Чугуны (белый, серый, высокопрочный, ковкий). Получение, структура, маркировка область применения

Чугуны отличаются от сталей по составу: содержат больший процент углерода и по технологическим свойствам: чугуны имеют лучшие литейные свойства.

Чугуны делятся:

· Белые. В белых чугунах весь углерод находится в химически связанном состоянии в виде цементита Fe₃C. Белые чугуны получают путём кристаллизации по метастабильной диаграмме железо-цементита.

В сером, ковком и высокопрочном чугунах углерод полностью или частично находится в свободном состоянии в виде графита. Отличаются эти чугуны формой графитовых лучей. В сером чугуне графит имеет пластинчатую форму, в ковком – хлопьевидную, в высокопрочном – шаровидную.

Графитовые включения располагаются в металлической основе, которая может быть перлитной, феррито-перлитной или ферритной. В том случае, если металлическая основа ферритная – весь углерод находится в свободном состоянии в виде графита. В том случае, если феррито-перлитная или перлитная основа – только часть углерода находится в свободном состоянии, а оставшаяся часть связана в цементите, входящем в состав перлита. Перлит – смесь феррита и цементита.

· Серые. Получают по диаграмме равновесного состояния железо-графит, при очень малых скоростях охлаждения, при t=1153°…1147° и при t=738°…727°. При температурах 1153°…1147° жидкость распадается не с выделением цементита, а с образованием графита в пластинчатой форме, а при температурах 738°…727° аустенит распадается не с образованием цементита, а с образованием графита. В сером чугуне графит имеет пластинчатую форму. Серый чугун маркируют: СЧ10;СЧ15;СЧ20;СЧ25. Цифра указывает на предел прочности при растяжении в кг силы/мм²

Применяют для изготовления тормозных барабанов, блоков, цилиндров, крупногабаритных деталей-станков, изделия и детали сложной формы, т.к. СЧ обладает высокими литейными свойствами, т.е. жидкотекучестью (способностью сплава заполнять форму)

· Ковкие. Получают графитизирующим отжигом из белого доэвтектического чугуна.

Отжиг белого доэвтектического чугуна на ковкий чугун. Линия PSK=727°. Структура: БЧ=П+Ц. При комнатной температуре структура белого доэвтектического чугуна: БЧ=П+Ц. При нагреве выше t=727° перлит→аустенит, а цементит остаётся без изменений.

В процессе выдержки при этой температуре цементит распадается на аустенит + графит. Если выдержку прервать, то структура будет представлена перлитом, нераспавшимся цементитом и графитом хлопьевидной формы.

Если весь цементит при t>PSK распался на аустенит + графит, то после охлаждения до комнатной температуры получаем Ковкий Чугун на перлитной основе, что называется первой стадией отжига. На второй стадии происходит распад цементита, входящего в состав перлита: П(Ф+Ц), т.к. нагрев осуществляется ниже линии PSK. Если прервать распад цементита, входящего в состав перлита и охладить сплав до комнатной температуры, получится Ковкий Чугун на феррито-перлитной основе, если дать выдержку, при которой весь цементит распадётся, то после охлаждения получается Ковкий Чугун на ферритной основе.

Процесс превращения Белого Чугуна в Ковкий Чугун занимает не один десяток часов. Всё определяется структурой металлической основы.

Ковкий чугун маркируют: КЧ 430-6. Первая цифра указывает на предел прочности при растяжении (σ_В кг-сила/мм²). Вторая цифра показывает относительное удлинение (δ, %)

Применяется для изготовления гаек, тормозных колодок.

· Высокопрочные. Получают путём введения в расплав чугуна таких элементов: магний, иттрий в очень небольших количествах: 0,1%...0,5% от объёма расплава. Этот процесс называется модифицированием или микролегированием. В результате микролегирования графит приобретает шаровидную форму. Металлическая основа также представлена ферритом, феррито-перлитом или перлитом.

Высокопрочный чугун маркируется: ВЧ100 (100 является максимальной цифрой), где цифра показывает предел прочности при растяжении (σ_В кг-сила/мм²). Высокопрочный чугун применяют для замены стальных и кованных деталей (коленчатые валы, детали зубчатых колёс).