Серый чугун

В зависимости от скорости дальнейшего охлаждения после затвердевания (а значит и от размера отливки) чугун может иметь ферритную, феррито-перлитную и чисто перлитную металлическую основу. С ростом скорости охлаждения возрастает доля перлита, а следовательно и прочность чугуна, но падает его пластичность. Для каждой области применения выбирают марку чугуна с оптимальным для этого случая сочетанием свойств.

Серый чугун в изломе тёмно-серого цвета, мягок, хорошо обрабатывается инструментами и поэтому широко применяется в машиностроении. Температура плавления серого чугуна 1100—1250° С. Чем больше в чугуне углерода, тем ниже температура плавления. Основное количество углерода в сером чугуне содержится в виде графита, равномерно распределённого среди зёрен основного сплава.

Примерный состав серого чугуна: 3—3,6 % углерода; 1,6—2,5 % кремния; 0,5—1 % марганца; 0,05—0,12 % серы; 0,1—0,8 % фосфора. Сера является вредной примесью в чугуне, затрудняет его сварку и понижает прочность; она повышает вязкость чугуна в расплавленном состоянии и увеличивает его литейную усадку.

В сером чугуне, по сравнению с белым, содержится больше кремния и меньше марганца, так как кремний способствует графитизации углерода в чугуне, а марганец, наоборот, вызывает образование связанного углерода — цементита.

Фосфор делает чугун более жидкоплавким и улучшает его свариваемость, но одновременно повышает хрупкость и твёрдость. Поэтому содержание серы и фосфора в чугуне не должно превышать указанных пределов.

По ГОСТ 1412—54 марка серого чугуна обозначается буквами СЧ и двумя числами, из которых первое обозначает среднюю величину временного сопротивления в кгс/мм², а второе — то же, при изгибе. Выпускается, например, серый чугун марок СЧ12-28, СЧ15-32, СЧ18-36 и т. д. Наиболее прочным является чугун марки СЧ38-60. Твёрдость по Бринеллю для серого чугуна СЧ12-28 составляет от 143 до 229, чугуна СЧ38-60 —от 207 до 262.

Серый чугун характеризуется высокими литейными свойствами (низкая температура кристаллизации, текучесть в жидком состоянии, малая усадка) и служит основным материалом для литья. Он широко применяется в машиностроении для отливки станин станков и механизмов, поршней, цилиндров.

Высокая хрупкость, свойственная серым чугунам вследствие наличия в их структуре графита, делает невозможным их применение для деталей, работающих в основном на растяжение или на изгиб; чугуны используются лишь при работе на сжатие.

Применение принципиально нового композиционного подхода к строению одного из старейших литейных сплавов, является наиболее перспективным из существующих направлений. Композиционный подход основан на том, что в первом приближении первичная структура серого чугуна подобна структуре волокнистых композиционных материалов (ВКМ), армированных дискетными волокнами^[1].

При изготовлении отливок из серого чугуна используется, в частности, технология производства крупногабаритного стального литья. Для достижения заданного химического состава серого чугуна проводятся обезуглероживание жидкого передельного чугуна доменного цеха до заданного содержания углерода; дополнительное легирование расплава кремний- и марганецсодержащими материалами; корректировка химического состава чугуна в условиях внепечной обработки расплава в агрегате ковш-печь^[2].