Железоуглеродистые сплавы, применяемые для отливок

1. Чугуны: серый, ковкий, высокопрочный

В отечественном машиностроении 74 % всех отливок изготовляют из серого чугуна,21 % из стали,3 % из ковкого чугуна и 2 % из цветных сплавов (алюминиевых, медных и др.).

При выборе сплава необходимо учитывать его свойства и стоимость. Если принять среднюю стоимость отливки из серого чугуна за 100 %, то стоимость отливок из других сплавов составляет 130 % из ковкого чугуна, 150 % из стали, 300-600 % из цветных сплавов.

Чугун. Чугуном называет сплав железа, углерода (более 2 %) и других элементов (кремния, марганца, фосфора, серы и др.).

В чугуне углерод может находиться в химически связанном состоянии в виде цементита (Fe3 C) и в свободном состоянии в виде включений графита.

В зависимости от количества связанного углерода чугун подразделяют на серый, половинчатый и белый. В сером чугуне химически связанного углерода менее 0,8%, в половинчатом более 0,8 %, в белом чугуне почти весь углерод находится в состоянии Fe₃C.

Серый чугун является самым дешевым из литейных сплавов. Его механические свойства зависят от величины зерна металла, от размеров и характера распределения включений графита, а также от соотношения между общим, связанным и свободным углеродом (графитом). В обычном сером чугуне графит кристаллизуется в виде пластинок, которые расчленяют основную металлическую массу и действуют как внутренние трещины. По этой причине серый чугун с пластинчатым графитом обладает низкой прочностью и малой пластичностью (до 0,3 %). Однако наличие графита в чугуне придает ему меньшую чувствительность к внешним надрезам. Вследствие этого конструкционную прочность чугунной отливки незначительно снижает наличие острых углов, резких переходов, не металлических включений, небольших газовых раковин и пор.

Серый чугун обладает способностью рассеивать вибрационные колебания при переменных нагрузках. Это свойство называют циклической вязкостью. Благодаря высокой демпфирующей способности серый чугун является хорошим конструкционным материалом, который во многих случаях может заменить более дорогостоящую сталь, например при изготовлении коленчатых валов. Серый чугун имеет хорошие литейные свойства. Кроме того, отдельные марки серого чугуна обладают достаточно высокой прочностью и износостойкостью. Все это обуславливает широкое применение серого чугуна для изготовления разнообразных машиностроительных деталей .

Те или иные свойства отливки или отдельных ее частей зависят от структуры чугуна.

На образование той или иной микроструктуры оказывает влияние химический состав чугуна и скорость охлаждения отливки. В сером чугуне обычно содержится 2,9-3,6 % С; 1,5-3,5 % Si ;0,4-1 % Mn; 0,2-0,6 % P; 0,03-0,12 % S; в легированном чугуне содержатся и другие элементы. Углерод и кремний способствуют выделению графита ; хром, сера и частично марганец – образованию цементита.

Скорость охлаждения отливки влияет на образование той или иной структуры чугуна. С увеличением скорости охлаждения повышается содержание в чугуне цементита; с уменьшением скорости охлаждения

Рис.1. График совместного влияния суммы углерода и кремния