Чугун (Cast iron) - это. Характеристики и виды чугуна

Углерод в чугуне может содержаться в виде цементита (Fe3C) или графита. Цементит имеет светлый цвет, обладает большой твердостью и трудно поддается механической обработке. Графит, наоборот, темного цвета и достаточно мягок. В зависимости от того, какая форма углерода преобладает в структуре, различают: белый, серый, ковкий и высокопрочные чугуны. Чугуны содержат постоянные примеси (Si, Mn, S, P), а в некоторых случаях также легирующие элементы (Cr, Ni, V, Al и др.).

Белый чугун - вид чугуна, в котором углерод в связанном состоянии находится в виде цементита, в изломе имеет белый цвет и металлический блеск. В структуре такого чугуна отсутствуют видимые включения графита и лишь незначительная его часть (0,03-0,30 %) обнаруживается тонкими методами химического анализа или визуально при больших увеличениях. Отливки белого чугуна обладают износостойкостью, относительной жаростойкостью и коррозионной стойкостью. Прочность белого чугуна снижается, а твердость увеличивается с увеличением содержания в нём углерода.

Белый чугун очень тверд, почти не поддается механической обработке и поэтому не применяется для изготовления деталей, а используется для переделки в сталь и для изготовления деталей из ковкого чугуна. Такой чугун называется также передельным.

Серый чугун – сплав железа, кремния (от 1,2- 3,5 %) и углерода, содержащий также постоянные примеси Mn, P, S. В структуре таких чугунов большая часть или весь углерод находится в виде графита пластинчатой формы. Излом такого чугуна из-за наличия графита имеет серый цвет. Отдельной разновидностью (группой марок) серого чугуна является высокопрочный чугун с графитом глобулярной (шаровидной) формы, что достигается путем его модифицирования магнием (Mg), церием (Ce) или другими элементами.

Серый чугун характеризуется высокими литейными свойствами (низкая температура кристаллизации, текучесть в жидком состоянии, малая усадка) и служит основным материалом для литья. Он широко применяется в машиностроении для отливки станин станков и механизмов, поршней, цилиндров.

Высокая хрупкость, свойственная серым чугунам вследствие наличие в их структуре графита, делает невозможным их применение для деталей, работающих в основном «на растяжение» или «на изгиб»; чугуны используются лишь при работе «на сжатие».

Серый чугун маркируется буквами СЧ, после которых указывают гарантированное значение предела прочности в кг/мм², например СЧ30. Высокопрочные чугуны маркируются буквам ВЧ, после которых указывают прочность и, через тире, относительное удлинение в процентах, например ВЧ60-2.

Ковкий чугун –условное название мягкого и вязкого чугуна, получаемого из белого чугуна отливкой и дальнейшей термической обработкой. Используется длительный отжиг, в результате которого происходит распад цементита с образованием графита, то есть процесс графитизации, и поэтому такой отжиг называют графитизирующим.

Ковкий чугун, как и серый, состоит из сталистой основы и содержит углерод в виде графита, однако графитовые включения в ковком чугуне иные, чем в обычном сером чугуне. Разница в том, что включения графита в ковком чугуне расположены в форме хлопьев, которые получаются при отжиге, и изолированны друг от друга, в результате чего металлическая основа менее разобщена, и чугун обладает некоторой вязкостью и пластичностью. Из-за своей хлопьевидной формы и способа получения (отжиг) графит в ковком чугуне часто называют углеродом отжига. Ковкий чугун получил свое название из-за повышенной пластичности и вязкости (хотя обработке давлением не подвергается).

Ковкий чугун обладает повышенной прочностью при растяжении и высоким сопротивлением удару. Из ковкого чугуна изготовляют детали сложной формы: картеры заднего моста автомобилей, тормозные колодки, тройники, угольники и т. д.

Маркируется ковкий чугун двумя буквами и двумя числами, например КЧ 370-12. Буквы КЧ означают ковкий чугун, первое число-предел прочности (в МПа) на разрыв, второе число - относительное удлинение (в процентах), характеризующее пластичность чугуна.

Высокопрочный чугун – чугун, имеющий графитные включения сфероидальной формы. Графит сфероидальной формы имеет меньшее отношение его поверхности к объему, что определяет наибольшую сплошность металлической основы, а следовательно, и прочность чугуна.

Высокопрочный чугун наиболее часто применяется для изготовления изделий ответственного назначения в машиностроении, а также для производства высокопрочных труб (водоснабжение, водоотведение, газо-, нефте-проводы). Изделия и трубы из Высокопрочного чугуна отличаются высокой прочностью, долговечностью, высокими эксплуатационными свойствами.

