СЧ10

При нагружении чугуна графитовые включения, являясь «надрезами», снижают его прочность и пластичность. Это происходит, во-первых, вследствие некоторого уменьшения живого сечения металлической основы из-за полостей, занятых графитом, имеющим небольшую прочность на разрыв, и, во-вторых, что наиболее важно, из-за высокой концентрации напряжений, возникающей в местах графитовых включений, особенно при пластинчатой форме графита. Чем длиннее пластинки графита, тем больше коэффициент концентрации напряжений. Все это приводит к резкой локализации пластических деформаций в металлической основе, исчерпанию пластичности материала в этих местах, развитию трещин и в итоге — к квазихрупкому разрушению материала при средних напряжениях и показателях пластичности, более низких, чем прочность и пластичность металлической основы чугуна.

Кроме того, из-за разного коэффициента термического расширения графита и металлической основы при охлаждении отливок в чугуне возникают структурные напряжения II рода, которые, постепенно возрастая, достигают предела упругости материала в местах концентрации налряженнй (при пластинчатой

форме графита). Поэтому дополнительная внешняя нагрузка любой величины вызывает необратимые пластические деформации в материале, и чугун с пластинчатым графитом в литом состоянии, по существу, не имеет предела упругости. Однако он может приобрести это свойство в результате «тренировки» различными нагрузками, приводящими к упрочнению металлической основы в местах концентрации напряжений. Этой же цели могут служить различные варианты термомеханической или термоциклической обработки, что особенно важно для высокоточных деталей прецизионных станков и других подобных машин.

Упрочнение металлической основы в местах концентрации напряжений происходит при естественном старении отливок из чугуна с пластинчатым графитом (вылеживании) даже при отсутствии напряжений I рода, из-за протекания релаксационных процессов высоких напряжений II рода. В результате возрастает сопротивляемость образованию пластических деформаций при нагружении небольшими нагрузками. Указанный процесс интенсифицируется при вылеживании отливок на воздухе, когда добавляется термоциклическое воздействие изменений погодных условий.

Модуль упругости чугуна Е из-за графитовых включений ниже, чем у его металлической основы, так как образуются дополнительные обратимые деформации полостей, занятых графитом, особенно заметные при больших нагрузках. Поэтому значение Е уменьшается с увеличением нагрузки.

Все отмеченные явления становятся менее заметными при увеличении дисперсности пластинчатого графита до 100—200 мкм и особенно при его компактных формах (вермикулярный, шаровидный графит). Поэтому ковкий и высокопрочный чугуны при одинаковой структуре металлической основы имеют более высокую прочность, модуль упругости, пластичность; у них появляется предел упругости.

Наличие графитовых включений делает чугун, особенно с пластинчатым графитом, практически не чувствительным к надрезам, что позволяет конкурировать ему с более прочной сталью по сопротивлению усталости и пределу выносливости. Включения графита обеспечивают высокую износостойкость чугуна в условиях трения скольжения со смазкой и т. д.