2. Сірий чавун класифікація, маркування, хімічний склад

Сірий чавун це чавун з пластинчастою формою графітових включень. Чим більше графіту в чавуні і чим крупніші, довші пластинки графіту, тим сильніше їхній негативний вплив па механічні властивості. Однак і дуже дрібні включення, що сильно роз'єднують металеву основу, також небажані, а для деталей, від яких потрібно висока зносостійкість, неприпустимі.

Сірі чавуни позначають (маркірують) буквами С (сірий), Ч (чавун) і цифрами, що показують мінімальне значення тимчасового опору при розтяганні в МПа. Стандартні марки чавунів (ГОСТ 1412—85): СЧ10, СЧ15, СЧ20, СЧ25, СЧ30, СЧ35. Допускаються також за вимогою споживача чавуни марок СЧ18, СЧ21, СЧ24.

Зразковий хімічний склад чавунів стандартних марок: 2,9—3,7% С, 1,2—2,6% Si, 0,5—1,1% Мn, не більш 0,2—0,3 % Р і не більш 0,12—0,15 % S. Механічні властивості наведені в таблиці 4.

Таблиця 4

Механічні властивості сірих чавунів ГОСТ (1412-85)

Марка чавуну	Межа міцності, МПа	Твердість НВ
СЧ10	100	143-229
СЧ15	150	163-229
СЧ20	200	170-229
СЧ25	250	170-241
СЧ30	300	187-255
СЧ35	350	197-269
СЧ18	180	170-229
СЧ21	210	170-241
СЧ24	240	170-241

Виливки із сірих чавунів широко застосовують у машинобудуванні.

Феритний і ферито-перлітний чавуни марок СЧ10 і СЧ15 мають тимчасовий опір при розтягу 100 і 150 МПа відповідно. Твердість їх складає НВ 143—229. Ці чавуни призначені для роботи з невеликими чи середніми навантаженнями. Чавун марки СЧ10 використовують для литих деталей, що працюють при малих навантаженнях без тертя (стійки, підстави, кожухи, коробки, виливниці), а СЧ15 — для деталей, що працюють при середніх навантаженнях і на зношування малих питомих тисках (тонкостінні виливки в різних галузях машинобудування, труби, виливниці).

Перлітні чавуни марок СЧ20 і СЧ25 з тимчасовим опором при розтяганні 200 і 250 МПа і твердістю НВ 170—250 застосовують для деталей, що працюють при підвищених статичних і динамічних навантаженнях (блоки циліндрів, картери двигуна, поршні циліндрів, станини різних верстатів і ін.).

Перлітні чавуни марок СЧ30 і СЧ35 (не менш 300 і 350 МПа, НВ 180—269) мають найбільш високі механічні властивості. Їх застосовують для роботи при високих чи навантаженнях у тяжких умовах зносу (зубчасті колеса, гільзи блоків циліндрів, розподільні вали й ін.).

3. Ковкий чавун класифікація, маркування, хімічний склад

Ковкий чавун — це чавун із пластівчастою формою графітних включень. У порівнянні з пластинчастим графітом пластівчастий графіт розташовується в металевій основі чавуна більш компактно, включення графіту не діють як гострі надрізи (що характерно для пластинчастого графіту), і тому такі включення в меншому ступені послабляють металеву основу.

Одержують ковкий чавун шляхом спеціальної термічної обробки білого доевтектичного чавуна приблизно наступного складу: 2,5—3 % С; 0,7—1,5 % Si; 0,2—1 % Мn; до 0,2 % S, до 0,18 % Р.

Виливки з білого чавуна, що піддаються відпалу на ковкий чавун, повинні бути досить тонкостінними (перетином не більш 50 мм). Виливки більшої товщини недостатньо швидко охолоджуються і при кристалізації в серцевині утвориться пластинчастий графіт. Такий чавун стає непридатним для переробки на ковкий чавун, тому що графіт, що утворюється в процесі відпалу (графіт відпалу) приєднується до наявних пластин графіту. По цій же причині білі чавуни, призначені для переробки на ковкий чавун, мають знижений вміст вуглецю і кремнію (графітизуючих елементів).

