Чугун состав и применение: Свойства и применение чугуна

Содержание

Чугун — свойства, классификация, виды

Содержание

  • 1 Основные характеристики и состав
  • 2 Область применения
  • 3 Разновидности
    • 3.1 Серый
    • 3.2 Белый
    • 3.3 Ковкий
    • 3.4 Высокопрочный
    • 3.5 Легированный
  • 4 Преимущества металла
  • 5 Производство

Наверняка многие сталкивались в быту или же на производстве с чугунными изделиями. Этот материал обладает хорошей прочностью и превосходными литейными качествами.

Чугун это стальной, или же правильнее сказать, железоуглеродистый сплав, состоящий из железа и углерода, который имеет объем от 2,14 % до максимальных 6,67 % и может входить в состав как цементит или же графит. Чугун по определению относится к машиностроительному материалу, отличающемуся дешевизной, а также простотой в производстве и служит основой для выплавки стали. Его получение относится к сложным химическим процессам, протекающим на определенных стадиях производства.

Содержание

  1. Основные характеристики и состав
  2. Область применения
  3. Разновидности
  4. Серый
  5. Белый
  6. Ковкий
  7. Высокопрочный
  8. Легированный
  9. Преимущества металла
  10. Производство

Основные характеристики и состав

Данный сплав помимо железа с углеродом включает дополнительные примеси, влияющие на его свойства. Разнообразный состав чугуна, обеспечивает ему высокую твердость, текучесть, повышает хрупкость. В него включаются: сера, кремний, марганец, фосфор. Сплав чугуна из-за входящего углерода имеет высокие показатели по твердости, но при этом снижается ковкость, а также пластичность вещества. Для придания металлу особых характеристик добавляются некоторые присадки. В качестве легирующих компонентов применяются: никель, ванадий, а также хром, алюминий. Формула чугуна состоит из железоуглеродистой основы с дополнительными включениями. Обладает плотностью порядка 7,2 г/см3, что является довольно высоким значением для металлических соединений.

Состоит чугун из нескольких компонентов, из-за чего свойства его вариаций могут существенно отличаться. Кроме углерода и железа, состав включает до 2 % марганца, 1,2 % фосфора, 4,3 % кремния и до 0,07 % серы. Кремний отвечает за состояние жидкотекучести, значительно улучшает литейные качества, а также делает мягче. Для усиления прочности используют марганец. Добавление серы снижает тугоплавкость и понижает его жидкотекучесть. Кроме того, она оказывает вредное воздействие, проявляющееся в появлении на горячих отливках трещин (красноломкость). Наличие фосфора снижает механические свойства, однако позволяет отливать предметы сложной формы.

Структура чугуна выглядит как металлическая основа с включениями из графита. В зависимости от вида, включает перлит, пластинчатый графит, а также ледебурит. Данные элементы определяют его характеристики и присутствуют в различных количествах или же полностью отсутствуют.

Температура плавления составляет от минимальных +1160 °С до максимальных +1250 °С. Имеет высокие антикоррозионные показатели, активно противодействует как сухой (химической), так и влажной коррозии. Благодаря ему появилась на свет нержавейка – стальной сплав, имеющий высокое содержание хромовой составляющей.

Область применения

Чугун широко используется в машиностроении при отливке разнообразных деталей. Применяется для изготовления коленчатых валов, а также двигательных блоков. Кроме того, производятся высококачественные колодки, имеющие высокую устойчивость к трению.  Применяются при низких температурах, где применяется исключительно чугун благодаря своим высоким эксплуатационным свойствам. Данные качества используют при производстве различных элементов машин, где используется чугунный сплав для работы в жестком климате. Этот материал широко применяется металлургами благодаря превосходным литейным характеристикам и невысокой цене. Отлитые изделия имеют высокую износостойкость, повышенную прочность.

Многие сантехнические детали также изготавливаются из чугунной основы. Это батареи, радиаторы отопления, трубы, ванны, разнообразные раковины с мойками. Многие изделия служат и по сей день, хотя устанавливались несколько десятилетий назад. Эти предметы сохраняют первоначальный облик долгие годы и не требуют проведения реставрационных работ. Кроме того, чугунная посуда считается одной из самых удобных при готовке многих блюд.

Разновидности

Чугунный сплав по своим характеристикам подразделяется на передельный, а также литейный. Первый применяют при выплавке стали, используя кислородно-конвертерный метод. Данный вид отличается пониженным количеством марганца и кремния. Литейный чугунный материал служит для производства многочисленных деталей. Образцы изделий из этой основы можно увидеть на соответствующих фото.

К особой разновидности относятся никельхромистые сплавы (нихарды). К ним относится низкоуглеродистый, а также высокоуглеродистый чугун. Первый отличается усиленной прочностью, а второй – повышенной износостойкостью. Основными разновидностями являются белый и серый сплавы. Эти материалы отличаются содержанием углерода, а также свойствами. Кроме того, активно используются ковкие, легированные и высокопрочные виды.

