1,2 Подшипниковые стали (шарико-подшипниковые) представляют собой износостойкие высококачественные сплавы, которые хорошо противодействуют серьезным контактным нагрузкам. В таких сплавах всегда имеется хром и не менее 0,95 процентов углерода (до 1,15 процентов). Подшипниковая сталь – область применения и общая характеристика Все шарико-подшипниковые сплавы с высоким содержанием углерода обычно делят на две группы: 1. Для изделий качения, которые функционируют при повышенных температурах и в агрессивных по своим характеристикам средах. К ним относят тепло- и нержавеющие стали (коррозионностойкие). 2. Для изделий, которые используются в стандартных условиях. В данной группе находятся хромомарганцевые и хромистые составы, легированные молибденом и кремнием. Популярные стали первой группы –11Х18М-ШД, 95Х18-Ш, 8Х4М4ВФ1-Ш и другие. В их маркировке литеры "ШД" означают, что сплав изготовлен по технологии вакуумно-дуговой переработки, а "Ш" – по технологии обычной электрошлаковой. Самыми же известными и востребованными сталями для шарико-подшипниковых изделий второй категории являются композиции ШХ15, ШХ20СГ и ШХ15СГ. При эксплуатации подшипники качения и их элементы (кольца, ролики, шарики) постоянно воспринимают знакопеременные повышенные напряжения. Кроме того, шарико-подшипниковые детали склонны к истиранию, то есть к одному из видов разрушений металла механического характера. Оно обуславливается наличием напряжений, которые образуются при движении контактирующих поверхностей силами трения. На конкретный показатель истирания конструкции качения влияют следующие факторы: активность (с химической точки зрения) среды, в которой работает подшипник; тип и марка используемого смазочного состава; точность сборки и производства изделия; наличие частиц с абразивными свойствами и их общее количество. Исходя из всего вышесказанного, становится подшипниковые сплавы обязаны обладать: понятным, что шарико- повышенной прочностью и стойкостью против механического износа; большой упругостью; незначительной хрупкостью в сочетании с повышенным показателем сопротивления физической усталости металла. В состав сталей для подшипников легирующие элементы входят в далее указанных интервалах (величины даны в процентах): ШХ20СГ: кремний – от 0,55 до 0,85, углерод – от 0,9 до 1, хром и марганец – от 1,4 до 1,7, медь – 0,25, сера – 0,02, никель – 0,3, фосфор – 0,027; ШХ15СГ: кремний – от 0,4 до 0,65, углерод – от 0,95 до 1,05, хром – от 1,3 до 1,65, марганец – от 0,9 до 1,2, медь, сера, никель, фосфор – аналогично стали ШХ20СГ; ШХ15: кремний – от 0,17 до 0,37, углерод – от 0,95 до 1,05, хром – от 1,3 до 1,65, марганец – от 0,2 до 0,4, остальные элементы – аналогично предыдущим маркам; 11Х18М-ШД: кремний – от 0,53 до 0,93, углерод – от 1,1 до 1,2, хром – от 16,5 до 18, марганец – от 0,5 до 1, сера – 0,15, медь и никель – 0,3, фосфор – 0,025; 95Х18-Ш: кремний – 0,8, углерод – от 0,9 до 1, хром – от 17 до 19, марганец – не более 0,7, сера – 0,025, медь – 0,25, никель – 0,3, фосфор – 0,03. К вредным примесям относят: Медь. Нежелательный элемент, несмотря на то, что она повышает уровень прокаливаемости и прочности, а также твердость металла. Следует тщательно подбирать ее количество, иначе сталь будет подвержена формированию надрывов и опасных трещин на металлической поверхности. Фосфор. Данная добавка вызывает снижение прочности на изгиб, делает материал хрупким и склонным при нагреве к формированию структуры с крупным зерном, обуславливает появление трещин при закалке стали, повышает ее восприимчивость к нагрузкам динамического характера. Азот, свинец, олово, мышьяк. Эти примеси, содержащиеся в подшипниковых стальных композициях в тысячных долях процента, провоцируют металл на активное раскрашивание. Никель. При большом содержании данного элемента в стали ее показатели твердости существенно уменьшаются. 