1. Особенности нелегированных чугунов

Характеристики серого чугуна

Получение серого чугуна осуществляется в домне. Исходным материалом является . Формирования структуры серого сплава осуществляется только в условиях низких скоростей охлаждения. По своей форме углерод, который состоит в чугуне, напоминает пластинчатый графит. Именно поэтому излом характеризуется серым цветом.

Особенности маркировки

Для маркировки серого чугуна используются буквы СЧ и цифры. Последние из них указывают на то, какой предел прочности имеет материал в период растяжения. Данный материал характеризуется универсальными литейными свойствами – малой усадкой и высокой жидкотекучестью.

Применение

Для материала характерно наличие высокой способности к рассеиванию вибрационных колебаний в условиях переменных нагрузок. Металл характеризуется высокой циклической вязкостью. Именно поэтому из данного материала изготавливают прокатные станки, станины станков. Также из серого сплава производится изготовление маховиков, шкивов, корпусов, поршневых колец и т.д.

Характеристики высокопрочного чугуна

Высокопрочный чугун характеризуется наличием графитовых включений шаровидной формы. Получение этих включений обеспечивается благодаря модифицированию серого чугуна. Благодаря шаровидной форме графита, создание резкой концентрации напряжений не происходит. Именно поэтому данный материал характеризуется высоким уровнем прочности в период растяжения и изгиба.

Высокопрочный чугун характеризуется наличием маркировки ВЧ и цифрами, которые указывают на прочность данного материала. Данный металл характеризуется высокой жидкотекучестью, а также небольшой усадкой.

2. Особенности легированных чугунов

Легированный чугун получается путём введения в состав обычного чугуна легированных компонентов, таких как , и другие. С помощью легирования чугун получает особые свойства. Легированные чугуны по своим особенностям могут быть:

Износостойкими;
Жаростойкими;
Антифрикционными;
Жаропрочными.

Маркировка легированных чугунов осуществляется в соответствии с типом стали: Ч является жаропрочным чугуном, ИЧ – износостойким чугуном, АЧ – антифрикционным чугуном, ЖЧ – жаростойким чугуном. После этого могут идти буквы, которые указывают на легирующие элементы. После букв идут цифры, которые рассказывают о примерном содержании легирующих элементов в процентном соотношении. При отсутствии цифры можно судить о наличии примерно одного процента легирующего элемента.

Характеристики износостойкого чугуна

Износостойкость – такое свойство материала, которое позволяет сопротивляться изнашиванию при трении. Для того чтобы обеспечить чугун этим свойством, в белый чугун добавляют хром, вольфрам и молибден.

Для маркировки износостойкого сплава применяют буквы ИЧ и цифры, указывающие на процентное количество легирующих элементов в них.

Износостойкий чугун характеризуется высоким уровнем стойкости к абразивному износу, что позволяет применять его для производства дисков сцепления, тормозов, деталей для насосов, которыми осуществляется перекачивание абразивных сред, деталей для пескометов.

Характеристики жаростойких чугунов

Жаростойкостью называют характеристику, при которой материал способен сопротивляться окислению в газовой среде при высоких температурах.

Обеспечение жаростойкости осуществляется в результате того, что легируется серый или белый чугун с использованием таких материалов, как кремний, хром, алюминий. На поверхности материала имеются плотные защитные окисные пленки, с помощью которых осуществляется предохранение сплава от окисления в условиях высоких температур.

Маркировка жаростойкого чугуна осуществляется с применением букв ЖЧ. После этого идут цифры, которыми осуществляется обозначение легирующих элементов.

С помощью ЖЧ изготавливаются детали, которые работают в щелочной, газовой, воздушной среде, и способны выдержать температуру до 1100 градусов Цельсия. Их применяют при производстве конструкций для таких печей, как термические, доменные и мартеновские.

Характеристики жаропрочного чугуна

Жаропрочностью называют способность металла к сохранению своих свойств в условиях высоких температур.
Жаропрочность осуществляется, если легируется серый или белый чугун с применением таких материалов, как хром, никель, молибден или . Все жаропрочные материалы одновременно являются и жаростойким, однако не все жаростойкие материалы являются жаропрочными. Маркирование жаропрочного сплава осуществляется буквой Ч.

Данный материал широко применяется для производства газовых печей. С его помощью изготавливают детали, установка которых осуществляется в дизельные двигатели компрессорного оборудования. Также детали из этого материала устанавливаются в саунах и банях. Жаропрочным чугуном является материал, который имеет шаровидный графит.

Характеристики антифрикционных чугунов

Антифрикционностью называют возможность материала работать в условиях трения. Антифрикционный чугун может быть серым, высокопрочным или ковким чугуном, который характеризуется перлитной или перлитно-ферритной структурой (перлита < 85 %). Для легирования антифрикционных чугунов в большинстве случаев используется хром, медь или титан.

