Чугунные отливки. Структура и механические свойства чугуна. Отливки из ковкого чугуна. Отливки из белого и отбеленного чугунов

Лекция 13, 14

ЧУГУННЫЕ ОТЛИВКИ

Чугун является наиболее распространенным материалом для изготовления фасонных отливок. В разных странах, в зависимости от развития машиностроения и других отраслей производства, чугунные отливки составляют 74—83 % от общего числа отливок. Область применения чугуна продолжает расширяться вследствие непрерывного повышения его прочности и эксплуатационных свойств, а также разработки чугунов новых марок со специальными физическими и химическими свойствами. Широкое распространение чугун получил благодаря хорошим технологическим свойствам и низкой себестоимости по сравнению с другими литейными сплавами.

Чугун — это многокомпонентный сплав железа с углеродом и другими элементами, характеризующийся эвтектическим превращением. Процессы, протекающие при кристаллизации, формирование структуры можно проследить по двойной диаграмме равновесного состояния (рис. 62). По существу здесь представлены две диаграммы: первая — железо—графит, согласно которой весь углерод сплава кристаллизуется в виде графита, а металлическая основа в виде феррита (серый ферритный чугун); вторая — железо—цементит, согласно которой весь углерод кристаллизуется в составе цементита Fe3C, а металлическая матрица представляет собой перлит (белый чугун).

Рис. 62. Равновесная диаграмма Fe—С сплавов ( –– стабильное равновесие FeС;   –– метастабильное равновесие Fe— Fe₃C)

В половинчатом чугуне наряду с графитом находится структурно–свободный цементит. Металлическая основа серых чугунов может быть ферритной, перлитной или перлитно–ферритной. Наличие в чугуне этих составляющих можно объяснить только возможностью смешанной кристаллизации, при которой на различных этапах охлаждения сплава она протекает по стабильной или   метастабильной  диаграмме.

На характер кристаллизации чугуна, а также форму, размеры и расположение образующихся фаз влияет много факторов. Это, прежде всего состав сплава, т. е. содержание элементов, постоянно присутствующих в чугуне (С, Si, Mn, S, Р), наличие и концентрация легирующих элементов, а также микропримесей. Большое влияние оказывает скорость охлаждения чугуна, изменение которой в стенках разной толщины вызывает образование различных микроструктур в одной и той же отливке.

Структуру чугуна можно изменять, воздействуя на жидкий расплав (перегревом, модифицированием, рафинированием и т. д.), а в ряде случаев последующей термической обработкой, хотя при этом форма графита, выделившегося при кристаллизации, остается неизменной. Совместное влияние указанных факторов определяет все многообразие структур, получаемых в отливках.

1. СТРУКТУРА И МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЧУГУНА

Методы изучения, оценки и классификации структуры чугунов регламентированы ГОСТ 3443—77. Согласно этому стандарту, металлическая матрица оценивается по соотношению феррита и перлита (рис. 63) и степени дисперсности последнего (рис.   64).

Рис. 63. Микроструктура чугунов с различным содержанием перлита в металлической основе, %: а — 94 — 98; б — 30—60; в — 2—10, Х100

Рис. 64. Микроструктура чугунов с различной дисперсностью перлита (расстоянием между пластинами цементита), мкм: