8.2. Будова, властивості, класифікація і маркування сірих чавунів

Із розгляду структур чавунів можна стверджувати, що їх металева основа схожа на структуру евтектоїдної або доевтектоїдної сталі або технічного заліза. Відрізняються від сталі тільки наявністю графітових включень, що визначають спеціальні властивості чавунів.

Залежно від форми графіту і умов його утворення розрізняють наступні групи чавунів (рис. 8.2): сірий – з пластинчастим графітом А; високоміцний – із кулькоподібним графітом Б; ковкий – із пластинчастим графітом В.

Схеми мікроструктур чавуну (залежно від металевої основи і форми графітових включень) представлені на рис. 8.2.

Високо-міцний

Ковкий

Сірий

Неметалева основа

Ферит

Ферит + Перліт

Перліт

Рис. 8.2. Схеми мікроструктур чавуну залежно від металевої основи і форми графітових включень

Найбільшого поширення набули чавуни із вмістом вуглецю 2,4–3,8 %. Чим вище вміст вуглецю, тим більше утворюється графіту і тим нижчі його механічні властивості, отже, кількість вуглецю не повинна перевищувати 3,8 %. У той же час для забезпечення високих ливарних властивостей вуглецю повинно бути не менше 2,4 %.

Вплив складу чавуну на процес графітизації

Вуглець і кремній сприяють графітизації, марганець ускладнює графітизацію і сприяє вибілюванню чавуну. Сірка сприяє вибілюванню чавуну і погіршує ливарні властивості, її вміст обмежений 0,08–0,12 %. Фосфор на процес графітизації не впливає, але покращує рідко текучість. Фосфор є в чавунах корисною домішкою, його вміст складає 0,3–0,8 %.

Вплив графіту на механічні властивості відливання

Графітові включення можна розглядати як відповідної форми порожнечі в структурі чавуну. Біля таких дефектів за умов навантаження концентрується напруга, значення якої тим більше, чим гостріша форма дефекту. Звідси витікає, що графітові включення пластинчастої форми в максимальній мірі приводять до зменшення міцності металу. Сприятливішою є пластинчаста форма, а оптимальною є куляста форма графіту. Пластичність залежить від форми аналогічно. Відносне видовження () для сірих чавунів складає0,5 %, для ковких – до 10 %, для високоміцних – до 15 %.

Наявність графіту знижує опір за жорстких способів навантаження: удар, розрив. Опір стисненню знижується мало.

Позитивні сторони наявності графіту:

• графіт покращує оброблюваність різанням, оскільки утворюється стружка зламу;

• чавун має кращі антифрикційні властивості, в порівнянні зі сталлю, оскільки наявність графіту забезпечує кращу антизадирну властивість поверхонь;

• через мікропорожнин, що заповнені графітом, чавун добре гасить вібрації і має підвищену циклічну в'язкість;

• деталі з чавуну не чутливі до зовнішніх концентраторів напруг (виточки, отвори, переходи в перетинах);

• чавун значно дешевше сталі;

• виробництво виробів із чавуну литтям дешевше за виготовлення виробів із сталевих заготовок обробкою різанням, а також литвом і обробкою тиском із подальшою механічною обробкою.

Сірий чавун

Структура не впливає на пластичність, яка є низькою, але впливає на твердість. Механічна міцність в основному визначається кількістю, формою і розмірами включень графіту. Дрібні, завихрені форми графіту знижують міцність. Така форма досягається шляхом модифікування. У якості модифікаторів застосовують алюміній, силікокальцій, феросиліцій.

Сірий чавун широко застосовується в машинобудуванні, оскільки легко обробляється, має хороші технологічні властивості та є найдешевшим конструкційним матеріалом.

Залежно від міцності сірий чавун поділяється на 10 марок (ГОСТ 1412).

Сірі чавуни за малого опору розтягуванню мають достатньо високий опір стисненню.

Сірі чавуни містять вуглецю 3,2–3,5 %; кремнію – 1,9–2,5 %; марганцю – 0,5–0,8 %; фосфору – 0,1–0,3 %; сірки – <0,12 %.

Структура металевої основи залежить від кількості вуглецю і кремнію. Зі збільшенням вмісту вуглецю і кремнію збільшується ступінь графітизації і схильність до утворення феритної структури металевої основи. Це веде до послаблення чавуну без підвищення пластичності.

Враховуючи малий опір відливків із сірого чавуну розтягуючим і ударним навантаженням, слід використовувати цей матеріал для деталей, які піддаються стискаючим навантаженням або згинанню. У верстатобудуванні це – базові, корпусні деталі, кронштейни, зубчаті колеса, направляючі; у автобудуванні – блоки циліндрів, поршневі кільця, розподільні вали, диски зчеплення. Відливки з сірого чавуну також використовуються в електромашинобудуванні, для виготовлення товарів народного споживання.

Позначаються індексом СЧ (сірий чавун) і числом, яке показує значення межі міцності СЧ 15 (15 кгс/см²; 1,5 МПа).