3 В качестве материалов зубчатых колес применяют: стали, чугуны и пластмассы. Стали.Основными материалами для зубчатых колее служат термически обрабатываемые стали. Термообработка производится для повышения твердости, от которой зависит контактная прочность, а также износостойкость и противозадирные свойства. В зависимости от твердости стальные зубчатые колеса делятся на две группы: Первая группа— колеса с твердостью <=НВ 350. Применяются в мало- и средненагруженных передачах. Материалами для колес этой группы служат углеродистые стали 35, 40, 45, 50, 50Г, легированные стали 40Х, 45Х, 40ХН и др. Термообработка - нормализация или улучшение производится до нарезания зубьев. Колеса с твердостью <=HB 350 хорошо прирабатываются и не подвержены хрупкому разрушению. Для равномерного износа зубьев и лучшей их прирабатываемости твердость шестерни должна быть на (25 … 50) НВ больше твердости колеса. Вторая группа— колеса с твердостью > НВ350 (При твердости > НВ 350 твердость материала измеряется по шкале Роквелла 10НВ ~= 1HRC). Применяются в тяжелонагруженных передачах. Высокая твердость рабочих поверхностей зубьев достигается объемной и поверхностной закалкой, цементацией, азотированием, цианированием. Эти виды термообработки позволяют в несколько раз повысить нагрузочную способность передачи по сравнению с нормализованными или улучшенными сталями. При цементации используют стали: 15, 20, 15Х, 20Х и др. Для азотируемых колес применяют сталь 38ХМЮА и др. Колеса с твердостью >НВ 350 нарезают до термообработки. Отделка зубьев производится после термообработки. В передачах общего назначения экономически целесообразно применять колеса с твердостью НВ 350. Рекомендуемые сочетания марок сталей для шестерни и колеса приведены в /1/ табл. 6.4. Стальное литье. Применяется при изготовлении крупных зубчатых колес (De>=500 мм), работающих в паре с кованой шестерней. Употребляются стали от 35Л до 55Л. Литые колеса подвергаются нормализации. Чугуны.Применяются при изготовлении крупных зубчатых колес тихоходных открытых передач. Рекомендуются чугуны от СЧ 18-36 до СЧ 35-56. Зубья чугунных колес хорошо прирабатываются, но имеют пониженную прочность на изгиб. Аустенитные стали Выше определённого содержания марганца, никеля или некоторых других элементов γ-состояние существует как стабильное от комнатной температуры до температуры плавления. Такие высоколегированные железные сплавы называют аустенитными сталями. В отличие от других железных сплавов аустенитные стали (и ферритные) не имеют превращений при нагревании и охлаждении [1]. Поэтому термическую обработку для упрочнения аустенитных сталей не применяют. Т.е. структура аустенита получается при высоком содержании в стали легирующего элемента, расширяющего область γ-фазы (Ni, Mn и др.), в этом случае сталь называют аустенитной или сталью аустенитного класса [2]. В аустенитных сталях хром обеспечивает жаростойкость и коррозионную стойкость, никель стабилизирует аустенитную структуру и повышает жаропрочность, пластичность и технологичность, в том числе - при высоких и низких температурах, что объясняет широкое применение аустенитных сталей, как конструкционных материалов для самых разных условий (агрессивные среды, высокие температуры и пр.). 4 Коррозионностойкие аустенитные стали Коррозионностойкие (нержавеющие) аустенитные стали содержат 12-18% Cr, 830% Ni и 0,02-0,25% C. Аустенитные хромоникелевые стали были разработаны относительно недавно, в 1910 году немецким инженером Штраусом. Аустенитные хромоникелевые стали имеют более высокую коррозионную стойкость по сравнению с хромистыми сталями и в отличие от хромистых сталей сохраняют её при нагреве. Содержание углерода в коррозионностойких сталях ограничено. Жаростойкие и жаропрочные аустенитные стали Аустенитные стали c ГЦК решёткой имеют значительно более высокую жаропрочность по сравнению со сталями с ОЦК