К классу чугунов относят сплавы железа с углеродом, содержащие более 1,7% углерода. В чугунах разных марок содержится от 2,6 до 3,6% углерода, некоторое количество кремния, марганца, примеси фосфора и серы.

Виды чугунов. Чугун менее прочен и более хрупок, чем сталь, но он дешевле стали и хорошо отливается в фор­мы. Поэтому чугун широко используют для изготовления деталей путем отливки. Углерод в чугуне может содер­жаться в виде химического соединения с железом — цемен­тита (Fe3C) или в виде графита. Цементит имеет светлый цвет, большую твердость и не поддается механической об­работке. Графит имеет темный цвет и достаточно мягок. В зависимости от того, какая форма углерода преобладает в структуре чугуна, различают два основных вида чугуна: белый и серый.

Белый чугун. В белом чугуне почти весь углерод содер­жится в виде цементита. Белый чугун имеет в изломе свет­ло-серый, почти белый цвет, очень тверд, не поддается ме­ханической обработке и поэтому не применяется для изго­товления деталей, а используется только для последующей переделки в сталь в мартеновских печах, конверторах и для получения деталей из ковкого чугуна. Поэтому такой чугун называется также передельным. Передельные мартенов­ские чугуны содержат (%): углерода 3,5—4; кремния 0,3—1,5, марганца 1,5—3,5; фосфора 0,15—0,3, серы 0,03— 0,07; остальное — железо.

Серый чугун имеет в изломе темно-серый цвет, мягок, хорошо обрабатывается резцом и напильником и широко применяется в машиностроении. Серый чугун имеет темпе­ратуру плавления 1100—1250° С. Чем больше в чугуне угле­рода, тем ниже температура его плавления. Основное коли­чество углерода в сером чугуне содержится в виде пласти­нок графита, равномерно распределенных среди зерен ос­новного сплава. Это придает чугуну в изломе серый цвет и обусловливает его легкую обрабатываемость.

Примерный состав серого чугуна (%): углерода 3—3,6; кремния 1,6—2,5; марганца 0,5—1; серы 0,05—0,12; фосфо­ра 0,1—0,8. Сера является вредной примесью в чугуне, за­трудняет его сварку и понижает прочность; она повышает вязкость чугуна в расплавленном состоянии и увеличивает его литейную усадку. Фосфор делает чугун жидкотекучим и улучшает его свариваемость, но одновременно повышает хрупкость и твердость чугуна. Поэтому содержание серы и фосфора в чугуне не должно превышать указанных выше пределов.

В машиностроении применяют различные марки серого j чугуна. По ГОСТ 1412—54 марка серого чугуна обознача- *»»ется буквами СЧ и двумя числами, из которых первое ^обозначает среднюю величину предела прочности чугуна | при растяжении в кгс/мм2, а второе — то же, при изгибе.

' Например, существует серый чугун СЧ 12-28, СЧ 15-32,

СЧ 18-36 и т. д. Наиболее прочен серый чугун марки СЧ 38-60. Твердость по Бринсллю серого чугуна СЧ 12-28 составляет от 143 до 229, СЧ 38-60 — от 207 до 262.

Ковкий чугун * по механическим свойствам занимает

промежуточное положение между чугуном и сталью, отли­чаясь от серого чугуна меньшей хрупкостью. Для получе­ния деталей из ковкого чугуна их сначала отливают из бе­лого чугуна, а затем подвергают термообработке, например длительному отжигу или «томлению» в песке при 800— 850° С. При этом углерод в чугуне выделяется в форме мел­ких округленной формы частиц свободного углерода, рас­полагающихся в виде обособленных скоплений (хлопьев) между кристаллами чистого железа. Такой углерод называ­ют «углеродом отжига».

В зависимости от режима термообработки можно полу - t чать ковкий чугун ферритной или перлитной структуры. В Скопления углерода отжига при температуре выше 900— я 950°С способны распадаться; тогда углерод переходит в t цементит и деталь теряет свойства ковкого чугуна. Это яв­ляется основной причиной, затрудняющей сварку ковкого чугуна. Детали после сварки приходится вновь подвергать полному циклу термообработки для получения в сварном

* Название «ковкий чугун» является условным и обозначает, что данный чугун обладает повышенной пластичностью по сравнению с обычным литейным.

шве и околошовной зоне первоначальной структуры ковко­го чугуна.

Ковкий чугун по ГОСТ 1215 — 59 обозначается буквами КЧ и двумя числами: первое указывает предел прочности при растяжении в кгс/мм2, второе — относительное удлине­ние в процентах, например КЧ 35-4.

Легированный чугун. Широко применяют также леги­рованные чугуны, обладающие особыми свойствами, — кис­лотоупорностью, прочностью при ударных нагрузках и др. Эти свойства чугун получает в результате легирования его хромом и никелем. Легированные чугуны получают также при выплавке из некоторых сортов руд (Елизаветинских или Орско-Халиловских месторождений) и в этом случае их называют природно-легированными.

Модифицированный чугун. Для улучшения механичес­ких и технологических свойств отливок из серого чугуна его подвергают модификации путем введения в жидкий чу­гун (в ковше или на желобе вагранки) специальных доба­вок— силикокальция, ферросилиция, силикоалюминия и других, называемых модификаторами. Количество вводи­мых модификаторов не превышает 0,1—0,5%, при этом тем­пература жидкого чугуна должна быть це ниже 1400° С.

При модификации химический состав чугуна почти не изменяется, но зерна графита принимают мелкопластинча­тый, слегка завихренный вид и располагаются изолирован­но друг от друга. Структура чугуна становится однородной и плотной, он лучше обрабатывается, повышаются проч­ность чугуна, сопротивление коррозии и износу. Марки мо­дифицированного чугуна по ГОСТ 1412—54 обозначают так же, как и для серого чугуна, но с добавлением бук­вы М. Например, модифицированный чугун МСЧ 28-48 имеет средний предел прочности при растяжении 28 кгс/мм2, при изгибе — 48 кгс/мм2.

Высокопрочный и сверхпрочный чугуны имеют включе­ния графита сфероидальной формы. Это достигается введе­нием в жидкий чугун при температуре не ниже 1400° С чистого магния или его сплавов с медью и ферросилицием в количествах 0,5—1,0% от веса жидкого чугуна с после­дующей модификацией силикокальцием или ферросилици­ем. Исходный чугун для получения высокопрочного или сверхпрочного чугуна может содержать от 2,9 до 3,4% уг­лерода и от 1 до 2,5% кремния. Сверхпрочный чугун имеет предел прочности при растяжении 50—65 кгс/мм2 (при из­гибе 80—120 кгс/мм2) и относительное удлинение 1,5—3%.