Билет №15. Влияние углерода и примесей на свойства чугуна

Кроме углерода, в чугуне присутствует ряд примесей — марганец, кремний, сера, фосфор и др., но их количество и влияние на свойства чугуна иное, чем в стали. Углерод и кремний являются важнейшими элементами, входящими в состав чугуна. Они совместно способствуют образованию графита и, понижая температуру плавления чугуна, обеспечивают его высокие литейные качества, жидкотекучесть и хорошее заполнение формы. Углерод содержится в чугуне в количестве от 2,5 до 4% и присутствует в его структуре как в форме графита, так и в виде связанного углерода Fe3C. Кремний способствует процессу графитизации. Кремний входит в состав феррита, образуя с а-железом твердый раствор замещения. Содержание кремния в разных сортах чугуна колеблется от 0,5 до 4,5%.

Марганец увеличивает склонность чугуна к отбеливанию, т. е. к сохранению цементита, а следовательно, и увеличивает твердость чугуна, хотя первые его добавки связывают серу в химическое соединение MnS и, парализуя ее отбеливающее влияние, способствуют графитизаиии чугуна. С углеродом марганец образует карбид Мп3С. В сталях и чугунах он частично растворяется в цементите и увеличивает его устойчивость. Одновременно марганец растворяется и в феррите. Если содержание марганца в чугуне повышается сверх определенного количества (0,4—0,6%), то для обеспечения нормальных условий графитизации требуется одновременно увеличить и содержание кремния.

Сера является вредной примесью в чугуне; она попадает в него из топлива и руд. Сера способствует отбеливанию чугуна, уменьшает его жидкотекучесть и вызывает образование газовых пузырей. Отбеливающее влияние серы в 5—6 раз больше, чем марганца. Марганец образует с серой химическое соединение — сернистый марганец MnS, который вследствие более низкого в сравнении с жидким чугуном удельного веса всплывает и удаляется со шлаком. Но даже оставшийся в чугуне сернистый марганец не так вреден, как сера в форме сернистого железа. При достаточном содержании в чугуне марганца и кремния заметное вредное действие серы проявляется только при наличии ее более 0,15%.