1.11. Применение чугунов.

Хорошие технологические, механические и служебные свойства чугунов обусловливают их широкое применение в машиностроении в качестве основных литейных материалов. Вместе с тем следует отметить, что по прочности чугуны в целом уступают сталям, и это предопределяет область их применения, - мало - и умеренно нагруженные детали.

На прочность чугунов влияют форма графита и структура металлической основы. При одинаковой форме графита прочность ферритных чугунов ниже, чем у перлитных. При одинаковой структуре матрицы прочность чугунов возрастает с изменением формы графита от пластинчатой к шаровидной.

Серые чугуны отличаются невысокой прочностью, что объясняется отрицательным влиянием пластинчатого графита. Графитовые включения, прочность которых ничтожно мала, являются, в сущности, трещинами в металлической основе чугуна, что резко ослабляет ее. Это обусловливает пониженную несущую способность серых чугунов при растяжении (σ_в=150…350МПа) и низкую эксплуатационную надежность из-за высокой хрупкости ( δ до 0,5%). Кроме того, следует отметить более низкий по сравнению со сталью модуль упругости Е серых чугунов: у серого перлитного чугуна значение Е=135ГПа, а у стали Е=214ГПа.

При изгибающих и сжимающих нагрузках отрицательное влияние пластинчатого графита проявляется значительно слабее. Преобладающее влияние при этих видах нагружения оказывает структура металлической основы чугуна. С увеличением количества перлита в структуре основы несущая способность серых чугунов возрастает в 2-4 раза. Поэтому серые чугуны целесообразно использовать для деталей, работающих в условиях изгибающих или сжимающих нагрузок. Но в реальных условиях эксплуатации исключить воздействие растягивающих нагрузок не представляется возможным. Поэтому критерием несущей способности серых чугунов остается σ_в – предел прочности при статическом растяжении. Этот показатель указывают в марке чугуна (СЧ15,СЧ35); он характеризует несущую способность отливок с толщиной стенки до 15мм. С увеличением толщины стенки от 15 до 150мм несущая способность этих чугунов при растяжении снижается в два раза. Серые ферритные чугуны применяют для малонагруженных, а серые перлитные – для умеренно нагруженных деталей, не испытывающих при эксплуатации значительных ударных нагрузок. Хорошие вибропоглощающие свойства серых чугунов ( в 2-4 раза выше, чем у стали) и износостойкость обусловливают их широкое применение в станкостроении идвигателестроении.

Чугуны с вермикулярным графитом (ЧВГ) по своим литейным свойствам не уступают серым чугунам, а по конструкционной прочности их превосходят. Это объясняется тем, что надрезывающее влияние вермикулярного графита существенно меньше по сравнению с пластинчатым. Поэтому несущая способность, эксплуатационная надежность и долговечность ЧВГ в целом выше, чем у серых чугунов. Эти чугуны отличаются также хорошей теплопроводностью, что обеспечивает их термостойкость – способность противостоять разрушению в условиях циклического теплового воздействия. Чугуны с вермикулярным графитом применяют вместо серого чугуна для изготовления крупных отливок сложной конфигурации, а также для деталей, работающих в условиях циклических силовых и тепловых нагрузок.

Хорошие литейные свойства исходного белого чугуна позволяют получать тонкостенные отливки сложной формы, которые затем подвергают длительному, до трех суток отжигу для получения структуры ковкого чугуна с хлопьевидным графитом. Отсутствие литейных напряжений, полностью снимающихся во время отжига, компактность и изолированность хлопьевидных графитовых включений обеспечивают повышенную прочность ковких чугунов. По своей несущей способности и эксплуатационной надежности эти чугуны в целом превосходят серые чугуны и ЧВГ и приближаются к высокопрочным чугунам. Из ковких перлитных чугунов изготавливают умеренно нагруженные детали, работающие в условиях изнашивания и циклических нагрузок. Ковкие ферритные чугуны применяют для малонагруженных деталей, а также для деталей автомобильного и тракторного электрооборудования, которые должны обладать малой остаточной индукцией.

Чугуны с шаровидным графитом (высокопрочные) не уступают по прочности литым углеродистым сталям, а по литейным свойствам, обрабатываемости резанием и вибропоглощающей способности их превосходят. Высокая прочность этих чугунов во многом определяется шаровидной формой графита, которая значительно меньше ослабляет металлическую основу по сравнению с пластинчатым графитом. В отличие от пластинчатых включений шаровидный графит не является активным концентратором напряжений. Поэтому высокопрочный чугун в ряде случаев применяют вместо литой стали и стального проката, серого и ковкого чугунов. Его применяют для деталей, работающих в условиях циклических нагрузок и изнашивания. Примеры применения некоторых марок чугунов приведены в таблице 3.

Таблица 3.

Примеры применения некоторых марок чугунов

Тип чугуна, форма графита	Структура металлической основы	Марка чугуна	Механические свойства				Применение
			σв, МПа	δ, %	σ-1, МПа	НВ
Серые чугуны с пластинчатым графитом	Феррит	СЧ10 СЧ15	100 150	<0,5 <0,5	60 68	190 190	Корпусные детали, диски сцепления, тормозные барабаны, блоки цилиндров, выпускные коллекторы, шкивы
	Феррит + перлит	СЧ25	250	>>	115	200
	Перлит	СЧ35	350	>>	145	230
Чугуны с вермикулярным графитом	Феррит	ЧВГ-30	300	3	─	150	Картеры (массой до 40кг), чашки дифференциала (до 22кг), корпусы подшипников и коробок передач
	Феррит + перлит	ЧВГ-40	400	1,5	─	190
	Перлит	ЧВГ-45	450	0,8	─	230
Ковкие чугуны с хлопьевидным графитом	Феррит + до 10% перлита	КЧ37 -12	370	12	160	130	Картеры, крышки дифференциалов и коренных подшипников, шатуны, коленчатые валы
	Перлит + до 10% феррита	КЧ80 -1,5	800	1,5	─	300
Высокопрочные чугуны с шаровидным графитом	Феррит	ВЧ-35	350	22	─	160	Ступицы колес, тормозные барабаны, картеры, коленчатые и распределительные валы, головки блоков цилиндров, зубчатые колеса
	Феррит + перлит	ВЧ-60	600	3	─	210
	Перлит	ВЧ-80 ВЧ-100	800 1000	2 2	─	300 320

Для деталей, работающих в сложных условиях, применяют легированные чугуны со специальными свойствами: жаростойкие, износостойкие, коррозионно-стойкие, жаропрочные. Это низколегированные и высоколегированные хромистые чугуны (ЧХ1,ЧХ32), кремнистые (ЧС5,ЧС17), алюминиевые (ЧЮХШ,ЧЮ30) и никелевые (ЧНХТ,ЧН20Д2Ш). Преимущественная область применения этих чугунов – высоконагруженные карбюраторные и дизельные ДВС. Для повышения работоспособности чугунные детали подвергают различным видам термической обработки.