Серые чугуны (ГОСТ1412-85)

Широко применяются в машиностроении. По структуре металлической основы серые чугуны могут быть перлитными, перлитно-ферритными и ферритными; графитовые включения имеют пластинчатую форму. Графит такой формы нарушает сплошность металлической основы, располагаясь между ее зернами и ослабляя связь между ними. Поэтому серый чугун плохо сопротивляется растяжению и имеет очень низкие пластичность и вязкость. Причем, чем крупнее и прямолинейнее графитовые включения, тем хуже механические свойства. Твердость и сопротивление сжатию чугуна аналогичны этим показателям для стали со схожей структурой.

Вместе с тем графитовые включения оказывают и положительное влияние на свойства чугуна, в частности, повышают его износостойкость, действуя аналогично смазке; способствуют гашению вибраций изделий; уменьшают усадку при изготовлении отливок; обеспечивают обрабатываемость резанием, являясь своеобразными стружколомами.

Механические свойства серого чугуна можно улучшить, если обеспечить равномерное распределение мелкопластинчатого графита в отливке. Это достигается модифицированием силикокальцием или ферросилицием. Эти добавки образуют дополнительные центры графитизации, в результате чего получается мелкопластинчатый графит.

Чугун с такими графитом называют модифицированным. Модифицированный чугун имеет более высокое временное сопротивление растяжению, чем обычный серый чугун, но пластичность и вязкость модифицирование практически не изменяет.

Серый чугун с пластинчатым графитом маркируется буквами СЧ, после которых стоит цифровое обозначение минимального временного сопротивления при растяжении в МПа ×10^-1 (СЧ10, СЧ15, СЧ20, СЧ25, СЧ30, СЧ35).

В зависимости от завершенности степени графитизации, количества связанного углерода (в цементите), свойств и применения серые чугуны подразделяются на следующие группы.

1. Перлитный чугун, в котором 0,7-0,8%С находится в виде Fe₃C, входящего в состав перлита, а остальной в графитовых включениях (СЧ21, СЧ24, СЧ28, СЧ33, СЧ35, СЧ38). Перлитные серые чугуны применяют для отливки мощных станков и механизмов, поршней, цилиндров, деталей, работающих на износ в условиях больших давлений (компрессорное, арматурное и турбинное литье, блоки двигателей, детали металлургического оборудования и т.д.). Структура таких чугунов – мелкопластинчатых перлит (сорбит) с мелкими завихренными графитовыми включениями.

2. Ферритно - перлитный и ферритный серый чугун.

В этих чугунах в связанном состоянии находится от 0,1 до 0,7%С в ферритно - перлитных и весь углерод находится в графитовых включениях в ферритных (СЧ00, СЧ12, СЧ15, СЧ18).

В процессе эксплуатации чугунов этой группы применяют небольшие нагрузки (строительные колонны, фундаментные плиты (СЧ12); литые малонагруженные детали сельхозмашин, станков, автомобилей и тракторов (СЧ15, СЧ18); крышки, корпуса редукторов, диски сцепления, тормозные барабаны и т.д.).

Все эти чугуны для снятия литейных напряжений и стабилизации размеров отливок отжигают в течение 3-10 часов (в зависимости от размеров) при температуре 500-570⁰С с последующим охлаждением вместе с печью. Иногда для снижения напряжений в чугунный отливках применяют естественное старение – выдержку на складе в течение 6-10 месяцев. При этом напряжения снижаются на 40-50%.

Еще одной группой серых чугунов являются антифрикционные чугуны, которые применяют для изготовления подшипников скольжения, втулок и других деталей, работающих в условиях трения о металл, чаще в присутствии смазки. Эти чугуны должны иметь низкий коэффициент трения. Антифрикционные свойства чугуна обеспечиваются определенным соотношением феррита и перлита в основе. Они изготавливаются следующих марок: АСЧ-1, АСЧ-2, АСЧ-3.

Детали, работающие в паре с закаленными или нормализованными стальными валами, изготавливают из чугунов АСЧ-1 и АСЧ-2, содержащих до 85% перлита, а при работе в паре с термически не обработанными валами применяют чугун АСЧ-3, в металлической основе которого не менее 60% перлита.

Высокопрочные чугуны с шаровидным графитом (ГОСТ 7283-85).

Получают присадкой в жидкий чугун (модифицированием) небольших добавок щелочных или щелочноземельных металлов, чаще всего магния или церия (0,03-0,07%). По содержанию остальных элементов высокопрочные чугуны не отличаются от обычного серого, из которого их и получают.

Под воздействием модификаторов графит в процессе кристаллизации принимает шаровидную форму. Такая форма включений имеет минимальную поверхность при данном объеме и значительно меньше ослабляет металлическую основу чугуна, чем пластинчатый графит. Включения графита шаровидной формы не являются активными концентраторами напряжений, и поэтому высокопрочные чугуны имеют более высокие механические свойства, чем серые, и не уступают литой углеродистой стали.

Маркируется высокопрочный чугун буквами ВЧ, после которых стоит числовое обозначение σ_В при растяжении (ВЧ35, ВЧ40, ВЧ45, ВЧ50, ВЧ60, ВЧ70, ВЧ80, ВЧ100).

Чугуны ВЧ35 и ВЧ40 имеют ферритную матрицу, ВЧ45 – ферритно – перлитную матрицу, а остальные перлитную металлическую основу.

Отливки из высокопрочного чугуна применяют в различных отраслях. В автостроении и дизелестроении высокопрочный чугун используют для изготовления коленчатых валов, крышек цилиндров и других деталей; в тяжелом машиностроении – для прокатных станов (в том числе валков до 12 т) и кузнечного – прессового оборудования (траверсы прессов, шабот – молоты); в энергетическом машиностроении – для корпусов паровых турбин, коленчатых валов, поршней и т.д.; в химической и нефтяной промышленности для корпусов насосов, вентилей и т.д.