Влияние различных элементов на свойства чугуна.

Чугуном называется сплав железа с углеродом, содержащий более 2,14%”С”. Кроме углерода в чугуне присутствуют ряд примесей – Mn, Si, S, P и другие, но их количество и влияние на свойства чугуна иное, чем в стали.

Углерод содержится в чугуне в количестве от 2,4 до 4% и присутствует в его структуре, как в форме графита, так и в виде Fe₃С. Совместно с Si (0,5-3,5%) он способствует образованию графита и, понижая температуру плавления чугуна, обеспечивает его высокие литейные качества: жидкотекучесть и хорошее заполнение формы.

Mn увеличивает склонность чугуна к отбеливанию, т.е. к сохранению цементита, а следовательно и увеличивает твердость чугуна (образует карбид Mn₃C).

S – вредная (при более 0,15%) примесь. Отбеливает в 5-6 раз сильнее Mn, способствует образованию газовых пузырей, уменьшает жидкотекучесть.

P – в небольших количествах полезен, увеличивает жидкотекучесть серого чугуна образует фосфид Fе₃P. При содержании до 0, 5% Р образуется фосфидная эвтектика, состоящая из феррита, цементита и фосфида Fe. Подобная эвтектика имеет точечное строение и обладает высокой твердостью.

Н₂ – вредная примесь. Повышает устойчивость цементита, вызывает отбел в отливках. Необходимо повышать содержание влаги.

7.Свойства белых и серых чугунов.

Чугуны выплавляются разного химического состава и назначения. Их делят на передельные (белые), литейные (серые) и специальные (доменные ферросплавы – зеркальный чугун, ферросилиций, ферроMn).

Белый чугун получают при литье в металлические кокили (быстрое охлаждение). Идет он в основном в переработку на сталь и поэтому называется передельным. По ГОСТу 805-80 его выпускают: коксовый – марок М1, М2, М3 (мартеновский) и Б1, Б2 (бессемерный), МФ1, МФ2, МФ3 (фосфористый) с содержанием 1-2% Р, ПВК1, ПВК2, ПВК3 (высококачественный) с уменьшенным содержанием S и Р.

В микроструктуре белого чугуна много цементита, как вторичного, так и входящего в состав ледебурита, поэтому он очень тверд и хрупок, но характеризуется сопротивлением износу.

Белый чугун плохо обрабатывается режущим инструментом, поэтому в машиностроении он применяется редко. Белый чугун отличается низким содержанием Si и обладает высокой чувствительностью к скорости охлаждения. Это свойство часто используется для получения отбеленного слоя в толстостенных деталях при литье их в металлические формы (кокили). Например, валки для некоторых прокатных станов должны обладать очень твердой поверхностью с высоким сопротивлением износу, поэтому их отбеливают. По мере удаления от поверхности валков, вследствие уменьшения скорости охлаждения, структура белого чугуна постепенно переходит в структуру серого. Вагонные колеса изготавливают также с отбеленным ободом. Отбел получается благодаря местному увеличению скорости охлаждения путем установки в форму металлических вставок.

Свойства серого чугуна.

Главной характеристикой чугуна являются его литейные свойства: жидкотекучесть, усадка при застывании, важны и такие свойства, как способность поддаваться термической обработке, модифицированию, обработке резанием и т.д. Хорошими литейными свойствами обладает серый чугун. Идет он на изготовление отливок. По ГОСТ 4832-80 чугун может быть коксовым марок ЛК1-ЛК7 (чем меньше Si, тем больше цифра), по содержанию серы делится на 5 категорий и по содержанию Р – на классы А, Б, В, Г и Д; по содержанию Mn – на 3 группы.

Чтобы получить структуру серого чугуна, расплав заливают в песчаные формы (медленное охлаждение). Серый чугун (технический) представляет собой по существу сплав Fe-Si-C, содержащий в качестве примесей Mn, P, S. В структуре серого чугуна большая часть или весь углерод находится в виде графита.

Образование графита в железоуглеродистом сплаве уменьшает количество цементита или устраняет его, следовательно, снижает твердость и улучшает обрабатываемость серого чугуна. Микроструктура серого чугуна отличается от микроструктуры стали присутствием графита. В отличие от обычного природного графита, являющегося простой разновидностью “С” с гексагональной кристаллической решеткой, графит серого чугуна содержит не только атомы “С”, но также и атомы Fe, Si и другие, т.е. представляет собой твердый раствор высокой концентрации.

Лепестковая форма графита, наблюдаемая у серого чугуна, снижает его механические свойства, особенно предел прочности на растяжение.

Пластинки графита, имеющие форму широких лепестков, действуют как трещины на металлическую основу чугуна. Их острые концы способствуют концентрации напряжений. По структуре металлической основы серый чугун можно разделить на 2 основные группы:

1. Феррито-перлито-графитный чугун. Из-за наличия значительного количества структурно-свободного феррита отличается сравнительно низкой износостойкостью и низкими механическими свойствами.

2. Перлито-графитный чугун, особенно в случае мелкопластинчатого и тонкого строения графитных включений, отличается высокими механическими свойствами, износостойкостью и хорошей обрабатываемостью. Из-за наличия Si и Mn в п. чугуна углерода меньше (0,3-0,5%, а не 0,8).

Иногда в структуре перлитного чугуна присутствует цементит, который ухудшает его обрабатываемость и создает хрупкость.