Несоответствие механических свойств чугунных отливок, как правило, связано с несоответствием микроструктуры чугуна, так как механические свойства находятся в прямой зависимости от характера структуры.
Структурные составляющие металлической основы чугуна — феррит, перлит — имеют различные механические свойства.
Прочностные свойства графита чрезвычайно низкие. При увеличении в структуре количества металлопрочного феррита снижается прочность чугуна. Включения графита не просто уменьшают площадь металлической основы чугуна, но и снижают прочность являясь надрезами. Известно, что острый надрез на любом теле значительно облегчает его разрушение. Действие надрезов объясняется тем, что при нагружении тела в районе надреза возникают большие напряжения (концентрация напряжений), величина которых зависит от формы надреза и прилагаемой нагрузки. Концентрация напряжений максимальна при остром надрезе и минимальна при круглом. Именно поэтому ферритный ковкий чугун с компактным округлым графитом имеет большую прочность, чем ферритный серый чугун с пластинчатым графитом, а чугун с шаровидным графитом имеет максимальную прочность. Таким образом, от формы графита и его количества также зависит прочность чугуна, твердость и пластичность.
Предотвращение дефектов микроструктуры и отклонений физико-механических свойств. Количество феррита в чугунных отливках увеличивается при повышении содержания графито-образующих элементов (углерода и кремния) в составе чугуна и пониженных скоростях охлаждения отливок. Повышенное количество углерода и ремния в чугуне (по сравнению с оптимальным, выбранным для отливок определенного сечения) может быть следствием неточности расчета шихты или колебании условий плавки. Увеличение содержания углерода в чугуне наблюдается при замедлении хода плавки в вагранке, когда увеличивается продолжительность контактирования капелек расплава с коксом Повышенное содержание углерода получается и в первых дозах выплавленного в вагранке чугуна. Перегрев и доводка чугуна, выплавленного в вагранке, в электропечах способствует стабилизации химического состава и структуры отливок.
Появление феррита в структуре отливок, особенно толстостенных, возможно и при замедленном их охлаждении в интервале температур 700—600° С. Для быстрого охлаждения отливок в этом интервале температур необходимо, чтобы охлаждение происходило на воздухе, т. е. чтобы отливки своевременно выбивали из форм. Кроме того, недопустимо охлаждение отливок в куче. Так, при отливке гильз на авторемонтных заводах извлеченные из форм отливки, температура которых 700—800° С, часто складывают горкой. В отливках, находящихся в средней части горки, всегда обнаруживают повышенное количество феррита.
Несоответствие ковкого чугуна по механическим свойствам также является следствием пороков структуры. Менее компактные формы графита приводят к резкому снижению прочности и пластичности ковкого чугуна. Для получения более компактных форм графита в ковком чугуне необходимо, чтобы температура отжига не превышала 1050° С.
Особенно резко снижаются механические свойства ковкого чугуна, если в отливках из белого чугуна выделился графит (оттер).
