Перлит темный и ледебурит пестрый.

Фазовые превращения протекают в этих чугунах согласно диаграмме состояния (Fe - Fe₃C). Эти чугуны имеют большую твердость (НВ 450-500) из-за присутствия в них большого количества цементита; как следствие этого, они очень хрупкие и для изготовления деталей машин не используются. Отливки из белого чугуна служат для получения деталей из ковкого чугуна с помощью графитизирующего отжига.

Отбеленные чугуны - отливки имеют поверхностные слои (12-30 мм) со структурой белого чугуна, а сердцевина – серого чугуна. Высокая твердость поверхности такой отливки позволяет ей хорошо работать против истирания. Эти свойства отбеленного чугуна применяются для изготовления валков листовых прокатных станов, колес, шаров для мельниц, тормозных колодок и многих других деталей, работающих в условиях износа.

Серый чугун. Такое название получил по серому цвету излома, обусловленному наличием в структуре чугуна свободного углерода в виде графита. По виду металлической основы различают чугуны перлитные, перлитно-ферритные и ферритные.

Рис.41. Микроструктуры серых чугунов

а – серый чугун на перлитной основе

б – серый чугун на феррито-перлитной основе

в – серый чугун на ферритной основе.

1. Серый перлитный (Рис.41.а.) со структурой перлит + графит. (Количество связанного углерода составляет приблизительно 0, 8%)

2. Серый ферритно-перлитный (Рис.41.б.) со структурой феррит + перлит + графит. (Количество связанного углерода менее 0, 8%)

3. Серый ферритный (Рис.41.в.)со структурой феррит + графит. (Весь углерод в виде графита)

Графит обладает низкими механическими свойствами. Он нарушает сплошность металлической основы. Располагаясь между зернами металлической основы, графит ослабляет связь между ними. Поэтому серый чугун плохо сопротивляется растяжению и имеет очень низкую пластичность и вязкость. Чем крупнее и прямолинейнее графитовые включения, тем хуже механические свойства чугуна. Твердость серого чугуна, а также его сопротивление сжатию близки этим показателям стали, имеющей такую же структуру, как металлическая основа чугуна. Графит оказывает и некоторое положительное влияние на свойства чугуна, в частности, он повышает его износостойкость, действуя аналогично смазке, облегчает обрабатываемость резанием, так как делает стружку ломкой, способствует гашению вибраций изделий, уменьшает усадку при изготовлении отливок. Механические свойства серого чугуна можно улучшить, если обеспечить равномерное распределение мелкопластинчатого графита в отливке. Это достигается путем специальной обработки – модифицирования. Сущность модифицирования состоит в том, что в жидкий чугун перед его разливкой в формы вводят небольшое количество силикокальция или ферросилиция. Эти добавки образуют дополнительные центры граффитизации, в результате чего получается мелкопластинчатый графит, такой чугун называют модифицированным. Он отличается от обычного серого чугуна более высоким сопротивлением разрыву.

Марка серого чугуна состоит из букв СЧ и цифры, показывающей значение временного сопротивления при растяжении (кгс/мм²).

ГОСТ 1412-79 предусматривает 11 марок серых чугунов: СЧ 10 – из него изготавливают детали, для которых прочностная характеристика не является обязательной, - опоки, арматуру, декоративные детали, фундаментные плиты, корпусные детали неответственного назначения;

СЧ 15, СЧ 18 – из этих чугунов производят различные машиностроительные, автотракторные и станочные корпусные малонагруженные детали, рычаги, маховики, корпуса фильтров, фланцы, звездочки цепных передач;

СЧ 20, СЧ 21, СЧ 24, СЧ 25 – эти чугуны рекомендуется применять для изготовления базовых корпусных деталей повышенной прочности и износостойкости, детали к которым предъявляются требования герметичности при давлении до 8МПа (80 кгс/см²), корпусов коробок передач, цилиндров, золотников и т.п.

СЧ 30, СЧ 35, СЧ 40, СЧ 45 – чугуны этих марок применяются для литья корпусов высокой прочности и износостойкости, а также деталей, к которым предъявляются требования герметичности при давлении свыше 8МПа (80 кгс/см²), - корпусов зажимных и поводковых патронов, зубчатых колес, кронштейнов, салазок столов и суппортов, деталей с поверхносной закалкой, дизелей и двигателей внутреннего сгорания, поршневых колец, коленчатых и распределительных валов.

Стандарт нормирует предел прочности при изгибе для серых чугунов указанных марок 274 – 637 Н/мм² (28 -65 кгс/мм²), твердость от 143 до 289 НВ и химический состав с указанием массовой доли таких элементов, как углерод (2, 2 – 3, 7 %), кремний, марганец, сера (0, 02 – 0, 15 %) и фосфор (0, 02 – 0, 3 %). Чем выше цифра в обозначении марки чугуна, тем ниже массовая доля углерода, серы и фосфора в нем.

Высокопрочный чугун с шаровидным графитом.

Высокопрочный чугун получают путем введения магния (до 0, 9%) и церия (до 0, 05%) в жидкий серый чугун перед разливкой его в формы. Основная часть этих модификаторов испаряется, окисляется и переходит в шлак, так что в твердом металле обнаруживается не более 0, 01% этих элементов. Магний и церий активно удаляют из чугуна серу. Но главная роль их заключается в том, чтобы изменить чешуйчато-пластинчатую форму графита на шаровидную

Рис.42. Микроструктуры высокопрочных чугунов,

а – высокопрочный чугун на ферритной основе;

б – высокопрочный чугун на феррито-перлитной основе.

После модифицирования чугуна магнием или церием в ковш добавляют 75%-ный ферросилиций. В отличии от модифицированного серого чугуна высокопрочный чугун имеет более высокое содержание углерода и кремния и пониженное содержание марганца.

