«Изучение микроструктуры и свойств углеродистых сталей и чугунов»

Чугуны

мости от формы выделения графита различают ковкие, высокопрочные, серые (обычные, модифицированные) чугуны.

Марганец затрудняет графитизацию и повышает способность чугуна к отбеливанию – появлению в поверхностных слоях отливок структуры белого или половинчатого чугуна. Поэтому марганца не должно быть более 1,25 %.

Кремний способствует процессу графитизации. Изменяя в чугуне со- держание углерода и кремния, скорость охлаждения, можно получить различную структуру металлической основы. В серых чугунах кремния содержится в пределах 1,5 – 3,5 %.

Сера тормозит процесс графитизации, способствует выделению уг- лерода в виде цементита и тем самым ухудшает литейные и механиче- ские свойства. Поэтому содержание серы в чугуне ограничивается 0,08 – 0,12 %.

Фосфор улучшает жидкотекучесть, но при его содержании более 0,3

% образуется тройная фосфидная эвтектика, в состав которой входит цементит. Наличие твердых участков фосфидной эвтектики повышает общую твердость, износоустойчивость чугуна и снижает пластичность. В серых чугунах фосфора содержится 0,3 – 0,4 %.

Белые чугуны. В белом чугуне весь углерод находится в связанном со- стоянии, то есть в виде цементита. В соответствии с диаграммой состоя- ния «Fе-Fе_зС» белые чугуны классифицируют по структуре на:

• 
  дозвтектические (менее 4,3 % С),
  
• 
  эвтектические (4,3 % С),
  
• 
  зазвтектические (более 4,3 % С).
  

Белые чугуны из-за высокой хрупкости и твердости не используются как конструкционные материалы. Ограниченное применение находят отбеленные чугуны-отливки из серого чугуна со слоем белого чугуна в виде твердой корки на поверхности. Из них изготавливают прокатные валки, лемехи плугов, тормозные колодки и другие детали, работающие на износ.

Серые чугуны. Чугун, в структуре которого отсутствует ледебурит и свободный цементит, а часть углерода выделяется в виде графита раз- личной формы, называется серым. Как и белый, серый чугун получается непосредственно при отливке в случае медленного охлаждения. При

этом цементит, выделяющийся из жидкого или твердого раствора, рас- падается с образованием пластинок графита.

Серый чугун является одним из важнейших литейных машинострои- тельных материалов, так как характеризуется высокими литейными и удовлетворительными механическими свойствами, хорошей обрабаты- ваемостью резанием, высокой износостойкостью и дешевизной.

В марке серого чугуна (СЧ15, СЧ21, СЧ35 и др.) буквы «СЧ» означают– серый чугун, цифры – предел прочности на растяжение в кГс/мм² (кило- грамм силы на миллиметр в квадрате).

Структура металлической основы серого чугуна может состоять из феррита, перлита, смеси феррита и перлита. Структура металлической основы определяет механические свойства чугуна, такие, как предел прочности при сжатии, твердость, сопротивление износу. Они наиболее высоки у перлитного чугуна.

Графит – важнейшая фазовая и структурная составляющая серых чу- гунов. Он обуславливает малую усадку при кристаллизации, высокие антифрикционные свойства, малую изнашиваемость, большое внутрен- нее трение, обеспечивающее уменьшение вибраций и ряд других полез- ных свойств. Графит выделяется в виде пластин, располагающихся в форме разветвленных крабовидных включений. Пластичность, сопро- тивление растяжению, изгибу зависят, главным образом, от количества, формы и характера расположения графитовых включений. Чем они мельче, компактно и равномернее расположены, а их форма ближе к округлой, тем указанные свойства будут выше. Повысить прочность се- рых чугунов можно модифицированием – введением в расплав порошка ферросилиция или силикокальция (0,3 – 0,6 % от массы шихты), части- цы которого являются центрами кристаллизации графитовых включе- ний. Марки серых модифицированных чугунов – СЧ30, СЧ35.

Ковкий чугун – это чугун с хлопьевидной формой графита. По сравне- нию с пластинчатым графитом хлопьевидный графит располагается в металлической основе чугуна более компактно, включения графита не действуют как острые надрезы, поэтому такие включения в меньшей степени ослабляют металлическую основу. Получают ковкий чугун пу- тем графитизирующего отжига белого чугуна. При отжиге цементит бе- лого чугуна распадается, углерод выделяется в виде графита в форме хлопьевидных гнездообразных включений. Такой чугун хорошо сопро- тивляется изгибу и удару. Получение определенной металлической ос- новы ковкого чугуна (ферритная, феррито-перлитная) обеспечивается специальным режимом отжига. Наиболее пластичны ферритные ковкие чугуны (КЧ30-6, КЧ35-10 и др.). Лучшая износостойкость – у перлитных чугунов (КЧ60-3, КЧ70-2 и др.), благодаря высокой твердости и прочно- сти. Ковкий чугун находит широкое применение в машиностроении как хороший конструкционный материал для изготовления деталей, работа-

ющих при ударных и вибрационных нагрузках. Недостаток ковких чу- гунов по сравнению с другими – повышенная стоимость из-за продол- жительного дорогостоящего отжига.

В марке ковкого чугуна (КЧ30-6, КЧ35-10 и др.) буквы «КЧ» означают - ковкий чугун, первые цифры – предел прочности на растяжение в кГс/мм², вторые – относительное удлинение, %.

Высокопрочный чугун получается путем добавки в жидкий расплав перед разливкой небольших количеств магния (модификатора II рода). Модификатор изменяет условия кристаллизации, приводит к образова- нию графита шаровидной формы. Шаровидный графит – менее сильный концентратор напряжений, чем пластинчатый, поэтому он меньше сни- жает механические свойства металлической основы. Металлическая ос- нова может состоять из феррита (ВЧ35, ВЧ40), перлита и феррита (ВЧ45. ВЧ50, ВЧ60), перлита (ВЧ80, ВЧ100). Высокопрочный чугун от- личается высокой износостойкостью, антифрикционными и литейными свойствами, способностью гасить вибрации (демпфирующая способ- ность), легко обрабатывается резанием.

В марке высокопрочного чугуна (ВЧ40, ВЧ45, ВЧ60 и др.) буквы