Основные литейные материалы и сплавы

Серый чугун

Серый чугун является наиболее распространенным материалом для изготовления фасонных отливок. Чугунные отливки по массе составляют около 80% от общего числа отливок. Широкое распространение чугун получил благодаря хорошим технологическим свойствам и относительной дешевизне по сравнению с другими литейными сплавами. Он обладает сравнительно высокими механическими свойствами, относительно низкой температурой плавления и очень хорошими литейными свойствами. Жидкотекучесть серого чугуна значительно превышает жидкотекучесть стали. Размер усадки колеблется в пределах 0,9… 1,3%, что является существенным фактором, обусловливающим получение качественных отливок — без усадочных раковин, трещин, коробления и других дефектов. Область применения чугуна все больше расширяется вследствие непрерывного повышения его прочностных и технологических характеристик, а также разработки чугунов новых марок со специальными физическими и механическими свойствами.

В структуре серого чугуна углерод частично находится в свободном состоянии в виде включений графита. Свойства чугуна зависят от структуры основной металлической массы, а также от количества, формы и расположения графита. Форма включений графита в сером чугуне — пластинчатая, что действует на основную массу металла, как внутренние надрезы. По этой причине серые чугуны обладают сравнительно низкой прочностью и особенно низкой пластичностью, так как эта форма включений графита уменьшает касательные напряжения и препятствует образованию больших пластических деформаций. Относительное удлинение серого чугуна с пластинчатой формой включений графита весьма невелико (до 1%). Вместе с тем эти включения придают серому чугуну, как конструкционному материалу, ряд ценных качеств: низкую чувствительность к внешним надрезам и высокую циклическую вязкость. Поэтому отверстия, углы, резкие переходы, раковины, неметаллические включения в очень малой степени понижают реальную конструктивную прочность отливок из серого чугуна. Недостатком серого чугуна как литейного сплава является отбел поверхности, особенно при литье в металлические формы.

Серые чугуны подразделяют на две группы: конструкционные чугуны и чугуны со специальными свойствами. Отливки из конструкционных чугунов используют главным образом для деталей машин (до 80 % всех производимых чугунных отливок). Потребителями чугунного литья являются такие отрасли промышленности, как автомобильная, тракторная, сельскохозяйственная, машиностроение, станкостроение и др. Определяющим при оценке качества чугуна для отливок этой группы являются его механические свойства. Отливки малой или средней прочности (предел прочности 200…250 МПа) изготавливают из простых чугунов, отливки повышенной прочности — из низколегированных и модифицированных.

Наибольшей прочностью обладают серые чугуны с перлитной структурой, в которых количество связанного углерода составляет 0,7…0,9%, а свободный углерод находится в виде мелких пластинок. Для получения однородных и повышенных механических свойств отливок из чугунов марок СЧ20, СЧ25, СИЗО, СЧ35 и СЧ40, а также для предотвращения отбела чугун модифицируют. Хотя модифицирование чугуна и уменьшает его склонность к отбеливанию, для каждой марки существуют минимальные толщины стенок отливок. При выборе марки чугуна следует иметь в виду, что с увеличением толщины стенок у отливок его механические свойства несколько понижаются. Так, например, у чугуна марки СЧ40 при толщине стенок 20; 40 и 60 мм предел прочности соответственно составляет 377; 301 и 259 МПа.

Химический состав чугуна для литых деталей устанавливает завод-изготовитель на основании заданной по чертежу марки чугуна. Поэтому во всех случаях, где это не вызвано особой необходимостью по условиям эксплуатации деталей, в чертежах следует указывать только марку чугуна по ГОСТу. Литые детали, получаемые из серого чугуна, очень разнообразны. По сравнению с другими литейными сплавами серый чугун является наиболее дешевым. К его положительным свойствам относится хорошая обрабатываемость режущим инструментом. Серый чугун отличается хорошими литейными технологическими свойствами.