Серый

Серые чугуны имеют низкую пластичность, вязкость, легко поддаются резке при обработке. Применяются при изготовлении неответственных деталей, а также элементов, работающих на износ. В сером чугуне углерод содержится в виде графита, перлита либо феррито-перлита. Его количество составляет около 2,5 %, что обеспечивает высокую прочность изделиям. Из серого сплава изготавливают корпуса различного промышленного оборудования, зубчатые шестеренки, кронштейны, втулки. Материал, содержащий высокое количество фосфора (порядка 0,3 – 1,2 %) обладает хорошей жидкотекучестью и применяется в художественном литье.

Белый

Содержит большое количество углерода (свыше 3 %), представленного в виде цементита либо карбида. Белый цвет в месте разлома данного материала дал название и соединению. Сплав этого вида имеет повышенную ломкость, а также хрупкость, что значительно сужает область использования. На его основе производят детали незамысловатой формы для выполнения статических функций без воздействия значительных нагрузок. Технические характеристики белого материала можно улучшить путем добавления легирующих компонентов. Для этого используется никель, хром, гораздо реже – алюминий либо ванадий. Марка с такими присадками называется «сормайт». Ее используют в качестве нагревательного элемента в разнообразных устройствах. Сормайт отличается стабильными характеристиками при температурных значениях не более +900 °С. Этот материал служит основой при изготовлении обычных бытовых ванн.

Ковкий

Этот вид получают из белого путем отливки с дальнейшей термообработкой. При этом применяется отжиг длительного воздействия, при котором цементит распадается, образуя графит. Этот процесс получил название графитизация с образованием в структуре углеродистых хлопьев. Графит приобретает такую форму благодаря продолжительному отжигу. Это положительно влияет на металлическую основу, которая становится более цельной, пластичной и вязкой.

Ковкий чугун прекрасно эксплуатируется при пониженных температурах и не сильно чувствителен к надрезам. Применяется при изготовлении элементов, работающих при непрерывном трении. Помимо этого, ковкий сплав служит основой для изделий весьма сложной конфигурации: угольники, тормозные колодки, тройники, автомобильные картеры для задних мостов и прочих конструкций. Улучшение свойств достигается путем добавления бора, теллура, магния.

Высокопрочный

Обладает повышенной прочностью и используется для получения изделий ответственного назначения, а в некоторых случаях заменяет даже сталь. Этот высокопрочный чугун получают добавлением в серый вид особых примесей (церий, кальций, иттрий, магний). Из него производят шестерни, поршни, коленчатые валы и прочие детали. Высокая теплопроводность позволяет отливать элементы для отопительных узлов, а также трубопроводов.

Легированный

Чугунный сплав легированного вида содержит дополнительные примеси. В состав входят в повышенном содержании титан, никель, хром, а также цирконий, ванадий, молибден, алюминий и прочие элементы. Они придают высокую прочность, твердость, износостойкость. Применяются легированные материалы при производстве деталей механизмов, взаимодействующих с газовыми, агрессивными средами, а также работающих под воздействием водных растворов.

Преимущества металла

Этот сплав относят к материалам, производимым черной металлургией. Его зачастую сравнивают со сталью при определении тех или же иных характеристик. Сделанный из чугуна предмет имеет невысокую стоимость по сравнению со стальным аналогом. Помимо этого, чугунные элементы имеют меньший вес и прочность. Эти свойства чугуна значительно расширяются за счет использования различных добавок в сплавы. Его параметры имеют следующие положительные качества:

  • экологически чистый материал, что используется при производстве бытовых предметов, в том числе и посуды;
  • устойчив к кислотно-щелочной среде;
  • гигиеничен;
  • способность длительного сохранения температуры;
  • некоторые виды имеют прочность, сопоставимую со сталью;
  • длительность эксплуатации, при которой его качественные показатели только улучшаются;
  • полная безвредность для организма.

Производство

Получение чугунного сплава относится к материалоемким и затратным процессам. На выплавку одной тонны материала потребуется порядка 900 л обычной воды и около 550 кг кокса. Температура плавления составляет порядка +1200 °С, что требует наличия специфического плавильного оборудования. Для получения массы необходима руда, где массовая доля содержащегося железа составляет свыше 70 %. Обедненные рудные породы не используются по причине экономической неэффективности.

Материал выплавляют в особых доменных печах. Там железная руда проходит полный технологический цикл, начиная с восстановления оксидов руды и заканчивая получением на выходе чугунного сплава. Литье материала требует наличия топлива: кокса, термоантрацита, а также природного газа.  По окончании восстановительного процесса железо в твердой форме помещается в особую часть печи для растворения в нем углерода. После взаимодействия получается чугунная масса, которая в жидком виде опускается вниз. Нерасплавленные примеси выталкиваются на поверхность и впоследствии удаляются. Этот шлак применяется для производства многочисленных материалов. После удаления из расплава ненужных частиц, проводят добавление присадок для получения определенных марок чугунных сплавов.

Чугун. Что такое чугун? Свойства, состав, получение и применение

Содержание

  1. Чугуны. Что такое чугун?
  2. Что представляет собой
  3. Химический состав чугуна
  4. Состав и структура металла
  5. История
  6. Индивидуальные свойства металла
  7. Маркировка
  8. Классификация чугунов
  9. Белый
  10. Серый
  11. Половинчатый
  12. Передельный чугун
  13. Высокопрочный
  14. Ковкий чугун и его маркировка
  15. Специальные чугуны
  16. Износостойкие (антифрикционные ) чугуны
  17. Жаростойкие и жаропрочные чугуны
  18. Достоинства и недостатки чугуна
  19. Плюсы и минусы
  20. Особенные черты
  21. Влияние примесей на свойства материала
  22. Производственные технологии
  23. Как отличить чугун от стали?
  24. Коррозионная стойкость
  25. Определяем происхождение по типу детали
  26. Цветовые особенности и анализ хрупкости
  27. Резать и сверлить
  28. Нагревать и искрить
  29. Диаграмма состояний железо-углерод
  30. Трудности промышленности
  31. Заключение

Чугуны.