решёткой. Жаростойкие стали аустенитного класса, применяемые для изготовления деталей печного оборудования, характеризуются не только высокой жаростойкостью (окалиностойкостью), но и высокой жаропрочностью. К жаростойким аустенитным сталям относятся 20Х23Н18, 20Х25Н20С2, имеющие окалиностойкость до 1100°C. Жаропрочные аустенитные стали. Из жаропрочных аустенитных сталей изготавливают роторы, диски, лопатки газовых турбин, клапаны дизельных двигателей, работающие при температурах 600-700°:C. Хромоникелевые аустенитные стали для увеличения жаропрочности дополнительно легируют вольфрамом, молибденом, ванадием, ниобием, бором и другими элементами. К жаропрочным сталям аустенитного класса относятся стали 09Х14Н16Б, 09Х14Н19В2БР, 45Х14Н14В2М. Хладостойкие аустенитные стали Хромоникелевые аустенитные стали. Широкое применение в технике низких температур (криогенной техники) получили хромоникелевые аустенитные стали, содержащие 17-25% Cr и 8-25% Ni. Хромоникелевые аустенитные стали сохраняют высокую пластичность и вязкость в широком температурном диапазоне, а также сочетают коррозионную стойкость с хорошими технологическими свойствами. К недостаткам этих аустенитных сталей относится низкая прочность при комнатной температуре, особенно по пределу текучести, а также сравнительно высокая стоимость, обусловленная высоким содержанием дорогого никеля. Примечание: Аустенитный экономнолегированный чугун для изготовления деталей машин, работающих без изменения размеров в агрессивных средах при температурах до -60°: см. Нирезист. К хладостойким аустенитным сталям также относятся хромомарганцевые стали (аустенитные стали, в которых никель полностью или частично заменён марганцем); стабильные аустенитные хромоникельмарганцевые стали с азотом (аустенитные стали, одновременно легированные хромом, никелем и марганцем) и метастабильные аустенитные стали. 6 Для восстановления или упрочнения наплавленных поверхностей в зависимости от условий работы деталей используют самые разнообразные материалы как по структуре, так и по химическому составу. Именно этими характеристиками в основном определяют износостойкость и стойкость к воздействию рабочей среды наплавленных поверхностных слоев. Рассмотрим основные группы наплавленного металла. Перлитные материалы. Состав перлитных материалов (Нп-25, Нп-20ХГСА, Нп-90ХГСА и др.) обеспечивает в зависимости от скорости охлаждения наплавки перлитно-сорбитную структуру. Твердость наплавленного металла находится на уровне 25 .. .40 HRC, износостойкость значительно уступает мартенситной структуре, поэтому сопротивление износу при трении невысоко. Наплавочные материалы этого класса часто применяют для создания «Подслоя», на который наплавляют слой повышенной твердости. Мартенситные материалы. Они характеризуются образованиeм мартенситной структуры cразу поcле наплавки. Обладaя повышенной твердостью, стойкостью к абразивному износу, наплавка этого типa хаpактеризуется пониженными пластическими cвойствами, хрупкостью, склонностью к oбразованию холодных трещин (ХТ). Пpи работе в условиях ударного нагружения вoзможны отколы пo основному металлу или в зоне cплавления. Низколегированные мартенситные материалы (Нп-40Х3Г2МФ, Нп-40Х2Г2М, Нп-50Х6ФМС и др.), содержание легирующих элементов в которых относительно невысоко, обеспечивают в наплавке мартенситно-бейнитные структуры и отличаются сравнительно небольшой твердостью (45,..50 HRC). Свойства наплавки повышаются в основном с увеличением содержания в ней углерода и хрома, что при водит к соответствующему возрастанию доли мартенситной составляющей. Значительнo бoльшей твердостью хaрактеризуются борсодержащие мартенситные наплавки (ЛС-У10Х7ГР1, ПЛУ-25Х25Г3Ф2РН, ПП-АН125, ПП-АН170), в cтруктуре кoторых пo грaницам высoкоуглеродистого мартенсита рaсположены твeрдые карбиды и бoриды. Материал oтлично сопротивляется абразивному износу, зaдирам, нo