Классификация и маркировка чугунов

Чугунами называют сплавы железа с углеродом, содержащие более 2, 14% углерода. Они содержат те же примеси, что и сталь, но в большем количестве. В зависимости от состояния углерода в чугуне, различают: Белый чугун, в котором весь углерод находится в связанном состоянии в виде карбида, и чугун, в котором углерод в значительной степени или полностью находится в свободном состоянии в виде графита, что определяет прочностные свойства сплава. В соответствии с реальными условиями кристаллизации в структуре чугунов могут быть разные составляющие в зависимости от того, какая часть углерода оказывается в структурно свободном состоянии. Это же определяет название чугунов: белый, половинчатый, серый. Белый чугун для изготовления деталей машин не используют, поскольку он обладает высокой твердостью (НВ 450 - 550), хрупок и практически не поддается обработке режущим инструментом. Половинчатый чугун тот, в котором одна часть углерода находится в связанном состоянии, а другая в свободном Излом половинчатого чугуна частично белый, частично серый. Половинчатые чугуны, так же как и белые, для изготовления деталей машин не используются. Серый чугун тот, в котором большая часть углерода или почти весь углерод находится в свободном состоянии, а в связанном состоянии может быть до 0, 8 % С. В структуре серого чугуна имеется графит, количество, форма и распределение которого могут изменяться в широких пределах. Название серый чугун получил по цвету излома - излом серого цвета. В микроструктуре такого чугуна следует различать металлическую основу и включения графита, которые эту основу пронизывают.

Графит в сером чугуне может быть разным по форме включений: пластинчатым, хлопьевидным и шаровидным. Поэтому серые чугуны подразделяют на:

-серые - пластинчатая или червеобразная форма графита; Отливки из серых чугунов широко применяют в машиностроении.

-высокопрочные - шаровидный графит; Такой чугун получают модифицированием расплава магнием. Магний вводят в жидкий чугун перед разливкой в количестве 0, 03 — 0, 07 %. Под воздействием магния при кристаллизации чугуна графит приобретает шаровидную форму.

-ковкие - хлопьевидный графит. По сравнению с пластинчатым графитом хлопьевидный графит располагается в металлической основе чугуна более компактно, включения графита не действуют как острые надрезы, и поэтому такие включения в меньшей степени ослабляют металлическую основу.

Форма графитных включений мало влияет на твердость чугуна; однако на прочность и пластические свойства она оказывает значительное влияние. Наиболее благоприятной формой графита является шаровидная, а пластинчатый графит снижает прочность и пластичность чугуна. Графит обладает низкими механическими свойствами, и включения графита действуют так, как будто бы в металлической основе имеются пустоты, внутренние надрезы, которые разобщают и ослабляют эту основу. Включения графита пластинчатой формы действуют как острые внутренние надрезы или трещины, ослабляющие металлическую основу и уменьшающие прочность и пластичность чугуна. Чем крупнее пластинки графита и менее равномерно распределены по объему, тем меньше прочность чугуна при растяжении. При сжатии свойства чугуна с пластинчатыми включениями графита остаются достаточно высокими, близкими к свойствам стали с такими же составом и структурой, что и металлическая основа чугуна. Это свидетельствует о том, что включения графита практически не влияют на прочность чугуна при сжатии. Они также менее значительно, чем при растяжении, снижают прочность чугуна при изгибающем действии нагрузки. Чем компактнее форма включений графита и чем меньше их количество, тем в меньшей степени они ослабляют металлическую основу, тем выше прочность и пластичность чугуна при одной и той же структуре металлической основы. Так, чугун с шаровидной формой включений графита имеет значительно более высокую прочность при растяжении и изгибе, чем чугун с пластинчатой формой графитных включений (отсюда и название чугуна — высокопрочный). Следует отметить, что в определенных случаях наличие графита в структуре полезно и дает чугуну преимущества перед сталью:
- включения графита облегчают обрабатываемость чугуна резанием (стружка делается ломкой);
- благодаря смазывающему действию графита чугун обладает хорошими антифрикционными свойствами, т. е. хорошо работает на трение;

- чугун с включениями графита обладает способностью быстро гасить вибрации, колебания;
- графит делает чугун практически нечувствительным к поверхностным надрезам и другим дополнительным дефектам на поверхности.

Следует также отметить хорошие литейные свойства чугуна, дающие ему преимущество по сравнению со сталью. Чугуны маркируют двумя буквами и двумя цифрами, соответствующими минимальному значению временного сопротивления при растяжении:

-- серый чугун обозначают буквами " СЧ" (ГОСТ 1412-85),

-- высокопрочный - " ВЧ" (ГОСТ 7293-85),

-- ковкий - " КЧ" (ГОСТ 1215-85).

Примеры: СЧ10 - серый чугун с пределом прочности при растяжении 100 МПа;
ВЧ70 - высокопрочный чугун с пределом прочности при растяжении 700 МПа;
КЧ35 - ковкий чугун с пределом прочности при растяжении примерно 350 МПа.

Антифрикционные чугуны используют для изготовления литых деталей, работающих в узлах трения со смазкой. Такие чугуны должны обеспечивать низкий коэффициент трения, а в связи с этим малые потери на трение и малую скорость изнашивания сопряженной детали. Маркировка антифрикционного чугуна АЧС-1, АЧС-6, АЧВ-2, АЧК-2 и др. Расшифровывается следующим образом: АЧ - антифрикционный чугун: С - серый, В - высокопрочный, К - ковкий. Цифры обозначают порядковый номер сплава согласно ГОСТу 1585-79. Отбеленные чугунные отливки имеют на поверхности структуру белого чугуна, а в сердцевине — структуру серого чугуна. Отбел (на глубине 12 - 30 мм) является следствием быстрого охлаждения поверхности при отливке чугуна в металлические формы (кокиль) или в сырые земляные формы.

Отбеленный чугун имеет высокую твердость поверхности и обладает высокой износостойкостью, особенно в условиях абразивного износа. Отделенный чугун применяют для изготовления валков листовых прокатных станов, колес, шаров для мельниц и т. д. В этом случае применяют чугуны с пониженным содержанием кремния, что приводит к увеличению склонности чугуна к отбеливанию. Примерный химический состав чугуна: 2, 8 - 3, 6 % С; 0, 5 - 0, 8 % Si; 0, 4 - 0, 6 % Мn.