Что такое чугун?

Чугун — сплав железа с углеродом, содержащий более 2,14% углерода, постоянные примеси. Они мало пластичны, не прокатываются и не куются. Чугуны обладают пониженной температурой плавления и хорошими литейными свойствами. За счет этого из чугунов можно делать отливки значительно более сложной формы, чем из сталей

Что представляет собой

Чугун – это сплав на основе железа. Относится к группе чёрных металлов.

Чёрные металлы – это железо, сплавы на его базе (стали, чугуны, ферросплавы), марганец. По некоторым классификациям в группу зачисляют хром.

По составу чугун – это конгломерат железа, углерода плюс другие металлы. Такие же базовые компоненты могла бы содержать формула стали.

Разница между этими сплавами – в количестве углерода. Если его меньше 2,14% – это сталь. Больше – чугун.

Другие компоненты – лигатуры и примеси (сера, кремний, фосфор, марганец).

Углерод в структуре чугуна представлен включениями графита либо цементита (карбида железа, формула – Fe3C).

Химический состав чугуна

Чугун — это сплав железа и углерода, в котором процентное содержание углерода составляет не менее 2,14%, но не более 4,5%. Углерод входит в состав чугуна в форме цементита либо графита. Если процент содержания углерода составляет меньше 2,14%, такой сплав именуется сталью.

Известно, что чугунный сплав впервые был произведен в Китае в VI веке. В Европу секрет его производства пришел в XIV веке, а в России его состав был доведен до совершенства лишь в XVII. За все это долгое время формула чугуна не изменилась.

Самый качественный материал производился на литейном заводе братьев Демидовых, расположенном на Урале.

По прошествии веков он не только не утратил своей актуальности, но и приобрел еще более обширный спектр применения.

Состав и структура металла

Чугун в качестве структурного материала представлен металлической полостью с графитными включениями. Основными его компонентами выступают перлит, ледебурит и пластичный графит. Интересно, что в различных видах сплавов эти элементы присутствуют в неодинаковых пропорциях либо могут совсем отсутствовать.

По своей структуре чугунный сплав разделяется на следующие разновидности:

  • Перлитный.
  • Ферритный.
  • Ферритно-перлитный.

При этом графит может присутствовать в нем в одной из таких форм:

  1. Шаровидной: графит принимает эту форму при добавлении присадки магния. Обычно она свойственна высокопрочным чугунным изделиям.
  2. Пластичной: графит напоминает форму лепестков (именно в такой форме он присутствует в обычном чугуне). Такой материал характеризуется повышенной пластичностью.
  3. Хлопьевидной: такая форма получается в процессе отжига белого чугуна. Графит в хлопьевидной форме встречается в составе ковкого чугуна.
  4. Вермикулярной: графит в этой форме присутствует в сером чугуне. Она разрабатывалась специально для повышения его пластичных свойств.

История

Технология изготовления чугуна пришла к нам из Китая, где «ходили» чугунные деньги еще в 10 веке нашей эры. Потомки монголов уже в 13 веке готовили котлы из этого сплава. На полях сражений в Столетней войне впервые применялись артиллерийские орудия и боеприпасы, отлитые из данного твердого раствора. В России его широкое применение в изготовлении оружия было налажено в 16 веке после появления доменной печи. В связи с этим, в 1701 году был построен Уральский чугунолитейный завод, который стал началом народного промысла, получившего название «Каслинское литье».

Начиная с 18 века Великобритания занимает пальму первенства по производству чугуна в мире. Благодаря новой технологии Уилкинсона, к середине 19 века в этой стране производилось половина всего мирового объема.

Технология изготовления не стояла на месте, что позволило Соединенным Штатам в конце 19 века вырваться вперед.

В то время из этого сплава начали изготавливать рельсы, водопроводные и канализационные трубы, камины, и такие сложные инженерно-строительные сооружения, как мосты.

Индивидуальные свойства металла

Материал характеризуется определенными характеристиками. К ним относятся:


  • Физические. Такие величины, как удельный вес или коэффициент расширения зависят от того, сколько составляет в металле содержание углерода. Материал тяжелый, поэтому из него можно делать чугунные ванны.
  • Тепловые. Теплопроводность позволяет аккумулировать тепло и удерживать, распространяя его равномерно во все стороны. Это используется при изготовлении сковородок или батарей для отопления.
  • Механические. Эти характеристики меняются в зависимости от графитовой основы. Наиболее прочный — серый чугун, имеющий перлитовую основу. Материал с ферритовой составляющей более ковкий.

В зависимости от наличия примесей появляется разница в свойствах материала.