Это приводит к получению мелкодисперсной перлитно-ферритной структуры. Антифрикционный чугун обладает следующими свойствами: высоким уровнем износоустойчивости и достаточно низкой стоимостью. Если сравнивать данный материал с , то у него ниже уровень трения.

Основой производства данного материала являются серые (АЧС), ковкие (АЧК) и высокопрочные (АЧВ) чугуны. Данный материал очень часто применяется в виде заменителя цветных сплавов. Для того чтобы материал качественно и правильно работал, ему необходимо обеспечить регулярную и качественную смазку. Если наблюдается высокая ударная нагрузка, то это приводит к снижению качества работы антифрикционного чугуна.

В разделе на вопрос А какая химическая формула у чугуна? заданный автором Aspassia лучший ответ это Чугун - это не вещество. У него нет своей формулы. Чугун - это сплав двух веществ - железа с углеродом, причем углерода более 2.14 %. Формула железа - Fe. Формула углерода - C.
Сплав железа с углеродом, где углерода меньше 2.14 %, называется сталь.
Чистого железа в природе не существует. Все "железяки" в мире изготовлены из стали. И если кто-то скажет, что у него "вот это сделано из железа" - не верь.
Чугуны и стали также в свою очередь делятся на разновидности. Это зависит от того, какие еще примеси введены в сплав. Добавляя определенные легирующие элементы, мы можем получить нержавеющую, булатную, режущую, мягкую и многие другие стали.
Чугуны отличаются высокой твердостью и хрупкостью. Вспомни чугунные сковородки))
Кстати, из железной руды производят сначала чугун в доменных печах, а затем из него уже получают сталь. То есть сталь - это "круче" чем чугун. А чугун - дешевле и проще в изготовлении.

Ответ от Невроз [гуру]
Чугун - это железо, насыщенное углеродом. Он растворён в железе.
А формулу железа вы знаете, я надеюсь.

Ответ от Galina M [эксперт]
Чугун - это сплав железа с углеродом

Ответ от Ogr [гуру]
Чугун - это в первую очередь железо (Fe), с примесями (не химическое соединение, а сплав) углерода (1-2 %), что придаёт чугуну большую твёрдость и хрупкость (антоним пластичности). Для придания дополнительных свойств в чугун добавляют и другие вещества (хром, никель < 0,1 %).

Ответ от Пользователь удален [гуру]
феррум-це

Чугун вошел в нашу жизнь много столетий тому назад и остается популярным и по сей день . Он нашел широкое применение во многих областях. Однако чтобы разобраться, что такое чугун, важно знать его свойства и химический состав, структуру и особенности его сплавов, достоинства и недостатки этого материала, а также его производство и сферы применения.

Химический состав чугуна

Чугун - это сплав железа и углерода, в котором процентное содержание углерода составляет не менее 2,14%, но не более 4,5%. Углерод входит в состав чугуна в форме цементита либо графита. Если процент содержания углерода составляет меньше 2,14%, такой сплав именуется сталью.

Известно, что чугунный сплав впервые был произведен в Китае в VI веке. В Европу секрет его производства пришел в XIV веке, а в России его состав был доведен до совершенства лишь в XVII. За все это долгое время формула чугуна не изменилась.

Самый качественный материал производился на литейном заводе братьев Демидовых, расположенном на Урале.

По прошествии веков он не только не утратил своей актуальности, но и приобрел еще более обширный спектр применения.

Существуют такие виды чугуна, как предельный и литейный . Первый используют при производстве стали по кислородно-конвертерному пути. Кремний и марганец в таком сплаве содержится в очень малом количестве. Литейный вид материала более широко используется в промышленности и производстве. Он, в свою очередь, подразделяется на следующие виды:

• Белый чугун - в нем углерод представляет собой карбид железа. При этом на его разломе видно белый отлив, откуда и пошло его название. В чистом виде он не используется. Применяется в процессе производства ковкого чугуна.
• Для серого чугуна характерен серебристый отлив на изломе. Он имеет широкую сферу применения и отлично обрабатывается при помощи резцов.
• Высокопрочный сплав используется для повышения прочностных характеристик изготавливаемого материала. Его получают из серого чугуна путем добавления к его массе примеси магния.
• Ковкий чугун также является одной из разновидностей серого чугуна. Его название говорит о том, что он обладает повышенной пластичностью, а получают его из белого чугуна при помощи отжига.
• Половинчатый - обладает специальными свойствами. Часть углерода в его составе находится в виде графита, остальная часть - в виде цементита.

