На утворення мікроструктури білого або сірого чавуну впливають хімічний склад чавуну та швидкість охолодження виливка.
Вуглець і силіцій сприяють процесу графітизації (тобто утворенню сірого чавуну); сірка і манган - виділенню цементиту (тобто відбілюванню чавуну).
Збільшення швидкості охолодження виливка сприяє утворенню цементиту, а зменшення - утворенню графіту. Отже, виливки, які мають різну товщину стінки, а внаслідок цього різну швидкість охолодження, при одному і тому самому хімічному складі будуть мати різну структуру. Так, у зонах виливка, де метал охолоджується з більшою швидкістю (наприклад, біля поверхні), утворюється дрібне зерно та виділяється більш дрібний графіт і внаслідок цього більш високі механічні властивості. В середній зоні, яка охолоджується менш інтенсивно, виникають більш крупні зерна та грубі графітові включення.
Сумісний вплив вуглецю, силіцію та швидкості охолодження (товщина стінки виливка у міліметрах) на структуру чавуну виливка видно із рис. III.32, який лініями поділяється на п'ять зон: І - білий чавун (перліт, ледебурит); II - половинчастий чавун (перліт, ледебурит, графіт); III - сірий чавун (перліт, графіт); IV - сірий чавун (перліт, ферит, графіт); V - сірий чавун (ферит, графіт), цей рисунок має значне практичне використання. Він показує, що у виливках, які мають стінки різної товщини, утворюються різні мікроструктури чавуну (у тонкої стінки може утворитись структура білого чавуну, а у товстої - сірого).
1. Сірий чавунє найбільш дешевим із ливарних сплавів, його широко використовують для виготовлення виливків завдяки найліпшим ливарним властивостям: хороша рідкотекучість, мінімальна лінійна усадка (1 %), порівняно невисока температура плавлення.
Вуглець забезпечує хорошу рідкотекучість, зокрема зменшує лінійну усадку за рахунок виділення графіту в процесі кристалізації. Нижню границю вмісту вуглецю (2,9 %) беруть для товстостінних виливків, а верхню (3,6 %) - для тонкостінних.
Силіцій підвищує рідкотекучість, сприяє процесу графітизації, чим значно зменшує усадку чавуну і є одним із основних елементів у чавуні, який поліпшує його ливарні властивості.
Манган відбілює чавун, збільшує усадку, але утворюючи сполуку MnS, він нейтралізує дуже шкідливий вплив сірки, і тому його має бути в чавуні в 5... 7 разів більше, ніж сірки.
Сірка сильно погіршує ливарні властивості чавуну, знижуючи рідкотекучість і збільшуючи усадку, й утворює газові раковини і тріщини у виливках. Тому масова частка сірки в чавуні становить не більше ніж 0,12%.
Виливки із сірого чавуну добре розсіюють вібраційні коливання, тому їх широко використовують для виливання станин верстатів.
2. Ковким називають чавун,який дістають методом тривалого відпалювання виливків, що мають мікроструктуру білого чавуну. При відпалюванні виливків при температурі 950... 1000 °С цементит білого чавуну розкладається, утворюючи ферит і вуглець відпалу (графіт), який має не пластинчасту (як у сірому звичайному чавуні), а пластівчасту форму. Така форма графіту надає виливкам із чавуну більш високої міцності, деяку пластичність та опір ударним навантаженням. Отже, виливки із ковкого чавуну займають проміжне положення між звичайним сірим чавуном і
сталлю.
Щоб одержати виливки із структурою білого чавуну, склад вихідного чавуну обмежують горівняно вузькими межами вмісту елементів: 2,4...2,8 % С; 0,8.. .1,4 % Si; Мп <1,0 %; S < 1,0 %; Р < 0,2 %.
Вартість вилиі ків із ковкого чавуну значно вища від звичайного сірого, що пояснюється тривалим коштовним відпалюванням виливків, який може тривати 70.. .80 год. Нині існують методи швидкісного відпалювання (10...15 год) ні ковкий чавун.
Виготовляючи виливки із ковкого чавуну, потрібно перед заливанням форми перегріти метал до 1400... 1450 °С, що, в свою чергу, потребує використання формових і стрижневих сумішей з підвищеною вогнетривкістю. Значна об'ємна усадка білого чавуну (5 %) примушує встановлювати додатки або холодильники біля місцевих стовщень виливка, а збільшена лінійна усадка - використовувати піддатливі суміші.
3. Модифікуваннясірого перегрітого рідкого чавуну магнієм з феросиліцієм або церієм перед заливанням у ливарну форму дає можливість дістати в структурі графіт кулястої форми. Виливки з такого чавуну мають значно менший припуск на обробку. Щодо міцності, то цей чавун наближається до сталі й перевищує міцність сірого і ковкого чавунів; пластичність його в 5... 15 разів перевищує сірий чавун і наближається до сталі, а виливки на 25...30 % дешевші, ніж сталеві.
Технологія виготовлення форм для виливків із чавуну з кулястим графітом нічим не відрізняється від технології формування для виготовлення виливків із сірого чавуну.