Характеристика и классификация чугунов

Чугуном называется сплав железа с углеродом, со­держащий углерод от 2 до 6,67%. Наряду с углеродом в чугуне содержится кремний, марганец, сера и фосфор. Содержание серы и фосфора в чугуне больше, чем в стали. Чугун делится по структуре — на белый, серый и ковкий; но химическому составу — на легированный и нелегированный.

Белый чугун — это такой чугун, в котором боль­шая часть углерода химически соединена с железом в виде цементита (Fe₃C), Цементит имеет светлый цвет, обладает большой твердостью и хрупкостью. Поэтому белый чугун также имеет в изломе светло-серый, почти белый цвет, очень тверд, не поддается механической об­работке и сварке, поэтому ограниченно применяется в качестве конструкционного материала. Белые чугуны используются для получения ковких чугунов.

Серый чугун — это такой чугун, в котором боль­шая часть углерода находится в свободном состоянии в виде графита. Серый чугун мягок, хорошо обрабатывает­ся режущим инструментом, в изломе имеет темно-серый цвет. Температура плавления серого чугуна — 1100— 1250° С. Чем больше в чугуне углерода, тем ниже тем­пература его плавления и выше жидкотекучесть.

Кремний уменьшает растворимость углерода в же­лезе, способствует распаду цементита с выделением свободного графита. При сварке происходит окисление кремния, окислы кремния имеют температуру плавления более высокую, чем свариваемый металл, и тем самым затрудняют процесс сварки.

Марганец связывает углерод и препятствует выделе­нию графита. Этим самым он способствует отбеливанию чугуна. Марганец образует сернистые соединения (MnS), не растворимые в жидком и твердом чугунах и легко-удаляемые из металла в шлак. При содержании марган­ца более 1,5% свариваемость чугуна ухудшается.

Сера в чугунах является вредной примесью. Она за­трудняет сварку, понижает прочность и способствует об­разованию горячих трещин. Сера образует с железом химическое соединение — сернистое железо, препятст­вует выделению графита и способствует отбеливанию чу­гуна. Верхний предел содержания серы в чугунах — 0,15%. Для ослабления вредного влияния серы в чугунах содержание марганца должно быть в три ра­за больше.

Фосфор в чугуне увеличивает жидкотекучесть и улучшает его свариваемость, но одновременно понижает температуру затвердевания, повышает хрупкость и твердость. Содержание фосфора в серых чугунах не должно превышать 0,3 %.

Наиболее прочен серый чугун марки СЧ 44-64, твер­дость по Бринеллю составляет от 229 до 289.

Ковкий чугун получают из белого чугуна терми­ческой обработкой — длительной выдержкой при тем­пературе 800—850° С. При этом углерод в чугуне выде­ляется в виде хлопьев свободного углерода, располагаю­щихся между кристаллами чистого железа. В зависимо­сти от режима термической обработки получают ковкий чугун ферритной или перлитной структуры.

При нагреве ковких чугунов свыше 900° С графит может распадаться и образовывать химическое соедине­ние с железом — цементит (Fe₃C), при этом деталь те­ряет свойства ковкого чугуна. Это затрудняет сварку ковкого чугуна, так как для получения первоначальной структуры ковкого чугуна его приходится после сварки подвергать полному циклу термообработки.

Ковкий чугун обозначают буквами КЧ и двумя чис­лами: первое указывает временное сопротивление при растяжении кгс/мм², второе — относительное удлинение

Легированные чугуны имеют специальные примеси хрома, никеля, молибдена, благодаря которым повышается его кислотостойкость, прочность при удар­ных нагрузках и др.

Высокопрочный чугун получают из серого чу­гуна специальной обработкой — введением в жидкий чугун при температуре не ниже 1400° С чистого магния или его сплавов. Графит в высокопрочном чугуне име­ет сфероидальную форму.

Дата добавления: 2015-08-17