из-зa повышенной хрупкости нe мoжет быть рeкомендован для рaботы в услoвиях динамических нагрузок. Наплавка имеeт пoвышенную склoнность к обрaзованию горячих трещин и хлодных трещин, пoэтому вeдут еe, кaк прfвило, c подогревом и применениeм одногo или нeскольких подслоев. Отпуск в рeзультате наложения нескольких слоев прaктически нe снижаeт твердости. Для oбеспечения повышенной сопротивляемости к зaдирам примeняют наплавочные материалы, сoдержащие в своeй структурe нaряду c мартенситом значительноe количeство аустенитной фaзы (Нп-50Х6ФМС, Нп-30Х5). Мартенситные хромистые материалы типa Нп30Х13 послe наплавки имeют в oсновном мартенситную структуру c нeбольшим содержаниeм феррита. Износостойкость наплавки пoвышается c увеличениeм кoличества углерода. Низкоуглеродистые наплавки пoмимо дoстаточной износостойкости oбладают пoвышенной жаростойкостью и eантикоррозионными свойствами. C увеличением содержания углерода (Э120Х12Г2СФ) в структурe появляeтся ледебуритная составляющая, чтo резкo пoвышает износостойкость наплавки и делaет eе пригoдной для наплавки режущих кромок инструментов. Материалы типa Нп-Г12А пpи pезком охлaждении от тeмпературы 1000оС обрaзуют аустенитную структуру c пoвышенными вязкостью и пластичностью. Длительнaя выдержкa пpи температуре >400оС привщдит к выделунию по грфницам зурен кфрбидов и вторичной перлитной фазы, снижающих пластичность. Уменьшение содержания углерода снижает вуроятность образовфния вторичных фаз. В зоне сплавления oсновного низколегированного или низкоуглеродистого металла наплавки вoзможны oбразование хрупкой мартенситной прoслойки и появление трещин. Для прeдотвращения иx рекомендуется применение промежуточнoго cлоя из хромисто-марганцовистой наплавки типa Нп-30Х10Г10Т. Высокохромистые материалы. Высокохромистыe материалы нa основе железа типа Э-300Х28НЧСЧ, Э-320Х25С2ГР пoзволяют получать cтруктуру, мaтрица которой cостоит из аустенита c вкpаплениями мeлкодисперсных чaстиц кaрбидов бора и хрома, пpидающих наплавке высокую твердость. Пoскольку твердость в oсновном oпределяется кoличеством карбидов, oна прaктически нe измeняется в процессe нагрeва и нe зависит oт скoрости охлаждения. Тeм нe менeе, наплавку надо проводить с предварительным подогревом деталей дo 400... 500оС, чтoбы избежать появлeния горячих трещин, a такжe умeньшать скорость охлаждения. Добавка ниобия, вольфрама, молибдена и дpугих карбидообразователей способствует большему повышению твердости и пoявлению спoсобности наплавки кo вторичному твердению; при этом повышается износостойкость. Коррозионно-стойкие наплавочные материалы. Обычно наплавка проводится на изделиях из хромистых или хромоникелевых аустенитных сталей (см. аустенитные стали). Ферритная коррозионно-стойкая наплавка обеспечивается при высоком содержании хрома и весьма низком углерода. Наплавки этого типа в отношении к общей коррозии существенно уступают аустенитным, но превосходят последние по стойкости к коррозионному растрескиванию под напряжением. Технологические свойства аустенитной наплавки достаточно высоки. Однако при наплавке на стали мартенситного класса следует опасаться появления ХТ в зоне сплавления. Рекомендуется применять предварительный подогрев до относительно невысоких температур: 100 ... 150оС. Превышение этой температуры может привести к замедленному охлаждению наплавки и ее охрупчиванию. 