Графітові включення можна розглядати як відповідне форми порожнечі в структурі чавуну. Близько таких дефектів при навантаженні концентруються напруги, значення яких тим більше, чим гостріше дефект. Звідси випливає, що графітові включення пластинчастої форми в максимальній мірі разупрочняется метал. Більш сприятлива пластівчаста форма, а оптимальною є куляста форма графіту. Пластичність залежить від форми таким же чином. Відносне подовження для сірих чавунів становить 0,5%, для ковких - до 10%, для високоміцних - до 15%.
Наявність графіту найбільш різко знижує опір при жорстких способах навантаження: удар; розрив. Опір стиску знижується мало.
Позитивні сторони наявності графіту:
- графіт покращує оброблюваність різанням, так як утворюється ламка стружка;
- чавун має кращі антифрикційні властивості, в порівнянні зі сталлю, так як наявність графіту забезпечує додаткову мастило поверхонь тертя;
- через мікропорожнеч, заповнених графітом, чавун добре гасить вібрації і має підвищену циклічну в'язкість;
- деталі з чавуну не чутливі до зовнішніх концентраторів напружень (виточки, отвори, переходи в перетинах);
- чавун значно дешевше стали;
- виробництво виробів з чавуну литтям дешевше виготовлення виробів із сталевих заготовок обробкою різанням, а також литтям і обробкою тиском з наступною механічною обробкою.
Структура не впливає на пластичність, вона залишається надзвичайно низькою. Але впливає на твердість. Механічна міцність в основному визначається кількістю, формою і розмірами включень графіту. Дрібні, завихрення форми лусочки графіту менше знижують міцність. Така форма досягається шляхом модифікування. В якості модифікаторів застосовують алюміній, силикокальций, феросиліцій.
Сірий чавун широко застосовується в машинобудуванні, так як легко обробляється і має гарні властивості. Залежно від міцності сірий чавун підрозділяють на 10 марок (ГОСТ 1412).
Сірі чавуни при малому опорі розтягування мають досить високий опір стисненню.
Сірі чавуни містять вуглецю - 3,2 ... 3,5%; кремнію - 1,9 ... 2,5%; марганцю - 0,5 ... 0,8%; фосфору - 0,1 ... 0,3%; сірки - <0,12 %.
Структура металевої основи залежить від кількості вуглецю і кремнію. Зі збільшенням вмісту вуглецю і кремнію збільшується ступінь графітизації і схильність до утворення ферритовой структури металевої основи. Це веде до знеміцнення чавуну без підвищення пластичності. Кращими властивостями міцності і зносостійкості мають перлітні сірі чавуни.
З огляду на малий опір виливків з сірого чавуну розтягують і ударних навантажень, слід використовувати цей матеріал для деталей, які піддаються стискає або згинаючих навантажень. У верстатобудуванні це - базові, корпусні деталі, кронштейни, зубчасті колеса, напрямні; в автобудуванні - блоки циліндрів, поршневі кільця, розподільні вали, диски зчеплення. Відливки з сірого чавуну також використовуються в електромашинобудуванні, для виготовлення товарів народного споживання.
Позначаються індексом СЧ (сірий чавун) і числом, яке показує значення межі міцності, помножене на 15.
Високоміцний чавун з кулястим графітом
Високоміцні чавуни (ГОСТ 7293) можуть мати феритної (ВЧ 35), ферито - перлитную (ВЧ45) і перлитную (ВЧ 80) металеву основу. Отримують ці чавуни з сірих, в результаті модифікування магнієм або цезієм (додається 0,03 ... 0,07% від маси виливки). У порівнянні з сірими чавунами, механічні властивості підвищуються, це викликано відсутністю нерівномірності в розподілі напружень через кулястої форми графіту.
Чавуни з перлітною металевою основою мають високі показники міцності при меншому значенні пластичності. Співвідношення пластичності і міцності феритних чавунів - зворотне.
Високоміцні чавуни мають високу межею плинності, що вище межі текучості сталевих виливків. Також характерна досить висока ударна в'язкість і втомна міцність, при перлитной основі.