К таким элементам относятся сера, фосфор, кремний, марганец:

  • Сера уменьшает текучесть металла.
  • Фосфор понижает прочность, но позволяет изготавливать изделия сложной формы.
  • Кремний увеличивает текучесть материала, снижая его температуру плавления.
  • Марганец дает прочность, но понижает текучесть.

Маркировка

По Гостам, все существующие марки обозначаются 2 буквами и 2 числами, при этом числа отражают значения временного сопротивления (кгс/мм2) и относительного удлинения (%). К примеру, цифры в марке КЧ-30-6, показывают временное сопротивление — 30 кгс/мм2 и относительное удлинение — 6 %.

Путем введения в состав специальных добавок, модифицируют состав сплава. Тогда к названию марки прибавляется буква М.

Классификация чугунов

Чугун, выплавляемый в доменных печах, по своей физико-химической природе может быть различным в зависимости от перерабатываемой железной руды.
Практика показала, что если железная руда в своем составе имеет высокое содержание марганца, то получается чугун со структурой цементита. Этот чугун получил название белого. Белый чугун является основным сырьем в производстве стали. В связи с этим он получил название передельного чугуна.

Если чугун имеет структуру перлит + ледебурит или ледебурит + цементит, то такой чугун называется половинчатым.

Если переплавляется железная руда с низким содержанием марганца, но с высоким содержанием кремния, то выплавляемый в доменных печах чугун будет иметь структуру феррит + перлит. Такие чугуны получили название литейных серых чугунов.

Белый передельный чугун идет на переработку в сталь в конвертерах, дуговых и индукционных печах, а также мартеновских печах. Из половинчатого чугуна путем длительного отжига получают ковкий чугун. Высокопрочные и специальные чугуны получают путем введения в литейный серый чугун модификаторов, находящихся в расплавленном состоянии. Литейный серый чугун используют в основном при производстве отливок для машиностроения и станкостроения.

Кроме указанных групп чугунов в последнее десятилетие XX в. в России (ОАО «Тулачермет») освоен выпуск чугуна с повышенной чистотой по содержанию вредных примесей и других химических элементов. Этот чугун получил название нодулярного чугуна (например, ПВК-Н — чугун повышенного качества нодулярный).

Белый

Называется так из-за характерного окраса скола. Углерод C содержится в виде цементита (формула Fe3C), образующегося при остывании расплава. Твердый тугоплавкий материал.

В доэвтектических сплавах – в составе перлита и ледебурита. В эвтектических – в ледебурите. В заэвтектических – первичный цементит и ледебурит.

В исходном виде такой чугун практически не используется. Не поддается обработке инструментом из «быстрорежущей» стали. Только с насадками из карбидов (ВК), да и то с трудом.

Применяется в качестве сырья для получения ковкого.

Серый

Также именуется по оттенку на сколе. Содержит фракции графита различной формы. Осаждению углерода способствует добавка кремния.

Свойства и структура сильно зависят от условий остывания после кристаллизации.

Быстрое охлаждение даст преобладание перлита. Сплава феррита и карбида. Своеобразная «закалка» повысит прочность и твердость. И хрупкость, что не всегда приемлемо.

Щадящее остывание определяет рост содержания феррита. Сплава железа с оксидами, в основном с Fe2O3. Улучшится пластичность. Поэтому режимы подбирают исходя из требуемых параметров.

Серый чугун удобен для литых конструкций. Отличается невысокой температурой отвердения, хорошей жидкотекучестью. Не склонен к образованию раковин.

При всем этом, углеродные вкрапления обуславливают низкую трещиностойкость. Материал уверенно воспринимает сжимающие усилия, но совершенно непригоден при растяжении/изгибе.

В маркировке указываются символы СЧ и предельная прочность в кг/мм2: СЧ25. Наиболее распространены чугуны с содержанием C ниже 3,7%.

Половинчатый

Промежуточным материалом между двумя первыми разновидностями является половинчатый чугун. Содержащийся в нем углерод представлен в виде графита и карбида приблизительно в равных долях. Кроме того, в таком сплаве могут присутствовать в незначительных количествах лидебурит (не более 3%) и цементит (не более 1%).

Общее содержание углерода в половинчатом чугуне колеблется 3,5 до 4,2%. Данная разновидность применяется для производства деталей, которые эксплуатируются в условиях постоянного трения. К таковым можно отнести автомобильные тормозные колодки, а также валки для измельчительных станков.

Для еще большего повышения износостойкости в сплав добавляют всяческие присадки.

Передельный чугун

Этот сплав выплавляется в доменных печах и предназначен для дальнейшего передела в сталь или изготовления отливок. Может использоваться как в жидком, так и в твердом состоянии. В передельных чугунах строго контролируется содержание кремния, марганца, серы и фосфора. Основной стандарт, оговаривающий требования к данной продукции – ГОСТ 805. В зависимости от содержания кремния и назначения различают следующие виды передельных чугунов:

  • передельный чугун для сталеплавильного производства марок П1, П2;
  • передельный чугун для литейного производства марок ПЛ1, ПЛ2;
  • передельный фосфористый чугун ПФ1, ПФ2, ПФ3;
  • передельный высококачественный чугун ПВК1, ПВК2, ПВК3.

Высокопрочный

Вид серого чугуна, только графитовые образования по форме напоминают шарики. Округлость включений делает кристаллическую решетку не склонной к образованию трещин.

