В соответствии с состоянием углерода чугуны подразделяются на серые и белые. В первых преобладает углерод в свободном состоянии, а во вторых — весь углерод находится в связанном состоянии. Белые чугуны более тверды и хрупки, чем серые. На свойства чугуна влияют различные примеси.
Кремний способствует выделению свободного графита, т. е. образованию серого чугуна.
Марганец, находясь в чугуне в виде карбида марганца (Мn3С), препятствует выделению графита при производстве чугуна, т. е. обладает способностью «отбеливать» чугун.
Сера является вредным элементом: при производстве чугуна она переходит в него из топлива и руды, соединяется с железом и образует сернистое железо (FeS). Сера повышает хрупкость чугуна, уменьшает его жидкотекучесть, способствует образованию газовых раковин и препятствует выделению графита. Фосфор, соединяясь с железом, образует фосфид железа (Fe3P); увеличивает хладноломкость чугуна. Однако присутствие фосфора способствует жидкотекучести чугуна.
На образование той или иной микроструктуры чугуна большое влияние оказывают его химический состав и скорость охлаждения отливки.
Углерод в обычных серых чугунах содержится в количестве от 2,7 до 3,7%. Выделение графита увеличивается с повышением содержания углерода в чугуне. Во всех случаях пределы содержания углерода принимают: нижние – для толстостенных, а верхние - для тонкостенных отливок. Белый и серый чугун. Серый и белый чугуны резко различаются но свойствам. Белые чугуны очень твердые и хрупкие, плохо обрабатываются режущим инструментом, идут на переплавку в сталь и называются передельными чугунами. Часть белого чугуна идет на получение ковкого чугуна.
Серые чугуны - это литейный чугун. Серый чугун поступает в производство в виде отливок. Серый чугун является дешевым конструкционным материалом. Он обладает хорошими литейными свойствами, хорошо обрабатывается резанием, сопротивляется износу, обладает способностью рассеивать колебания при вибрационных и переменных нагрузках.
Высокопрочный чугун. Он имеет ферритную или перлитную структуру (см. рис. 23), является разновидностью серого чугуна, модифицированного магнием. Одновременно с ним или несколько позже в жидкий чугун вводят ферросилиций. В результате получают мелкие включения графита шаровидной формы (см. рис. 25, 6). Этот чугун обладает повышенной прочностью но сравнению с обычными серыми чугунами. В зависимости от предела прочности (σв) при растяжении и относительного удлинения (δ) выскопрочные чугуны (ГОСТ 7293-79) разделяют на следующие марки (в скобках указаны числовые значения твердости НВ): ВЧ 38-17 (140—170), ВЧ 42-12 (140-200), ВЧ 45-5 (160-220), ВЧ 50-2 (180-260), ВЧ 60-2 (200-280), ВЧ 70-3 (229-275), ВЧ 80-3 (220-300), ВЧ 100-4 (302-369). ВЧ 120-4 (302-369).
Механические свойства высокопрочного чугуна позволяют применять его для изготовления деталей машин, работающих в тяжелых условиях, вместо поковок или отливок из стали.
Ковкий чугун. Ковкий чугун - условное название более пластичного чугуна по сравнению с серым. Ковкий чугун никогда не куют. Отливки из ковкого чугуна получают длительным отжигом отливок из белого чугуна с перлитно-цементитной структурой. В зависимости от предела прочности при растяжении (σв) и относительного удлинения (δ) ковкий чугун (ГОСТ 1215-79) разделяют на следующие марки (в скобках указаны числовые значения твердости НВ): КЧ 30-6 (163), КЧ 33-8 (163), КЧ 35-10 (163), КЧ 37-12 (163) - ферритные черносердечные и КЧ 45-6 (241), КЧ 50-4 (241), КЧ 56-4 (269), КЧ 60-3 (269), КЧ 63-2 (269) - перлитные светло-сердечные.
Ковкий чугун широко применяют в автомобильном, сельскохозяйственном и текстильном
Сырьем для выплавки чугуна является железо, т.е. железная руда. Если совсем просто излагать, то процесс выглядит примерно так: восстановленное железо из оксидов, в которых оно присутствует в руде, расплавляют с подачей воздуха, в результате чего происходит химическая реакция с углеродом – образование чугуна.
Чугуны со специальными свойствами. Такие чугуны используют в различных отраслях машиностроения тогда, когда отливка кроме прочности должна обладать теми или иными специфическими свойствами (износостойкостью, химической стойкостью, жаростойкостью и т. п.). Из большого количества чугунов со специальными свойствами приведем в качестве примеров следующие.
Магнитный чугун используют для изготовления корпусов электрических машин, рам, щитов и др. Для этой цели наилучшим является ферритный чугун с шаровидным графитом.
Немагнитный чугун используют для изготовления кожухов и бандажей различных электрических машин. Для этого применяют никеле-марганцовистый чугун