Серый чугун или серый чугун — это разновидность чугуна с графитовой микроструктурой. Он назван в честь серого цвета излома , который он образует, что связано с присутствием графита. [1] Это наиболее распространенный чугун и наиболее широко используемый литой материал в зависимости от веса. [2]
Он используется для корпусов, где жесткость компонента важнее, чем его прочность на растяжение , таких как блоки цилиндров двигателей внутреннего сгорания , корпуса насосов , корпуса клапанов, электрические коробки и декоративные отливки . Высокая теплопроводность и удельная теплоемкость серого чугуна часто используются для изготовления чугунной посуды и роторов дисковых тормозов . [3] Его прежнее широкое использование в тормозах грузовых поездов было значительно сокращено в Европейском Союзе из- за опасений относительношумовое загрязнение . [4] [5] [6] [7] Deutsche Bahn , например, к 2019 году заменила тормоза из серого чугуна на 53 000 своих грузовых вагонов (85% их парка) на более новые и более тихие модели — отчасти в соответствии с законом, который вступил в силу в декабре 2020 г. [8] [9] [10]
Типичный химический состав для получения графитовой микроструктуры составляет от 2,5 до 4,0% углерода и от 1 до 3% кремния по весу. Графит может занимать от 6 до 10% объема серого чугуна. Кремний важен для производства серого чугуна, в отличие от белого чугуна , потому что кремний является элементом, стабилизирующим графит в чугуне, что означает, что он помогает сплаву производить графит вместо карбидов железа ; при 3% кремния углерод почти не удерживается в химической форме в виде карбида железа. Еще одним фактором, влияющим на графитацию, является скорость затвердевания; чем медленнее скорость, тем больше времени углерод диффундирует и накапливается в графите. При умеренной скорости охлаждения образуется более перлитныйматрица, в то время как быстрая скорость охлаждения формирует более ферритную матрицу. Чтобы получить полностью ферритную матрицу, сплав необходимо отжечь . [1] [11] Быстрое охлаждение частично или полностью подавляет графитизацию и приводит к образованию цементита , который называется белым чугуном . [12]
Графит принимает форму трехмерной чешуйки. В двух измерениях на полированной поверхности чешуйки графита выглядят как тонкие линии. Графит не обладает заметной прочностью, поэтому их можно рассматривать как пустоты. Кончики чешуек действуют как ранее существовавшие надрезы, в которых концентрируются напряжения, и поэтому он ведет себя хрупким образом. [12] [13] Присутствие графитовых чешуек делает серый чугун легко обрабатываемым, поскольку они легко растрескиваются поперек графитовых чешуек. Серый чугун также обладает очень хорошей демпфирующей способностью, поэтому его часто используют в качестве основы для крепления станков.
В США наиболее часто используемой классификацией серого чугуна является международный стандарт ASTM A48 . [2] Это упорядочивает серый чугун по классам , которые соответствуют его минимальной прочности на растяжение в тысячах фунтов на квадратный дюйм (ksi); например, серый чугун класса 20 имеет минимальную прочность на растяжение 20 000 фунтов на квадратный дюйм (140 МПа). Класс 20 имеет высокий углеродный эквивалент и ферритовую матрицу. Серые чугуны с более высокой прочностью, до класса 40, имеют более низкие углеродные эквиваленты и перлитную матрицу. Серый чугун класса выше 40 требует легирования для обеспечения упрочнения твердого раствора и термической обработки.используется для модификации матрицы. Класс 80 — самый высокий доступный класс, но он чрезвычайно хрупок. [12] Стандарт ASTM A247 также широко используется для описания структуры графита. Другие стандарты ASTM, касающиеся серого чугуна, включают ASTM A126 , ASTM A278 и ASTM A319 . [2]
В автомобильной промышленности для обозначения классов вместо классов используется международный стандарт SAE (SAE) SAE J431 . Эти марки являются мерой отношения прочности на растяжение к твердости по Бринеллю . [2] Изменение модуля упругости при растяжении различных марок является отражением процентного содержания графита в материале, поскольку такой материал не обладает ни прочностью, ни жесткостью, а пространство, занимаемое графитом, действует как пустота, тем самым создавая губчатый материал. .