Особенности сплава

Главная особенность чугуна скрыта в процессе его изготовления. Дело в том, что у разных видов этого сплава температура плавления достигает 1200ºС, в то время как у стали она составляет 1500 ºС. На этот фактор влияет слишком высокое содержание углерода. Атомы железа и углерода между собой имеют не очень тесные связи.

Когда происходит выплавка, атомы углерода не могут целиком внедриться в молекулярную решетку железа, из-за чего чугунный сплав приобретает хрупкость. В связи с этим его не используют в производстве деталей, которые будут постоянно подвергаться нагрузке.

Этот материал относится к отрасли черной металлургии и по своим характеристикам схож со сталью. Изделия из чугуна и стали нашли широкое применение в повседневной жизни, и оно является целиком оправданным.

Если сравнивать характеристики этих металлов, можно сделать следующие заключения:

1. Стоимость стальных изделий выше стоимости чугунных.
2. Различия в цвете: чугун темный и матовый, а сталь - светлая и блестящая.
3. Сталь хуже поддается литью, но, в отличие от чугуна, легче поддается ковке и сварке.
4. Сталь обладает большей прочностью, нежели чугунный сплав.
5. Сталь тяжелее по весу.
6. В ней содержание углерода ниже, чем в чугуне.

Достоинства и недостатки

Этот материал, как и любой другой, имеет свои сильные и слабые стороны.

К достоинствам чугуна относятся такие факторы:

• Иногда его даже сравнивают по характеристикам со сталью, ведь определенные его виды отличаются повышенной прочностью.
• Длительное время сохраняет температуру: при нагревании тепло по нему распределяется равномерно и долгое время остается неизменным.
• Является экологически чистым материалом, благодаря чему нередко используется при изготовлении посуды, в которой непосредственно будет готовиться пища.
• Не реагирует на кислотно-щелочную среду.
• Является долговечным материалом.
• Чем дольше используется изделие из этого материала, тем лучше становится его качество.
• Этот материал является абсолютно безвредным для организма человека.

К недостаткам можно отнести следующие факторы:

Характерные черты и свойства чугуна

Этот металлический сплав обладает такими свойствами:

1. Физические свойства: удельный вес, действительная усадка, коэффициент линейного расширения. Например, содержание углерода в чугуне напрямую влияет на его удельный вес.
2. Тепловые свойства. Теплопроводность обычно рассчитывают по правилу смещения. Для твердого состояния металла объемная теплоемкость составляет 1 кал/см3*оС. Если металл находится в жидком состоянии, то она примерно равна 1,5 кал/см3*оС.
3. Механические свойства. Примечательно, что на эти свойства влияет как сама основа, так и форма и размеры графита. Серый чугун с перлитной основой является наиболее прочным, а с ферритной - самым пластичным. Пластинчатая форма графита характеризуется максимальным снижением прочности, в то время как у шаровидной формы это снижение минимально.
4. Гидродинамические свойства. Наличие в составе марганца и серы влияет на вязкость материала. Также она имеет свойство увеличиваться, когда температура сплава переходит точку начала затвердевания.
5. Технологические свойства. Этому металлу характерны отличные литейные качества, а также стойкость к износу и вибрации.
6. Химические свойства. По мере убывания электродного потенциала структурные составляющие сплава располагаются в следующем порядке: цементит - фосфидная эвтектика - феррит.

На свойства сплава также оказывают влияние специальные примеси:

Состав и структура металла

Чугун в качестве структурного материала представлен металлической полостью с графитными включениями. Основными его компонентами выступают перлит, ледебурит и пластичный графит. Интересно, что в различных видах сплавов эти элементы присутствуют в неодинаковых пропорциях либо могут совсем отсутствовать.

По своей структуре чугунный сплав разделяется на следующие разновидности:

• Перлитный.
• Ферритный.
• Ферритно-перлитный.

При этом графит может присутствовать в нем в одной из таких форм:

Производственные технологии

Как известно, чугун производится в специальных доменных печах. Основным сырьем для его получения служит железная руда. Технологический процесс изготовления состоит в восстановлении оксидов железной руды и получении в результате этого иного материала - чугуна. Для его изготовления используются такие виды топлива, как кокс, термоантрацит, природный газ.

Для производства одной тонны чугуна требуется около 550 килограмм кокса и приблизительно тонна воды. Объемы загружаемой в печь руды будут зависеть от содержания в ней железа. Как правило используют руду, в составе которой содержится железа не менее 70%. Все дело в том, что экономически нецелесообразно использовать меньшую его концентрацию.

Первым этапом производства чугуна является его выплавка. В доменную печь засыпается руда, а затем - коксующийся уголь, который необходим для нагнетания и поддержания требуемой температуры внутри шахты печи. Эти составляющие во время горения принимают активное участие в протекающих химических реакциях в качестве восстановителей железа.