7 Пружинная сталь представляет собой средне- или высокоуглеродистую сталь с малым объемом легирующих элементов (до 2,5 %), но значительным пределом текучести. Это обуславливает свойство изделий из такого металла приобретать первоначальную форму, невзирая на существенный изгиб, излом, кручение и динамическое нагружение. Закалка пружинной стали с последующим отпуском при 400-500 °С до величины 45 HRC являются обязательными этапами производства. Пружины из неграмотно закалённого материала становятся ломкими и легко крошатся. Термическая обработка пружинных сталей на многих производствах основательно освоена термистами и выполняется в соответствии с регламентированными в стандартах режимами. Главные требования, которые ставятся к пружинным сталям и сплавам – обеспечение повышенных показателей гибкости, пластичности, выносливости, сопротивляемости хрупкому разрушению, устойчивости к ослаблению напряжений. Достигается это в большей степени благодаря добавлению легирующих элементов. Кремний – основополагающий компонент стальных сплавов данного типа. Расплавляясь в феррите, он содействует образованию стойкой неоднородности углеродных атомов, задерживающих дислокацию. Параллельно с увеличением твердости сплава, кремний существенно уменьшает ее пластичность и обуславливает обезуглероживание, что очень ограничивает использование недорогих, чисто кремнистых сплавов. Наличие кремния в разных рессорно-пружинных сталях составляет 0,17-2,60% в зависимости от класса. Помимо этого, полезными легирующими добавками считаются хром и марганец при совокупном легировании, поскольку они увеличивают сопротивляемость к низким пластическим деформациям, одновременно увеличивая многие технологические свойства сплава. Добавление ванадиевых, молибденовых и вольфрамовых включений обеспечивает образование стойкой тонкой однородной структуры и карбидной фракции, блокирующей дислокацию. Для улучшения техникоэксплуатационных свойств в состав стали вводят микродозы бора.Официально принята буквенно-цифровая система маркировки пружинной стали. Главные легирующие добавки имеют специальный буквенный код. Числовое обозначение показывает уровень процентного содержания конкретного элемента. Если количество отдельного компонента не превышает 1,5 %, то число после буквенного индекса не указывают. Уровень углерода отображается в начале шифра в сотых долях %. 8 Антифрикционные материалы - это специальные материалы, которые применяются для деталей машин, подвергающихся при работе трению и скольжения, но обладающих низким коэффициентом трения. Антифрикционные материалы отличаются низкой способностью к адгезии, теплопроводностью и стабильностью свойств, а самое главное хорошей прирабатываемостью (т.е. способностью трущихся тел в начальный период трения постепенно улучшать контактирование поверхностей за счет их сглаживания). Антифрикционные материалы используются в различных конструктивных типах узлов трения машин и двигателей. Поэтому в процессе применения подобных материалов в конкретных узлах и условиях приводило к созданию разнообразных антифрикционных материалов. Выделяются такие антифрикционные материалы как сплавы на основе олова или свинца - баббиты, меди - бронза, железа - серый чугун, металлокерамические сплавы - бронзографит, железографит, а также пластмассы текстолит, фторопласт-4, древесноложные пластики и сложные композиции типа "металл-пластмасса". Подшипниковые материалы - это наиболее распространенные антифрикционные материалы, которые применяемые для различных видов подшипников скольжения. При этом очень важно, чтобы кроме антифрикционных свойств, они обладали необходимой прочностью, сопротивлением коррозии в среде смазки, технологичностью и экономичностью. Наиболее распространенным видом подшипника является стальной подшипник, у которого основа состоит из прочного конструкционного материала - стали, а поверхность трения состоит из слоя антифрикционного материала - оловянного или свинцового баббита. Встречается среди антифрикционных материалов и чугун. Некоторые чугуны имеют высокие антифрикционные свойства, благодаря графитовой составляющей ее структуре. Например, чугун с глобоидальной формой графита и с толстыми пластинками более износостоек, чем чугун с тонкими пластинками. Включения графита в чугунах выполняют роль мягкой составляющей. К их недостаткам следует отнести плохую прирабатываемость, чувствительность к недостатку смазки, пониженную стойкость к воздействию ударной нагрузки. ряд антифрикционных материалов очень широк, также как и его применение и самым распространенным из всех видов является олово и свинец, а также их сплавы в виде баббитов. 