Примеси в чугунах

Находяшиеся в чугунах примеси углерода, марганца, кремния, фосфора, серы и т. п. сильно влияют на свойства отливок, поэтому литейщик для составления шихты должен знать как химический состав находящихся чугунов, так и влияние его на качество изделия. Самое большое влияние оказывает углерод, находящийся в чугуне в виде графита, карбида или углерода закала (см. Чугун). Каждая из этих трех форм вызывает различные свойства, изменяя структуру, цвет излома и другие качества чугуна. Отношение содержания этих 3-х видоизменений углерода зависит как от общего содержания углерода и совместного присутствия других примесей, так и от условий остывания чугуна при отливке. Медленное остывание жидкого или накаленного добела чугуна вызывает выделение графита и карбида, при быстром же охлаждении углерод преимущественно находится в виде углерода закала. На этом явлении основано получение серого или отбеленного чугуна, отжиг и закалка чугунных изделий. Графит, отлагаясь в виде постороннего рыхлого вещества, разрыхляет чугун, придает ему мягкость и способность легко обрабатываться резцом, но при содержании выше 2,5% графита понижается прочность и вязкость чугуна, и он делается непригодным к отливкам. Иногда чугун и в расплавленном состоянии выделяет графит, который вместе с частичками железа всплывает на поверхность, образуя так наз. спель (Gaarschaum). Такое явление сильно затрудняет отливку, потому что нарушает однородность и чистоту поверхности. Присутствие углерода закала сильно повышает твердость и прочность чугуна, но избыток его (выше 0,7%) влечет за собою понижение прочности и увеличение жесткости и хрупкости. В зависимости от количества карбида в чугуне уменьшается количество углерода закала, поэтому и влияние этого последнего уменьшается; чугун делается мягче и вязче. Кремний вытесняет углерод из соединения с железом и способствует выделению графита. При содержании углерода около 5% самое небольшое количество кремния (около 0,5%) уже в состоянии вызвать выделение графита. При содержании от 3,5-5% кремния и от 3,5-3% углерода почти все его количество превращается в графит. Чем больше кремния в чугуне, тем он меньше насыщается углеродом. Непосредственное действие кремния на чугун подобно действию углерода закала, только оно около 5 раз слабее. Для отливок, которые должны обладать прочностью, Литейный чугун чугуны, бедные углеродом, могут заключать больше кремния и наоборот. Это отношение, по Ледебуру, выражается приблизительно формулой: C+(S /1,5)=4,2 до 4,4, где С — полное содержание углерода, а S — кремния при условия, что S>1 и <3. Более высокое содержание кремния в Литейный чугун чугуне вредно влияет на прочность. Влияние марганца на соединение углерода с железом противоположно кремнию: оно препятствует образованию графита, следовательно, получению серого чугуна, и способствует большому поглощению углерода железом. Небольшие количества его понижают температуру плавления и увеличивают жидкоплавкость чугуна, большие наоборот. Вообще марганец, возвышая в значительной степени твердость и хрупкость отливок, считается ненужной примесью, однако в некоторых случаях желательно его присутствие в Литейный чугун чугуне, потому что он защищает железо и другие примеси при плавлении от окисления. Фосфор сильно влияет на качество чугуна: он увеличивает твердость, заметно уменьшает упругость и вязкость. Обнаруживается это дурное влияние фосфора в изделиях, подвергаемых изгибу, ударам или сотрясениям; такие изделия ломки и хрупки. Степень этого влияния растет с содержанием углерода закала и марганца и уменьшается с содержанием кремния, поэтому кремнистые чугуны менее чувствительны к вредному влиянию фосфора, чем чугуны марганцовистые. Для отливок, от которых требуется высокая прочность, хорошим считается чугун, не заключающий более 0,3% фосфора. Содержание фосфора в значительной степени увеличивает жидкоплавкость чугуна, вследствие чего он точнее выполняет форму изделия и по застывании получает более гладкую поверхность. Поэтому фосфористым чугуном часто пользуются, особенно при отливках изделий, служащих для украшений. Сера уменьшает степень насыщенности углеродом и препятствует выделению графита, т. е. способствует образованию белого чугуна, бедного углеродом. В присутствии серы чугун даже при высоких температурах остается густым и плохо заполняет форму. Поэтому для тонких отливок сернистые чугуны вовсе не употребляются. Содержание серы менее 0,1% увеличивает прочность и упругость. При отливках примеси чугунов часто выделяются и всплывают на поверхность беловатые, очень твердые вещества в виде шариков, которые носят название алмазного чугуна (Diamanteisen). Медь действует наподобие серы, но гораздо слабее.

В зависимости от содержания вышеупомянутых элементов и от влияния их на свойства Литейный чугун чугунов они разделяются по виду излома на серые и белые. В Литейный чугун деле употребляют главным образом только серый чугун, белые же идут в передел или иногда служат прибавкой к сильно кремнистым чугунам.