За структурою металевої основи, що залежить від режиму відпалу, ковкі чавуни можуть бути феритними і перлітними.

Відпал для одержання феритного ковкого чавуна проводять по режиму 1, схематично показаному на мал. 2. Виливки з білого чавуна повільно (20—25 год.) нагрівають до 950—1000°С (вище евтектоїдної, але нижче евтектичної температури). Далі слідує тривала витримка (10—15 год.) при цій температурі. У процесі витримки відбувається перша стадія графітизації — розпад цементиту евтектичного і цементиту вторинного на аустеніт і графіт:

Ц → А + Г_від.

До кінця першої стадії графітизації структура чавуна буде складатися з аустеніту і включень пластівчастого графіту. При наступному повільному охолодженні (6—12 год.) до температури 720°С (трохи нижче температури евтектоїдного перетворення) протікає проміжна стадія графітизації — розпад вторинного цементиту, що утвориться при охолодженні. Графіт, що виходить, приєднується до уже наявному і це приводить до росту графітових включень.

Після досягнення температури 720°С (трохи нижче температури евтектоїдного перетворення) проводять другу тривалу (30 год.) витримку, у процесі якої протікає друга стадія графітизації — розпад евтектоїдного цементиту:

Ц → Ф + Г_від.

По завершенні другої стадії структура чавуна виходить цілком рівноважної (Ф + Г). Злам такого чавуна бархатистий-чорний, що зв'язано з наявністю великої кількості графіту.

Для одержання перлітного ковкого чавуна відпал проводять по режиму 2 (мал. 3). У цьому випадку після першої стадії графітизації виливки охолоджують на повітрі. У таких умовах охолодження графітизації евтектоїдного цементиту не відбувається, і чавун здобуває структуру, що складається з перліту і графіту відпалу. Злам такого чавуна виходить світлим із-за великої кількості перліту в металевій основі.

Розроблено методи прискореного відпалу білого чавуна на ковкий чавун. Так, перед відпалом виливків з білого чавуна застосовують попереднє загартування при 850—900°С. Це забезпечує здрібнювання структури і сприяє утворенню численних центрів графітизації — прискорюються стадії I і II стадії графітизації і процес графітизації скорочується до 10—15 ч. Підвищують температуру нагрівання білого чавуна перед розливанням. Крім того, чавуни легують незначними добавками алюмінію (0,015—0,20 %), бора й інших елементів; проводять ступеневе нагрівання при відпалі з витримкою при 350—400^оС; скорочують час нагрівання й охолодження виливків при відпалі за рахунок нагрівання виливків у нейтральному чи захисному середовищі. У цьому випадку тривалість відпалу скорочується до 24—60 год.

Маркують ковкі чавуни буквами КЧ (К — ковкий, Ч — чавун) і цифрами, що позначають мінімальні значення тимчасового опору при розтяганні, МПа, і відносного подовження. Наприклад, чавун марки КЧ35-10 — це ковкий чавун з тимчасовим опором при розтяганні не менш 350 МПа і відносним подовженням не менш 10 %. Механічні властивості (ГОСТ 1215—59) ковких чавунів стандартних марок приведені в табл. 5.

Таблиця 5

Механічні властивості ковких чавунів (ГОСТ 1215-59)

Марка чавуна	Межа міцності на розтяг, МПа	Відносне видовження, %	Твердість НВ
феритний
КЧ30-6	300	6	163
КЧ33-8	330	8	163
КЧ35-10	350	10	163
КЧ37-12	370	12	163
ферито-перлітний
КЧ45-6	450	6	241
КЧ50-4	500	4	241
КЧ56-4	560	4	269
КЧ60-3	600	3	269
КЧ63-2	630	2	269

Приведені дані показують, що ковкі чавуни мають гарне сполучення міцності і пластичності. При цьому феритні ковкі чавуни мають більш високу пластичність, а перлітні — більш високу міцність і твердість, забезпечують кращу зносостійкість.