В результате ценные изначально свойства чугунов (стойкость к сжатию, удобство литья и т. д.) дополняются сравнимым со сталями пределом текучести при растяжении, появляется трещиностойкость, пластичность.

Маркируются аналогично ковким, но с обозначением «ВЧ».

Ковкий чугун и его маркировка

Продукт отжига заготовок белого чугуна, имеющий в своей структуре графит в форме хлопьев («углерод отжига»). Это придает сплаву высокую прочность и повышенную пластичность, однородность распределения свойств, хорошую обрабатываемость и практически полное отсутствие внутренних напряжений в отливках. Благодаря этим свойствам ковкий чугун применение нашел в производстве продукции ответственного назначения – деталей и элементов, работающих при вибрационных и ударных нагрузках.

В зависимости от химического состава чугуна и режимов отжига можно получать различную основу – ферритную, перлитную или ферритоперлитную. Различают также две разновидности ковкого металла — черносердечный и белосердечный. Основные параметры такой продукции регламентированы ГОСТ 1215.

Емко и точно характеризует ковкий чугун маркировка, которая содержит не только его обозначение (КЧ), но и основные механические свойства – минимальное временное сопротивление и относительное удлинение Например, буквенно-цифровой код КЧ 33-8 обозначает, что у ковкого чугуна данной марки минимальное временное сопротивление 37 кгс/мм2 (или 323 МПа), а показатель относительного удлинения – не менее 8%.

Специальные чугуны

Существуют марки сплавов со специальными характеристиками, которые достигаются путем легирования, применения специальной технологии отжига и охлаждения. К таким чугунам относятся:

  • жаростойкие;
  • коррозионностойкие;
  • художественные;
  • антифрикционные и износостойкие;
  • чугуны с особыми электромагнитными свойствами;
  • ферросплавы и другие.

Технические условия на легированные специальные чугуны регламентируют стандарты ДСТУ 8851, ГОСТ 7769, ISO 2892 и другие.

В них указывается из чего состоит чугун для различных особых применений, какими механическими свойствами он должен обладать и каким образом необходимо его маркировать.

Износостойкие (антифрикционные ) чугуны

Обозначают сочетанием букв АЧС, АЧК, АЧВ. Буквы С, К, В обозначают вид чугуна: серый, ковкий, высокопрочный. Цифра обозначает номер чугуна. Для легирования антифрикционных чугунов применяют хром, никель, медь, титан.

Жаростойкие и жаропрочные чугуны

Обозначают набором заглавных букв русского алфавита и следующими за ними букв. Буква «Ч» — чугун.

Буква «Ш», стоящая в конце марки означает шаровидную форму графита. Остальные буквы означают легирующие элементы, а числа, слежующие за ними, соответствуют их процентному содержанию в чугуне.

Жаростойкие чугуны применяют для изготовления деталей контактных аппаратов химического оборудования, работающих в газовых средах при температуре 900-110000С.

Характеристики чугуна обсуждаются по сравнению со сталью, хотя, например, низкокачественная углеродистая сталь – это по сути тот же чугун.

По некоторым показателям (плотность, магнитные свойства, химическая реакция) эти ферросплавы практически идентичны, но имеют большие отличия в сферах применения.

Преимущества чугуна:

  1. Низкая стоимость. Углерод появляется как часть процесса выплавки из руды. Поэтому если снижать его содержание, это приведет к удорожанию сплава.
  2. Превосходные литейные качества. Расплав чугуна имеет хорошую текучесть, низкую усадку при кристаллизации и относительно низкую температуру плавления.
  3. Изделия из чугуна имеют хорошую прочность, твердую поверхность, износостойкость.
  4. Чугун, который используется в машиностроении, хорошо поддается обработке резанием.
  5. Долговечность. Даже при применении в сантехнических и канализационных деталях.
  6. Простота утилизации.

Недостатки чугуна:

  1. Хрупкость. Мало пригоден для обработки давлением, из-за содержания углерода.
  2. Плохая свариваемость. Технология сварки чугуна довольно сложна, большой риск возникновения дефектов.
  3. Массивность изделий. Сложно изготавливать тонкостенные конструкции, стенки которых могут не выдержать собственного веса.
  4. Окисляемость. Легко ржавеет во влажной среде, поэтому детали, которые используются на открытом воздухе, необходимо защищать от коррозии специальными средствами.

Плюсы и минусы

Чугун, как и любой материал, имеет положительные и отрицательные стороны.

К плюсам чугуна относят:

  • Углерод в чугуне может находиться в разном состоянии. Поэтому этот материал может быть двух видов (серый и белый).
  • Определенные виды чугуна обладают повышенной прочностью, поэтому чугун иногда ставят на одну линию со сталью.
  • Чугун может достаточно долго сохранять температуру. То есть при нагреве тепло равномерно распределяется по материалу и остается в нем длительное время.
  • По экологичности чугун является чистым материалом. Поэтому его часто используют для изготовления посуды, в которой впоследствии готовится пища.
  • Чугун стоек в кислотно-щелочной среде.
  • Чугун обладает хорошей гигиеничностью.
  • Материал отличается достаточно долгим сроком службы. Замечено, что чем продолжительнее используется чугун, тем его качество лучше.
  • Чугун – долговечный материал.
  • Чугун – это безвредный материал. Он не способен нанести организму даже маленького вреда.

