СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Чугун

Как указывалось выше, сплавы железа с углеродом, содержащие более 2,14% С. называют чугуном. Присутствие эвтектики в струк­туре чугуна обусловливает его использование исключительно в ка­честве литейного сплава. Углерод в чугуне может находиться в виде цементита и графита либо в обоих видах одновременно. Цементит придает излому светлый цвет и характерный блеск; графит — серый цвет без блеска. Поэтому чугун, в котором весь углерод находится в виде цементита, называют белым, а в виде цементита и свободного графита — серым. В зависимости от формы графита и условий его образования различают серый, высокопрочный с шаровидным гра­фитом и ковкий чугуны. На фазовый состав и свойства чугуна ре­шающее влияние оказывают содержание в нем углерода, кремния и других примесей (рис. 7.9), а также режим охлаждения и отжига.

Белый чугун имеет высокую твердость и прочность (НВ 4000-5000 МПа), плохо обрабатывается резанием, хрупок. Исполь­зуется в качестве передельного на сталь или ковкий чугун. Отбе­ленный имеет в поверхностном слое структуру белого, ав серд­цевине — серого чугуна, что придает изделиям из него повышенную износостойкость и выносливость. Примерный состав белого чугуна: С = 2,8-3,6%; Si = 0,5-0,8%; Мп = 0,4-0,6%.

Серый чугун представляет сплав Fe-Si-C с неизбежными примесями Mn, Р и S. Лучшими свойствами обладают доэвтектиче - ские чугуны, содержащие 2,4-3,8% С, часть которого, до 0,7%, нахо­дится в виде цементита. Кремний способствует графитизации чугу­на, марганец, наоборот, препятствует ей, но повышает склонность чугуна к отбеливанию. Сера является вредной примесью, ухудшаю­щей механические и литейные свойства чугуна. Содержание ее ог­раничивают 0,1-0,12%. Фосфор в количестве 0,2-0,5% не влияет на графитизацию, увеличивает жидкотекучесть, но повышает хрупкость чугуна. Механические и пластические свойства чугуна определяются его структурой, главным образом графитной составляющей. Чем меньше графитных включений, чем они мельче, разветвленнее и больше изолированы друг от друга, тем прочнее и пластичнее чугун. Структура металлической основы чугуна — доэвтектоидная или эв - тектоидная сталь, т. е. феррит+перлит или перлит. Наибольшую прочность, твердость и износостойкость имеет серый чугун с пер­литной структурой металлической основы примерного состава: С = 3,2-3,4%; Si — 1,4-2,2%; Мп=0,7-1,0%; P, S<0,15-0,2%. На рис. 7.10 приведена схема влияния структуры чугуна на его проч­ность и пластичность, а в табл. 7.2 физико-механические свойства.

177

Графитные включения, резко снижая прочность серого чугуна на растяжение, практически не влияют на его прочность на сжатие, изгиб и твердость; делают малочувствительным к концентраторам напряжений, улучшают обрабатываемость резанием. Серый чугун маркируют буквами С — серый и Ч — чугун. Цифры после них ука­зывают среднее значение прочности на растяжение (кг/мм2). К пер­литным чугунам относится модифицированный чугун марок СЧ30-СЧ35, содержащий добавки-модификаторы — графит, ферро­силиций, силикокальций в количестве 0,3-0,8% и др. Для снятия внутренних напряжений отливки отжигают при 500-600 °С с после­дующим мед ленным охлаждением.

Модифицирование и отжиг повышают пластичность, ударную вязкость и выносливость чугуна.

При введении в состав серого чугуна при его выплавке магния в количестве 0,03-0,07% графит в процессе кристаллизации приобре­тает шаровидную форму вместо пластинчатой. Такой чугун имеет высокую прочность, сравнимую с прочностью литой стали, хорошие литейные свойства и пластичность, обрабатываемость резанием и

износостойкость. Марки высокопрочного чугуна обозначают буквами и цифрами. Последние означают временное сопротивление растяжению (кг/мм2) и относительное удлинение (%).

Ковкий чугун получают длительным нагревом (отжигом) отливок из белого чугуна. Отжиг проводят в две стадии с выдержкой на каждой из них до полного распада ледебурита (I стадия), аустени­та и цементита (II стадия) и образования феррата и графита. Послед­ний выделяется при этом в виде хлопьев, придающих чугуну высо­кую пластичность. Излом его бархатисто-черный. Если охлаждение ускорить, то образуется ковкий чугун с перлитной основой, сни­жающей пластичность и придающей излому светлый (сталистый) вид. Маркируют его так же, как и высокопрочный чугун (см. табл. 7.2, рис. 7.10). 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.

В строительстве находят применение все виды рассмотренных чугунов с графитным включением. Серые чугуны используются в конструкциях, работающих на статическую нагрузку (колонны, фун­даментные плиты, опорные 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 промзданий, фундаменты тяже­лого кузнечно-прессового оборудования, подферменные опоры же­лезно-дорожных и автодорожных мостов, тюбинги для крепления ответственных транспортных тоннелей под землей, в горах).