Чугуны, в зависимости от того, в каком состоянии находится в них углерод, подразделяются на белые и графитные. В белых чугунах углерод находится преимущественно в связанном состоянии, т.е. в виде цементита – химического соединения Fe3C. Из-за цементита эти чугуны выглядят на изломе белыми, блестящими. Они отличаются повышенной хрупкостью и твёрдостью. Их структуру отражает метастабильная диаграмма состояния «железо-цементит». По структуре белые чугуны подразделяются на доэвтектические, эвтектические и заэвтектические. Доэвтектические чугуны содержат от 2,14 до 4,3% углерода и состоят из зёрен перлита, вторичного цементита и ледебурита. Эвтектические чугуны содержат 4,3% углерода и состоят из зёрен ледебурита, т.е. механической смеси перлита с цементитом. Заэвтектические белые чугуны содержат более 4,3% углерода и в структуре, помимо ледебурита, обнаруживают кристаллы первичного цементита.
В графитных чугунах углерод находится преимущественно в свободном состоянии, т.е. в виде графитных включений различной формы. Из-за графита эти чугуны на изломе выглядят серыми и марают руки. Графитные чугуны отличаются от белых чугунов меньшей твердостью и прочностью. Структуру этих чугунов отражает стабильная диаграмма состояния «железо-графит».
|
|
Графитные включения в чугунах могут иметь либо пластинчатую, либо шаровидную, либо хлопьевидную форму. Чугуны с пластинчатой формой графитных включений называют серыми, с шаровидной - высокопрочными, с хлопьевидной - ковкими.
Графитные включения располагаются в некоторой металлической матрице, которая может быть либо ферритной, либо перлитной, либо феррито-перлитной. Таким образом, структура графитных чугунов напоминает структуру доэвтектоидных либо эвтектоидных сталей, но с графитными включениями различной формы.
Графитные включения имеют малую прочность, твердость и снижают прочностные характеристики материала. Преимущественно по этим включениям происходит разрушение чугунов. При нагружении чугунов графитные включения играют роль концентратов напряжений. Наилучшими концентратами напряжений являются относительно «острые» включения пластинчатой формы, а наихудшими - включения шаровидной формы. По этой причине серые чугуны имеют меньшую прочность, чем высокопрочные чугуны. Ковкие чугуны занимают в этом ряду промежуточное положение.
Графитные включения играют не только отрицательную роль. Благодаря смазывающему эффекту графита у графитных чугунов отмечаются хорошие антифрикционные свойства и они хорошо работают в паре трения. Графитные чугуны хорошо гасят удары и вибрации и поэтому используются для изготовления станин различных молотов, прессов и станков. Кроме того, графитные чугуны имеют высокие литейные характеристики.
|
|
Серые чугуны получают при медленном охлаждении жидкого расплава, содержащего достаточное количество кремния. Серый чугун обычно используют как литейный сплав.
Высокопрочный чугун получают путём модифицирования жидкого расплава, т.е. введения в него магния, алюминия и кальция. Такой чугун применяют для изготовления зубчатых колес и валов.
Ковкий чугун получают из белого доэвтектического чугуна посредством его длительного графитизирующего отжига (томления). При температурах выдержки белого чугуна свыше 950°С происходит распад цементита, содержащегося в чугуне, на феррит и графит. При этом образующиеся включения графита приобретают хлопьевидную форму.
Серый чугун маркируется буквами СЧ и цифрами. Первая группа цифр означает предел прочности чугуна на растяжение в кгс/мм2, а вторая – предел прочности на изгиб.
Высокопрочные чугуны маркируют буквами ВЧ и цифрами, означающими предел прочности чугуна на растяжение в кгс/мм2.
Ковкие чугуны маркируются буквами КЧ и цифрами. Первая группа цифр означает предел прочности чугуна на растяжение в кгс/мм2, а вторая – относительное удлинение в %.
Например: СЧ20-10, ВЧ60, КЧ40-12.