3.6. Чугуны

Чугунами называют железоуглеродистые сплавы с содержанием уг­лерода более 2,14 %.

Чугуны принято подразделять:

• на белые, у которых весь углерод находится в связанном со­стоянии в форме цементита (см. рис. 17);

• серые, у которых углерод находится в частично связанном, частично свободном состоянии в форме графита;

• ковкие, у которых углерод почти полностью выделяется в сво­бодном состоянии.

Белые чугуны имеют большую твердость (4500...5500 МПа), они хрупки и потому используются преимущественно для переплавки в сталь или чугуны других разновидностей.

Серые чугуны получили свое название по виду излома, который име­ет серый цвет. Структурно серый чугун состоит из металлической основы и графита (в форме пластин), и потому его свойства зависят от этих со­ставляющих.

По структуре металлической основы серые чугуны подразделяют:

• на перлитный со структурой перлит + графит (количество свя­занного углерода - 0,8 %);

• ферритно-перлитный со структурой феррит + перлит + графит (количество связанного углерода менее 0,8 %);

• ферритный со структурой феррит + графит (весь углерод в ви­де графита).

Серые чугуны обладают хорошими литейными качествами - жидкоте- кучестью, хорошо заполняют формы, имеют малую усадку при затвердении.

Марки серых чугунов состоят из букв Сч (серый чугун) и цифры, пока­зывающей значение временного сопротивления при растяжении в кг/мм².

По величине графитовые включения в серых чуг^нах бывают круп­ные, средние и мелкие; по форме - прямолинейные или завихренные; по расположению — равномерные, гнездовые и эвтектические.

Схематично формы графитовых включений представлены на рис. 22

Механические свойства серых чугунов зависят от металлической ос­новы, количества, размера, формы и расположения графитовых включе­ний, а также наличия других примесей.

Наиболее мягки и менее прочны чугуны на ферритовой основе, наи­более тверды и прочны — на перлитовой.

Включения графита нарушают структуру металлической основы чу­гунов и поэтому понижают их прочность. Чем больше графита в чугуне, тем хуже его свойства. Обычно в сером чугуне содержится 2,8—4 % угле­рода, из них 2-3 % — в виде графита.

При одинаковом количестве графита на механические свойства чу­гуна оказывают влияние величина графитовых включений, их форма и ха­рактер распределения в металлической основе. Крупные включения графи­та снижают прочность металлической основы у серых чугунов значитель­но больше, чем мелкие, разобщенные, шаровидные включения.

На свойства серых чугунов оказывают влияние и примеси - кремний, марганец, сера, фосфор. Содержание кремния в серых чугунах колеблется в пределах от 1,5 до 4,5 %, марганца - от 0,5 до 1,2 %. При большом со­держании марганец отбеливает чугун и повышает его хрупкость. Сера ухудшает литейные свойства (увеличивается густоплавкость и усадку при затвердении), повышает хрупкость и твердость чугунов. Обычное содер­жание серы - не более 0,6 %. Фосфор улучшает литейные свойства серого чугуна (увеличивает жидкоплавкость и уменьшает усадку). Допустимое содержание фосфора - ог 0,1 до 1 %.

Серый чугун, применяемый в строительстве, должен иметь предел прочности при растяжении не менее 120 МПа, предел прочности при изги­бе - 280 МПа.

Таблица 4

Физико-механические свойства чугунов различной структуры

Наиме­нование чугуна	Марка чугуна	Структу­ра метал­лической основы	Форма графита	Твердость HB, МПа	Временное сопротив­ление растяже­нию, МПа	Относи­тельное удлине­ние, %
Серый	СЧ-10; СЧ-15	Феррит- ная и ферритно- перлитная	Крупные и средних размеров пластинки	1200-2400	100-150	-
	СЧ-18; СЧ-25; СЧ-30; СЧ-40	Перлит­ная (сор- битовая)	Мелкие завихрен­ные пластинки	2550-2900	180-400	-
Высоко­прочный	ВЧ35-22; ВЧ40-15; ВЧ45-10	Феррит- ная и ферритно- перлитная	Шаро­видная	1400-1700; 1400-2020; 1400-2250	350 420 450	22 15 10
	ВЧ50-8; ВЧ60-3; ВЧ70-2; ВЧ100-2	Перлит­ная	Шаро­видная	1530-2450; 1920-2770; 2280-3020; 2700-3600	500 600 700 1000	8 3 2 2
Ковкий	КЧ30-6; КЧЗЗ-8; КЧ35-10; КЧ37-12	Феррит- ная	Хлопье­видная	1000-1630	300 330 350 370	6 8 10 12
	КЧ50-8; КЧ60-10; КЧ63-12	Перлит­ная	Хлопье­видная	2410-2690	500 600 630	4 3 2

Из серого чугуна отливают элементы конструкций, хорошо рабо­тающие на сжатие, - колонны, опорные подушки, башмаки, тюбинги, ото­пительные батареи, трубы водопроводные и канализационные, плиты для полов, станины и корпусные детали станков, головки и поршни двигате­лей, зубчатые колеса и другие детали.

Высокопрочными называют чугуны, в которых графит имеет шаро­видную форму. Их получают путем модифицирования с использованием цезия, магния или ферросилиция совместно с вторичным алюминием.

Модификаторы производят раскисление металла. Образующиеся окис­лы являются центрами кристаллизации для графита, они вызывают его раз­мельчение и равномерное распределение по основе стали.

Маркируется высокопрочный чугун по пределу прочности и относи­тельному удлинению, например Вч 45-5, где цифра 45 - предел прочности в кгс/мм , а цифра 5 - относительное удлинение, равное 5 %.

Ковкими называют чугуны, в которых графит имеет хлопьевидную форму. Их получают в результате специального графитизирующего отжига (томления) доэвтектического белого чугуна. Ковкий чугун, по сравнению с се­рым, обладает более высокой прочностью, что связано с меньшим влиянием хлопьевидной формы графита на механические свойства металлической осно­вы, которая по структуре может быть ферритной, ферритно-перлитной и пер­литной.

Термин «ковкий чугун» является условным и характеризует пласти­ческие, а не технологические свойства чугуна, так как изделия из него, как и из других чугунов, получают литьем, а не ковкой.

Маркируют ковкие чугуны буквами Кч и цифрами, как и высоко­прочные чугуны.

Физико-механические свойства чугунов приведены в табл. 4.

Из таблицы видно, что перлитные чугуны более прочные, а феррит- ные - более пластичные.

В строительстве находят применение все виды рассмотренных чу­гунов с графитным включением. Серые чугуны используются в конструк­циях, работающих на статическую нагрузку (колонны, фундаментальные плиты под фермы, балки, канализационные трубы, люки, задвижки); вы­сокопрочные и ковкие чугуны, обладающие повышенной прочностью, пластичностью и вязкостью, используют в конструкциях, подвергающих­ся динамической и вибрационной нагрузке и износу (полы промышлен­ных зданий, фундаменты тяжелого кузнечно-прессового оборудования, подферменные опоры железнодорожных и автодорожных мостов, тюбин­ги для крепления ответственных транспортных тоннелей под землей, в горах).