Вивчивши матеріали цього розділу, учні знатимуть:

• класифікацію чавунів за головними ознаками;

• особливості впливу домішок і швидкості охолодження на структуру і властивості чавунів;

• визначення сфери застосування та маркування чавунів;

• визначення видів чавунів та їхні властивості.

1. 1. Чавунами називають залізовуглецеві сплави, вміст вуглецю в яких у межах 2,14-6,67 %. Чавуни найбільш широко використовують для литих деталей, що експлуатуються в умовах зменшених динамічних навантажень. Перевага чавуну - підвищені ливарні властивості й менша вартість. Температура для лиття чавунів значно нижча (на 300-400 °С), ніж у сталей.

2. В основу класифікації чавунів покладено низку ознак, зокрема: стан вуглецю в чавуні, форма графітних частинок та ін. Вуглець у чавунах може міститися як у зв'язаному стані, у вигляді хімічної сполуки з залізом Fe₃C - цементиту, так і у вільному стані у формі графіту, а також цементиту і графіту одночасно.

3. Під час порівняно швидкого охолодження рідкого чавуну при переході його у твердий стан вуглець виділяється у формі цементиту. Якщо в чавуні увесь вуглець міститься у вигляді цементиту, його називають білим чавуном. Колір «злому» такого чавуну білий, блискучий. Білий чавун здебільшого йде на перероблення у сталь; за допомогою термооброблення його трансформують у ковкий чавун.

4. При повільному охолодженні рідкого чавуну вуглець виділяється із розплаву у вигляді графіту, який розміщується всередині металевої маси у формі окремих включень. Графіт надає чавуну сірий колір у зломі. Тому чавуни, в яких спостерігаються вкраплення вільного графіту, називають сірими.

5. Оскільки структура чавуну складається із металевої основи і графіту, то і властивості чавуну залежатимуть як від властивостей металевої основи, так і від кількості й характеру графітних включень. Графіт порівняно з металевою основою має значно нижчі механічні властивості, тому графітні включення можна вважати в першому наближенні просто пустотами, тріщинами.

6. Природно, що чим більший об'єм займають пустоти, тим гірші властивості чавуну. Отже, чим більше в чавуні графіту, тим нижчі його властивості, чим грубіші включення графіту, тим більше вони роз'єднують металеву основу, тим гірші властивості чавуну. Найнижчі механічні властивості має чавун, у якому графітні включення утворюють замкнутий скелет.

7. Графітні пластинки порушують зв'язаність металевої матриці в чавуні. Вони послабляють поперечний переріз деталі або зразка під час розтягувального навантаження, тому чавун здатний витримувати тільки стискувальні, але не розтягувальні напруження. Крім того, пластичні виділення графіту є ніби внутрішніми тріщинами з дуже гострими краями. При навантаженні матеріалу біля основи цих тріщин концентруються напруження, які можуть спричинити їх розвиток.

8. Через ці несприятливі обставини чавун, попри велику кількість вуглецю, здатний витримувати менші розтягувальні навантаження, ніж сталь. Під стискувальним навантаженням чавун має кращі властивості, оскільки графітні пластинки в поперечному перерізі зразка або деталі беруть на себе відповідну частину напруження стиснення.

9. Щоб покращити міцність чавуну, слід добиватися того, щоб графітні включення мали форму куль, а не пластинок. Як показує досвід, із округленням графітних включень міцність чавуну на розтяг зростає, і коли включення графіту набуває форму кулі, то міцність чавуну досягає приблизно такого самого рівня, як і в сталях. Це зумовлено тим, що та сама кількість кулеподібного графіту займає меншу площу в поперечному перерізі, ніж пластинчастого. Крім того, небезпека концентрації напруження на такому графіті значно зменшується. Тому чавун, у якому графіт має кулеподібну форму, називають високоміцним.

10. У ковкому чавуні графітні включення мають пластинчасту форму. Ковкий чавун посідає проміжне значення за міцністю між звичайним сірим чавуном, у якому графітні включення містяться у вигляді пластинок, і високоміцним чавуном, у якому графітні включення мають кулясту форму.

11. У структурі сірого чавуну більша частина або весь вуглець міститься у вигляді графіту. Характерна особливість структури сірих чавунів, що визначає багато їхніх властивостей, полягає в тому, що графіт має форму пластинок.

12. Найширше застосування знайшли до-евтектичні чавуни, що містять 2,4-3,8 % С.

Чим більше в чавуні вуглецю, тим більше утворюється графіту і тим нижчі його механічні властивості. Тому кількість вуглецю в чавуні зазвичай не перевищує 3,8 %. Водночас для забезпечення високих ливарних властивостей вуглецю в чавуні має бути не менше 2,4 %.

13. Кремній, концентрація якого в сірому чавуні може змінюватися від 0,3 до 5 %, значною мірою впливає на будову і властивості чавунів. Кремній сприяє процесу графітизації: чим більше кремнію є в чавуні (при однаковій кількості вуглецю), тим повніше в ньому відбувається цей процес.

14. Марганець затримує виділення вуглецю в вигляді графіту і сприяє від-біленню чавуну. Вміст у чавуні до 1,2 % марганцю є корисним, оскільки він збільшує міцність і твердість чавуну. При більшому вмісті марганцю чавун стає крихким.

15. Фосфор підвищує рідинноплинність чавуну, тому вміст його в невеликих дозах (до 0,4 %) допустимий. У чавунних виливках фосфору має бути до 0,15 %, оскільки він збільшує крихкість чавуну.

16. Сірка ускладнює виділення графіту, збільшує крихкість чавуну, зменшує рідинноплинність. Вміст у чавуні більше ніж 0,1 % сірки є недопустимим.

17. Сірі чавуни маркують так: букви СЧ позначають сірий чавун, потім ідуть два двозначні числа, перше з яких показує межу міцності при розтягуванні, друге - межу міцності при згині в кг/мм2. Букви ВЧ позначають високоміцний чавун, дві перші цифри - межа міцності при розтягуванні, другі дві - відносне подовження. Марку ковкого чавуну позначають КЧ, цифри мають те саме значення, що й у високоміцному чавуні.

КОНТРОЛЬНІ ЗАПИТАННЯ

1. Що таке чавун?

2. Чим чавун відрізняється від сталі?

3. Які ознаки покладено в основу класифікації чавуну?

4. Чим відрізняються сірі чавуни від білих?

5. Якої форми можуть бути графітні включення в чавуні?

6. Як залежать властивості чавуну від форми графітових включень?

7. Як називають чавун, у якому графіт має кулясту форму?

8. Що означають останні дві цифри при маркуванні сірого чавуну?

9. Як позначають ковкі чавуни?

Це матеріал з підручника "Матеріалознавство та технологія металів" Власенко 2019