Тем временем в печь погружается флюс, который выступает в роли катализатора. Ускоряя плавку пород, он тем самым поддерживает скорейшее высвобождение железа. Немаловажно знать, что перед загрузкой в печь руда проходит необходимую предварительную обработку. Она измельчается на дробильной установке, поскольку более мелкие частицы плавятся быстрее. Затем ее промывают, чтобы удалить частицы, не содержащие металл. Далее сырье подвергается обжигу, вследствие чего из него извлекается сера и другие инородные компоненты.

На втором этапе производства в заполненную и готовую к эксплуатации печь подается через специальные горелки природный газ. Кокс участвует в разогреве сырья. Происходит выделение углерода, который, соединяясь с кислородом, образует оксид. Он, в свою очередь, способствует восстановлению железа из руды.

При увеличении объема газа в печи снижается скорость протекания химической реакции. Она может и совсем остановиться при достижении определённого соотношения газа. Углерод проникает в сплав и соединяется с железом, при этом образуя чугун. Нерасплавленные элементы остаются на поверхности и вскоре удаляются. Такие отходы называются шлаком. Его используют для изготовления других материалов.

Сфера использования

Этот металл используется в различных отраслях промышленности. Например, он широко применяется в машиностроении для производства различных деталей.

Чаще всего этот материал используется в производстве блоков для двигателей и коленчатых валов. Для изготовления последних необходим усовершенствованный сплав с добавлением специальных примесей из графита. Этот металл устойчив к трению, поэтому из него производят тормозные колодки высокого качества.

В жестких климатических условиях чугунный сплав незаменим, так как он позволяет изготовленным из него деталям машин работать бесперебойно даже при самых низких температурах.

В металлургической промышленности он себя также отлично зарекомендовал. Высоко ценятся его превосходные литейные свойства и относительно невысокая цена. Изделия из него отличаются очень высокой прочностью и износостойкостью.

Из чугунного сплава делается великое множество сантехнических изделий. Это батареи, раковины, разнообразные мойки и трубы. Широкой популярностью пользуются чугунные ванны и радиаторы отопления. Срок их службы весьма длительный. Во многих квартирах по сей день используются данные изделия, потому как они долго сохраняют свой первозданный вид и редко нуждаются в реставрации.

Немаловажен и тот факт, что превосходные литейные свойства чугуна позволяют изготавливать из него целые произведения искусства: такие как ажурные кованые ворота и всевозможные памятники архитектуры.

Примечательно, что цена за 1 килограмм чугуна обусловлена количеством находящегося в его составе углерода, а еще наличием разнообразных примесей и легирующих компонентов. Цена тонны чугуна составляет около 8000 рублей.

На сегодняшний день не существует ни одной сферы, где бы ни использовался этот металл. Его литье и сплавы выступают основой многих узлов, механизмов и деталей. Иногда он используется в качестве самостоятельного изделия, прекрасно справляясь с возложенными на него функциями. Это железосодержащее соединение является уникальным в своем роде. Оно остается незаменимым и поныне.

Сплав чугуна

К атегория:

Сплавы

Сплав чугуна

Структура белого чугуна. Белые чугуны кристаллизуются по диаграмме состояния системы сплавов железо - цементит. Мы уже отмечали, что при охлаждении сплава с содержанием 4,3% С в точке С диаграммы образуется эвтектика цементита и аустенита - ледебурит. При охлаждении от точки С до линии РК аустенит, ледебурита будет распадаться с выделением вторичного цементита, и концентрация углерода в этом аустените будет уменьшаться от 2,0 до 0,8% (в соответствии с линией ES), а в точке Агх произойдет перлитное превращение оставшегося аустенита.

Рис. 1. Микроструктура эвтектического чугуна (ледебурита); Х200

Рис. 2. Микроструктура доэвтектического чугуна (3% С); Х200

Рис. 3. Микроструктура заэвтектического чугуна (5% С); X 200

Следовательно, при температуре ниже Агх ледебурит будет состоять из цементита и перлита.

Микроструктура ледебурита приведена на рис. 1. Здесь темные пластинки и зернышки распавшегося аустенита рассеяны по белому полю эвтектического цементита. Чугуны, содержащие 4,3% С, называются эвтектическими.

В доэвтектическом чугуне (3%) в точке ах из жидкого раствора выделяются кристаллы аустенита. Между точками ах и Ьг кристаллы аустенита растут, а концентрация углерода в маточном растворе увеличивается до эвтектического состава (4,3%).

В- структуру охлажденного доэвтектического чугуна входит ледебурит и распавшийся избыточный аустенит. На рис. 2 приведена микроструктура доэвтектического чугуна.

