Наиболее широкое распространение в литейном
производстве получил сплав железа с углеродом и кремнием, известный под
названием серого чугуна. Этот чугун имеет хорошие литейные свойства,
значительно дешевле других сплавов и достаточно прочный.
Серый чугун широкое применяют в машиностроении, так
как он дешев, хорошо обрабатывается, обладает высокими литейными и
механическими свойствами. Однако он имеет низкую вязкость, и поэтому
отлитые из чугуна детали не должны подвергаться ударному воздействию.
Механическая прочность серого чугуна зависит от формы, величины и
распределения графитовых включений, а также от прочности основной
металлической массы — структуры.
В расплавленном чугуне углерод находится в растворенном состоянии и
равномерно распределяется по всей массе расплава. В твердом чугуне
углерод может находиться в виде химического соединения с железом
(карбида железа), называемого цементитом. При медленном охлаждении
расплавленного чугуна часть углерода выделяется в виде пластинок графита
(рис. 3), что придает излому отливок серый цвет. Пластинки графита,
вкрапленные в металлическую основу, бывают различными по величине и
форме. Нарушая сплошность основы, включения графита
делают чугун сравнительно хрупким и снижают его
механические свойства. Чем крупнее включения графита, тем ниже прочность
чугуна. Структура металлической основы серого чугуна может состоять из
феррита и перлита.
Феррит представляет собой почти чистое железо, содержащее незначительное
количество углерода; он обладает низкой твердостью и прочностью, но
отличается высокой вязкостью.
Перлит представляет собой смесь цементита (в виде тонких пластинок или
округлых зерен) и феррита. В перлите содержится 0,7—0,8% связанного
углерода. Перлит имеет достаточно высокую твердость. Чугуны, имеющие
перлитную структуру, обладают высокими механическими свойствами.
Кремний способствует выделению графита в чугуне (способствует
графитизации чугуна), улучшает его литейные свойства и понижает
твердость.
Марганец препятствует выделению углерода в виде графита (графитизации),
увеличивает прочность чугуна, способствует образованию цементита (отбелу),
часть его соединяется с серой. При содержании марганца более 1,2%
увеличивается усадка чугуна и повышается его хрупкость.
Фосфор увеличивает жидкотекучесть чугуна и повышает его хрупкость. При
художественном литье применяют чугуны с высоким содержанием фосфора. Для
высокопрочных отливок, подвергающихся ударам, содержание фосфора должно
быть не выше 0,15%.
Сера тормозит выделение графита, увеличивает усадку и хрупкость чугуна.
Сернистые соединения, образующиеся при плавке, частично уходят в шлак и
частично остаются в металле в виде отдельных включений.
Серые чугуны по структуре бывают ферритные, перлитно-ферритные и
перлитные.
Ферритный серый чугун состоит из очень вязкой ос-новы — феррита и
крупных пластинок графита, что обусловливает его низкую прочность. Такой
чугун применяют для производства неответственных отливок.
Перлитно-ферритный серый чугун состоит из перлита, феррита и графита.
Такой чугун обладает довольно высокой прочностью, меньшей стоимостью по
сравнению с перлитным чугуном и поэтому широко применяется в
машиностроении.
Перлитный серый чугун обладает высокой прочностью, умеренной твердостью
и хорошей обрабатываемостью резцом. Высокая прочность этого чугуна
объясняется присутствием в его структуре перлита и мелких пластинок
графита. Вязкость и хорошая обрабатываемость получаются вследствие того,
что цементит находится не в свободном состоянии, а в сочетании с вязким
ферритом, входящим в состав перлита. Так как перлитный чугун дорог, то
идет только на получение ответственных литых деталей машин и станков.
Классификация чугунов по микроструктуре и методы ее
определения приведены в ГОСТ 3443—77. Качество чугунных отливок
определяют по механическим свойствам (табл. 1).
Большое распространение имеют высокопрочные чугуны, получающиеся за счет
малых добавок магния, церия, силикокаль-ция и других присадок, резко
изменяющих структуру и прочностные свойства чугуна. Такие чугуны
сочетают в себе высокопрочную перлитную и очень вязкую ферритную основу
и наиболее выгодную (шаровидную) форму графита, что обусловливает
высокие показатели их механических свойств. Использование высокопрочного
чугуна для получения ответственных отливок еще больше расширило область
применения чугунов в машиностроении.
1. Механические свойства серого чугуна для отливок
(ГОСТ 1412—70)
Марка чугуна
Предел прочности
при растяжении, кгс/мм®, ие менее
Предел прочности
при изгибе, кгс/мм2, не менее
Стрела прогиба, мм,
при расстоянии между on
орами, мм
600 I 300