Тип и морфология. В чугунах, содержащих до 7 % Сr, образуется легированный хромом цементит (Fe,Cr)3C. Хотя по мере увеличения содержания хрома в чугуне до 7 % микротвердость карбидов возрастает с HV 800 до HV 1100, износостойкость чугуна с карбидами цементитного типа при испытании по методу Штауффера в условиях гидроабразивного изнашивания минимальна.
Карбиды цементитного типа в чугуне с содержанием до 7 % Сr образуют жесткий каркас ледебуритной эвтектики. Для такого жесткого каркаса карбидов условия хрупкого разрушения при превышении предельных величин по скорости нагружения или энергии удара абразивной частицы достигаются раньше, чем для эвтектики с разветвленными диспергированными карбидами (Fe,Cr)7С3. При повышении содержания хрома свыше 8 % в чугуне с 3 % С количество карбидов цементитного типа уменьшается за счет образования карбидов хрома с более высокой микротвердостью и износостойкость чугуна увеличивается. Максимальную износостойкость имеют чугуны с карбидами (Fe,Cr)7С3 (содержание хрома в чугуне свыше 11 - 13 %) благодаря повышенной микротвердости этих карбидов и разветвленному строению в эвтектике.
Увеличение количества карбидов повышает износостойкость белых чугунов, если тип карбидов при этом не меняется. Так, в чугуне, содержащем 13 % Сr и 3,2 - 3,4 % С, количество карбидов М7С3 составляет ~30 %. Дальнейшее увеличение содержания углерода и количества карбидов не приводит к росту износостойкости, так как в структуре появляются карбиды M3C; кроме того, в чугунах заэвтектических составов часть карбидов М7С3 кристаллизуется в виде вытянутых хрупких шестигранных призм.
Количество карбидов в структуре чугуна тем больше, чем выше содержание углерода. Тип образующихся карбидов определяется соотношением содержаний хрома и углерода в чугуне. Соответственно износостойкость чугуна определяется содержанием хрома и его соотношением с содержанием углерода. При этом максимальную износостойкость имеют чугуны, содержание углерода в которых соответствует эвтектическому, а соотношение хрома и углерода обеспечивает образование карбидов типа (Fe,Cr)7С3 и отсутствие карбидов типа (Fе,Сr)3С.
Увеличение размеров карбидных включений снижает износостойкость чугуна. Степень влияния размеров карбидов зависит от условий изнашивания и характеристики абразива, что связано с влиянием этих факторов на формирование напряжений в карбидах и на распределение напряжений между карбидом и металлической основой. Крупные карбидные включения (особенно в мягкой матрице) растрескиваются и выкрашиваются под действием напряжений, создаваемых абразивной частицей, и деформаций основы. Мелкие - передают часть напряжений на металлическую основу и не разрушаются. В относительно «мягких» условиях в чугуне допустимы более крупные карбиды, в более «жестких» по скорости, твердости, остроугольности, массе абразива допустимый размер карбидов уменьшается.
В условиях микрорезания критический размер карбидов составляет 7 - 8 мкм. При увеличении этого размера износостойкость уменьшается скачком.
Ориентировка карбидов по отношению к изнашиваемой поверхности оказывает влияние на износостойкость, так как карбид хрома обладает выраженной анизотропией. Микротвердость карбида Cr7C3 вдоль тригональной оси составляет H50 21000 МПа, а в перпендикулярном направлении - H50 15000 МПа. В чугуне, содержащем 2,5 % С и 12 % Сr, микротвердость карбида (Fe,Cr)7С3 по этим направлениям составляет соответственно , HV 1600 - 1700 и H50 12000 – 13000 МПа. По этой причине, а также благодаря более прочному закреплению карбидов в основе, поверхность трения чугуна с карбидами (Fe,Cr)7С3, ориентированными большой осью перпендикулярно поверхности трения, лучше сопротивляется износу.
Влияние размеров и ориентации карбидов в структуре чугуна особенно существенно в условиях ударно-абразивного изнашивания. В этих условиях большее значение имеет прочность связи карбидов с матрицей и их способность равномерно распределять энергию удара абразивной частицы.