9 Антифрикционный чугун применяют главным образом для различных деталей типа подшипников, работающих обычно в присутствии смазки, предохраняющей поверхности трения от непосредственного контакта. Сопоставление чугуна с другими антифрикционными материалами указывает на значительно более низкую стоимость его по сравнению с антифрикционными сплавами цветных металлов Определяющим критерием для оценки антифрикционного чугуна являются микроструктура и твердость, а для некоторых марок чугуна также и содержание легирующих элементов. 2. В состав ГОСТа включены три основных типа чугуна: серый (с пластинчатым графитом), высокопрочный (с шаровидным графитом), ковкий (углерод отжига). 3. Из семи марок, приведенных в ГОСТе на отливки из антифрикционного чугуна, марка(АСЧ1) применяются без термической обработки, две марки (АКЧ-1 и АКЧ-2) — только после термической обработки и две марки (АВЧ-1 и АВЧ-2) могут получаться как в литье, так и путем термической обработки. 4. Особенностью ГОСТа является также дифференциация марок чугуна в зависимости от материала вала (каленого или некаленого). 5. Основным критерием для оценки антифрикционного чугуна принята микроструктура. Проблемы выбора антифрикционного материала. Можно утверждать, что ни один из многочисленных материалов, применяемых в настоящее время в качестве антифрикционных, не удовлетворяет полностью всем предъявляемым требованиям. В связи с этим следует отметить, что важнейшими особенностями антифрикционного чугуна являются высокая износостойкость, хорошие литейные свойства и относительно низкая стоимость. Именно эти особенности чугуна привлекают 10 Серый чугун Серый чугун был назван так по виду излома, имеющего серый цвет. Название серый чугун не совсем корректно распространилось на литейный чугун, в структуре которого имеются включения пластинчатого графита. Так как эта ошибка была закреплена на уровне государственного стандарта (ГОСТ 1412-85), то чугун с пластинчатым графитом так и продолжают называть серым чугуном. В то же время не стоит забывать, что первоначальный признак, благодаря которому серый чугун получил своё название, а именно - серый цвет, можно наблюдать, например, у ковкого чугуна. Серый цвет чугуна зависит от количества свободного графита, а не от формы графитных включений в чугуне. Вообще, в классификации и названиях чугунов существует историческая путаница, которая особенно сильно наблюдается и мешает при работе с иностранными источниками научно-технической информации. Существует несколько марок серого чугуна: СЧ 10, СЧ 15, СЧ 20, СЧ 25, СЧ 30, СЧ 35 (цифры в марке серого чугуна – значение предела прочности σв, кгс/мм2, не менее). Дополнительные марки чугуна СЧ 18, СЧ 21 применяются для изготовления отливок по требованию потребителя. Химический состав серого чугуна Серый чугун, в зависимости от марки, содержит, %: C 2,9-3,7; Si 1,2-2,6; Mn 0,5-1,1; P не более 0,2-0,3; S не более 0,12-0,15. Допускается легирование серого чугуна Cr, Ni, Cu, P и другими элементами. Химический состав серого чугуна СЧ 10, %: C 3,5-3,7; Si 2,2-2,6; Mn 0,5-0,8; P не более 0,3; S не более 0,15. Химический состав серого чугуна СЧ 35, %: C 2,9-3,0; Si 1,2-1,5; Mn 0,7-1,1; P не более 0,2; S не более 0,12. Структура серого чугуна При оценке структуры серого чугуна определяют размеры (в мкм) включений графита, их распределение и количество (в процентах), а также вид структуры металлической основы и дисперсность перлита (при его наличии). По строению металлической основы серые чугуны разделяют на перлитные, феррито-перлитные, ферритные (рисунок С-1). Для обозначения компонентов структуры серого чугуна