Чугун- сплав железа с углеродом с содержанием менее,2,14 % углерода. Углерод придает сплавам железа твердость, снижая пластичность и вязкость. Углерод в чугуне может содержаться в виде цементита и графита.
Механические свойства чугуна определяются его химическим составом и скоростью охлаждения залитого в форму металла. Основными структурными составляющими чугуна являются феррит, графит, цементит, перлит, аустенит, ледебурит.
Феррит представляет собой твердый раствор углерода в &железе в количестве 0,02-0,03 % по массе при температуре 723 С. Имеет объемноцентрированную кубическую кристаллическую решетку. Феррит является фазовой составляющей перлита.
Графит- это минерал, кристаллическая модификация углерода С. Размер и форма графитовых включений зависят от химического состава чугуна, скорости охлаждения его в форме, от условий плавки и обработки жидкого металла , а также от режима термической обработки отливок. Величина и форма графитовых включений влияют на механические свойства чугуна : чем крупнее выделения пластинчатого графита в виде прямолинейных или искривленных пластинок графита, тем ниже механические свойства чугуна. Измельчение графита и придание ему шаровидной или хлопьевидной формы позволяет повысить механическую прочность чугуна.
Цементит- химическое соединение железа с углеродом ( Fe3 C – карбид железа содержит 6,67 % углерода)- наиболее твердая и очень хрупкая составляющая структуры чугунов( твердость -1000 кгс/ мм2), которая образуется при охлаждении сплавов. Цементит повышает твердость чугунов.
Перлит- эвтектоидная смесь феррита и цементита, образующаяся в результате эвтектоидного распада аустенита при медленном охлаждении. Различают перлит пластинчатый и зернистый. В пластинчатом перлите феррит и цементит имеют форму пластинок, в зернистом- округлые зерна цементита на фоне зерен феррита. Структура перлита зависит от скорости охлаждения- чем выше скорость охлаждения, тем она мельче. Твердость перлита составляет 300 кгс/мм2.
Аустенит – твердый раствор углерода и легирующих элементов в y-железе. Максимальное содержание углерода в аустените – 2,03%. Аустенит отличается высокой вязкостью, пластичностью, низкой прочностью, высокой плотностью.
Ледебурит- эвтектическая смесь цементита и аустенита. Содержит 4,3% углерода. Образуется при температуре 1145 С. При температуре ниже эвтектоидной(723 С) аустенит превращается в перлит и, таким образом, при комнатной температуре ледебурит состоит из цементита и перлита.
Различное сочетание структурных составляющих придает чугуну широкую гамму разносторонних физико-механических свойств.
Белый чугун: в белых чугунах весь углерод находится в связанном виде( Fe3 C). В зависимости от количества углерода делятся на эвтектические(4,3 % углерода) и заэвтектические ( 4,3-6,67 % углерода). Цементит в изломе имеет светлый оттенок. Поэтому такие чугуны называют белыми. Из белых чугунов путем отжига получают ковкие чугуны.
Серый чугун- сплав железа с углеродом, в котором углерод присутствует в виде графита пластинчатой формы, из-за чего излом такого чугуна имеет серый цвет. В зависимости от микроструктуры металлической матрицы и от количества связанного углерода серый чугун с пластинчатым графитом подразделяют на перлитный, перлито-ферритный и ферритный.
Перлитный чугун содержит 0,9 % связанного углерода; остальной графит находится в виде равномерно распределенных пластинок или шаров графита. 62
Перлито-ферритный чугун состоит их перлита, феррита и графита. Содержание связанного графита- 0,15-0,8%. Этот чугун обладает меньшей прочностью, хорошей обрабатываемостью и применяется для обычного литья.
Ферритный чугун состоит из феррита и графита. Содержание связанного углерода не более 0,15%. Графит имеет форму неравномерно распределенных пластин. Этот чугун обладает малой твердостью и прочностью, легко обрабатывается. Ферритный чугун имеет крупнозернистый излом темно-серого цвета.
Высокопрочный чугун с шаровидным графитом получают в результате модифицирования серого чугуна или повышения скорости кристаллизации отливок. Чугун с шаровидным графитом имеет значительно меньшую склонность к образованию трещин, имеет большую твердость и прочность при растяжении и изгибе чем серый чугун.
Ковкий чугун получают после длительного отжига белого чугуна, в результате чего образуется графит хлопьевидной формы. Металлическая основа ковкого чугуна- феррит, реже – перлит. Ковкий чугун обладает повышенной прочностью при растяжении, высокой пластичностью и вязкостью, а также высоким сопротивлением удару. Из ковкого чугуна изготовляют детали сложной формы.