Термическая обработка чугуна

Структура и свойства серого чугуна

Наибольшее применение в машиностроении имеют отливки из серого чугуна. Такое название чугун получил по виду излома, который имеет серый цвет из-за наличия в структуре свободного углерода в форме графита. Как известно, в белых чугунах графита нет - весь углерод там находится в виде цементита. В структуре серого чугуна следует различать металлическую основу и графитовые включения. По виду металлической основы различаются серые чугуны перлитные, перлито-ферритные и ферритные.

Металлическая основа серых чугунов соответствует структуре стали, но свойства стали определяются только металлической структурой, а свойства серого чугуна зависят также и от количества графитовых включений их формы и размеров. У обычных серых чугунов графит имеет форму пластинок или чешуек темно - серого цвета. Графит обладает низкими механическими свойствами, он нарушает сплошность металлической основы и действует как надрез или мелкая трещина. Располагаясь между зернами металлической основы, графит ослабляет связь между ними. Поэтому серый чугун плохо сопротивляется растяжению и имеет очень низкие значения пластичности и вязкости. Чем крупнее и прямолинейнее форма графитовых включений, тем хуже механические свойства серого чугуна.

Твердость серого чугуна, а также его сопротивление сжатию близки к свойствам стали, имеющей такую же структуру, как металлическая основа чугуна. Серые чугуны маркируются в зависимости от их механических свойств: СЧ12-18, СЧ24-44 и др. (ГОСТ 1412 - 54). Первые две цифры марки указывают предел прочности на разрыв в килограммах на квадратный миллиметр, а последние две цифры - предел прочности на изгиб в тех же единицах. Механические свойства серого чугуна можно несколько улучшить, если получить в отливках равномерно распределенный мелкопластинчатый графит. Это достигается путем специальной обработки чугуна, которая называется модифицированием. Сущность этой обработки состоит в том, что в жидкий чугун перед его разливкой в формы вводят небольшое количество силикокальция или ферросилиция (кремний в соединении с кальцием или железом). Эти добавки образуют дополнительные центры графитизации, в результате чего получается мелкопластинчатый графит. Чугун с таким графитом называется модифицированным. Он отличается более высоким сопротивлением разрыву, чем обычный серый чугун, но пластичность и вязкость его не улучшаются. Микроструктура модифицированного чугуна приведена на рис. 95. В последние годы в промышленность внедрен высокопрочный чугун, у которого графит имеет шаровидную форму.

Высокопрочный чугун получается путем добавки в жидкий чугун незадолго перед его разливкой небольшого количества магния, а затем ферросилиция (сплав кремния с железом). Иногда модифицирование магнием и ферросилицием осуществляют одновременно. В результате такого двойного модифицирования образуется графит округленной формы. Металлическая основа высокопрочного чугуна состоит из феррита и перлита или из одного перлита. Микроструктура высокопрочного чугуна. Высокопрочный чугун является новым конструкционным материалом, в котором сочетаются ценные свойства стали и чугуна.

Он обладает сравнительно высокой прочностью при достаточной пластичности и вязкости. В 1954 г. впервые появился стандарт на высокопрочный чугун - ГОСТ 7293 - 54. В этом ГОСТе имеется ряд марок высокопрочного чугуна: ВЧ60 - 2, ВЧ40 - 10 и др. Принцип маркировки здесь несколько иной, чем у серых чугунов: первые две цифры указывают предел прочности на разрыв в килограммах на квадратный миллиметр, а последние цифры - относительное удлинение в процентах. Ударная вязкость высокопрочного чугуна находится в пределах 2-4 кгм/см на ненадрезанных образцах. Высокопрочный чугун в ряде случаев с успехом заменяет стальное литье, что дает большой экономический эффект. Механические свойства рассмотренных чугунов можно заметно улучшить при помощи термической обработки.