Рис. 4. Диаграмма структурных составляющих цементитной системы

При охлаждении заэвтектического чугуна (5% С) в точке а2 (рис. 64) начинается кристаллизация цементита. Между точками а2 и Ь2 кристаллы цементита растут, а концентрация углерода в маточном растворе уменьшается до эвтектического состава (4,3%); в точке Ь2 происходит затвердевание всего оставшегося раствора с образованием ледебурита. Далее, между точками Ь2 и с2 происходит вторичная кристаллизация аустенита, входящего в состав ледебурита.

В структуру охлажденного заэвтектического чугуна входят цементит (первичный) и ледебурит. На рис. 3 приведена микроструктура заэвтектического чугуна; здесь кристаллы избыточного (первичного) цементита расположены в виде игл на поле ледебурита. Заэвтектические чугуны как технические сплавы применяются редко ввиду их чрезмерной хрупкости.

Рис. 5. Диаграмма состояния цементитной и графитной систем

На рис. 73 приведена диаграмма Fe - Fe3C (цементитная), наглядно характеризующая структурные составляющие системы.

Значительное количество твердого и хрупкого цементита в составе белых чугунов является причиной того, что эти чугуны трудно поддаются механической обработке. Они применяются для отливки деталей с последующим отжигом на ковкий чугун, а также для отливки прокатных валков и вагонных колес, причем как в валках, так и в колесах белый чугун образуется не во всей толще, а лишь в поверхностном слое; внутри отливки образуется серый чугун.

Структура серого чугуна. При весьма медленном охлаждении сплавов железо - углерод происходит выделение графита. Для этого случая на диаграмме, кроме сплошных линий знакомой уже нам системы железо - цементит, нанесены пунктирные линии системы железо - графит, несколько смещенные влево вверх (соответственно изменяется положение критических точек по концентрации и температуре). Таким образом, получаются как бы две диаграммы, наложенные друг на друга, цементитная метастабильная (относительно устойчивого равновесия) и графитная стабильная (абсолютно устойчивого равновесия).

В промышленности применяются доэвтектические серые (литейные) чугуны. Серый чугун, состоящий из феррита и графита, называют ферритным, так как металлическую основу его составляет феррит (рис. 6).

Весь углерод в виде графита выделяется лишь при очень медленном охлаждении сплава; если же скорость охлаждения в процессе кристаллизации (как первичной, так и вторичной) увеличивается, выделяется не графит, а цементит.

Рис. 6. Микроструктура ферритного чугуна (X 150)

Рис. 7. Микроструктура ферритно-перлит-ного чугуна (Х150)

Рис. 8. Микроструктура перлитного чугуна (X 150)

Так, при увеличении скорости охлаждения около линии P’S‘K’ выделение графитного эвтектоида прекращается и оставшийся углерод переходит (по линии PSK ) в цементит, в результате чего образуется некоторое количество перлита. Такой чугун будет иметь основу доэв-тектоидной стали (феррит и перлит), испещренную чешуйками графита; он называется феррито-перлитным чугуном.

Если скорость охлаждения увеличивается до линии P’S‘K’, то выделения графитного эвтектоида не произойдет, а аустенит по линии PSK превратится в перлит. Такой чугун будет иметь основу эвтектоидной стали (перлит) и графитные включения в форме чешуек; он называется перлитным чугуном (рис. 8).

Если скорость охлаждения увеличивается между линиями эвтектического и эвтектоидного превращения, то еще до перлитного превращения из аустенита будет выделяться не графит, а цементит. Такой чугун имеет основу заэвтектоидной стали (перлит и цементит вторичный) и включения графита; он называется перлито-цементит-н ы м чугуном. Таким образом, серые чугуны имеют структуру стали, испещренную включениями графита.

Рис. 9. Диаграмма структурных составляющих графитной системы

Иногда в структуре чугуна, наряду с графитом, имеется ледебурит (скорость охлаждения увеличилась при эвтектическом превращении). Такой серо-белый чугун называют половинчатым.

На рис. 9 приведена диаграмма Fe-С (графитная), наглядно характеризующая структурные составляющие системы.

Серый чугун применяется исключительно для производства отливок и называется поэтому литейным.

Влияние примесей на свойства чугуна. Болтая часть углерода в сером чугуне находится в виде чешуек графита, чем частично разобщает металлическую сплошность сплава и вызывает хрупкость. Содержание углерода в сером чугуне не должно превышать 4%. Наиболее прочные чугуны содержат 2,8-3% углерода. Процесс выделения графита сопровождается увеличением его объема, что понижает общую усадку чугуна до 1%. Кроме того, при увеличении содержания углерода чугун становится более жидкотекучим. Вследствие этого углерод повышает литейные свойства и позволяет получать качественное тонкостенное литье.

