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, ов 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.