Високоміцні чавуни містять: вуглецю - 3,2 ... 3,8%, кремнію - 1,9 ... 2,6%, марганцю - 0,6 ... 0,8%, фосфору - до 0,12%, сірки - до 0, 3%.
Ці чавуни мають високу жидкотекучестью, лінійна усадка - близько 1%. Ливарні напруги в виливок трохи вище, ніж для сірого чавуну. Через високий модуля пружності досить висока різанням. Мають задовільною зварюваністю.
З високоміцного чавуну виготовляють тонкостінні виливки (поршневі кільця), шабота кувальних молотів, станини і рами пресів і прокатних станів, виливниці, резцедержатели, планшайби.
Виливки колінчастих валів масою до 2..3 т, натомість кованих валів зі сталі, мають більш високу циклічної в'язкістю, малочутливі до зовнішніх концентраторів напруги, мають кращі антифрикційні властивості і значно дешевше.
Позначаються індексом ВЧ (високоміцний чавун) і числом, яке показує значення межі міцності, помножене на 100.
Отримують відпалом білого доевтектичний чавуну.
Ковкі чавуни містять: вуглецю - 2,4 ... 3,0%, кремнію - 0,8 ... 1,4%, марганцю - 0,3 ... 1,0%, фосфору - до 0,2%, сірки - до 0, 1%.
Формування остаточної структури і властивостей виливків відбувається в процесі відпалу. Виливки витримуються в печі при температурі 950 ... 1000 о С протягом 15 ... 20 годин. Відбувається розкладання цементиту.
Структура після витримки складається з аустеніту і графіту (вуглець відпалу). При повільному охолодженні в інтервалі 760 ... 720 о С, відбувається розкладання цементиту, що входить до складу перліту, і структура після відпалу складається з фериту і вуглецю відпалу (виходить феритний ковкий чавун).
При відносно швидкому охолодженні друга стадія повністю усувається, і виходить перлітний ковкий чавун.
Структура відпаленого чавуну складається з перліту, фериту і графіту відпалу (виходить феррито-перлітною ковкий чавун)
Відпал є тривалою 70 ... 80 годин і дорогою операцією. Останнім часом, в результаті удосконалень, тривалість скоротилася до 40 годин.
Розрізняють 7 марок ковкого чавуну: три з феритної (КЧ 30 - 6) і чотири з перлітною (КЧ 65 - 3) основою (ГОСТ 1215).
За механічним і технологічними властивостями ковкий чавун займає проміжне положення між сірим чавуном і сталлю. Недоліком ковкого чавуну в порівнянні з високоміцним є обмеження товщини стінок для відливання і необхідність відпалу.
Виливки з ковкого чавуну застосовують для деталей, що працюють при ударних і вібраційних навантаженнях.
З феритних чавунів виготовляють картери редукторів, маточини, гаки, скоби, хомутики, муфти, фланці.
З перлитових чавунів, що характеризуються високою міцністю, достатньою пластичністю, виготовляють вилки карданних валів, ланки і ролики ланцюгів конвеєра, гальмівні колодки.
Позначаються індексом КЧ (високоміцний чавун) і двома числами, перше з яких показує значення межі міцності, помножене на 100, а друге - відносне подовження - КЧ 30 - 6.
Вибілені і інші чавуни
Вибілені - виливки, поверхня яких складається з білого чавуну, а всередині сірий або високоміцний чавун.
Мають високу поверхневу твердість (950 ... 1000 НВ) і дуже високу зносостійкість. Використовуються для виготовлення прокатних валів, вагонних коліс з вибіленим ободом, куль для кульових млинів.
Для виготовлення деталей, що працюють в умовах абразивного зносу, використовуються білі чавуни, леговані хромом, хромом і марганцем, хромом і нікелем. Виливки з такого чавуну відрізняються високою твердістю і зносостійкістю.
Для деталей, що працюють в умовах зносу при високих температурах, використовують високохромисті і хромонікелеві чавуни. Жаростійкість досягається легуванням чавунів кремнієм (5 ... 6%) і алюмінієм (1 ... 2%). Корозійна стійкість збільшується легированием хромом, нікелем, кремнієм.
Для чавунів також можна застосовувати термічну обробку.
Тести для самоконтролю