Металлическая основа высокопрочного чугуна состоит из феррита и перлита или только из перлита (Рис.42.) В этом чугуне сочетаются ценные свойства стали и чугуна. он обладает сравнительно высокой прочностью при достаточной пластичности и вязкости. Изделия из высокопрочного чугуна благодаря его повышенное износостойкости могут работать в условиях трения. Высокопрочный чугун лучше, чем серый, сохраняет свою прочность при нагреве, поэтому может работать при температурах до 400º С (серый чугун выдерживает температуру до 250º С).

Маркируются высокопрочные чугуны по пределу прочности (σ _в) и относительному удлинению (δ), например Вч 45-5, где 45 кгс/мм² – предел прочности, а 5% -относительное удлинение.

Стандарт предусматривает 10 марок высокопрочных чугунов: ВЧ 38-17, ВЧ 42-12, ВЧ 45-5, ВЧ 50-7, ВЧ 50-2, ВЧ 60-2, ВЧ 70-2, ВЧ 80-2, ВЧ 100-2, ВЧ 120-2.

Из высокопрочных чугунов изготавливают многие детали, которые ранее получали из стали, базовые к корпусные детали повышенной прочности (корпуса и станины станков, крупные планшайбы, гильзы, каретки, цилиндры, кронштейны, зубчатые колеса, накладные направляющие станков и детали с поверхностной закалкой).

Ковкий чугун.

В структуре ковкого чугуна графит имеет хлопьевидную форму. Такой графит называют углеродом отжига. По сравнению с серым чугуном ковкий обладает более высокой прочностью, пластичностью и вязкостью. Свое название он получил потому, что имеет повышенную пластичность. Ковке в прямом понимании этого слова чугун не подвергается.

Процесс получения отливок из ковкого чугуна включает две стадии: изготовление фасонных отливок из белого чугуна и отжиг полученных отливок с целью графитизации цементита. При отжиге происходит разложение цементита белого чугуна с образованием графита хлопьевидной формы. В результате этого хрупкие и твердые отливки становятся пластичными и более мягкими. В зависимости от условий и режима отжига структура чугуна может иметь ферритную, перлитную и ферритно-перлитную металлическую основу. Отжиг ковкого чугуна – весьма продолжительный процесс, занимающий 70-80 часов. Однако его можно ускорить путем закалки отливок из белого чугуна перед графитизацией, а также модифицированием чугуна алюминием, бором, висмутом или титаном, что позволяет сократить продолжительность отжига до 35-40 часов.

Маркируется ковкий чугун по тому же принципу, что и высокопрочный.

ГОСТ 1215-79 предусматривает 11 марок ковкого чугуна. Чугуны ферритного (Рис.43.) класса КЧ 35-10 и КЧ 37-12 используют для производства деталей, эксплуатируемых при высоких динамических и статических нагрузках (картеров, редукторов, ступиц, задних мостов, кронштейнов), а чугуны марок КЧ 30-6 и КЧ 33-8 – для изготовления менее ответственных деталей (гаек, вентилей, глушителей, тормозных деталей, педалей, гаечных ключей и т.п.). Ковкие чугуны перлитного класса марок КЧ 50-4, КЧ 50-5, КЧ 60-3, КЧ 65-3, КЧ 70-2, КЧ 80-1, 5 обладают высокой прочностью, умеренной пластичностью и хорошим антифрикционными свойствами. Из них получают вилки карданных валов, шестерни, червячные колеса, поршни, втулки. Муфты, тормозные колодки, коленчатые валы. Твердость ковких ферритных чугунов – до 165 НВ, перлитных – до 320 НВ.

Рис.43. Микроструктура ковкого чугуна на ферритной основе.

Легированные чугуны.

Свойства чугуна можно улучшить путем введения в него легирующих элементов, оказывающих благоприятное влияние не только на его металлическую основу, но также на форму и размеры графитных включений, способствующих значительному измельчения структуры чугуна. Требования к легированным чугунам для отливок с повышенной жаростойкость, коррозионной стойкостью, износостойкостью или жаропрочностью регламентированы ГОСТ 7769-82.

В обозначении легированных чугунов буквы и цифры, соответствующие содержанию легирующих элементов, те же, что и марках стали.

Износостойкие чугуны, легированные никелем и хромом с добавлением титана, ванадия, меди, молибдена применяют для изготовления тормозных барабанов автомобилей, дисков сцепления, гильз цилиндров и др.

Легированные чугуны ЧН19Х3Ш и ЧН11Г7Ш обладают жаропрочностью при температурах до 600º С, из чугунов марок ЧН15Д3Ш и ЧН15Д7 производят гильзы цилиндров, головки поршней, седла и направляющие втулки клапанов и т.п.

Коррозионно-стойкий легированный чугун ЧНХТ, и ЧН2Х предназначен для изготовления маслосъемных колец, седел, направляющих втулок клапанов дизелей и газомотокомпрессоров, из чугуна марки ЧНХМД отливают блоки и головки цилиндров, выхлопных патрубков двигателей внутреннего сгорания, поршни и гильзы цилиндров паровых машин и т.п.

Антифрикционные чугуны используют в качестве подшипниковых сплавов, так как представляют группу специальных сплавов, структура которых удовлетворяет правилу Шарпи (включения твердой фазы в мягкой основе). ГОСТ 1585-85 включает шесть марок серого антифрикционного чугуна (АЧС-1 – АЧС-6) с пластинчатым графитом и две марки высокопрочного (АЧВ-1, АЧВ-2) и две марки ковкого (АЧК-1, АЧК-2) чугунов.

Легированные чугуны имеют широкое применение в различных областях промышленности.