ЧУГУН. Свойства. Разновидность

Чугуном называют железоуглеродистые сплавы, содержащие более 2 % углерода. Наиболее значительную часть выплавляемого чугуна перерабатывают в сталь, однако не менее 20 % его используют для изготовления литых деталей машин и других изделий. В практике машиностроения в большинстве случаев используют чугун с содержанием 2,5—4 % С. В промышленном чугуне, кроме углерода, обязательно содержатся кремний, марганец, сера и фосфор (в большем количестве, чем в стали).

Чугун отличается высокими литейными свойствами, изделия из него изготавливаютразличными методами литья. Из-за низкой пластичностичугун не подвергается обработке давлением. В зависимости от формы выделения углерода чугун подразделяют на белый, половинчатый и серый.

Белым называют такой чугун, в котором при комнатной температуре весь углерод находится в связанном состоянии, в основном в форме цементита. Такой чугун в изломе имеет белый цвет и металлический блеск.

Серым называют такой чугун, в котором весь углерод или большая его часть находятся в виде графита, а в связанном состоянии (в форме цементита) углерода содержится не более 0,8 %. Из-за большого количества графита, входящего в состав такого чугуна, его излом имеет серый цвет.

Рис. 155. Структурная диаграмма для чугуна, показывающая, какая должна получаться структура в отливке (c толщиной стенки 50 мм) в зависимости от содержания в чугуне кремния и углерода: 1– «белые» чугуны; 2 – «серые» перлитные чугуны; 3 — «серые» ферритные чугуны

Рис. 156. Структурная диаграмма для чугуна, показывающая, какая должна получаться структура в отливке в зависимости от суммы содержания углерода и кремния, а также толщины отливки: 1 – «белые» чугуны; 2 – «серые» перлитные чугуны; 3 – «серые» ферритные чугуны.

В половинчатом чугуне часть углерода находится в форме графита, но при этом не менее 2 % С присутствует в форме цементита.

В ряде случаев находят применение детали, изготовленные из чугуна с отбеленной поверхностью. Основная масса металла в таких деталях имеет структуру серого чугуна и только в поверхностном слое почти весь углерод находится в форме цементита. Типичным примером являются прокатные валки для холодной прокатки листов. Наличие большого количества цементита придает валкам высокую поверхностную твердость и высокое сопротивление износу, что способствует получению листов с чи­стой поверхностью.

Структура чугунов существенно зависит от их химического состава и скорости охлаждения.

Кремнийспособствует графитизации чугуна. Кремний растворяется в FeO, образуя раствор замещения. Содержание кремния в чугунах колеблется от 0,5 до 4,5 %. На рис. 155 приведена диаграмма, которая дает возможность определить заранее будущую структуру отливки по содержанию углерода и кремния.

Марганецпрепятствует графитизации, способствует получению в структуре чугуна цементита. Содержание марганца в чугунах — от 0,4 до 1,3 %.

Сера в чугунах является нежелательным элементом. Она снижает жидкотекучесть, способствует отбеливанию чугуна, как и марганец. Содержание серы допускается не более 0,08—0,12 %.

Фосфор в чугунах — полезная примесь, так как улучшает жидкотекучесть. Участки фосфидной эвтектики увеличивают твердость и износостойкость чугуна. Содержание фосфора в чугунах колеблется от 0,3 до 0,8 %.

Иногда в чугуны вводят легирующие элементы (никель, хром, алюминий, молибден и т. д.), тем самым улучшая их свойства.

Скорость охлаждения.Кроме регулирования содержания углерода и кремния, необходимо также учитывать скорость охлаждения отливок. Известно, что быстрое охлаждение способствует получению белого чугуна, замедленное — серого чугуна. На рис. 156 приведена диаграмма, пользуясь которой можно получить в отливке нужную структуру, регулируя химический состав и скорость охлаждения.