Чугунами называют железоуглеродистые сплавы с содержанием углерода более 2,14 %.

Чугуны принято подразделять на:

- белые, у которых весь углерод находится в связанном состоянии в форме цементита (см. рисунок 4.16);

- серые, у которых углерод находится в частично связанном, частично свободном состоянии в форме графита;

- ковкие, у которых углерод почти полностью выделяется в свободном состоянии.

Белые чугуны имеют большую твердость (4500…5500 МПа), они хрупки и потому используются преимущественно для переплавки в сталь или чугуны других разновидностей.

Серые чугуны получили свое название по виду излома, который имеет серый цвет. Структура серого чугуна состоит из металлической основы и графита (в форме пластин) и потому его свойства зависят от этих составляющих.

По структуре металлической основы серые чугуны подразделяют на:

- серый перлитный со структурой перлит + графит (количество связанного углерода – 0,8 %);

- серый ферритно-перлитный со структурой феррит + перлит + графит (количество связанного углерода < 0,8 %);

- серый ферритный со структурой феррит + графит (весь углерод в виде графита);

Серые чугуны обладают хорошими литейными качествами – жидкотекучестью, хорошим заполнением форм и малой усадкой при затвердении.

Марки серых чугунов состоят из букв Сч (серый чугун) и цифры, показывающей значение временного сопротивления при растяжении в кг/мм².

По величине графитовые включения в серых чугунах бывают крупные, средние и мелкие; по форме – прямолинейные или завихренные; по расположению – равномерные, гнездовые и эвтектические.

Схематично влияние формы графитовых включений и вида металлической основы представлено на рисунке 7.16.

                                      а                                      б

а – серый чугун: разветвленные пластины графита (темные) и зерна феррита;

б – высокопрочный чугун с шаровидным графитом на ферритной основе

Рисунок 7.16

Механические свойства серых чугунов зависят от металлической основы, количества, размера, формы и расположения графитовых включений, а также наличия других примесей.

Наиболее мягки и менее прочны чугуны на ферритовой основе, наиболее тверды и прочны – на перлитовой.

Включения графита нарушают структуру металлической основы чугунов и поэтому понижают их прочность. Чем больше графита в чугуне, тем ниже его свойства. Обычно в сером чугуне содержится 2,8-4 % углерода, из них 2-3 % - в виде графита.

Пи одинаковом количестве графита на механические свойства чугуна оказывают влияние величина графитовых включений, их форма и характер распределения в металлической основе.

Крупные включения графита значительно больше снижают прочность металлической основы у серых чугунов, чем мелкие, разобщенные, шаровидные включения.

На свойства серых чугунов оказывают влияние и примеси – кремний, марганец, сера, фосфор. Содержание кремния в серых чугунах колеблется в пределах от 1,5 до 4,5 %, марганца – от 0,5 – 1,2 %. При большом содержании марганец отбеливает чугун и повышает его хрупкость. Сера ухудшает литейные свойства (увеличивается густоплавкость и усадка при затвердении) и повышает хрупкость и твердость чугунов. Обычное содержание серы – не более 0,6 %. Фосфор улучшает литейные свойства серого чугуна (увеличивает жидкоплавкость и уменьшает усадку). Допустимое содержание фосфора – от 0,1 до 1 %.

Серый чугун, применяемый в строительстве, должен иметь предел прочности при растяжении не менее 120 МПа, предел прочности при изгибе – 280 МПа.

Из серого чугуна отливают элементы конструкций, хорошо работающие на сжатие, - колонны, опорные подушки, башмаки, тюбинги, отопительные батареи, трубы водопроводные и канализационные, плиты для полов, станины и корпусные детали станков, головки и поршни двигателей, зубчатые колеса и другие детали.

Высокопрочными называют чугуны, в которых графит имеет шаровидную форму. Их получают путем модифицирования цезием, магнием или ферросилицием совместно с вторичным алюминием. По структуре металлической основы высокопрочный чугун может быть ферритным, ферритно-перлитным или перлитным.

Модификаторы производят раскисление металла. Образующиеся окислы являются центрами кристаллизации для графита, они вызывают его размельчение и равномерное распределение по основе стали.

Маркируется высокопрочный чугун по пределу прочности и относительному удлинению, например, Вч 45-5 – где цифра 45 – предел прочности в кг/мм², а цифра 5 – относительное удлинение 6 %.

Ковкими называют чугуны, в которых графит имеет хлопьевидную форму. Их получают в результате специального графитизирующего отжига (томления) доэвтектического белого чугуна. Ковкий чугун по сравнению с серым обладает более высокой прочностью, что связано с меньшим влиянием хлопьевидной формы графита на механические свойства металлической основы, которая по структуре может быть ферритной, ферритно-перлитной и перлитной.

Термин «ковкий чугун» является условным и характеризует пластические, а не технологические свойства чугуна, так как изделия из него, как и из других чугунов, получают литьем, а не ковкой.

Маркируют ковкие чугуны буквами Кч и цифрами, как и высокопрочные чугуны.

Физико-механические свойства чугунов приведены в таблице 7.4.

Таблица 7.4

Из таблицы видно, что перлитные чугуны более прочные, а ферритные – более пластичные.

В строительстве находят применение все виды рассмотренных чугунов с графитным включением. Серые чугуны используются в конструкциях, работающих на статическую нагрузку (колонны, фундаментальные плиты под фермы, балки, канализационные трубы, люки, задвижки); высокопрочные и ковкие чугуны, обладающие повышенной прочностью, пластичностью и вязкостью, используют в конструкциях, подвергающихся динамической и вибрационной нагрузке и износу (полы промышленных зданий, фундаменты тяжелого кузнечно-прессового оборудования, подферменные опоры железнодорожных и автодорожных мостов, тюбинги для крепления ответственных транспортных тоннелей под землей, в горах).