Свежий скол белого чугуна блестит, как сталь. Ни серых пятен, ни тёмных прожилок на изломе нет. За этот матово-белый цвет металл и получил название.
Иногда в поиске встречается «чёрный белый чугун». Речь про отливки, покрытые окалиной, краской или остатками формовочной смеси. Цвет структуры оценивают только по свежему сколу. Тёмная поверхность про форму углерода не говорит ничего.
Что такое белый чугун
Весь углерод в этом металле связан в цементит Fe3C. Свободного графита нет вовсе. Именно в этом признаке и состоит отличие белого чугуна от серых, высокопрочных и ковких собратьев: у них углерод выделяется графитом той или иной формы, у белого остаётся в связанном состоянии.
Отсюда всё остальное. Высокая твёрдость, хрупкость, отсутствие пластичности. Цементит — самая твёрдая фаза в системе железо–углерод, и когда его в структуре много, металл ведёт себя скорее как камень.
Сколько углерода содержит белый чугун
Общий диапазон такой: 2,14–6,67 % углерода. Верхняя граница не случайна. Это содержание углерода в самом цементите Fe3C, и связать больше уже нечем.
Эвтектический состав приходится на 4,3 %. Кристаллизуется эвтектика ледебуритом. Вопрос «белый чугун содержит 4,3 углерода?» чаще всего и приводит на эту страницу, поэтому отвечу прямо: 4,3 % — точка эвтектики, а не норма для любого белого чугуна. Углерода может быть и меньше, и больше.
| Тип по содержанию углерода | Углерод, % | Структура |
|---|---|---|
| Доэвтектический | 2,14–4,3 | Перлит, цементит, ледебурит |
| Эвтектический | около 4,3 | Ледебурит |
| Заэвтектический | 4,3–6,67 | Цементит, ледебурит |
Практический вывод из таблицы короткий. Чем ближе состав к 4,3 %, тем однороднее структура и предсказуемее литейные свойства. Заэвтектические составы с крупными первичными карбидами берут там, где нужна предельная износостойкость, и почти не берут в машиностроительных отливках.
Структура белого чугуна
Основная твёрдая фаза — цементит. В доэвтектическом чугуне он присутствует в двух видах: самостоятельными включениями и в составе ледебурита, эвтектической смеси цементита с аустенитом, который при охлаждении превращается в перлит. В заэвтектическом добавляются крупные первичные кристаллы цементита.
Твёрдость такой структуры 450–550 НВ и выше. Разница с серым чугуном объясняется не легированием, а формой углерода. Графитовые пластины делают серый чугун мягче и позволяют снимать стружку резцом, а сплошная карбидная сетка такой возможности не даёт.
Свойства белого чугуна
| Показатель | Белый чугун |
|---|---|
| Твёрдость | 450–550 НВ и выше |
| Пластичность | Очень низкая, металл хрупкий |
| Износостойкость | Высокая |
| Обрабатываемость резанием | Крайне затруднена |
| Свариваемость | Плохая, шов склонен к трещинам |
Расхожий тезис «белый чугун не обрабатывается» верен наполовину. Резцом его действительно не точат, а вот шлифование работает. Именно поэтому отбелённые детали доводят абразивом, а не точением.
Почему белый чугун не применяют как конструкционный материал
Причина первая — хрупкость. Деталь не держит удар. Там, где серый чугун даст трещину по графитовым пластинам, белый расколется.
Вторая — обработка и ремонт. Резание по цементиту обходится дорого, а сварка отливки почти всегда заканчивается трещиной в околошовной зоне. Деталь из белого чугуна не приварить, не отрихтовать и не доработать на станке по месту.
Склонность к трещинам добавляется и на стадии литья. Графита, который компенсировал бы усадку расширением, в структуре нет, поэтому напряжения от усадки ничем не снимаются. Коробление и трещины в отливке идут именно оттуда.
Отбелённый чугун: белая корка и серая сердцевина
Здесь начинается путаница, из-за которой школьник и снабженец спорят об одном и том же разными словами. Белый чугун по всему сечению и чугун с отбелённой поверхностью — не одно и то же. Первый отлит из состава, который даёт карбиды во всей массе. У второго белой получается только корка, а сердцевина остаётся серой, с графитом.
Как это получают. Поверхность отливки охлаждают быстро — металлической формой или холодильниками, установленными в сырой форме. Скорость охлаждения не даёт углероду выделиться графитом, и корка кристаллизуется как белый чугун. Затем отливку греют при 500–550 °C, чтобы снять внутренние напряжения от такого перепада. Без этого шага деталь лопается уже на механической обработке.
