Чугуном называют сплав железа с углеродом, в котором содержится более 2% углерода. Чугун получают восстановлением из природных руд железа с последующим насыщением его углеродом. Чугун выплавляют в высоких шахтных печах - домнах. Выплавляемые чугуны разделяются на передельные, специальные (ферросплавы) и литейные. Передельные и специальные чугуны в основном применяют для выплавки стали, а литейные чугуны - для отливки различных деталей станков и машин. Чугун обладает важными физическими и технологическими свойствами: невысокой температурой плавления (1180-1200° С), повышенными литейными свойствами и высокой износостойкостью. Значительная хрупкость и малая пластичность обычных чугунов является их основным недостатком. Однако другие свойства и экономичность чугуна вполне компенсируют его недостатки В зависимости от того, в каком состоянии и форме находится в чугуне углерод, чугуны разделяются на белые, серые, ковкие и высокопрочные. Белый чугун. В белом чугуне углерод находится в связанном состоянии - в химическом соединении - цементит . Наличие большого количества цементита придает белому чугуну высокую твердость, хрупкость и очень низкую обрабатываемость режущим инструментом. Кроме того, белый чугун обладает высокой износостойкостью. Его применяют главным образом для отливки деталей с последующим отжигом на ковкий чугун, например, мельничных шаров, вагонных колес, прокатных валков, причем в последних основа, или сердцевина, состоит из серого, а поверхность, работающая на истирание, из белого чугуна. Серый чугун. В сером чугуне весь углерод или значительная его часть содержится в свободном состоянии - в виде отдельных включений графита различной формы. Чугуны с большим количеством прямолинейных крупных графитовых включений имеют крупнозернистый излом и низкий предел прочности, а чугуны с мелкими графитовыми и гнездообразными включениями обладают более высокими механическими свойствами. Графит в структуре серого чугуна обычно определяют по полированному шлифу, без травления. Микроструктуру металлической основы серого чугуна выявляют и просматривают под микроскопом после травления. Она может состоять только из перлита или перлита и феррита с мелкими или крупными включениями фосфидной эвтектики. Содержание графита в чугуне зависит не только от его химического состава, но и от скорости охлаждения отливки. Чем больше кремния и чем медленнее охлаждаются отливки, тем больше выделяется графита. А такие примеси в чугуне, как сера и марганец, замедляют выделение графита (графитизацию). Серые чугуны имеют примерно следующий химический состав: 3,2-3,6% С (углерод); 1,7-3,0% Si (кремний); < 0,5% Mn (марганец); < 0,5% P (фосфор); <0,12% S (сера). Серый чугун маркируют по ГОСТ 1412-85. Например, у серого чугуна марки СЧ 10 буквы СЧ означают серый чугун, цифрами обозначают величину минимального временного сопротивления при растяжении в МПа*10 -1. Серый чугун применяют для отливки станин металлорежущих станков, блоков цилиндров, картеров коробок скоростей, поршневых колец и других деталей. Плавку чугунов обычно ведут в вагранках. Для повышения механических свойств чугуна и измельчения в нем пластинчатого графита в литейном производстве широко используют модифицирование. При этом способе перед разливкой в жидкий металл добавляют специальные присадки - модификаторы в количестве 0,1-0,4% к весу жидкого металла. Модификаторы раскисляют чугун и создают искусственные центры графитизации. Модификаторами могут быть силикокальций, ферросилиций, алюминий и др. Ковкий чугун. Название «ковкий» условное, практически чугуны не, куются. Ковкие чугуны получаются из отливок белого чугуна путем длительного отжига (томления) при высоких температурах. В результате длительного воздействия температуры цементит распадается, образуя структуру, состоящую из феррита (белый фон) и углерода отжига (темный фон). Ковкий чугун обладает повышенной прочностью при растяжении, невысокой пластичностью и высоким сопротивлением удару. По механическим свойствам он занимает промежуточное положение между сталью и серым чугуном. В зависимости от способа производства ковкий чугун разделяется на ферритный (черносердечный) и перлитный (белосердечный). Отливки из ферритного ковкого чугуна получают отжигом в нейтральной среде (ящики с отливками засыпают песком). Этот чугун в изломе имеет черную бархатистую сердцевину со светлым ободком. Ферритный ковкий чугун имеет следующий химический состав: 1,75-2,3% С (углерод); 0,85-1,2% Si (кремний); 0,5-0,6% Мn (марганец); не более 0,2% Р (фосфор) и не более 0,12% S (сера). С уменьшением содержания углерода механическая прочность чугуна возрастает, а литейные свойства ухудшаются. Для получения перлитного чугуна отливки из белого чугуна подвергают обезуглероживающему отжигу в окислительной среде. Этот чугун имеет серебристый излом. Макроструктура его резко изменяется по сечению: у поверхности отливки ферритная структура, ближе к центру перлито-ферритная или перлитная структура с углеродом отжига. Ковкий чугун получают в камерных и туннельных печах непрерывного действия. Для отжига в этих печах отливки из белого чугуна загружают в специальные горшки из жароупорной стали и засыпают кварцевым песком. В печах с защитной атмосферой отливки укладывают непосредственно в поддоны. В настоящее время отжиг отливок на ковкий чугун производят по ступенчатому циклу. Продолжительность отжига обычно составляет около 60 час, для ковких чугунов, модифицированных церием или висмутом, -32 часа. Процесс отжига состоит из двух стадий графитизации. Первая стадия заключается в медленном нагреве отливок до 900- 950°С и выдержке при этой температуре, когда первичный цементит распадается на графит и феррит. Вторая стадия состоит из выдержки отливок при температуре 740-760°С и распада цементита, входящего в перлит, на феррит и углерод отжига. Структура полностью отожженного ковкого чугуна будет содержать зерна феррита и графита. Перлитный ковкий чугун получают после неполного отжига (первая стадия графитизации). Для повышения вязкости в перлитный чугун иногда добавляют марганец и подвергают его неполному отжигу при температуре 650-750°С. При этом структура чугуна получается с зернистым перлитом. Из ковкого чугуна изготовляют картер заднего моста, чашки дифференциала, тормозные колодки, ступицы колес для грузовых автомобилей, муфты, втулки, храповики, полевые диски для тракторов и т. д. Высокопрочный чугун. В литейном производстве широко применяют модифицирование чугуна магнием, церием, висмутом для получения в нем графита не в виде пластинок, как в сером чугуне, а в форме глобулей (сфер). Модифицирование магнием, а затем ферросилицием позволяет получить структуру, состоящую из перлита, феррита и шаровидного графита. Магниевый чугун обладает прочностью литой стали и высокими литейными свойствами. Из магниевого чугуна изготовляют детали, подвергаемые ударам, воздействию переменных напряжений и износу, часто высокопрочный чугун называют чугуном с шаровидным графитом. Улучшение механических свойств всех чугунов производится модифицированием легированных чугунов, т. е. чугунов, имеющих в своем составе определенный процент хрома, никеля и титана. Механические свойства высокопрочных чугунов приведены в ГОСТ 7293-85. |