Классификация чугунов. Тема 5

Состав чугунов
Чугун - сплав железа с углеродом, содержащий углерода более 2,14 %.
Углерод придаёт сплавам железа твёрдость, снижая пластичность и вязкость.
В отличие от стали чугун является более хрупким материалом.
Углерод в чугуне может содержаться в виде цементита и графита.

Кроме основы (железа) и углерода в чугунах содержатся:
Марганец повышает твердость чугуна.
Кремний повышает прочность и вязкость чугуна, улучшает литейные свойства.
Сера понижает прочность, ухудшает литейные свойства чугуна.
Фосфор повышает хрупкость.

В зависимости от того, в какой форме содержится углерод, различают следующие виды чугунов:
белые, в которых весь углерод связан в карбид железа Fe3C (рис. а),
серые с пластинчатым графитом (рис. б),
ковкие – с хлопьевидным графитом (рис. в),
высокопрочные – с шаровидным графитом (рис. г).

Белые чугуны содержат углерод только в связанном виде – в виде цементита. Излом белого чугуна светлый, блестящий – «белый», отсюда и название. Твердость составляет 450-500HB, материал очень хрупкий и твердый.
Резанием (лезвийным инструментом) не обрабатывается, для изготовления деталей не используется.
Применяют отбеленные чугунные детали, у которых сердцевина имеет структуру серого чугуна, а наповерхности есть слой белого чугуна толщиной 5-7 мм.
Изготавливают прокатные валки, тормозные колодки, шары мельниц для размола горных пород, зубья ковшей экскаваторов, – то есть, изделия, от которых требуется высокая твердость и износостойкость поверхности.
Для получения структуры белого чугуна в отливке необходимо быстрое охлаждение, а также минимальное содержание кремния и присутствие марганца и хрома («отбеливающих» компонентов).

Серые чугуны.
В сером чугуне весь углерод или его часть находятся в свободном виде – в виде графита.
Графит в сером чугуне – это кристаллы сложной формы.
Такой графит называют пластинчатым.
Излом серого чугуна темно-серого цвета, а в ферритном чугуне, в котором весь углерод содержится в виде графита, – бархатно-черного.

Свойства.
Механические свойства серых чугунов зависят от структуры основы и от количества, формы и размеров графитовых включений. Пластичность чугунов очень мала (δ ≤ 0,5%), а предел прочности при растяжении значительно ниже, чем у стали. На сжатие графит работает хорошо.
Серый чугун – самый дешевый литейный сплав.
Имеет высокую жидкотекучесть и малую усадку, что позволяет получать тонкостенные фасонные отливки.
Хорошо обрабатывается резанием: дает мелкую сыпучую стружку, графит является твердой смазкой и уменьшает тем самым износ инструмента.
Чугун нечувствителен к надрезам на поверхности деталей (в отличие от стали).
Детали из чугуна изготавливают литьем с последующей обработкой резанием.

Маркировка по ГОСТ 1412-85 включает 6 основных марок серого чугуна.
Чугун – единственный сплав, в марке которого зашифрован не химический состав, а механические свойства.
Например, марка СЧ12 означает: серый чугун с пределом прочности при растяжении 120 МПа (12 кгс/мм2).
Применение.
Серые чугуны применяют для изготовления деталей, работающих с небольшими нагрузками, в основном, на сжатие:
колонны, опоры, корпуса, станины, крышки, суппорты, зубчатые колеса, канализационные трубы, ванны, батареи.

Высокопрочные чугуны.
В высокопрочных чугунах графит имеет шаровидную форму. Они содержат 2,7-3,5 % углерода. Их модифицируют в ковше магнием (0,02-0,08 %).
Такой вид чугунов был создан с целью повышения механических свойства чугуна, сохранив его преимущества перед сталью.
Предел прочности при растяжении и относительное удлинение у высокопрочных чугунов выше, чем у серых.
Маркировка высокопрочных чугунов по ГОСТ 7293-85. Например, ВЧ90 означает: высокопрочный чугун с пределом прочности при растяжении 900 МПа (90 кгс/мм2).

Применяются для более ответственных деталей: кузнечно-прессового оборудования, станин прокатных станов, коленчатых валов автомобилей, поршней, вентилей, крыльчаток, распределительных валиков.
Отливки из высокопрочного чугуна широко используются в автомобиле- и тракторостроении вместо более дорогих стальных поковок.
Их можно подвергать упрочняющей термообработке.
Выплавлют легированные высокопрочные чугуны для особых условий эксплуатации – с повышенной вязкостью при отрицательных температурах, жаропрочные, коррозионно-стойкие.

Ковкие чугуны.
В ковких чугунах графит имеет хлопьевидную форму.
Получается при отжиге белого чугуна с содержанием углерода 2,5-3 %.

Маркировка ковких чугунов по ГОСТ 1215-92 включает характеристику не только прочности, но и пластичности.
Например
КЧ 45-7 ковкий чугун с пределом прочности при растяжении
450 МПа (45 кгс/мм2) и относительным удлинением 7%.
Применяют для мелких деталей, работающих с вибрациями, ударами: крюков, скоб, картеров, ступиц и т.д.

Маркировка антифрикционных чугунов
Обозначение марки антифрикционного чугуна включает:
буквы АЧ (обозначают «антифрикционный чугун»),
С - серый, В - высокопрочный, К -ковкий;
цифры (указывают номер марки).
Антифрикционные чугуны получают на основе серых, высокопрочных и ковких чугунов.
Чугуны АЧС легированы: хромом (0,2-0,4%),
никелем (0,2-0,4 %), медью (0,3-2 %), алюминием (0,4-0,8 %).
Чугуны АЧВ легированы: медью ( 0,7 %), магнием (0,03 %).
Чугуны АЧК легированы: медью (1- 1,5%).

Свойства антифрикционного чугуна
Антифрикционный чугун обладает хорошей износостойкостью.
Антифрикционные чугуны используются для изготовления деталей, работающих в условиях трения скольжения

Жаропрочный чугун
Путем введения легирующих элементов создаются чугуны со специальными физическими и химическими свойствами.
Жаропрочный чугун предназначен для эксплуатации при температуре до 600° С.
Легирован никелем, хромом, марганцем.
Жаропрочный чугун применяется для изготовления деталей газовых турбин, насосов, двигателей внутреннего сгорания.

Маркировка жаропрочных чугунов
Обозначение марки жаропрочного чугуна включает:
букву Ч (обозначает «чугун»);
буквы Н, X, Г (обозначают легирующие элементы никель, хром, марганец);
букву Ш (обозначает, что графит имеет шаровидную форму);
цифры за буквой (указывают процентное содержание легирующих элементов).

Жаростойкий чугун
Жаропрочный чугун обладает способностью противостоять окислению при повышенных температурах.
Легирован хромом, кремнием, алюминием.
Жаростойкий чугун сохраняет свойства при температуре до 600-1100° С.
Обозначение марки жаростойкого чугуна включает:
буквы ЖЧ (обозначают «жаростойкий чугун»);
буквы X, С, Ю (обозначают легирующие элементы хром, кремний, алюминий);
букву Ш (обозначает, что графит имеет шаровидную. форму);
цифры (указывают процентное содержание легирующих элементов).