Серый, белый, высокопрочный и ковкий чугун

Серый, белый, высокопрочный и ковкий чугун

Чугуны различают по форме присутствия углерода и структуре металлической основы. В сером чугуне графит обычно имеет пластинчатую форму, в высокопрочном — шаровидную. В белом чугуне углерод преимущественно связан в карбидах; развитые свободные графитовые включения для такой структуры не характерны. Ковкий чугун получают термической обработкой белого чугуна с образованием углерода отжига. Название «ковкий» не означает изготовления отливки ковкой.

Структура и инженерные следствия

Таблицу можно прокручивать по горизонтали →

Форма графита влияет на концентрацию напряжений. У пластинчатого включения острые участки создают более неблагоприятную геометрию при растяжении, чем компактное шаровидное включение. Но эту качественную картину нельзя превращать в постоянный коэффициент прочности: имеют значение размеры, распределение включений, ферритная или перлитная основа, пористость и толщина стенки. Сравнение двух типов без указания марки и состояния недостаточно для расчёта детали.

Производитель Düker выделяет демпфирование и обрабатываемость серого чугуна и описывает высокопрочный чугун как материал с шаровидным графитом. Это подтверждает структурное различие, но его перечень марок EN не является таблицей эквивалентности российским маркам. ГОСТ 1412-85 относится к чугуну с пластинчатым графитом, ГОСТ 7293-85 — с шаровидным, а ГОСТ 1215-79 задаёт общие требования к отливкам из ковкого чугуна.

Условный пример двух испытаний

Пусть два образца имеют исходную площадь сечения A0 = 100 мм². Для первого максимальная сила составила 25 кН, для второго — 50 кН. Временное сопротивление Rm = Fmax / A0 равно соответственно 25000 / 100 = 250 МПа и 50000 / 100 = 500 МПа. Здесь использовано равенство 1 Н/мм² = 1 МПа. Результаты условные и не приписаны какой-либо стандартной марке.

Для второго образца исходная расчётная длина L0 = 50 мм, а после разрушения и совмещения частей Lu = 56 мм. Относительное удлинение A = (Lu − L0) / L0 × 100 = 12 %. Одновременно измеренные Rm и A дают больше информации, чем одно слово «высокопрочный». Удвоенное Rm не разрешает автоматически уменьшить рабочее сечение вдвое: при эксплуатации ограничениями могут стать усталость, жёсткость, температура, ударная нагрузка или дефект отливки.

Что проверять в реальной отливке

Протокол должен указывать способ получения образца и его связь с отливкой. Свойства отдельно отлитого образца и металла массивной стенки могут различаться из-за охлаждения и структуры. Контроль графита выполняют металлографически; химический анализ сам по себе не доказывает шаровидность. Для тонких стенок существенна возможность карбидной структуры, для крупных — неоднородность основы и распределения включений.

Выбор для станины, корпуса насоса, зубчатого колеса или изнашиваемой вставки начинается с условий работы. Высокая твёрдость белого чугуна полезна при некоторых видах износа, но не доказывает стойкость к удару. Серый чугун хорошо работает во многих корпусных деталях, однако требует проверки растягивающих зон. Свойства конкретной отливки подтверждают испытаниями и условиями стандарта; универсальной лестницы «белый хуже серого, серый хуже высокопрочного» не существует.

Источники и область подтверждения

• Düker: Materials. Пластинчатый и шаровидный графит, свойства и области применения; без переноса норм EN в ГОСТ.
• ГОСТ 1412-85. Росстандарт. Чугун с пластинчатым графитом для отливок.
• ГОСТ 7293-85. Росстандарт. Чугун с шаровидным графитом для отливок.
• ГОСТ 1215-79. Росстандарт. Получение ковкого чугуна термической обработкой белого чугуна; углерод отжига.
• Schmitz-Metallographie: Spiegel iron / white cast iron. Микроструктура белого чугуна, собственный металлографический образец.