К минусам чугуна относят:

  • Чугун покроется ржавчиной, если на нем непродолжительное время будет находиться вода.
  • Чугун – дорогостоящий материал. Однако этот минус оправдан. Чугун очень качественный, практичный и надежный. Предметы, изготовленные из него, так же получаются качественными и долговечными.
  • Для серого чугуна характерна маленькая пластичность.
  • Для белого чугуна характерна хрупкость. Он в основном идет на переплавку.

Особенные черты

Особенность чугуна кроется в процессе его производства. Средняя температура плавления разных видов чугуна составляет 1200ºС. Это значение на 300 градусов меньше, чем у стали. Связано это с очень высоким содержанием углерода. Углерод и атомы железа имеют между собой не очень тесную связь.

Когда идет процесс выплавки, углерод не может полностью внедриться в решетку железа. В результате чугун принимает свойство хрупкости. Его нельзя использовать для изготовления деталей, на которых будет постоянно действовать нагрузка.

Чугун относится к материалам черной металлургии. Его характеристики часто сравнивают со сталью. Изделия из стали или чугуна широко используются в нашей жизни. Их применение является оправданным. Проведя сравнение характеристик, можно сказать следующее об этих двух материалах:

  • Стоимость чугунных изделий ниже стоимости стальных.
  • Материалы отличаются по цвету. Чугун – это темный матовый материал, а сталь – светлый и блестящий.
  • Чугун легче, чем сталь поддается литью. Но сталь легче сваривается и куется.
  • Чугун менее прочный, чем сталь.
  • По весу чугун легче стали.
  • В стали содержание углерода, выше чем в стали.

Влияние примесей на свойства материала

Компоненты, входящие в состав чугуна, оказывают влияние на качество сплава:

  • сера способствует снижению тугоплавкости и текучести чугуна;
  • фосфор уменьшает прочность, но дает возможность варьировать форму готовых изделий;
  • кремний снижает температуру плавления металла и усиливает его литейные качества. Кроме того, этот элемент позволяет получать сплавы разного цвета: от чисто-белого до ферритного;
  • марганец придает чугуну прочность и твердость, но снижает литейные и технологические свойства готового материала;
  • введение в состав титана, алюминия, хрома, никеля или меди позволяет изготавливать легированные сплавы. Они обладают высокими литейными качествами и доказали хорошую механическую обрабатываемость.

Чугун является трудносвариваемым сплавом. Трудности при сварке чугуна обусловлены его химическим составом, структурой и механическими свойствами, при сварке чугуна необходимо учитывать следующие его свойства: жидкотекучесть, поэтому сварка выполняется только в нижнем положении; малая пластичность, характеризующаяся возникновением в процессе сварки значительных внутренних напряжений и закалочных структур, которые часто приводят к образованию трещин; интенсивное выгорание углерода, что приводит к пористости сварного шва; в расплавленном состоянии чугун окисляется с образованием тугоплавких оксидов, температура плавления которых выше, чем чугуна.

Сварка чугуна применяется в основном для исправления литейных дефектов, при ремонте изношенных и поврежденных деталей в процессе эксплуатации и при изготовлении сварных конструкций.

Производственные технологии

Как известно, чугун производится в специальных доменных печах. Основным сырьем для его получения служит железная руда. Технологический процесс изготовления состоит в восстановлении оксидов железной руды и получении в результате этого иного материала — чугуна. Для его изготовления используются такие виды топлива, как кокс, термоантрацит, природный газ.

Для производства одной тонны чугуна требуется около 550 килограмм кокса и приблизительно тонна воды. Объемы загружаемой в печь руды будут зависеть от содержания в ней железа. Как правило используют руду, в составе которой содержится железа не менее 70%. Все дело в том, что экономически нецелесообразно использовать меньшую его концентрацию.

Первым этапом производства чугуна является его выплавка. В доменную печь засыпается руда, а затем — коксующийся уголь, который необходим для нагнетания и поддержания требуемой температуры внутри шахты печи. Эти составляющие во время горения принимают активное участие в протекающих химических реакциях в качестве восстановителей железа.

Тем временем в печь погружается флюс, который выступает в роли катализатора. Ускоряя плавку пород, он тем самым поддерживает скорейшее высвобождение железа. Немаловажно знать, что перед загрузкой в печь руда проходит необходимую предварительную обработку. Она измельчается на дробильной установке, поскольку более мелкие частицы плавятся быстрее. Затем ее промывают, чтобы удалить частицы, не содержащие металл. Далее сырье подвергается обжигу, вследствие чего из него извлекается сера и другие инородные компоненты.

На втором этапе производства в заполненную и готовую к эксплуатации печь подается через специальные горелки природный газ. Кокс участвует в разогреве сырья. Происходит выделение углерода, который, соединяясь с кислородом, образует оксид. Он, в свою очередь, способствует восстановлению железа из руды.

При увеличении объема газа в печи снижается скорость протекания химической реакции. Она может и совсем остановиться при достижении определённого соотношения газа. Углерод проникает в сплав и соединяется с железом, при этом образуя чугун. Нерасплавленные элементы остаются на поверхности и вскоре удаляются. Такие отходы называются шлаком. Его используют для изготовления других материалов.

