4.3. Чугуны

Чугуны отличаются от стали более высоким содержанием углерода, лучшими литейными свойствами, они дешевле стали. Но в тоже время чугун не способен в обычных условиях обрабатываться давлением. В чугунах имеются примеси марганца (он препятствует графитизации чугуна, нейтрализует вредное влияние серы и фосфора), кремния (способствует процессу графитизации), фосфора (повышает жидкотекучесть, износостойкость, но повышает хрупкость и ухудшает обрабатываемость) и серы (вредная примесь ухудшает литейные свойства, снижает жидкотекучесть, увеличивает усадку и повышает склонность к трещинообразованию). Чугуны со специальными свойствами легируются никелем, хромом, молибденом, медью и т.д.

По микроструктуре чугуны делят на белый чугун и серый.

Белые чугуны получили свое название по виду излома, который имеет матово белый цвет. В основном белый чугун содержит цементит и перлит, практически весь углерод в нем находится в связанном состоянии. Поэтому белые чугуны очень твердые и хрупкие, плохо обрабатываются режущим инструментом и в основном идут на переплавку в сталь и называются передельными чугунами (заэвтектические чугуны).

Белый чугун не находит применения в качестве конструкционного материала.

Доэвтектические чугуны после специальной термической обработки превращаются в ковкие чугуны. В них графит имеет хлопьевидную форму. Ковкие чугуны применяются в сельскохозяйственном , автомобильном и текстильном машиностроении, в судо- , котло-, вагоно- и дизелестроении. Этот чугун идет на изготовление деталей высокой прочности, которые подвержены сильному истиранию и ударным знакопеременным нагрузкам. К недостаткам ковкого чугуна можно отнести высокую стоимость.

Следует отметить также так называемые отбеленные чугуны. Это отливки, в которых поверхностный слой (12 – 30 мм) имеет структуру белого чугуна, а сердцевина серого. Технически это получают резким охлаждением поверхности в результате заливки в металлические формы (кокиль). Высокая прочность поверхностного слоя обеспечивает хорошую сопротивляемость против износа (особенно абразивного), поэтому отбеленные чугуны применяют для прокатных валков листовых станов, колес, шаров для мельниц. (Примерный состав – С –2,8 –3,6%, 0,5 – 0,8 кремния, 0,4 – 0,6 марганца).

Серый чугун также называют по виду излома – имеет серый цвет. Он содержит в основном перелит и графит, причем графит чаще всего присутствует в виде пластинок. Наибольшее распространение получили доэвтектические чугуны (до3,8% С) . Чем больше графита , тем хуже механические свойства. Серые чугуны это литейные чугуны. Серый чугун является дешевым конструкционным материалом, хорошо обрабатывается резанием, сопротивляется износу, обладает свойством гасить вибрацию, поэтому используется при изготовлении станин различного оборудования, коленчатых и распределительных валов автомобилей и т.д. Маркировка серых чугунов - СЧ.

Одной из разновидностей серых чугунов является ферритный. Содержит феррит и графит в свободном состоянии. Он применяется для менее ответственных деталей, испытывающих меньшие нагрузки: это фундаментные плиты, литые детали с/х машин, тракторов, станков и т.д.

Разновидностью серого чугуна является и высокопрочный чугун модифицированный магнием. В таких чугунах графит имеет шаровидную форму. Для получения высокопрочного чугуна в жидкий чугун одновременно с магнием добавляют ферросилиций. В результате получаются мелкие включения графита и это значительно повышает его прочность. Из высокопрочного чугуна изготовляют детали прокатных станов, кузнечно-прессовочное оборудование, детали паровых турбин. Они имеют более высокие механические свойства и они могут быть использо­ваны вместо поковок и отливок из углеродистой стали для деталей машин, работающих в тяжелых условиях. Маркируются высокопрочные чугуны буквами ВЧ - за которыми следует цифры, указывающие предел прочности при растяжении и относительное удлинение при растяжении, например, ВЧ45-5.

Для деталей работающих при повышенных температурах, применяют легированные серые чугуны, которые дополнительно содержат хром, никель, молибден, алюминий.

Кроме перечисленных чугунов существует целый класс чугунов со специальными свойствами.

Они применяют в тех случаях, когда отливка, кроме прочностных свойств должна обладать теми или иными специфическими свойствами – химической стойкостью, износостойкостью.

Магнитный чугун – используют для изготовления корпусов электрических машин, рам, щитов и т.д. Для этой цели лучшим является ферритный чугун с шаровидными включениями графита.

Немагнитный чугун – для кожухов и бандажей электрических машин. Для этих целей применяют никелемаганцовистый чугун (до 10 % марганца и 9% никеля) и др.

Аустенитный чугун – высокие показатели по кислотостойкости, щелочностойкости и жаропрочности - сплав нирезит – 14% никеля,7% меди и 2 % хрома.

Жаростойкий чугун содержит до 25% алюминия.