Наиболее часто в машиностроении применяют чугуны со структурой – перлит, графит и феррит и со структурой – перлит и графит. Такие чугуны представляют как бы сталь, пронизанную более или менее равномерно рассеянными включениями графита.

Современная техника изготовления высококачественных чугунов сводится к получению мелкого, разобщенного графита в, наименьшем количестве при наиболее прочной перлитной основе (так называемый перлитный чугун).

Крупные включения графита, конечно, сильно понижают общую прочность чугуна (предел прочности при растяжении и предел упругости) и увеличивают его хрупкость, т.е. уменьшают сопротивление удару. Чем больше в чугуне графита (в особенности крупного и неравномерно распределенного), тем он хуже. Чем больше в чугуне феррита, тем он мягче.

Наличие цементита в чугуне увеличивает твердость и затрудняет обработку. Мелкий перлит с умеренным числом мелких чешуек графита определяет наиболее благоприятную структуру с точки зрения механических качеств чугуна.

Во время остывания чугуна, залитого в форму, происходит выделение графита. В результате меньшей плотности графита в сравнении с железом удельный вес металла снижается, а объем застывающего чугуна повышается, и он хорошо заполняет все мельчайшие рельефы формы. Присутствие кремния способствует выделению углерода в виде графита, в результате улучшаются литейные свойства чугуна, уменьшается твердость чугуна и улучшается заполнение формы. Изменения свойств облегчает обработку чугуна режущим инструментом, но в то же время снижает предел прочности. С повышением содержания такого "графито-образующего" элемента, как кремний, в чугуне снижается количество связанного углерода, а металлическая основа чугуна приближается к ферритной. Наглядно это можно изобразить на диаграмме зависимости структуры чугуна от соотношения содержания в нем углерода и кремния (рис. 16).

Диаграмма зависимости структуры чугуна от соотношения углерода и кремния

Рис. 16 Диаграмма зависимости структуры чугуна от соотношения углерода и кремния

По вертикальной оси отложено процентное содержание углерода, по горизонтальной – кремния. Участки на диаграмме характеризуют структуру чугуна в зависимости от содержания в нем кремния и углерода. Зоне I соответствуют чугуны, состав которых имеет структуру – феррит и графит; зоне II – феррит, перлит и графит; зоне III – перлит и графит; зоне IV – перлит, цементит и графит; в зоне V располагаются белые чугуны.
Специалисты металлурги указали на необходимость уточнения этой диаграммы. Проф. Н. Г. Гиршович рекомендует пользоваться составами, расположенными на ней в центральных частях каждой соответствующей области, а не на границе, отделяющей одну область от другой.

Диаграмма зависимости структуры чугуна от суммарного содержания углерода и кремния и толщины стенки детали

Рис. 17 Диаграмма зависимости структуры чугуна от суммарного содержания углерода и кремния и толщины стенки детали

Показанные на диаграмме структуры получаются в отливках, изготовленных при одинаковых условиях в земляных формах при толщине стенок отливки 10–90 мм.
Влияние кремния на структуру чугуна подобно влиянию замедленного охлаждения. На рис. 16 изображена зависимость структуры от скорости охлаждения отливки (обратно пропорциональной толщине стенок отливки) и от суммарного содержания углерода и кремния (прибавка углерода способствует графитизации, как и прибавка кремния). На диаграмме указаны пять зон с такой же структурой, которая изображена на диаграмме рис. 15.