Как отличить чугун от стали?

  1. По плотности изделия. Нужно взвесить предмет и определить, какой водный объем он вытеснит. Плотность стали находится в диапазоне 7,7-7,9 г/см?, серого чугуна — не будет больше 7,2 г/см?. Такой способ не выделяется особенной надежностью, так как белый чугун имеет плотность между 7,6 и 7,8 г/см?.
  2. С помощью магнита. Чугун магнитится хуже, чем сталь. Минус такого способа в том, что стали с большим содержанием никеля почти не привлекают магнит.
  3. Наиболее точным способом считается обозначение чугуна с помощью шлиф машинки и вида появляющеся стружки. Необходимо взять напильник с очень маленькой насечкой и провести по поверхности предмета пару раз. Появившиеся опилки нужно собрать на бумагу, сложить ее в два раза и активно потереть. Чугун ощутимо запачкает бумагу, сталь практически не оставляет следов.

Можно создать выводы про материал по величине, цвету и форме искр, появляющихся при шлифовке. Чем больше углерода, тем ярче и крепче будет сноп светло-жёлтых искр. Как мы уже знаем, чугун имеет углерода больше, чем сталь. Также при сверловке изделия тонким сверлом можно определить материал по виду стружки. Чугунная стружка буквально на глазах превратится в пыль, стальная — приобретет вид витой пружины.

Соответственно c требованиями, предъявляемыми и деталям, чугун может использоваться в качестве ферромагнитного (магнитно-мягкого) или паромагнитного материала.

Магнитные свойства в основном, чем какие-нибудь иные, зависят от структуры металла, что определяет разграничение магнитные параметров на первичные и вторичные. К первичным относятся индукция, изобилие (4?I), проницаемость в крепких полях и температура магнитного превращения. Такие свойства зависят от численности и состава ферромагнитных фаз и не зависят от их формы и распределения. К вторичного типа особенностям относятся гистерезисные характеристики: индукция, изобилие и проницаемость в слабых и средних, полях, коэрцитивная сила, последний магнетизм. Вторичные свойства мало зависят от состава фаз и определяются в основном формой и распределением структурных составляющих.

Ключевыми ферромагнитными составляющими чугуна являются феррит и цементит, характеризующиеся следующими данными.

Коррозионная стойкость

Оба сплава склонны к ржавчины, и плохая эксплуатация помогают ускорению данного процесса.

Чугун в процессе применения покрывается сверху сухой ржавчиной. Это говоря иначе химическая коррозия. Мокрая (электрохимическая) коррозия действует на чугун очень медленно, чем на сталь. Сначала напрашивается вывод, что антикоррозионные характеристики чугуна намного больше. В действительности оба эти сплава склонны к ржавчины одинаково, просто в отношении изделий из чугуна из-за толстых стен процесс занимает побольше времени. Этим, к примеру, вполне объясним разницу в служебном сроке котлов: стальные — от 5 до пятнадцати лет, чугунные — от 30 лет.

В 1913 году Гарри Бреарли сделал открытие в области металлургии. Он обнаружил, что сталь с большим содержанием хрома имеет прекрасное сопротивление к кислотной ржавчины. Так возникла нержавейка. Она тоже имеет собственную градацию:

  1. Коррозионно-стойкая сталь имеет устойчивость к ржавчины в простых промышленных и бытовых условиях (нефтегазовая, нетяжелая, машиностроительная промышленность, хирургические инструменты, домашняя нержавеющая посуда).
  2. Огнеупорная сталь устойчивая к большим температурам и агрессивным средам (химическая индустрия).
  3. Жаропрочная сталь выделяется очень высокой прочностью к механическим действиям в условиях больших температур.

Определяем происхождение по типу детали

Рассмотрев подробные характеристики этих сплавов, можно уверенно пользоваться знаниями о том, чугун от стали чем отличается. Имея перед собой металлический предмет, сомневаясь в его происхождении, рационально сразу вспомнить главные отличительные технологические свойства. Итак, чугун – это литейный материал. Из него производят простую посуду, массивные трубы, корпусы станков, двигателей, крупные объекты несложной конфигурации. Из стали изготавливают детали всех размеров и сложности, так как для этого применяются ковка, штамповка, волочение, прокатывание и другие способы обработки металла давлением. Таким образом, если стоит вопрос о происхождении арматуры, сомнений быть не может – это сталь. Если интересует происхождение массивного казана – это чугун. Если же необходимо узнать, из чего изготовлен корпус двигателя или коленчатого вала – следует прибегнуть к иным вариантам распознавания, так как возможны оба варианта.

Цветовые особенности и анализ хрупкости

Для того чтобы знать, как отличить чугун от стали на глаз, нужно помнить о главных визуальных отличиях. Для чугуна характерен матовый серый цвет и более шероховатая внешняя текстура. Сталь характеризуется особым для нее серебристым блестящим оттенком и минимальной шероховатостью.

Также важными знаниями о том, как отличить чугун от стали визуально, является информация о пластичности этих материалов. Если исследуемые заготовки или металлические предметы не имеют серьёзной ценности, можно испробовать их на прочность и пластичность, применив ударную силу. Хрупкий чугун раскрошится на кусочки, в то время как сталь только деформируется. При более серьезных нагрузках, направленных на дробление, крошки чугуна получатся мелкой разнообразной формы, а кусочки стали – крупными, правильной конфигурации.