Кремний является элементом, который способствует получению серого чугуна. Он образует с железом химические соединения (FeSi и Fe3Si3) и способствует выделению графита. Таким образом, увеличение количества кремния в чугуне приводит к уменьшению в нем карбидов железа и, следовательно, к улучшению обрабатываемости его режущими инструментами. Кроме того, кремний увеличивает жидкотекучесть, понижает температуру плавления и способствует замедлению охлаждения чугуна. Количество кремния в сером чугуне колеблется в пределах от 0,75 до 3,75%.

Марганец увеличивает устойчивость карбидов железа (Fe3C) при затвердевании и охлаждении чугуна, что способствует получению белого чугуна. Присутствие марганца в сером чугуне также допускается в количестве до 1,3%, так как марганец повышает прочность чугуна, парализует вредное влияние серы, а также улучшает жидкотекучесть чугуна.

Сера понижает жидкотекучесть чугуна, делая его густым, плохо заполняющим форму, противодействует выделению графита и придает чугуну хрупкость. Поэтому она является вредной примесью. Предельно допустимое содержание серы в чугуне 0,07%.

Фосфор создает в чугуне твердую и хрупкую фосфидную эвтектику, поэтому в отливках деталей машин, подверженных ударным нагрузкам, его содержание не должно превышать 0,3%. В отливках, работающих на истирание, твердые участки фосфидной эвтектики повышают их износоустойчивость; в таких отливках допускается содержание фосфора до 0,7-0,8%. Фосфор, кроме того, понижает температуру плавления чугуна, сильно увеличивает его жидкотекучесть и уменьшает усадку. Это позволяет получать из фосфористого чугуна тонкие отливки с чистой и гладкой поверхностью. Поэтому чугун, содержащий до 1,2% фосфора, применяется для художественного литья, труб и т. д.

Маркировка серого чугуна. Отливками из серого чугуна называются литые изделия, получаемые путем переплавки в вагранках или иных плавильных агрегатах доменных чушковых чугунов, чугунного и стального лома с последующей заливкой полученного жидкого металла в литейные формы. Таким образом, чугун в отливках есть чугун вторичной плавки. По ГОСТ чугун в отливках маркируется буквами СЧ с добавлением двух чисел; первое из них указывает предел прочности при растяжении, второе - предел прочности при изгибе в кг/мм2, устанавливаемый при специальных испытаниях на изгиб круглых образцов.

ГОСТ установлены следующие марки чугуна в отливках: СЧОО (испытание механических свойств не производится), СЧ12-28, СЧ15-32, СЧ18-36, СЧ21-40, СЧ24-44, СЧ28-48, СЧ32-52, СЧ35-56, СЧ38-60.

Механические свойства чугуна обусловливаются строением его металлической основы, а также количеством, формой и характером расположения включений графита.

Лучшими механическими свойствами обладает перлитный чугун, содержащий графит в виде мелких равномерно рассеянных чешуек; особенно повышенные свойства получаются при округлых (глобулярных) включениях графцта.

Для повышения прочности чугунов производится их легирование (никелем, хромом, молибденом, медью и др.), а также модифициро-вгшйе и термическая обработка (отжиг, закалка и отпуск).

Модифицированный чугун. Размер и форма графитовых включений зависят от наличия в жидком чугуне центров кристаллизации, от скорости охлаждения и содержания графитообразующих примесей. Чем больше в жидком чугуне нерастворимых мелких частичек (центров кристаллизации), тем мельче будет графит. Для увеличения количества центров кристаллизации в жидкий чугун перед разливкой по формам вводят вещества, называемые модификаторами. В качестве модификаторов применяют алюминий, кальций, кремний, которые соединяются с растворенным в жидком чугуне кислородом и образуют окислы А1203, СаО или Si02. Эти окислы находятся в чугуне во взвешенном состоянии и являются центрами кристаллизации.

Модифицированный чугун имеет повышенную прочность, соответствующую высшим маркам серого чугуна СЧ32-52, СЧ35-56, СЧ38-60, лучшую стойкость против трещин, меньшую хрупкость. Для модифицирования выплавляют чугун с содержанием 2,6-3,2% С и 1,1 - 1,6% Si.

Высокопрочный чугун. Дальнейшее повышение прочности и пластичности чугуна достигается модифицированием, обеспечивающим получение глобулярного (сфероидального) графита вместо пластинчатого. Графит сфероидальной формы имеет меньшее отношение его поверхности к объему и тем самым определяет наибольшую сплошность металлической основы, а следовательно, и прочность чугуна. Такая форма графита получается при присадках в жидкий чугун магния (Mg) или церия (Се). Высокопрочный чугун имеет ферритную или перлитную основу (или их сочетание). Ферритный чугун имеет повышенную пластичность 6 = 5 - 10% (у обычного чугуна 0,2-0,5%) и ударную вязкость ан = 2-3 (у обычного чугуна 0,2-0,5).

