Серый чугун имеет сравнительно высокий предел прочности при сжатии. Дело в том, что графитовые включения мало влияют на снижение твердости и предел прочности при сжатии, величина которых определяется главным образом структурой металлической основы чугуна. Предел прочности при изгибе ниже, а при срезе и особенно растяжении еще ниже. Чем качественнее чугун, тем меньше эта разница. Наибольшую прочность и износостойкость в сером чугуне обеспечивает металлическая основа, имеющая перлитную структуру. Для деталей из серого чугуна характерны малая чувствительность к влиянию внешних концентраторов напряжений при циклических нагружениях и более высокий коэффициент поглощения колебаний при вибрациях деталей (в 2-4 раза больше, чем у стали).
Серый чугун маркируют буквами и цифрами – СЧ10, СЧ15, СЧ18 ферритн., СЧ20, 21, 25, ф-п. По ГОСТ 1412-79 установлены следующие марки серого чугуна: например, СЧ10, СЧ15, СЧ25, СЧ30, СЧ35, СЧ40, СЧ45, перлитный (модифицирующие). Буквы обозначают серый чугун, число - предел прочности на растяжение, например, марка С415 означает серый чугун с прочностью при растяжении до 150 МПа, если вторая цифра – предел прочности при изгибе.
Высокопрочный чугун (разновидность серого) с шаровидным графитом соединяет в себе высокие механические свойства стали с технологичностью и удобствами производства чугунных отливок.
Получение высокопрочного чугуна основано на модифицировании его жидкого сплава Mg или Ce. Mg используют в количестве 0, 03-0, 07%. Обычный состав в чугуне: 2,7-3,7%С; 1,6-2,7%Si; 0,5-0,6% Mn. Маркируют высокопрочный чугун буквами ВЧ. Затем следуют цифры: 1-е показывают предел прочности на растяжение, МПа, кгс/мм2; 2-е – относительное удлинение, %. Чугуны ВЧ50-2, ВЧ60-2, ВЧ70-3,ВЧ80-3, ВЧ100-4, ВЧ120-4 имеют перлитную основу, чугуны ВЧ45-5 – перлитно-ферритную, ВС38-17, ВС42-12 – ферритную.
Отливки из высокопрочных чугунов широко используют в народном хозяйстве: в автостроении для коленвалов, крышек цилиндрических; в тяжелом машиностроении – для многих деталей прокатных станов, в кузнечно-прессовом оборудовании и т.д.
Антифрикционные чугуны.
Антифрикционными могут быть серые, высокопрочные и ковкие чугуны, имеющие низкий коэффициент трения и достаточную износостойкость. Антифрикционность определяется соотношением перлита и феррита, а также количеством и формой графита. Их применяют для изготовления подшипников качения, втулок и других деталей, работающих при трении о металл.
Антифрикционные чугуны являются заменителями бронзы при легких условиях работы.
Для обеспечения нормальной работы антифрикционные чугуны должны иметь перлитную или перлито-ферритную основу с большим количеством включений графита, что создает низкий коэффициент трения.
ГОСТ 1585-79 принята маркировка антифрикционных чугунов, где буквы обозначают: А – антифрикционный, Ч – чугун, С – серый, В – высокопрочный, К – ковкий, а цифра после букв означает процент содержания примесей.
По химическому составу антифрикционные чугуны относятся к легированным. Cu – АСЧ-1, Ni, Ti, Cu-АСЧ-2, Sb – АСЧ-3. Так, антифрикционный перлитный серый чугун АСЧ-1 легирован Cr 0,2-0,4%, Cu 1,5-2% (Si 1,6-2,4), перлитный АСЧ-2 (Cr 0,2-0,4; Ni 0,2-0,4; Si 1,4-2,2; Ti 0,03-0,1%; Cu 0,3-0,5%), АСЧ-3 (перлито-ферритный) легирован Ti 0,03-0,1 Sb, Cu 0,3-0,5 (Si 1,7-2%).
Антифрикционный чугун с глобулярным графитом изготавливают 2-х марок: АВЧ-1 (перлитный) и АВЧ-2 (перлито-ферритный) АВЧ-1 (2,8-3,5С; 1,8-2,5 Si; 0,5-1,2Mn, меньше или равно 0,7 Cu, АВЧ-2 с повышенным содержанием Si 2,2-2,7
Антифрикционные ковкие чугуны АКЧ-1 и АКЧ-2 (Si 0,8÷1,3) (перлитный и перлито-ферритный соответственно) имеют характеристики, близкие к АВЧ.
Необходимо заметить, что подшипники из чугунов с содержанием перлита более 80% допускают в работу в паре с валами, прошедшими закалку или нормализацию, а перлито-ферритные с содержанием до 80% перлита, но не менее 50% - термически не обрабатываемыми валами. Присутствие феррита в структуре антифрикционных чугунов вызывает быстрый его износ и является нежелательным.
Ковкий чугун.
Многие детали автомобилей, сельхозмашин имеют сложную форму и тонкое сечение, а в работе подвергаются ударной нагрузке. Наиболее экономичен в этом случае ковкий чугун, который получают отливкой из белого чугуна с последующим отжигом при высоких температурах.
Ковким чугуном называется вязкий, хорошо сопротивляющийся разрыву и ударной нагрузке чугун, отличающийся наличием в перлитной или ферритной основной структуре хлопьевидных графитных включений. В отливках из белого чугуна при отжиге цементит разлагается на графит и железо. При этом может произойти и поверхностное обезуглероживание чугуна. В результате получится вязкий, хорошо поддающийся обработке резанием ковкий чугун.
После отжига ферритный ковкий чугун имеет в изломе черную сердцевину, окружен белым ободком, а перлитный имеет светлый излом. Химический состав ферритного ковкого чугуна 1,75-2,3%С, 0,85-1,2% Si, не более 0,4% Mn; не более 0,2 Р и не более 0,12%S.
По ГОСТ 1215-79 ковкие чугуны делят на перлитные и ферритные. Перлитный ковкий чугун марок КЧ45-6, КЧ-50-4, КЧ-56-4, КЧ-60-3, КЧ63-2 получают длительным отжигом.
Перлитный чугун содержит 0-20% феррита. Если 3-10% перлита, то чугун называют ферритным.
Ковкий чугун, прошедший нормализацию, можно использовать как заменитель антифрикционных чугунов.