Механические свойства серых чугунов

Важным и наиболее просто и быстро определяемым механическим свойством чугуна является его твердость. С твердостью чугуна связаны такие свойства, как прочность, сопротивлением изгибу, обрабатываемость, сопротивление износу и пр.

Твердость чугуна зависит от соотношения содержания в нем основных составляющих. Цементит имеет твердость по Бринелю около 800, перлит - 200, феррит - около 100, а твердость графита намного ниже. Белый чугун вследствие значительного содержания цементита имеет высокую твердость - около 400 - 500 единиц по Бринелю. В результате распада части цементита и увеличения содержания графита твердость серого чугуна оказывается меньше, а при отсутствии цементита основная масса перлита с включениями графита имеет твердость лишь в 180-200 единиц.

Предел прочности при растяжении у серого чугуна обычно тем выше, чем выше его твердость.

Графит, имея форму пластинок и чешуек, создает как бы надрезы в массе чугуна во всевозможных направлениях, нарушая ее монолитность. Вследствие этого чугун разрушается при растяжении гораздо легче стали, твердость же его от включений графита понижается не так резко.

Форма графитных включений имеет большое значение: чем больше их размеры и особенно площадь, тем влияние их заметнее; чем больше они приближаются по форме к шару, тем надрезывающее действие их слабее. Поэтому отливки из чугуа стремятся получать с измельченными включениями графита округленных очертаний.

Обычно чугун, применяемый для изготовления машиностроительных отливок, имеет предел прочности при растяжении 20-30 кг/мм2. При разрыве он практически не обнаруживает заметного удлинения.

Помимо испытания на разрыв, чугун подвергают испытанию на изгиб. Для этого круглый цилиндрический или реже призматический образец кладут на две опоры и посредине между ними прикладывают сосредоточенную нагрузку, которую постепенно увеличивают до тех пор, пока образец не сломается. Обычно прочность на изгибе машиностроительного чугуна в 1,5-2 раза выше предела прочности при растяжении и равняется 35-55 кг/мм². наибольшая величина прогиба при этом испытании называется стрелой прогиба. Она характеризует до некоторой степени пластические свойства чугуна, подобно удлинению и поперечному сужению стали при разрыве.

Большим недостаткам серого чугуна является очень низкое сопротивление удару (0,10 кг/мм2). Серый чугун считается хрупким материалом.

Несмотря на эти недостатки, чугун широко применяют в машиностроении вследствие чрезвычайной простоты и дешевизны изготовления из него путем отливки деталей, сложных по форме (даже пустотелых).

Кроме того, чугун обладает ценным свойством - износостойкостью. При работе на истирание при наличии смазки чугунные детали мало изнашиваются, в особенности после предварительной термической обработки (быстрое охлаждение после длительной выдержки при температуре 300-450^о). антифрикционный чугун может в некоторых случаях успешно заменять дефицитные цветные антифрикционные подшипниковые сплавы.

Большим достоинством серого чугуна является также легкость обработки его режущим инструментом (хорошая обрабатываемость резанием).

Царапины, мелкие трещины и другие дефекты поверхности стали (особенно высококачественной) при меняющихся нагрузках уменьшают прочность деталей в несколько раз, прочность же чугунных деталей зависит от состояния их поверхности значительно меньше. Кроме того, чугун превосходит обычную сталь по своей устойчивости против коррозии, по способности быстро гасить вибрацию, очень хорошо работает на сжатие и имеет меньший удельный вес.