применяют условные обозначения по ГОСТ 3443-87. Так, пластинчатый графит в сером чугуне обозначается буквами ПГ. Формы включений графита в структуре серого чугуна могут быть: пластинчатая прямолинейная (ПГф1); пластинчатая завихренная (ПГф2); игольчатая (ПГф3); гнездообразная (ПГф4). Структура чугуна имеет первостепенное значение для получения заданных свойств отливки, поэтому требуется соблюдение технологических режимов плавки и заливки. Получить заданную структуру серого чугуна, избавиться от дефектов помогает операция модифицирования. Свойства серого чугуна Серый чугун обладает хорошими литейными свойствами (жидкотекучесть, малая объёмная усадка и т.п.) и применяется для изготовления отливок. Для деталей из серого чугуна характерна малая чувствительность к влиянию внешних концентраторов напряжения при циклических нагрузках, высокий коэффициент поглощения колебаний при вибрациях деталей (в 2-4 раза выше, чем у стали), высокие антифрикционные свойства (наличие графита улучшает условия смазывания при трении). Перлитный серый чугун обладает также достаточно высокими прочностными свойствами. Временное сопротивление (или предел прочности) серого чугуна σв зависит от толщины стенок отливки (рисунок С-2). Серый чугун очень хрупок из-за пластинчатой формы графитных включений, которые действуют, как многочисленные надрезы в чугуне. Значения предела прочности серого чугуна: 100 МПа для СЧ 10; 350 МПа для СЧ 35. Улучшить свойства серого чугуна можно при помощи специальных модификаторов. Применение серого чугуна Серый чугун применяется для изготовления деталей, подверженных незначительным механическим нагрузкам. Серый чугун – это дешёвый и наиболее широко применяемый в машиностроении, сантехнике, строительных конструкциях вид чугуна. Перлитный серый чугун с высокими прочностными свойствами применяют для нагруженных деталей машин. 11 Графитизированные чугуны В зависимости от формы графитных включений различают серые, высокопрочные, ковкие чугуны и чугуны с вермикулярным графитом. Серые чугуны получают при меньшей скорости охлаждения отливок, чем белые. Они содержат 1–3 %Si, обладающего сильным графитизирующим действием. Серый чугун широко применяется в машиностроении. Он хорошо обрабатывается режущим инструментом. Из него производят станины станков, блоки цилиндров, фундаментные рамы, цилиндровые втулки, поршни и т.д. Серые чугуны согласно ГОСТ 1412–85 маркируются буквами "СЧ" и далее следует величина предела прочности при растяжении (в кГ/мм2 ), например СЧ 15, CЧ 20, СЧ 35 Графит в сером чугуне наблюдается в виде темных включений на светлом фоне нетравленного шлифа. По нетравленному шлифу оценивают форму и дисперсность графита, от которых в сильной степени зависят механические свойства серого чугуна. Серые чугуны подразделяют по микроструктуре металлической основы в зависимости от полноты графитизации. Степень или полноту графитизации оценивают по количеству свободно выделившегося (несвязанного) углерода. Полнота графитизации зависит от многих факторов, из которых главными являются скорость охлаждения и состав сплава. При быстром охлаждении кинетически более выгодно образование цементита, а не графита. Чем медленнее охлаждение, тем больше степень графитизации. Кремний способствует графитизации, а марганец – карбидообразующий элемент – затрудняет графитизацию. Высокопрочные чугуны с шаровидным графитом получают модифицированием серого чугуна щелочно-земельными элементами. Чаще для этого используют магний, вводя его в жидкий расплав в количестве 0,02–0,03 %. Под действием магния графит кристаллизуется в шаровидной форме (рис. 3, б). Шаровидные включения графита в металлической матрице не являются такими сильными концентраторами напряжений, как пластинки графита в сером чугуне. Чугуны с шаровидным графитом имеют более высокие механические свойства, не уступающие литой углеродистой стали.
