Структура и свойства белых чугунов.

Если графитизация при кристаллизации чугуна не происходит, структура белых чугунов соответствует правой части диаграммы Fe –C.

Рис. 6.2. Диаграмма железо – углерод.

Если не происходит графитизация, то в соответствии с диаграммой Fe - C жидкий чугун с содержанием углерода 4.3% при температуре 1147С кристаллизуется с образованием эвтектики, состоящей из кристаллов аустенита и цементита. Эвтектика в системе Fe – C называется ледебурит. При охлаждении ледебурита кристаллы цементита не изменяются. Внутри кристаллов аустенита при охлаждении до 727С выделяется вторичный цементит и снижается содержание углерода в аустените, а при 727С аустенит превращается в перлит. В результате ледебурит содержит большое количество очень твердого цементита и твердость ледебурита настолько велика, что его невозможно обработать металлическим или абразивным инструментом. Доэвтектический белый чугун (2,14 – 4,3%С) состоит из ледебурита и перлита. В заэвтектическом белом чугуне между линиями ликвидус и солидус выделяются длинные светлые кристаллы первичного цементита. На линии солидус образуется ледебурит. Структура белых чугунов показана на рис. 6.3. Из - очень высокой твердости и отсутствия пластичности белые чугуны редко используют в технике. Из них делают валы листопрокатных станов холодной прокатки. Большие шары из белого чугуна используют для получения мелких камней, которые нужны для строительства домов и дорог.

Рис. 6.3. Структура белых чугунов, а – заэвтектический чугун, б – ледебурит (эвтектический чугун), в – доэвтектический чугун.

Чаще применяют детали, у которых поверхностный слой металла в определенных местах имеет структуру белого чугуна, а в середине – серый чугун. Для этого при изготовлении литейной формы на границу с жидким металлом закладывают стальные пластины. Тонкий слой чугуна остывает очень быстро и образуется (рис. 1) слой со структурой белого чугуна, имеющий высокую стойкость к износу.

Структура и свойства серых чугунов.

Структура серого чугуна состоит из графита и металлической основы. Чем сильнее прошла графитизация, тем меньше в металлической основе углерода и тем большую площадь занимают кристаллы феррита. Если не весь углерод попал в графит, то часть площади металлической основы занимает перлит. Чем больше в металлической основе перлита, тем выше твердость серого чугуна.

В обычном сером чугуне графит имеет форму пластинок. Чем меньше размер пластинок графита, тем выше прочность серого чугуна. Для измельчения графита в жидкий чугун перед заливкой в литейную форму добавляют МОДИФИКАТОРЫ. Это вещества, которые влияют на процесс кристаллизации (FeSi, SiCa и другие).

Нужно специально отметить, что в чугунах твердость и прочность не связаны между собой и не связаны с содержанием углерода в сером чугуне. Твердость и прочность серого чугуна зависят в первую очередь от технологии производства данной детали. Пластичность и ударная вязкость серого чугуна близки к нулю. Обычно эти величины не контролируют при производстве и не включают в стандарты.

Серые чугуны часто используют для изготовления различных деталей, даже при их низкой пластичности. Это делают, так как:

- серый чугун – самый дешевый металлический материал, его получают в доменной печи и для дальнейшей переплавки чугуна в сталь требуются дополнительные затраты

- серый чугун имеет хорошие литейные свойства, его температура плавления примерно на 400С ниже, чем у стали (см. рис. 6.2); чугун в жидком состоянии течет (заполняет литейную форму) лучше, чем сталь

-серый чугун проще и дешевле обрабатывать на металлорежущих станках, чем сталь. Твердость серого чугуна не выше, чем у доэвтектоидных сталей, а пластичность мала. При обработке резанием стружка скалывается и легко отделяется от детали, обработка может проводиться быстро, инструмент работает долго

- серый чугун имеет коэффициент трения с другими металлами ниже, чем сталь, так как графит в структуре играет роль смазки

- серый чугун гасит вибрацию, так как вибрационные колебания много раз отражаются от пластин графита, и в процессе беспорядочного движения затухают. При постройке кораблей судовую энергетическую установку часто устанавливают на толстую плиту из серого чугуна, чтобы неизбежная вибрация двигателя не передавалась через стальной корпус в каюты экипажа и пассажиров

Трещины при работе деталей из серого чугуна растут медленно, хотя его пластичность мала. Пластины графита расположены через малые промежутки, любая трещина попадает острой частью в пластину графита и теряет способность развиваться дальше.

Маркируют серый чугун СЧ28, СЧ32. Это значит, что при испытаниях на растяжение предел прочности составил 280 или 320 МПа.