§ 1. СОСТАВ И СВОЙСТВА

К чугунам относятся сплавы железа с углеродом, содержание которого превышает 2,11% (2,11%). В этих сплавах обычно при­сутствует также кремний и некоторые количества марганца, серы и фосфора, а иногда и другие элементы, вводимые как легирующие добавки для придания чугуну определенных свойств. К числу таких легирующих элементов можно отнести никель, хром, магний и др.

В зависимости от структуры чугуны подразделяют на белые и серые. В белых чугунах весь углерод связаи в химическое сое­динение карбид железа Fe3C — цементит. В серых чугунах зна­чительная часть углерода находится в структурно-свободном состоянии в виде графита. Если серые чугуны хорошо поддаются механической обработке, то белые обладают очень высокой твер­достью и режущим инструментом обрабатываться не могут. Поэ­тому белые чугуны для изготовления изделий применяют крайне редко, их используют главным образом в виде полупродукта для получения так называемых ковких чугунов. Получение белого или серого чугуна зависит от его состава и скорости охлаждения.

В зависимости от структуры чугуны классифицируют на высокопрочные (с шаровидным графитом) и ковкие. По степени легирования чугуны подразделяют на простые, низколегирован­ные (до 2,5% легирующих элементов), средпелегированные (2,5— 10% легирующих элементов) и высоколегированные (свыше 10% легирующих элементов). Шпре всего используют простые и низко­легированные серые литейные чугуны.

Чугун получил широкое распространение как конструкцион­ный материал в машиностроительной, металлургической и других отраслях промышленности в связи с рядом преимуществ перед другими материалами, среди которых в первую очередь надлежит упомянуть следующие: невысокая стоимость, хорошие литейные свойства Изделия, изготовленные из него, имеют достаточно высокую прочность и износостойкость при работе на трение и характеризуются меньшей, чем сталь, чувствительностью к кон-

11 А. И. Акулов и др.

центраторам напряжений. Наряду с перечисленными преимущест­вами изделия из серого литейного чугуна хорошо обрабатываются режущим инструментом. Последнее вместе с хорошими литейными свойствами позволяет оценить чугун как весьма технологичный материал.

Главный процесс, формирующий структуру чугуна, — про­цесс графитизации (выделение углерода в структурно-свободном виде), так как от него зависит не только количество, форма и рас­пределение графита в структуре, но и вид металлической основы (матрицы) чугуна. В зависимости от степени графитизации мат­рица может быть перлитно-цементнтной (П Ц), перлитной (П), перлитно-ферритной (П 4- Ф) и ферритной (Ф). Цементит перлита называют эвтектопдным, остальной цементит — структурно-сво­бодным. Некоторые элементы, вводимые в чугун, способствуют графитизации, другие — препятствуют. На рис. 148 знаком «—» обозначена графптизпругощая способность рассматриваемых эле­ментов, знаком «+» задерживающее процесс графитизации дей­ствие (отбеливание). Как следует из приведенной схемы, наиболь­шее графитизирующее действие оказывают углерод и кремний, наименьшее — кобальт и медь.

Наиболее сильно задерживают процесс графитизации (оказы­вают отбеливающее действие) сера, ванадий, олово. Поэтому в серых литейных чугунах всегда содержится значительное коли­чество кремния. На рис. 149 приведена псевдобинарная диаграмма состояний Fe — С — Si стабильной (графитной) системы, отве­чающая постоянному содержанию кремния 3,0% Si.

Из рис. 150 следует, что при данном содержании углерода увеличение содержания кремния при прочих равных условиях

способствует графитизации чугуна и уменьшению коли­чества цементита в базовой структуре (П -> Ф).

Чугун маркируется бук­вами СЧ и цифрами, первая из которых характеризует предел прочности чугуна данной марки при растя­жении, вторая — при изги­бе (кг/мм2). Наибольшее рас­пространение получили чугу - ны марок: СЧ 12-28; СЧ 15-32;

СЧ 18-36; СЧ 21-40; СЧ 24-44;

СЧ 28-48; СЧ 32-52; СЧ 38-60, причем первые пять марок имеют перлитно-ферритную три — перлитную. Прочность серых чугунов всех марок при сжатии значительно превышает прочность при растяжении. Например, для чугуна марки СЧ 24-44, имеющего предел проч­ности при растяжении 24 кгс/мм2, предел прочности при сжатии составляет 85 кгс/мм2. Для увеличения прочности чугуна графи­товым включением придают шарообразную форму путем введения магния в ковш перед разливкой. При этом чугун приобретает и некоторую пластичность. Высокопрочные чугуны маркируют буквами ВЧ и цифрами, первая из которых характеризует времен­ное сопротивление чугуна при растяжении (кгс/мм2), вторая — относительное удлинение (%). Например, ВЧ 60-2 или ВЧ 40-10.

Ковкие чугуны маркируют буквами КЧ и цифрами, обозна­чающими временные сопротивления при растяжении (кгс/мм2) и относительное удлинение (%). Примерами марок ковких чугунов могут служить КЧ 38-8;

КЧ 35-10; КЧ 37-12; КЧ 30-6

с ферритной металлической основой и КЧ 45-6; КЧ 50-4 и КЧ 60-3, имеющие феррит­но-перлитную основу.

При данном составе струк­тура чугуна в большей сте­пени зависит от скорости охлаждения. На рис. 151 приведена схема, характери­зующая зависимость струк­турного состояния чугуна от толщины стенки песчаной формы, с увеличением кото­рой замедляется скорость охлаждения после заливки.

При данном составе чугупа, например при постоянстве суммар­ного содержания углерода и кремния, а также других элементов, входящих в его состав, можно получить цементитный, перлитный а также перлитно-ферритный чугун.