Классификация чугунов

В зависимости от химического состава и назначения доменные чугуны делятся на передельные, литейные и специальные. Передельный чугун предназначается для переработки на сталь в плавильных агрегатах, называемых конверторами, а также мартеновских и электрических печах. В зависимости от способа переработки он называется мартеновским (М), бессемеровским (Б), томасовским (Т).

Литейный чугун предназначается главным образом для производства литых заготовок (литья). Он поступает в литейные цехи в виде небольших слитков (чушек) весом до 25 кг.

Специальные чугуны (ферросплавы) выплавляют с высоким процентом кремния или марганца, применяют в каче­стве специальных добавок при выплавлении стали.

В зависимости от характера соединения углерода с железом чугуны разделяют на белые и серые.

Белые чугуны характеризуются тем, что у них весь угле­род находится в химически связанном состоянии – в виде цементита, очень твердого и хрупкого соединения, называемого карбидом железа (Fe₃C). Излом такого чугуна имеет матово–белый цвет. Белые чугуны практически не обрабатываются, их используют для переделки в сталь и в ковкий чугун. В серых чугунах весь углерод или часть его находится в свободном состоянии, в виде графита, который придает чугуну В изломе серый или темно–серый цвет. Серый чугун широко при­меняют в машиностроении, он дешев, хорошо обрабатывается режущим инструментом, имеет высокие литейные свойства, поэтому широко применяется для изготовления отливок самого разнообразного назначения.

Буквы СЧ в марке обозначают серый чугун, первое двухзначное число указывает предел прочности при растяжении, второе – предел прочности при изгибе. Например, СЧ 12–28, СЧ 15–32, СЧ 18–36.

К группе серых чугунов относятся модифицированные, высокопрочные и ковкие чугуны.

Модифицированный чугун обладает повышенными физико–механическими, химическими и технологическими свой­ствами по сравнению с обычным серым чугуном. Его получают путем добавления в жидкий серый чугун (на желоб вагранки, в ковш или литниковую чашу) модификаторов – силикокальция, ферросилиция, силикоалюминия, магния или его сплавов и др., которые изменяют структуру чугуна, а следовательно, и его свойства. Марки: СЧ 28–48, СЧ 32–52, СЧ 38–60 и др.

Модифицированный чугун используют для изготовления ответственных деталей, работающих на износ, например, зубчатых колес, тормозных барабанов, втулок, коленчатых валов, отливок сложной конфигурации с тонкими стенками и др.

Высокопрочный чугун является важным конструкци­онным материалом, в котором сочетаются многие ценные свойства стали и чугуна. Его получают из серого чугуна путем присадки в ковш перед разливкой в формы магния, в результате чего получается чугун с шаровидным графитом, обладающий хорошими литейными, механическими свойствами.

Марки высокопрочного чугуна с шаровидным графитом по ГОСТ 7293–54: ВЧ 45–0, ВЧ 45–5, ВЧ 40–10, ВЧ 50–1,5, ВЧ 60–2. Буквы ВЧ обозначают высокопрочный чугун, первые две цифры указывают предел прочности при растяжении, а последняя – величину относительного удлинения.

Высокопрочный чугун применяется для изготовления деталей, работающих с ударными и переменными нагрузками и на износ (коленчатые валы, зубчатые колеса, поршневые кольца и др.).

Ковкий чугун получают длительным отжигом белого чугуна в специальных печах. Такой чугун применяют для изготовления литых деталей сложной формы – вентили, тройники, краны; деталей, работающих на износ – тяговые сцепления, втулки, зубчатые колеса, звенья цепей, пальцы собачки, тормозные колодки и др.

Марки ковких чугунов по ГОСТ 1215 – 59: КЧ 30–6, КЧ 33–8, КЧ 35–10, КЧ 37–12 и др. Буквы КЧ означают ковкий чугун, первые две цифры указывают предел прочности при растяжении, последние цифры – относительное удлинение при растяжении. Антифрикционные чугун ы получают путем присадки в серый чугун легирующих элементов или термической обработкой белого чугуна. Антифрикционный чугун характеризуется малым коэффициентом трения, поэтому находит широкое применение для изготовления различных трущихся деталей в машинах и механизмах (втулки, подшипники и др.).

Специальные чугуны или ферросплавы выплавляют с повышенным процентом содержания одного из элементов, на­пример, кремния, марганца, хрома и др.

Углерод является важнейшим элементом, определяющим как структуру, так и все свойства чугуна. Углерод благоприятно влияет на жидкотекучесть чугуна, что имеет большое значение для производства тонкостенного и сложного по конфигурации литья.

Кремний увеличивает жидкотекучесть чугуна при заливке. Содержание кремния в чугунах колеблется в широких пределах от 0,3–0,5 до 3–5%. Изменяя содержание кремния, можно получать чугуны совершенно с различными свойствами и структурой.

Марганец в отличие от кремния препятствует графитизации, как говорят, способствует отбеливанию чугуна, т. е. увеличивает твердость чугуна, ухудшает литейные свойства.

Сера является наиболее вредной примесью, ухудшает литейные свойства, в частности снижает жидкотекучесть, способствует образованию газовых пузырей в отливках. Поэтому содержание серы в чугуне ограничивают: до 0,08% для мелкого литья и до 0,1–0,12% для более крупного литья, когда можно допустить несколько худшую жидкотекучесть.

Фосфор также понижает прочность и увеличивает хруп­кость чугуна. При небольших количествах улучшает жидкотекучесть чугуна. Это качество крайне ценно при изготовлении художественного и тонкостенного литья.

Фосфор повышает твердость и износоустойчивость, но снижает пластичность и вызывает хладноломкость (хрупкость при пониженной температуре). Содержание фосфора в ответственных отливках допускается до 0,1 %, в менее ответственных – до 1,2%. Кроме вышеуказанных примесей, в чугун вводят и другие элементы. Такие чугуны называются легированными.