Твёрдость отбелённого слоя 400–500 HV. Сердцевина при этом остаётся вязкой и берёт нагрузку на себя, а корка держит абразивный износ. Получается деталь, снаружи твёрдая, внутри живая.
| Деталь | Что даёт отбелённый слой |
|---|---|
| Прокатные валки | Стойкость рабочей поверхности к истиранию металлом |
| Мелющие шары | Износостойкость при ударно-абразивном воздействии |
| Тормозные колёса | Твёрдая поверхность трения при вязкой сердцевине |
| Футеровки и детали дробильного оборудования | Сопротивление абразиву в зоне контакта с породой |
| Пескомёты | Твёрдость рабочего колеса и корпуса |
Износостойкие легированные белые чугуны
Свойства белого чугуна усиливают легированием. Хром, ванадий, молибден, никель — карбидообразующие элементы, они дробят карбидную сетку и поднимают стойкость к абразиву. Легированные износостойкие чугуны собраны в группу марок ИЧХ по ГОСТ 7769-82.
Брать их стоит там, где отбелённая корка уже не держит: насосы для пульпы, била и брони дробилок, детали пескомётов и дробемётов. Литьё дороже, зато ресурс детали растёт быстрее цены.
Маркировка: почему у белого чугуна нет марки
Единой системы марок для белых чугунов не установлено. Это сбивает с толку: снабженец привык искать материал по обозначению, как СЧ20 или ВЧ50, а искать нечего.
На практике белый чугун обозначают типом, а если он легированный — группой ИЧХ. При заказе отливки марка в спецификации и не нужна. Нужен чертёж и понимание, какая часть детали должна быть твёрдой, а какая вязкой.
Белый, серый, высокопрочный, ковкий: сравнение
| Тип чугуна | Форма углерода | Основа структуры | Твёрдость | Пластичность |
|---|---|---|---|---|
| Белый | Связан в цементит | Цементит, ледебурит, перлит | 450–550 НВ и выше | Практически отсутствует |
| Серый | Пластинчатый графит | Металлическая основа с графитовыми пластинами | Ниже, обрабатывается резанием | Низкая |
| Высокопрочный | Шаровидный графит | Ферритная или перлитная основа | Ниже белого | Выше, чем у серого |
| Ковкий | Хлопьевидный графит | Ферритная или перлитная основа | Ниже белого | От средней до высокой |
По серому чугуну отдельный разбор есть по ходовой марке — СЧ20. Сводная таблица по всем группам с расшифровкой обозначений собрана в статье все марки чугуна.
Белый чугун и ковкий чугун: где связь
Связь прямая и в одну сторону. Ковкий чугун получают из белого доэвтектического графитизирующим отжигом. Заготовку отливают белой, а потом держат в печи так, чтобы цементит распался на хлопьевидный графит.
Отсюда и название, которое вводит в заблуждение. Ковкий чугун никто не куёт — пластичность приходит из печи, а не из-под молота. Режимы отжига, металлические основы и марки разобраны в статье ковкие чугуны.
Отливки из чугуна на заказ
Завод «Промдеталь» льёт серый и высокопрочный чугун по чертежам и 3D-моделям: от одной штуки до серии, формовка в ХТС, масса отливки до 650 кг. Модельную оснастку делаем сами, механическую обработку ведём в комплексе, поэтому заказчик получает готовую деталь, а не только заготовку. Расчёт по чертежу технолог готовит за один рабочий день.
Если детали нужна твёрдая поверхность и вязкая сердцевина, технолог подберёт вариант: отбел участка прямо в форме или подбор легированного состава. Телефон +7 (4932) 39-70-31, почта rlmz@mail.ru. Заявка на просчёт — на странице чугунное литьё на заказ, про отливки из чугуна с шаровидным графитом — в разделе отливки из высокопрочного чугуна.
Частые вопросы
Сколько углерода содержит белый чугун?
От 2,14 до 6,67 %. Весь углерод связан в цементит, свободного графита в структуре нет. Эвтектический состав приходится на 4,3 % — это точка, а не обязательная норма.
Почему белый чугун так называется?
Из-за цвета излома. Карбидная структура отражает свет ровно, без серых графитовых включений, поэтому скол выглядит матово-белым или блестящим.
Можно ли обрабатывать белый чугун?
Резцом — нет. Шлифование и электроэрозионная обработка возможны. Отбелённый слой на деталях доводят именно абразивом.
Что такое отбелённый чугун?
Отливка с белой коркой и серой сердцевиной. Корку получают ускоренным охлаждением поверхности, твёрдость слоя 400–500 HV. После отбела деталь греют при 500–550 °C и снимают внутренние напряжения.
Чем белый чугун отличается от серого?
Формой углерода. У белого он весь в цементите, у серого выделен пластинчатым графитом. Отсюда твёрдость 450–550 НВ и выше у белого против обрабатываемого резанием серого.
Можно ли отлить деталь из белого чугуна на заказ?
Да, если твёрдость нужна по всему сечению. Чаще технологически выгоднее серый или высокопрочный чугун с отбелом рабочего участка. Расчёт по чертежу — за один рабочий день, минимальный заказ одна штука.
