Глава XII.ЧУГУНЫ

 

Для неответственных деталей, производимых в большом количестве на станках–автоматах (болты, гайки, винты, втулки и т. д.), используют так называемые автоматные стали (ГОСТ 1414—75). В таких сталях допускается повышенное содержание серы и фосфора, поэтому они обладают меньшей вязкостью, благодаря чему стружка образуется короткая и ломкая, а поверхность обработанных сталей получается чистой и ровной. При изготовлении деталей из автоматных сталей можно допускать большие скорости резания.

Добавки свинца (~0,25 %) улучшают обрабатываемость резанием (АС11, АС40). Автоматные стали подвергают диффузионному отжигу, при температуре 1100—1150°С для устранения ликвации серы, тем самым исключается возможность красноломкости. Для повышения прочности автоматные стали иногда нагартовывают холодной протяжкой. В последнее время автоматные стали, кроме свинца, легируют и другими элементами: марганцем, хромом, никелем (А40Г, АС20ХГНМ и др.).

Таблица 11. Химический состав, %, автоматных сталей

Марка стали	С	Мn	Si	Р
А12	0,08—0,16	0,60—0,90	0,08—0,20	0,08—0,15
А20	0,15—0,25	0,60—0,90	0,08—0,15	<0,06
А 30	0,25—0,35	0,70—1,00	0,08—0,15	<0,06
А40Г	0,35—0,45	1,2—1,55	0,18—0,30	<0,05
Примечание. Во всех сталях содержится 0,15 — 0,35 % Si

 

Глава XII.ЧУГУНЫ

Чугуном называют железоуглеродистые сплавы, содержащие более 2 % углерода. Наиболее значительную часть выплавляемого чугуна перерабатывают в сталь, однако не менее 20 % его используют для изготовления литых деталей машин и других изделий. В практике машиностроения в большинстве случаев используют чугун с содержанием 2,5—4 % С. В промышленном чугуне, кроме углерода, обязательно содержатся кремний, марганец, сера и фосфор (в большем количестве, чем в стали).

Чугун отличается высокими литейными свойствами, изделия из него изготавливаютразличными методами литья. Из-за низкой пластичностичугун не подвергается обработке давлением. В зависимости от формы выделения углерода чугун подразделяют на белый, половинчатый и серый.

Белым называют такой чугун, в котором при комнатной температуре весь углерод находится в связанном состоянии, в основном в форме цементита. Такой чугун в изломе имеет белый цвет и металлический блеск.

Серым называют такой чугун, в котором весь углерод или большая его часть находятся в виде графита, а в связанном состоянии (в форме цементита) углерода содержится не более 0,8 %. Из-за большого количества графита, входящего в состав такого чугуна, его излом имеет серый цвет.

 

 

Рис. 155. Структурная диаграмма для чугуна, показывающая, какая должна получаться структура в отливке (c толщиной стенки 50 мм) в зависимости от содержания в чугуне кремния и углерода: 1 – «белые» чугуны; 2 – «серые» перлитные чугуны; 3 — «серые» ферритные чугуны

 

Рис. 156. Структурная диаграмма для чугуна, показывающая, какая должна получаться структура в отливке в зависимости от суммы содержания углерода и кремния, а также толщины отливки: 1 – «белые» чугуны; 2 – «серые» перлитные чугуны; 3 – «серые» ферритные чугуны.

 

 

В половинчатом чугуне часть углерода находится в форме графита, но при этом не менее 2 % С присутствует в форме цементита.

В ряде случаев находят применение детали, изготовленные из чугуна с отбеленной поверхностью. Основная масса металла в таких деталях имеет структуру серого чугуна и только в поверхностном слое почти весь углерод находится в форме цементита. Типичным примером являются прокатные валки для холодной прокатки листов. Наличие большого количества цементита придает валкам высокую поверхностную твердость и высокое сопротивление износу, что способствует получению листов с чи­стой поверхностью.

Структура чугунов существенно зависит от их химического состава и скорости охлаждения.

Кремнийспособствует графитизации чугуна. Кремний растворяется в FeO, образуя раствор замещения. Содержание кремния в чугунах колеблется от 0,5 до 4,5 %. На рис. 155 приведена диаграмма, которая дает возможность определить заранее будущую структуру отливки по содержанию углерода и кремния.

Марганецпрепятствует графитизации, способствует получению в структуре чугуна цементита. Содержание марганца в чугунах — от 0,4 до 1,3 %.

Сера в чугунах является нежелательным элементом. Она снижает жидкотекучесть, способствует отбеливанию чугуна, как и марганец. Содержание серы допускается не более 0,08—0,12 %.

Фосфор в чугунах — полезная примесь, так как улучшает жидкотекучесть. Участки фосфидной эвтектики увеличивают твердость и износостойкость чугуна. Содержание фосфора в чугунах колеблется от 0,3 до 0,8 %.

Иногда в чугуны вводят легирующие элементы (никель, хром, алюминий, молибден и т. д.), тем самым улучшая их свойства.

Скорость охлаждения. Кроме регулирования содержания углерода и кремния, необходимо также учитывать скорость охлаждения отливок. Известно, что быстрое охлаждение способствует получению белого чугуна, замедленное — серого чугуна. На рис. 156 приведена диаграмма, пользуясь которой можно получить в отливке нужную структуру, регулируя химический состав и скорость охлаждения.