Серый чугун

Такое название чугун получил по виду излома, который имеет серый цвет.Д} структуре серого чугуна имеется графит. Поскольку структура чугуна состоит из металлической основы и графита (в форме пластин), то и свойства его будут зависеть от этих двух составляющих.

Графит по сравнению со сталью обладает низкими механическими свойствами и поэтому в некотором приближении можно считать, что места, которые он занимает, — это пустоты, трещины. Количественное соотноше­ние основы и пустот влияет на механические свойства чугуна, и с увеличени­ем последних свойства резко ухудшаются. Чем более грубы включения гра-

фита, тем, следовательно, больше разобщена металлическая основа, что от­рицательно сказывается на свойствах чугуна.

При растягивающих напряжениях легко образуются центры разрушения на концах графитных включений. Значительно лучше ведет себя чугун при напряжениях сжатия и изгибе.

Серые чугуны являются сплавами сложного состава, содержащими же­лезо, углерод, кремний, марганец и неизбежные примеси, такие, как сера и фосфор. Фосфор частично растворяется в феррите (~ 0,3%) и, кроме того, входит в тройную эвтектику (Fe—С—Р) с температурой плавления 950 °С; это существенно улучшает литейные свойства чугуна. Эта эвтектика очень твердая и хрупкая, что увеличивает износостойкость, а хорошие литейные свойства используются и в художественном литье (до 1% Р).

Сера — вредная примесь, снижает механические и литейные свойства чугунов и повышает склонность к образованию трещин.

Кремний входит в состав серых чугунов (1—3%) как основной элемент и обладает сильным графитизирующим действием; увеличивает выделение графита при затвердевании и разложении выделившегося цементита.

Марганец (0,2—1,1%) положительно влияет на механические свойства чугуна, но затрудняет процесс графитизации или способствует его отбеливанию. Таким образом, можно сказать, что степень графитизации напрямую зависит от количества углерода (2,2—3,7%) и кремния (1—3%) в чугуне.

В небольших количествах в серые чугуны могут попасть из руды хром, никель и медь, которые тоже влияют на условие графитизации. Количество графитных включений и структура основы влияют на свойства серого чугуна (рис. 4.9).

По структуре металлической основы серые чугуны разделяют на три вида.

1. Серый перлитный со структурой перлит + графит. (Количество свя­занного углерода составляет ~ 0,8%.)

2. Серый ферритно-перлитный со структурой феррит + перлит +графит. (Количество связанного углерода < 0,8.)

А б в

Рис. 4.9. Микроструктуры серых чугунов, х200:

а — серый чугун на перлитной основе; б — серый чугун на феррито-перлитной основе, в —

серый чугун на ферритной основе

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

Механические свойства серого чугуна зависят от свойств металличе­ской основы и ее количества, формы и размеров графитных включений (пустот).

Марка серого чугуна состоит из букв Сч (серый чугун) и цифры, по­казывающей значение временного сопротивления при растяжении (кгс/мм²). Показателями механических свойств серых чугунов в соответ­ствии с ГОСТ 1412—85 является прочность при статическом растяжении (табл. 4.6).

Таблица 4.6. Механические свойства серых чугунов

Чугун	о„МПа	НВ	Структура металлической основы
Сч15		163—229	Феррит
Сч25		180—250	Феррит + перлит
Сч40		207—285	Перлит
Сч45		229—289	»

Графит способствует измельчению стружки при обработке резанием и оказывает смазывающее действие, что повышает износостойкость чугуна. Номенклатура отливок из серого чугуна и их масса разнообразны: от деталей в несколько граммов до 100 т и более.

Ферритные серые чугуны марки СчЮ, Сч15 используются для слабо- и средненагруженных деталей: крышки, фланцы, маховики, суппорты, тормоз­ные барабаны, диски сцепления и т. д.

Ферритно-перлитные серые чугуны марки Сч20, Сч25 применяются для деталей, работающих при повышенных статических и динамических нагруз­ках: картеры двигателя, поршни цилиндров, барабаны сцепления, станины станков и другие отливки разного назначения.

Перлитный чугун применяют для отливки станин мощных станков и механизмов. Часто используют перлитные серые модифицированные чугуны. Такие чугуны получают при добавлении в жидкий чугун перед разливкой специальных добавок — ферросилиция (0,3—0,6% от массы шихты) или силикокальция (0,3—0,5% от массы шихты). К таким чугу-нам относятся Сч40 и Сч45, которые обладают более высокими механи­ческими свойствами из-за измельчения формы графитных включений. Эти марки чугунов применяются для корпусов насосов, компрессоров и гидроприводов.

Для деталей, работающих при повышенных температурах, применяют легированные серые чугуны, которые дополнительно содержат хром, никель, молибден и алюминий.