Лекция
Структура и свойства чугунов
Сплавы, содержащие правее т. Е на диаграмме «железо-цементит» называются чугунами.
Чугуны, кристаллизующиеся в соответствии с диаграммой Fe-Ц, называются белыми (из-за светлого оттенка излома, обусловленного большим количеством цементита в структуре). Из диаграммы Fe-Ц следует, что затвердевание этих сплавов происходит при Т £ 1147 оС непосредственно ниже линии солидус ЕCF в результате превращения
охл
Жс ® АЕ + Ц. (2.2)
Такое превращение (затвердевание жидкой фазы в смесь двух твердых при фиксированном составе фаз и постоянной температуре) называется эвтектическим 1, а образующаяся смесь кристаллов – эвтектикой (греч. – «легко плавящаяся» – из диаграммы Fe-Ц видно, что чугуны имеют наименьшую температуру плавления среди железоуглеродистых сплавов).
Эвтектика в белых чугунах называется ледебуритом (по фамилии исследователя – Ледебура). В момент образования она состоит из аустенита и цементита, но при Т£ 727 оС аустенит превращается в перлит (РSК – линия эвтектоидного – перлитного превращения). Поэтому при нормальных температурах ледебурит (Л) – сложная структурная составляющая; представляет собой светлую цементитную основу с темными включениями перлитных зерен.
По структуре белые чугуны делятся на доэвтектические (2,14…4,3 %С) со структурой Л+П+ЦII, эвтектические (4,3 %С) – Л и заэвтектические(4,3…6,67 %С) – Л+ЦII.
Наличие легкоплавкой эвтектики (ледебурита) в белых чугунах обеспечивает их высокие литейные свойства.
Механические же свойства этих сплавов можно оценить, экстраполировав зависимости, показанные на рис. 2.1.3, на содержание углерода > 2,14 %.
Видно, что белые чугуны обладают очень высокой твердостью, но низкими значениями пластичности, ударной вязкости и прочности, что является следствием большого количества цементита в структуре Поэтому белые чугуны как конструкционные материалы не используются.
На практике в качестве дешевых литейных конструкционных материалов широко применяются серые чугуны.
Принципиальное отличие структуры серых чугунов от белых в том, что углерод в них находится не в химически связанном состоянии. в виде Fe3C – цементита, а в свободном – в виде включений графита различной формы.
Уровень механических свойств серых чугунов зависит от двух основных структурных факторов:
1. формы (и количества) графитных включений,
2. структуры металлической основы.
По первому признаку эти сплавы делятся:
1. на собственно серые чугуны (СЧ), в которых графит имеет форму длинных заостренных пластин. Разновидностью этих чугунов являются модифицированные СЧ, в которых пластинки графита мелкие и имеют завихренную форму;
2. высокопрочные чугуны (ВЧ) с шаровидным (глобулярным) графитом;
3. ковкие чугуны (КЧ) с хлопьевидным графитом.
Структура металлической основы любого из этих чугунов может быть одного из трех видов: феррит (Ф), феррит+перлит (Ф+П) и перлит (П).
Классификация, маркировка и механические свойства
различных видов серых чугунов
| Марка чугуна | sв, МПа (кгс/мм2) | d, % | Структура металлической основы | Форма графитных включений | |||
| С е р ы е ч у г у н ы (ГОСТ 1412-85) | |||||||
 СЧ 10
| 100(10) | »0 | Ф |
| |||
| СЧ 18 | 180(18) | »0 | Ф+П | ||||
 СЧ 30
| модифицированный | 300(30) | »0 | П | 
| ||
| СЧ 45 | 450(45) | »0 | П | ||||
| В ы с о к о п р о ч н ы е ч у г у н ы (ГОСТ 7293-85) | |||||||
| ВЧ 38 | 380(38) | Ф | 
| ||||
| ВЧ 45 | 450(45) | Ф+П | |||||
| ВЧ 120 | 1200(120) | П | |||||
| К о в к и е ч у г у н ы (ГОСТ 1215-79) | |||||||
| КЧ 30-6 | 300(30) | Ф | 
| ||||
| КЧ 45-6 | 450(45) | Ф+П | |||||
| КЧ 80-1,5 | 800(80) | 1,5 | П |
Механические свойства чугуна данного вида (т.е. с определенной формой графитных включений) определяются структурой металлической основы, т.к. от феррита к перлиту увеличивается содержание углерода, соответственно растут твердость и прочность, падают пластичность и ударная вязкость
Свойства чугунов с данной структурой металлической основы зависят от формы графитных включений. Наихудшая форма графита в СЧ, т.к. острые концы пластин при нагружении являются очагами зарождения микротрещин. Особо низкий комплекс механических свойств получается, если пластин графита так много и они настолько длинны, что разобщают металлическую основу (матрицу) чугуна
Любые серые чугуны представляют собой углеродистые доэвтектоидные (Ф+П), эвтектоидные (П) стали или техническое железо (Ф) с включениями графита. Очевидно, что графит уменьшает прочность и пластичность металлической основы. Поэтому чугуны имеют более низкие механические свойства по сравнению с углеродистыми сталями. Однако от сталей они отличаются более высокими литейными свойствами, низкой стоимостью, нечувствительностью к дефектам поверхности, демпфирующими и антифрикционными свойствами.
Вопросы для самопроверки (выполняются в рабочей тетради после лекции)
1. Охарактеризуйте фазы, присутствующие в углеродистых сталях и белых чугунах. Каковы механические свойства этих фаз?
2. Каково содержание углерода в эвтектическом, до - и заэвтектических белых чугунах? Каковы их структуры?
3. Почему белые чугуны не используют в качестве конструкционных материалов?
4. От каких структурных факторов зависят механические свойства серых чугунов?
5. Назовите различные виды серых чугунов. На чем основана эта классификация? Какова маркировка этих сплавов?
6. Опишите структуру наиболее прочного (теоретически) из всех разновидностей серых чугунов.