Чавунами називаються залізовуглецевих сплави, що містять більше 2,12% С і затвердевающие з утворенням евтектики. Завдяки поєднанню високих ливарних властивостей, достатньої міцності, зносостійкості, а також відносній дешевизні чавуни отримали широке поширення в машинобудуванні. Їх використовують для виробництва якісних виливків складної форми при відсутності жорстких вимог до габаритів і масі деталей.
Залежно від того, в якій формі присутній вуглець в сплавах, розрізняють білі, сірі, високоміцні чавуни, чавуни з вермікулярним графітом і ковкі чавуни. Високоміцні чавуни і чавуни з вермікулярним графітом є різновидом сірих, але через підвищених механічних властивостей їх виділяють в особливі групи.
Білими називаються чавуни, в яких весь вуглець знаходиться у зв'язаному стані у вигляді цементиту Fe3 C. Через великої кількості цементиту вони тверді (450 ÷ 550 НВ), тендітні і для виготовлення деталей машин не використовуються. Обмежене застосування мають вибілені чавуни - відливки з сірого чавуну з шаром білого чавуну у вигляді твердої кірки на поверхні. З них виготовляють прокатні валки, лемеші плугів, гальмівні колодки та інші деталі, що працюють в умовах зносу.
У промисловості широко застосовують сірі, високоміцні і ковкі чавуни, в яких весь вуглець або частина його знаходиться у вигляді графіту. Графіт забезпечує знижену твердість, хорошу оброблюваність різанням, а також високі антифрикційні властивості внаслідок низького коефіцієнта тертя. Разом з тим включення графіту знижують міцність і пластичність, тому що порушують суцільність металевої основи сплаву. Сірі, високоміцні і ковкі чавуни розрізняються умовами освіти графітних включень і їх формою, що відбивається на їх механічні властивості, які в великій мірі залежать від структури металевої основи. Міцність, твердість і зносостійкість чавунів ростуть зі збільшенням кількості перліту в металевій основі, яка за всіма показниками близька до сталей.
Високоміцними називають чавуни, в яких графіт має кулясту форму. Їх отримують модифікування магнієм, який вводять в рідкий чавун в кількості 0,02 ÷ 0,08%. Чавун після модифікування має наступний хімічний склад в: 3,0 ÷ 3,6% С; 1, ÷ 2,9% Si; 0,3 ÷ 0,7% Мп; до 0,02% S і до 0,1% Р. По структурі металевої основи високоміцний чавун може бути феритної або перлітним. Феритний чавун в основному складається з фериту і кулястого графіту, допускається до 20% перліту. Структура перлитного чавуну - сорбітообразного або пластинчастий перліт і кулястий графіт, допускається до 20% фериту.
Кулястий графіт - менш сильний концентратор напружень, ніж пластинчастий, тому він менше знижує механічні властивості металевої основи і має більш високу міцність і деякою пластичністю. Марка високоміцного чавуну позначається буквами ВЧ і числа, що означає його тимчасовий опір (межа міцності), зменшене в 10 разів (табл. 1.1).
У чавунах з вермікулярним графітом структура формується під дією комплексного модифікатора, яку воно містить-го магній і рідкоземельні метали. Графіт набуває кулясту (до 40%) і вермікулярним - у вигляді дрібних тонких прожилок - форму.
Після модифікування ці чавуни містять: 3,1 ÷ 3,8% С; 2,0 ÷ 3,0% Si; 1,0% Мп; до 0,025% S; 0,08% Р.
Чавуни з вермікулярним графітом виробляють чотирьох марок: ЧВГ 30; ЧВГ 35; ЧВГ 40; ЧВГ 45 (табл. 1.1). Число в марці означає зменшене в 10 разів значення тимчасового опору.
За механічними властивостями чавуни з вермікулярним графітом займають проміжне положення між сірими і високоміцними чавунами. Вони міцніше сірих чавунів, особливо при циклічних навантаженнях. Механічні властивості цих чавунів в меншій мірі залежать від маси виливків. Вони відрізняються гарну теплопровідність, що забезпечує їх стійкість до теплосменам.
Таблиця 1.1. Властивості промислових чавунів
Ковкими називаються чавуни, в яких графіт має пластівчасту форму. Їх отримують відпалом білих доевтектичних чавунів. З цієї причини графіт ковких чавунів називають вуглецем відпалу. Такий графіт на відміну від пластинчастого менше знижує механічні властивості металевої основи, внаслідок чого ковкие чавуни, в порівнянні з сірими, мають більш високими міцністю і пластичністю.
За структурою металевої основи, яка визначається режимом відпалу, ковкі чавуни бувають Феритний і Перлітний. Ковкі чавуни позначають індексом і наступними цифрами, перша з яких характеризує міцність, а друга пластичність КЧ 30-6, КЧ 60-3 і т.д. (Табл. 1.1).
Леговані чавуни. Властивості чавунів можна поліпшити легированием, тобто введенням в його склад спеціальних елементів, таких же, які використовують при легуванні стали. Легуючі елементи впливають на металеву основу чавуну, а також на характер і розміри графітних включень, сприяють подрібненню структури. Призначення легованих чавунів найрізноманітніше. Чавуни застосовують зносостійкі, жаростійкі, жароміцні, корозійностійкі, антифрикційні.
Зносостійкі чавуни. Для роботи в умовах абразивного зношування застосовують чавун, що містить 3,5 ÷ 5% Ni; 0,8% Сr. володіє задовільною зносостійкість в легких умовах роботи (робочі органи насосів і ін.). Чавуни для роботи в умовах сухого тертя в основному леговані хромом (до 0,6%) і нікелем (до 2,5%) з добавками таких елементів, як титан, мідь вольфрам, молібден. З таких чавунів виготовляють гальмівні барабани автомобілів, диски зчеплення, супорти токарних верстатів, гільзи циліндрів і ін. Високої зносостійкістю володіє високохромистого чавуну, наприклад, марки ІЧХ12ГЗМ (12 ÷ 14% Сr; I 2,8 ÷ 3,8% Мп; 0, 4 ÷ 0,8% Мо), застосовуваний для дробильних вальців, куль кульових млинів та ін.
Жароміцні чавуни. До них відноситься, наприклад, чавун з кулястим графітом марки ЧН11Г7Х2Ш (10 ÷ 12% Ni; 5 ÷ 8% Мп; 1 ÷ 2,5% Сr), що володіє високими жароміцними властивостями і застосовується для деталей дизелів, компресорів зі зрідження газів і ін .
Корозійностійкі чавуни. Ці чавуни бувають низько- та високолеговані. Низьколегований чавун, наприклад, марки ЧН1ХМД (0,7 ÷ 1,5% Ni; 0,2 ÷ 0,6% Сr; 0,3 ÷ 0,6% Мо; 0,2 ÷ 0,5% Сі) застосовують для деталей, що працюють при підвищених температурах в газових середовищах (блоки і голівки циліндрів двигунів внутрішнього згоряння та ін.). Високолеговані чавуни - це крем'янисті сплави (ферросіліди), що містять 14 ÷ 18% Si (наприклад, марка С17), стійкі у всіх кислотах і лугах. Їх застосовують для виготовлення деталей насосів, обладнання, що працює з концентрованої сірчаної, азотної та ін. Кислотами.