ГОСТ устанавливает следующие марки высокопрочного чугуна в отливках: ВЧ45-0; ВЧ50-1.5; ВЧ60-2; ВЧ45-5 и ВЧ40-10 (получается отжигом из чугуна ВЧ45-5). Первое число указывает предел прочности при растяжении (апч) второе - удлинение (б) в %.

Еще более высокая прочность достигается при модифицировании легированного чугуна.

В настоящее время высокопрочный чугун начинают применять вместо стали для изготовления коленчатых валов, шестерен, муфт и вместо ковкого чугуна_(см. ниже) для изготовления задних мостов автомобилей, ступиц, картеров и др.

Ковкий чугун. Ковкий чугун - условное название мягкого и вязкого чугуна, получаемого из белого чугуна специальной термической обработкой; ковке его не подвергают, но он обладает более высокой по сравнению с серым чугуном пластичностью, поэтому и получил такое наименование. Ковкий чугун, как и серый, состоит из сталистой основы и содержит углерод в виде графита, однако характер графитовых включений в ковком чугуне иной, чем в обычном сером чугуне. Разница в том, что графит ковкого чугуна находится в виде включений округленной формы, расположенных изолированно друг от друга, в результате чего металлическая основа менее разобщена, и сплав обладает значительной вязкостью и пластичностью.

Свойства ковкого чугуна зависят от величины графитных включений (чем меньше эти включения, тем прочнее чугун), но прежде всего они определяются структурой его металлической основы, которая, так же как и в сером чугуне, может быть ферритной, перлитной или смешанной.

В зависимости от состава чугуна и способа термической обработки можно получить два вида ковкого чугуна: черносердечный и белосер-дечный.

Для получения черноеердечного ковкого чугуна отливки из белого чугуна закладываются в ящики и засыпаются песком (нейтральная среда). Ящики помещают в печь и нагревают до температуры 900-950 . При этой температуре происходит распадение эвтектического цементита; это первая стадия графитизации. Далее производят медленное охлаждение с переходом через точку Агх для полной или частичной графитизации эвтектоидного цементита: это вторичная стадия графитизации. Обычно при данном способе доводят цементит до полного разложения, и структура ковкого чугуна представляет феррит с включениями графита, который называют углеродом отжига (рис. 79). В изломе такой чугун имеет черный цвет, поэтому его принято называть черносердечным. Операция отжига на черносердечный чугун длится 37-50 час.

По ГОСТ ковкий чугун обозначают буквами КЧ с добавлением двух чисел: первое из них указывает наименьшее допустимое значение предела прочности (Опч) - второе - такое же значение относительного удлинения (6). ГОСТ установлены следующие марки черносердечного чугуна: КЧЗО -6, КЧЗЗ -8, КЧ35-10, “КЧ37-12, КЧ45-6, КЧ50-4, КЧ56-4, КЧ60-3 и КЧ63-2.

Для получения белосердечного чугуна производится обезуглероживающий отжиг («томление»). Отливки помещают в ящики с рудой или окалиной (окислительная среда).

Выдержка при температуре 900” (первая стадия) занимает большую часть времени всего процесса. В первой стадии углерод отжига из поверхностных слоев

детали в значительной степени выгорает. Вторая стадия - перевод через точку Агх и охлаждение - при этом способе происходит относительно быстро, в результате чего металлическая основа в этом чугуне большей частью представляет перлит. В изломе такой чугун светлый, поэтому его принято называть белосердечным.

В последние годы на заводах СССР с успехом применяется ускоренный отжиг на ковкий чугун, при котором отливки простой конфигурации из белого чугуна подвергаются закалке от температуры 850-900°. Графитизация закаленных чугунов при последующем отжиге протекает значительно быстрее вследствие наличия большого количества центров графитизации, выпадающих при закалке. Время отжига закаленных отйивок в обычнцх камерных печах сокращается до 6-12 час., а в специальных агрегатах - до 1 часа.

Ковкий чугун по сравнению со сталью - более дешевый материал; он обладает хорошими механическими свойствами и высокой коррозионной стойкостью. Потому ковкий чугун широко применяется в сельскохозяйственном машиностроении (зубчатые колеса, звенья цепеА и пр.), в автомобильной и тракторной промышленности (задние мосты, картеры дифференциалов и др.), вагоностроении (части тормозов, кронштейны и др.), станкостроении и во многих других отраслях промышленности.