Чугуны. Их классификация и маркировка.

В отличие от сталей, чугуны имеют более высокое содержание углерода, заканчива- ют кристаллизацию образованием эвтектики (лидебурита) с содержанием углерода 4,3%, обладают низкой способностью к пластической деформации и высокими литейны- ми свойствами.

Чугуны по назначению бывают передельными, специальными (ферросплавы) и литейными. Передельные и специальные чугуны используют для последующей вы- плавки сталей и чугуна. Около 20 % всего выплавляемого чугуна используют для изго- товления литья.

Литейные чугуны обладают малой усадкой, большой жидкотекучестью, относительно невысокой температурой плавления и хорошей обрабатываемостью резанием.

В литейном чугуне обычно содержится не более 4,0% углерода. Кроме углерода обя- зательно присутствуют примеси S, Р, Мn, Si, причем в значительно большем количестве, чем в углеродистой стали.

По степени графитизации, определяющий вид излома, чугуны делятся на серые, белые, половинчатые и ковкие.

По форме включений графита чугуны делятся на чугуны с пластинчатым, шаро- видным (высокопрочные), хлопьевидным и вермикулярным (ковкий чугун) графитом.

По характеру металлической матрицы (основы) чугун делится на перлитный, ферритный, перлито-ферритный, аустенитный, бейнитный, мартенситный.

По назначению чугун бывает конструкционный и со специальными свойствами. По химическому составу различают легированный и нелегированный чугун.

Серый чугун, в котором весь углерод или его большая часть находится в свободном состоянии в виде пластинчатого графита, а содержание углерода в связанном состоянии в виде цементита составляет не более 0,8 %. Он обладает малой чувствительностью к внешним концентраторам напряжений при циклическом нагружении и высоким (в 2-4 раза больше, чем у стали) коэффициентом поглощения колебаний при вибрационных нагрузках. Важная особенность серого чугуна – более высокое, чем у стали отношение прела текучести к пределу прочности при растяжении. Он обладает высокими антифрик- ционными свойствами. Свойства серого чугуна зависят от структуры металлической матрицы, формы, величины и характера распределения включений графита. Перлитный серый чугун имеет высокие прочностные свойства. Перлито-ферритный серый чугун из- за более низких механических свойств используется для менее ответственных деталей.

Белый чугун – сплав, в котором избыточный углерод присутствует в связанном со- стоянии в виде карбидов железа (цементит) или в так называемых специальных карби- дов (в легированных чугунах). Такой чугун имеет низкие механические свойства и повы- шенную хрупкость. Легирование белого чугуна хромом, вольфрамом, молибденом и др. элементами повышает его износостойкость.

Половинчатый чугун содержит часть углерода в свободном состоянии в виде гра- фита, а часть – в связанном состоянии в виде карбидов. Применяется для изготовления деталей, работающих в условиях сухого трения из-за высоких фрикционных свойств, а также имеет высокую износостойкость.

Ковкий чугун изготавливается переплавкой белого чугуна с последующим графити- зирующим отжигом, в результате чего графит приобретает форму хлопьев. Ковкий чугун обладает лучшей чем сталь демпфирующей способностью, меньшей чувствительностью к надрезам, удовлетворительно работает при низких температурах. Механические свой- ства ковкого чугуна определяются структурой металлической матрицы, количеством и степенью компактности включений графита. Металлическая матрица в зависимости от типа термообработки может быть ферритной, перлито-ферритной и перлитной. Наибо- лее высокими свойствами обладает ковкий чугун с металлической матрицей в виде зер- нистого перлита (он может заменять литую или кованую сталь). Ферритный ковкий чугун обладает повышенной пластичностью. Для интенсификации процесса графитизации ковкий чугун модифицируют теллуром, бором, магнием и другими элементами.

Высокопрочный чугун характеризуется шаровидной или близкой к ней формой гра- фита. Получают модификацией магнием, селеном, кадмием. Шаровидный графит в наи- меньшей степени ослабляет металлическую матрицу, что приводит к резкому повыше- нию механических свойств чугуна с чисто перлитной или бейнитной структурой, прибли- жая их свойства к свойствам углеродистой стали. При чисто ферритной матрице обеспе- чивается высокая пластичность. Высокопрочный чугун обладает хорошими литейными и технологическими свойствами. Высокопрочные чугуны, имеющие включения так назы- ваемого вермикулярного графита (при рассмотрении в микроскоп – утолщенные изогну- тые пластины со скругленными краями), по свойствам занимают промежуточное поло- жение между чугунами с шаровидным и пластинчатым графитом. Такие чугуны облада- ют хорошими технологическими свойствами при небольшой объемной усадке и высокой теплопроводностью.

Легированные чугуны содержат легирующие элементы (Ni, Cr, Cu, Al, Ni, W, V, Mo и др.) для придания особых свойств (износостойкости, жаростойкости, жаропрочности, кор- розионностойкости, немагниности и др. при хороших прочностных и эксплуатационных характеристиках. По степени легирования различают низколегированный (суммарное содержание легирующих элементов до 2,5%), среднелегированный (от 2,5 до 10%) и высоколегированный (более 10%) чугун. Низколегированный чугун имеет перлитную или ферритную, среднелегированный – мартенситную, а высоколегированный аустенит- ную или ферритную структуру металлической матрицы.

Маркировка чугунов состоит из букв, указывающих на его основной характер и на- значение: СЧ - серый чугун, ВЧ – высокопрочный чугун, КЧ – ковкий чугун. Цифры в обо- значении указывают на механические свойства чугуна: для серого – предел прочности на растяжение и изгиб (в кгс/мм2); для высокопрочного и ковкого - предел прочности при растяжении (в кгс/мм2) и относительное удлинение (%). Например, СЧ 24-40, КЧ 55- 3, ВЧ 60-2.

В обозначении легированных чугунов указываются легирующие элементы (буквой) и их среднее %-ное содержание (например: ЧН19Х3 – легированный чугун, содержащий примерно 19% никеля и 3% хрома). Если среднее содержание элемента не превышает 1%, цифра не ставится. Если в легированном чугуне регламентируется шаровидная форма графита, в конце марки ставиться буква Ш (например, ЧН19Ч3Ш)