Короткі теоретичні відомості. Сплав заліза з вуглецем в якому вуглецю більше 2,14%, називається чавуном

Сплав заліза з вуглецем в якому вуглецю більше 2,14%, називається чавуном. Мікроструктури чавунів характеризуються частиною діаграми стану Fе-Fе₃С. Існування легкоплавкої евтектики в структурі забезпечує кращі ливарні властивості порівняно зі сталлю, а більш низька температура плавлення створює не тільки зручності в роботі, а й кращу рідкотекучість і заповненість форми.

Класифікація чавунів:

Ø За твердістю чавуни класифікують на м'які НВ< 149, середні НВ =149–197, підвищеної твердості НВ =197–269 і тверді НВ> 269.

Ø За міцністю чавуни класифікують на звичайну міцність (σ_в < 200 МПа), підвищену міцність (σ_в = 200–380 МПа) і високу міцність (σ_в >380 МПа).

Ø За пластичністю чавуни класифікують на непластичні (δ <1 %), малопластичні (δ =1–5 %), пластичні (δ =5–10 %) і підвищеної пластичності (δ >10%).

Ø За експлуатаційними характеристиками чавуни підрозділяють на зносостійкі, антифрикційні, корозійностійкі, жароміцні, жаростійкі, немагнітні.

Ø За формою графіту розрізняють чавуни з пластинчастим (СЧ), кулястим або глобулярним (ВЧ), хлопоподібним або гніздоподібним графітом (КЧ) і вермикулярним графітом (ЧВГ).

Ø За структурою металевої матриці чавуни діляться на феритні, перлітові, аустенітні, білі та зі змішаною структурою – перлітно-феритні, половинчасті (перліт + цементит), аустенітно-мартенситні та ін.

Ø Залежно від того, в якому стані виділяється вуглець: в зв'язуючому стані у вигляді цементиту Fе₃С або у вільному у вигляді графіту, чавуни поділяються на білі і сірі. Цементит надає зламу срібно-білого кольору. Тому чавун, в якому весь вуглець міститься у вигляді цементиту, називається білим.

Графіт надає зламу сірого кольору, тому чавуни називаються сірими. До групи сірих чавунів належать також високоміцні і ковкі чавуни. Ці чавуни відрізняються формою графіту і умовами його утворення.

На структуру чавунів, що практично застосовуються, впливає хімічний склад. Найбільш широке застосування дістали доевтектичні чавуни, які мають 2,3–3,8 % С (граничний зміст вуглецю в чавунах становить 5 %). Але чавун - не подвійний залізовуглецевий сплав, він містить у собі кремній, марганець, сірку і фосфор. Кремній дуже впливає на структуру чавуну, посилюючи графітизацію. Зміст кремнію в чавунах коливається від 0,3 до 5 %. Наявність кремнію сприяє поліпшенню ливарних властивостей, знижує температуру плавлення чавуну і збільшує рідкотекучість. Марганець, на відміну від кремнію, перешкоджає графітизації, тобто сприяє відбілюванню чавуну. Слід зазначити, що зміст марганцю від 0,4 до 0,6 % за наявності сірки є графітизуючою домішкою, тому що з'єднуючись із сіркою, MnS сприяє вилученню сірки з чавуну.

Фосфор практично не впливає на процес графітизації. Однак фосфор є корисною домішкою чавуну, адже він поліпшує рідкотекучість за рахунок утворення подвійної або потрійної евтектики, що плавиться за 980 ºС. Сірка – шкідлива домішка. Вона сприяє збільшенню зв’язуючого вуглецю, тобто відбілюванню, одночасно погіршуючи ливарні властивості. Зміст сірки не повинен перевищувати 0,15 %.

Елементи – кремній, титан, нікель, мідь, алюміній, що сприяють виділенню графіту, називають графітизуючими.

Елементи – марганець, молібден, сірка, хром, ванадій, вольфрам, які сприяють зв'язуванню вуглецю у вигляді цементиту, називають карбідоутворюючими. Змінюючи вміст у чавуні вуглецю і кремнію, а також швидкість охолодження виливання, можна отримати різну структуру чавуну. Відливаючи із чавуну одного складу деталі різної товщини, можна отримати різну структуру. Для приблизного визначення структури чавунів залежно від змісту домішок і швидкості охолодження користуються так званими структурними діаграмами.

Чавун в одній виливці може мати різну структуру. Швидкість охолодження на поверхні виливки більша, ніж у середині, а якщо швидкість охолодження буде більшою, утвориться більше цементиту. Тому на поверхні ступінь графітизації менший. Для визначення залежності структури чавуну від таких факторів, як кількість вуглецю, кремнію і швидкості охолодження, користуються структурною діаграмою, що зображена на рис. 1.

Залежно від ступеня графітизації металева основа чавуну має феритну, ферито-перлітну і перлітну основу.

Рис 1. 1 – білий чавун, 2 – половинчастий чавун, 3, 4, 5 – сірий перлітний, сірий

ферито-перлітний і сірий феритний відповідно