Отливки из серых чугунов
Деформации, образующиеся в результате напряжений, могут быть упругими (обратимыми), пластическими (остаточными) или разрушающими.
Таблица 4 – Механические свойства и химический состав СЧПГ
| Марка чугуна | Механические свойства | Средний химический состав,% | ||||
| σв, кгс/мм2 | σи, кгс/мм2 | НВ | С | Si | Mn | |
| Заэвтектические | ||||||
| СЧ10 | 143-229 | 3,6 | 2,4 | 0,6 | ||
| СЧ15 | 163-229 | 3,6 | 2,2 | 0,6 | ||
| Эвтектический | ||||||
| СЧ18 | 170-229 | 3,6 | 2,1 | 0,6 | ||
| Доэвтектический | ||||||
| СЧ20 | 170-241 | 3,4 | 1,8 | 0,8 | ||
| СЧ25 | 180-250 | 3,3 | 1,8 | 0,8 | ||
| СЧ30 | 181-255 | 3,1 | 1,1 | 0,8 | ||
| СЧ35 | 197-219 | 2,9 | 1,0 | 0,9 | ||
| СЧ40 | 207-285 | 2,6 | 2,7 | 0,3 | ||
| Сч45 | 2,3 | 2,7 | 0,3 |
Механические свойства СЧ зависят от химического состава и с увеличением прочности и твердости снижаются.
Углерод и кремний являются графитизирующими элементами и оказывают решающее воздействие на структуру и свойства нелегированного чугуна. Кремний передвигает эвтектическую и эвтектоидную точки влево и вверх, т.е. в сторону уменьшения содержания углерода в твердых и жидких растворах, а также повышает температуру превращений.
Каждый процент кремния снижает содержание углерода в эвтектике примерно на 0,3%, поэтому можно принять
Сэ = 4,26-0,3Si,
где Сэ – содержание С в эвтектике; Si – содержание кремния в чугуне.
Степень эвтектичности чугуна определяется следующим образом
.
Её также можно оценить разностью содержания углерода в эвтектике и чугуне
.
Величину (С+0,3Si) называют углеродным эквивалентом.
При С+0,3Si=4,26, 
=0.
Чугун, для которого 
= 1 или = 0 называется эвтектическим.
Например, для чугунов марок от СЧ10 до СЧ45 степень эвтектичности 
снижается от 1,1 до 0,79, что несколько ухудшает литейные свойства.
Высокий уровень механических свойств у СЧ40 и СЧ45 достигается также меньшим содержанием (на порядок) вредных примесей – фосфора и серы по сравнению с другими СЧ.
Стандартом регламентируются только основные механические свойства – σв, σи, НВ. Именно по этим характеристикам определяется годность отливок.
Мягкий и малопрочный чугун можно получить только при ферритной матрице, а твердый чугун при перлитной матрице с дисперсным графитом.
С повышением марки чугуна возрастают прочностные свойства.
Прочностные свойства чугуна на сжатие значительно лучше, чем на ратяжение за счет графитовых включений.
Механические свойства чугуна определяются соотношением структурных составляющих – в основном феррита, перлита, графита и цементита. Включения графита снижают прочность чугуна за счет уменьшения эффективной площади сечения. Кроме того, они играют роль внутренних концентраторов напряжений. Коэффициент концентрации напряжений для ПГ Кпг = 7,0-7,5, а для ШГ – Кшг ≤ 3,5.
Возникновение высоких напряжений в локальных объемах около пластинчатого графита обусловливает появление микротрещин.
Но графитовые включения в структуре чугуна обеспечивают высокую циклическую вязкость и низкую чувствительность к надрезам.
С повышением степени эвтектичности Sэ механические свойства снижаются за исключением циклической вязкости. Это обусловлено формированием малопрочной ферритной матрицы и образованием большого количества ПГ прямолинейной или игольчатой формы.
СЧПГ имеет очень низкую пластичность (δ, ψ,%).
Разрушение чугунных образцов при испытании на растяжении происходит практически без пластических деформаций (δч = 0,5-1,0%, δст = 20-40%). В связи с этим приближенная оценка пластичности определяется по величине стрелы прогиба (f300 или f600). Образцы диаметром 30 мм и длиной 300 или 600 мм.
С повышением марки чугуна стрела прогиба f300 увеличивается от 2-2,5 до 3-3,5 мм.
Ψ – циклическая вязкость%; Е – модуль упругости ГПа; НВ – твердость; σв – прочность кгс/мм2; f300 – стрела прогиба, мм; δ – относительное удлинение, %.
Рисунок 20 – Влияние степени эвтектичности на механические свойства СЧПГ
Наилучшим комплексом механических свойств обладают доэвтектические чугуны (СЧ20-СЧ35), которые наиболее широко применяются для изготовления сложных и ответственных отливок.
Таблица 5 – Механические свойства структурных составляющих СЧПГ
| Структурная составляющая | σв кгс/мм2 | НВ |
| Феррит (Si = 2%) | ||
| Перлит | ||
| Цементит | ||
| Феррит эвтектический | - |
Наиболее прочной структурой составляющей является перлит. Увеличение феррита и появление структурно свободного цементита снижает прочностные свойства.
Для повышения прочности чугуна при кристаллизации необходимо обеспечить:
1 – уменьшение количества феррита, исключение выделения структурно свободного цементита, получение перлита с максимальной дисперсностью.
2 – уменьшение количества графита и размеров его включений.
3 – приближение формы графита к шаровидной, при которой ослабляется его надрезывающее влияние.