Краткая характеристика чугуиов. Чугун — многокомпонент­ный железоуглеродистый сплав, содержащий более 2,14% С, кремний и некоторое количество марганца, серы и фосфора. В специальные чугуны вводят легирующие добавки: никель; хром, молибден, ванадий и др.

Чугуны способны образовывать эвтектики при затвердевании. В соответствии с диаграммой состояния железо—углерод чугуны могут быть доэвтектическими, эвтектическими и заэвтектическими. Положение чугуна относительно эвтектической точки опреде­ляется величиной углеродного эквивалента (Сэ & Соб + 0,3Si где Соб и Si — содержание углерода и кремния в %).

Доэвтектический чугун затвердевает с первоначальным вы­делением из расплава структурно-свободного аустенита. Заэвтек - тические чугуны затвердевают с выделением первичного графита или цементита. По мере снижения температуры кристаллизуется эвтектика, состав которой и температуры эвтектического превра­щения зависят от состава чугуна и скорости охлаждения. Уско­ренное охлаждение обычно способствует выделению карбидов, а замедленное охлаждение — образованию графита. Кристалли­зация графита зависит от наличия зародышей графита, нераство - рившихся блоков графита, диффузии атомов углерода и само - диффузии атомов железа.

Дальнейшее снижение температуры чугуна приводит к эвтек - тоидным превращениям аустенита, происходящим в зависимости от скорости охлаждения по стабильной системе (аустенит —» фер­рит + графит) и метастабильной системе (аустенит —> феррит + + цементит). При повышенной скорости охлаждения превращения аустенита могут завершиться образованием структур высокой твер­дости. Это же происходит при добавке в чугун различных карбидо­образующих элементов. В зависимости от состояния углерода в сплаве различают белые и серые, высокопрочные и ковкие чугуны.

Белые чугуны имеют светло-серый или почти белый в изломе цвет. Это обусловлено тем, что углерод находится в связанном состоянии в виде карбида железа—цементита. Последний обра­зует эвтектику — ледебурит, представляющую собой смесь це­ментита и перлита или цементита и аустенита. Он и определяет белый цвет излома или так называемый отбел в сварном соеди­нении. Цементит хрупок и имеет высокую твердость (НВ 800), вследствие чего белые чугуны также отличаются высокой твер­достью и хрупкостью, не поддаются механической обработке и поэтому чрезвычайно ограниченно применяются в качестве кон­струкционного материала. Белые чугуны используют для полу­чения ковких чугунов.

Серые чугуны в изломе имеют серебристый цвет вследствие на­личия в них пластинчатых включений графита. Практически в чу­гунах основное количество углерода присутствует в свободном состоянии в виде графита и лишь 0,6—0,8% находится в связан­ном состоянии в виде вторичных карбидов в перлите.

Процесс графитизации протекает в жидкой (эвтектические превращения) и твердой (эвтектоидные превращения) фазах. При этом в зависимости от условий и степени графитизации могут получаться чугуны с перлитной, перлитно-ферритной и ферритной основами. Графит — наиболее мягкая и вместе с тем наиболее хрупкая составляющая чугуна. Он пронизывает металлическую основу чугуна и нарушает его сплошность, действуя как внутрен­ний надрез. Вместе с тем графит сообщает чугуну малую чувстви­тельность к внешнему надрезу, придавая тем самым сплаву вы­сокую сопротивляемость знакопеременным нагрузкам. Эти свой­ства серого чугуна, а также высокие литейные свойства, хорошая обрабатываемость его обычным режущим инструментом и изно­состойкость определяют в первую очередь широкое применение сплава как важного конструкционного материала.

Высокопрочные чугуны получают при отливке по специальной технологии с применением особых добавок (магния, редкоземель­ных элементов, мишметалла и др.). Благодаря этому выделяю­щийся графит приобретает шаровидную форму и включения его равномерно распределяются в металлической матрице. В зави­симости от целого ряда факторов (термообработки, химического состава и т. п.) структура матрицы чугуна может быть феррит­ной, ферритно-перлитной, перлитной, аустенитной или мартен - ситной. Шаровидная форма графита придает такому чугуну высо­кие механические свойства. Отливки из высокопрочного чугуна могут быть любой толщины и формы.

Ковкие чугуны нашли применение в различных отраслях про­мышленности и особенно в автотракторо - и сельхозмашинострое­нии. Графит этих чугунов имеет форму крупных хлопьев или ро­зеток, более или менее равномерно распределенных в металли­ческой матрице чугуна. Такая форма графита получается в результате специальной термообработки, обеспечивающей хо­рошие механические свойства чугуна. Для ковки чугунов харак­терно более низкое содержание углерода по сравнению с серыми и высокопрочными чугунами.

Аусіпениіпно-никелевые чугуны находят применение в хими­ческой промышленности, красильных, пищевых, нефтяных, тек­стильных и тому подобных производствах для изготовления на­сосов, реакторов, котлов, частей трубопроводов, вентилей и т. д., а иногда взамен деталей из медных сплавов — клапанов, фитин­гов, печной арматуры и др. Эти чугуны также находят применение в коксовом, газовом, металлургическом и энергетическом произ­водствах для различных деталей, обладающих высокой жаростой­костью и жаропрочностью. В зависимости от назначения хими­ческий состав высоколегированных никелевых чугунов колеб­лется в пределах: 2,75—3,1% С; 1,0—2,5% Si; 0,8—2,3% Мп; 0,15—0,4% Р; 0,06—0,12% S; 9-22% Ni; 1,5—4,0% Сг; до 9% Си.

Высоколегированные хромистые чугуны применяют в основном для особо износостойких цилиндровых втулок, а также деталей, подверженных интенсивному абразивному износу. Они обладают высокой жаростойкостью и коррозионной стойкостью. Хими­ческий состав высокохромистых чугунов в зависимости от их назначения колеблется в пределах: 1,8—3,5% С; 0,5—2,5% Si; 0,3—1,0% Мп; 0,5% Ni; 3,5—10% Сг; до 3% Си; до 3% Мо.

Применение сварки при исправлении дефектов чугунных от­ливок и ремонта деталей связано с тепловым воздействием на основ­ной металл, поэтому для специалистов-сварщиков важно знать теплофизические свойства чугунов.