Чавуни: структура, властивості , призначення, маркування

Чавуном називається сплав заліза з вуглецем, в якому міститься від 2,14 до 6,67% вуглецю (практично до 4,5%).

Всі чавуни поділяються на два основні класи: білі чавуни і чавуни з гра­фітом.

Білі чавуни — це чавуни, в яких весь вуглець знаходиться в хімічно зв'я­заному стані (у вигляді цементиту). Вони, у свою чергу, відповідно до діаг­рами залізо-вуглець діляться на доевтектичні, такі, що містять від 2,14 до 4,3% вуглецю, евтектичні, такі, що містять 4,3% вуглецю, і заевтектичні, в яких міститься від 4,3 до 6,67% вуглецю (практично до 4,5%).

Білі чавуни відрізняються високою твердістю, але разом з тим вони дуже крихкі. Внаслідок цього білі чавуни використовуються порівняно рідко і ли­ше доевтектичні. Часто відливки з цих чавунів мають структуру білого чаву­ну тільки на поверхні, а в серцевині утворюється чавун з графітом (відливки з вибіленою поверхнею). З білого чавуну виготовляють дошки для волочіння, деякі види прокатних валків для прокатних станів, кулі для кульових млинів

та деякі інші вироби.

Чавуни з графітом — це чавуни, в яких частина вуглецю або практично весь вуглець виділений у вільному стані у вигляді графіту. Таким чином, структура чавунів з графітом є сталевою основою з включеннями чистого графіту.

Залежно від ступеня або глибини графітизації чавуни з графітом бувають феритні, ферито-перлітні або перлітні.

Залежно від форми графітних включень чавуни з графітом поділяються на сірі, високоміцні та ковкі. Ці структури схематично зображені на рис.2.4.

Форма графітних включень сильно впливає на властивості чавуну. Так, в сірому чавуні сталева основа дуже насичена мікротріщинами, заповненими неміцним пластинчастим графітом. Ці тріщини викликають великі концент­рації напруг і призводять до значного зниження механічних властивостей сі­рого чавуну.

Рис. 2.4. Структури чавунів з графітом

У ковкому чавуні графіт знаходиться у вигляді скупчень дрібних графіт­них виділень — пластівців, що сприяє значному зменшенню концентрації на­пруг і обумовлює пластичність і в'язкість цього чавуну, а отже, можливість його роботи при ударних і знакозмінних навантаженнях.

У високоміцному чавуні вуглець виділяється у вигляді щільних вклю­чень — кулястого графіту, що майже не викликають концентрацію напруг. Тому властивості високоміцного чавуну наближаються до властивостей сталі.

Сірі чавуни — найбільш поширений матеріал для отримання литих заго­товок. Сірі чавуни відрізняються високою рідкотекучістю, низькою темпера­турою плавлення, незначною усадкою і добрим заповненням форми, добре обробляються ріжучим інструментом. Цінними властивостями сірих чавунів є висока здатність до віброгасіння та антифрикційні властивості, які обумов­лені наявністю графіту, здатного поглинати вібрації, утримувати мастило, та мають природні змащувальні властивості.

За механічними властивостями сірі чавуни поступаються сталям, але значно дешевші за них. З сірих чавунів відливанням роблять станини метало-ріжучих верстатів, шківи, зубчасті колеса, корпуса редукторів, двигунів, тру­би та багато інших деталей. В автотракторному виробництві ці чавуни вико­ристовуються для виготовлення блоків циліндрів, головок блоків, поршнів, поршневих кілець, корпусів насосів, фільтрів, коробок передач, а також ін­ших деталей не схильних до великих ударних і знакозмінних навантажень.

Сірі чавуни позначаються буквами СЧ (сірий чавун) і двозначними чис­лами: СЧ 12, СЧ 15, СЧ 18, СЧ 21, СЧ 24, СЧ 28, СЧ 32, СЧ 35, СЧ 38. Цифри показують мінімальне значення межі міцності чавуну при розтягуванні, о_{в розт}, кгс/мм², або — МПа. Твердість чавуну із збільшенням його міцності збіль­шується, але в позначенні чавуну вона не вказується.

Межа міцності чавуну при вигині приблизно в два рази вища за межу міцності при розтягуванні і приблизно в два рази нижча за межу міцності чавуну при стисненні.

Існують чавуни марки СЧ 00, механічні властивості яких не гарантують­ся. Такий чавун використовують для виготовлення деталей, що піддаються незначним механічним навантаженням.

Мірою якості чавуну прийнято вважати його міцність, але передбача­ються і додаткові специфічні вимоги залежно від призначення відливок, на­приклад вимоги по рідкотекучості і пористості на автомобільні та тракторні відливки, відливки для поршневих кілець.

7.Діаграма стану системи сплавів залізо-вуглець

Залізо і вуглець, як компоненти системи залізо-вуглець, можуть утворю­вати ряд хімічних сполук (Ре₃С, Ре₂С, РеС), тому загальна система залізо-вуглець складається з ряду окремих систем, в яких хімічні сполуки відігра-оть роль компонентів.

На практиці застосовуються залізовуглецеві сплави, в яких вміст вугле-дю не перевищує 5%. Тому практичне значення має тільки частина загальної :истеми, в якій кількість вуглецю не перевищує 6,67%. Це система залізо-дементит, що містить Ре₃С.

Вуглець, взаємодіючи із залізом, може утворювати тверді розчини та хі­мічні сполуки. Діаграма залізо-вуглець має складний вигляд, це пояснюється гим, що залізо, яке утворює алотропічні модифікації, визначає при зміні тем-іератури структурні перетворення у твердому стані залізовуглецевих сплавів.