Литейные чугуны

Как показано на рис. 5.3,а, ферритный серый чугун (ГОСТ 1412—85) (СЧ) имеет малопрочную ферритную основу, сильно ослабленную большим количеством крупных включений пластинчатого графита. К достоинствам этого чугуна (СЧ10, СЧ15, СЧ20, СЧ25, СЧЗО, СЧ35) относится то, что он дешев, прост в приготовлении, обладает хорошими литейными свойствами (табл. 5.1); из него изготовляют отливки неответственного назначения: грузы, крышки, рукоятки, плиты для полов и т. п.

В настоящее время все более часто применяют чугун с вермикулярным (червеобразным) графитом (ЧВГ), имеющий преимущественно ферритную основу. Как видно из схемы рис. 5.3,6, вермикулярная форма включений графита занимает как бы промежуточное положение между пластинчатой (см. рис. 5.3,а) и шаровидной (рис. 5.3Д е), поэтому ЧВГ имеет более высокие прочностные свойства, чем чугун с графитом пластинчатой формы, но более низкие, чем высокопрочный чугун с шаровидным графитом (ЧШГ). ЧВГ выплавляют из особо чистых шихтовых материалов, содержащих малое количество серы, с использованием легирующих добавок (небольших количеств ванадия, меди, титана и др.).

Рис. 5.3. Микроструктуры различных чугунов

На рис. 5.3,в изображена структура перлитно-ферритного СЧ, характерная тем, что в перлитной металлической основе находятся включения феррита с расположенным внутри их пластинчатым графитом. Такой чугун широко используют для изготовления разнообразных деталей машин (сельскохозяйственных, дорожных, автомобилей и тракторов, станков, насосов, а также арматуры и т. д.), так как он при достаточно высокой прочности обладает хорошими литейными свойствами и получается из дешевых шихтовых материалов.

Перлитный серый чугун (рис. 5.3,г) — более прочный сплав, чем рассмотренные выше разновидности СЧ, ввиду того, что феррит в его структуре отсутствует, а включения графита более мелкие и содержатся в меньшем количестве. Этот чугун используют для получения нагруженных, в том числе крупных отливок, например деталей компрессоров, турбин, тепловозов, насосов.

Механические свойства (прочность, пластичность) серых чугунов можно приблизить к свойствам стали при одновременном сохранении лучших, чем у нее, литейных свойств, применяя модифицирование, легирование, а также термическую обработку чугуна (иногда — совмещая их).

Модифицирование чугуна заключается в том, что при выпуске его из плавильной печи (например, на желобе вагранки), в ковше, а иногда в литниковой системе при заливке форм в расплав вводят добавки-модификаторы, измельчающие структурные составляющие чугуна, либо вызывающие изменение формы включений графита. Так, используя ферросилиций ФС75, силикокальций и некоторые другие модификаторы, обрабатывают расплав чугуна с пониженным содержанием углерода и кремния. Без воздействия модификаторов в структуре чугуна при затвердевании образуется цементит. Но модификатор оказывает графитизирующее действие, причем графит выделяется в виде мелких пластин, а общее количество их в металлической основе невелико, так как малым было содержание углерода в исходном чугуне. В результате разупрочняющее действие включений графита проявляется в меньшей степени, чем в обычном сером чугуне, и достигаются более высокие механические свойства металла отливок. Особенно эффективно модифицирование магнием или его сплавами, воздействие которых на чугун таково, что выделяющийся при кристаллизации отливки графит приобретает шаровидную форму, а чугун становится пластичным и высокопрочным (ВЧ). На рис. 5.3,д, е показаны соответственно структуры перлитно-ферритного и перлитного высокопрочных чугунов с шаровидным графитом. Магниевый ВЧ по механическим свойствам близок к конструкционной углеродистой стали, однако имеет по сравнению с ней ряд преимуществ: дешевле, плавится при более низкой температуре, обладает более высокими литейными свойствами, менее склонен к образованию трещин, пригара, легче (объемная масса меньше, чем у стали) и лучше обрабатывается резанием.