ких и технологических свойств отливок из серого чугуна его подвергают модификации путем введения, в жидкий чу­гун (в ковше или на желобе вагранки) специальных доба­вок— силикокальция, ферросилиция, силикоалюминия и других, называемых модификаторами. Количество вводи­мых модификаторов не превышает 0,1—0,5%, при этом температура жидкого чугуна должна быть не ниже 1400" С.

При модификации химический состав чугуна почти не изменяется, но зерна графита принимают мелко пластинчатый, слегка завихренный вид и располагаются изолирован­но друг от друга. Структура чугуна становится однородной и плотной, он лучше обрабатывается, повышаются проч­ность чугуна, сопротивление коррозии и износу. Марки "мо­дифицированного чугуна по ГОСТ 1412—54 обозначают так же, как и для серого чугуна, но с добавлением бук­вы М. Например, модифицированный чугун МСЧ 28-48 имеет средний предел прочности при растяжении 28 кгс/мм3, при изгибе — 48 кгс/мм*.

Высокопрочный и сверхпрочный чугупы имеют включе­ния графита сфероидальной формы. Это достигается введе­нием в жидкий чугун при температуре не ниже 1400*С чистого магния или его сплавов с медью и ферросилицием в количествах 0,5—1,0% от веса жидкого чугуна с последующей модификацией силикокальцием или ферросилици­ем. Исходный чугун для получения высокопрочного или сверхпрочного чугуна может содержать от 2,9 до 3,4% уг­лерода и от 1 до 2,5% кремния. Сверхпрочный чугун имеет предел прочности при растяжении 50—65 кгс/мм3 (при из­гибе 80—120 кгс/мм3) н относительное удлинение 1,5—3%.