Структура серых чугунов

Серыми называют чугуны, у которых весь углерод или часть его присутствует в свободном состоянии в форме графита. Название серые чугуны связаны с видом излома, определяемым наличием темных кристаллов графита. Графит (Г) имеет практически нулевую прочность и пластичность. Он обеспечивает пониженную твердость, хорошую обрабатываемость резанием, высокие антифрикционные и демпфирующие свойства. Кроме того, графит способствует, при охлаждении отливки, некоторому увеличению ее объема, чем обеспечивает хорошее заполнение формы.

Вместе с тем, включения графита снижает прочность и пластичность, так как нарушают сплошность металлической основы сплава. Структуру серых чугунов можно представить как металлическую (стальную) матрицу, в которую внедрены кристаллы графита. Таким образом, классифицируют серые чугуны по двум основным принципам: по форме графитовых включений и по структуре металлической матрицы. Формирование структуры серых чугунов можно проследить по стабильной диаграмме Fe – C, ее основное отличие от метастабильной – иные температуры основных превращений (1135°С – эвтектическое превращение ЖС¢®AE¢+Г, 738°С – эвтектоидное превращение АS¢®ФР¢+Г)

В зависимости от формы графита различают обыкновенный серый чугун (графит пластинчатой формы), высокопрочный чугун (графит сферической формы) и ковкий чугун (графит хлопьевидной формы).

В зависимости от вида металлической матрицы различают ферритный (в составе нет связанного углерода), феррито – перлитный (количество связанного углерода в интервале от 0% до 0,8%), перлитный (количество связанного углерода ~ 0,8%). Структура металлической матрицы формируется в области эвтектоидных температур (медленное охлаждение в этой области формирует ферритную структуру, быстрое – перлитную).

Серые чугуны

Обыкновенный серый чугун - это сплав сложного состава. Химический состав серого чугуна колеблется в пределах: 3,2 -3,8 %С, 1 -5 %Si, 0,5 - 0,9 % Мп, 0,2 - 0,4 % Р, до 0,12 % S. Факторами, способствующими графитизации (выделению углерода в свободном состоянии), являются низкая скорость охлаждения и наличие в химическом составе чугуна графитизирующих элементов Si, Ni, Cu (препятствуют графитизации Mn, S, Cr, W).

Практически, изменяя в чугуне содержание кремния при постоянном количестве марганца, получают различную степень графитизации.

На рис.7.показана микроструктура обыкновенного серого чугуна на ферритной феррито-перлитной основе.

На свойства серого чугуна оказывают большое влияние вид графитовых включений, их размеры, характер металлической основы. От формы и количества графита зависит прочность и пластичность чугуна (от 0,5% относительного удлинения при пластинчатой форме графита до 20% - при шаровидной форме). Вытянутые пластинки графита фактически являются трещинами в металлической основе и сильными концентраторами напряжений, на их концах при приложении нагрузки напряжения быстро достигают разрушающих величин. Твердость и износостойкость чугунов растет с увеличением перлита в металлической основе серого чугуна.

Обыкновенный серый чугун является одним из важнейших литейных машиностроительных материалов и характеризуется высокими литейными и удовлетворительными механическими свойствами, хорошей обрабатываемостью резанием, высокой износостойкостью, нечувствительностью к поверхностным дефектам.

Согласно ГОСТ 1412-85 установлены марки отливок из серого чугуна. Серый чугун маркируется буквами СЧ и двузначным числом, показывающим минимальное значение предела прочности на растяжение. Например, у чугуна марки СЧ25 временное сопротивление при растяжении σb = 250 МПа; твердость НВ = 1800 - 2500 МПа и структура металлической основы - феррит + перлит.

Ферритные и феррито-перлитные серые чугуны СЧ10, СЧ15, СЧ18 используют для слабо- и средненагруженных деталей: крышки, фланцы, маховики, корпуса редукторов и др.

Перлитные серые чугуны СЧ21, СЧ25 применяют для деталей, работающих при повышенных статических и динамических нагрузках: блоки цилиндров, картеры двигателей, поршни цилиндров, станины станков и пр.

Перлитные модифицированные серые чугуны СЧ30, СЧ35, СЧ40, СЧ45 обладают наиболее высокими механическими свойствами. Их применяют при высоких нагрузках: зубчатые колеса, гильзы двигателей, шпиндели, распределительные валы и пр. Структура модифицированных чугунов - перлитная основа с небольшим количеством изолированных пластинок графита.

а)