Резать и сверлить

Как отличить чугун от стали в домашних условиях? Необходимо получить из него мелкую пыль или стружку. Так как сталь обладает высокой пластичностью, то и стружка ее имеет извивистый характер. Чугун же крошится, при сверлении образуется мелкая стружка надлома вместе с пылью.

Для получения пыли можно воспользоваться напильником или рашпилем и немного подточить край интересующей детали. Полученную мелкодисперсную стружку рассмотреть на руке или белом листе бумаги. Чугун содержит углерод в большом количестве в виде графитовых включений. Поэтому при растирании его пыли остается черный графитовый «след». В сталях же углерод находится в связанном состоянии, поэтому механическое влияние на пыль не дает никаких видимых результатов.

Нагревать и искрить

Как отличить чугун от стали? Нужно оперировать необходимым оборудованием и небольшим запасом терпения.

В первом случае можно прибегнуть к нагреванию, к примеру, с помощью паяльной лампы, облачившись изначально в специальную защитную одежду и соблюдая правила безопасности в работе. Температуру нужно повышать до начала плавления металла. Уже было сказано, что температура плавления чугуна выше, чем у стали. Однако это касается преимущественно белых и передельных чугунов. Относительно всех промышленных марок — они содержат углерод в количестве не более 4,3 % и плавятся уже при 1000-1200˚С. Таким образом, его расплавить можно значительно быстрее.

Познавательным методом получения информации о том, чугун от стали чем отличается, является использование экспериментального образца на шлифовальном станке или под острым кругом шлифовальной машинки. Анализ осуществляется по характеристикам искр. Для чугуна характерны неяркие искры красного цвета, а для стали – яркие слепящие короткие лучи с бело-желтым оттенком.

Диаграмма состояний железо-углерод

Диаграмма состояний железо-углерод в интервале концентраций от железа до цементита представлена на рис. 1. Линия ABCD является ликвидусом системы, линия AHJECF – солидусом.

Три горизонтальные линии на диаграмме (HJB, ECF и PSK) указывают на протекание трёх нонвариантных реакций. При 14850 (линия HJB) протекает перитектическая реакция LB+ФН→АJ. В результате перитектической реакции образуется аустенит. Реакция эта имеет место только у сплавов, содержащих углерода от 0.1 до 0.5 % [10]. При 11300 (горизонталь ECF) протекает эвтектическая реакция LC→AE+Ц. В результате этой реакции образуется эвтектическая смесь. Эвтектическая смесь аустенита и цементита называется ледебуритом. Реакция эта происходит у всех сплавов системы, содержащих углерода более 2 %. При 7230 (горизонталь PSK) протекает эвтектоидная реакция AS→ФР+Ц. Продуктом превращения является эвтектоидная смесь. Эвтектоидная смесь феррита и цементита называется перлитом.

У всех сплавов, содержащих свыше 0.02 % углерода, т. е. практически у всех промышленных железоуглеродистых сплавов, имеет место перлитное (эвтектоидное) превращение. Таким образом, диаграмма железо – углерод характеризует протекание в этих сплавах эвтектического, эвтектоидного и перитектического превращений.

Внешний вид диаграммы железо – углерод (в своей доцементитной части), т. е. расположение линий на диаграмме, является вполне определённым и устоявшимся. Уточнению подвергаются лишь координаты (т. е. температура и концентрация наиболее характерных точек).

Значения координат точек на диаграмме железо – углерод представлены в таблице 1.

Рис. 1. Диаграмма железо – углерод

Таблица 1.

Характерные точки на диаграмме железо – углерод

Обозначение

точки

Температура в 0СКонцентрация

углерода в %

Обозначение точкиТемпература в 0СКонцентрация

углерода в %

A15350D16006. 67
B14850.5G9100
H14850.1P7230.02
J14850.16S7230.8
N14000K7236.67
E11302.0Q6000.01
C11304.3L6006.67
F11306.67———

Трудности промышленности

На сегодняшний день литье чугуна имеет сомнительные перспективы. Дело в том, что из-за высокого уровня затрат и большого количества отходов промышленники все чаще отказываются от чугуна в пользу дешевых заменителей.

Благодаря быстрому развитию науки уже давно стало возможным получение более качественных материалов при меньших затратах. Серьезную роль в этом вопросе играет защита окружающей среды, которая не приемлет использование доменных печей.

Чтобы полностью перевести выплавку чугуна на электрические печи, нужны годы, если не десятилетия. Почему так долго? Потому что это очень дорого, и далеко не каждое государство может себе это позволить. Поэтому остается лишь ждать, пока наладится массовый выпуск новых сплавов.

Конечно же, полностью прекратить промышленное применение чугуна в ближайшее время не получится. Но очевидно, что масштабы его производства будут падать с каждым годом. Эта тенденция началась еще 5-7 лет тому назад.

Заключение

Разобравшись с вопросом: «Что такое чугун?», можно сделать несколько выводов. Во-первых, чугун представляет собой сплав из железа, углерода и присадок. Во-вторых, он имеет шесть видов.

В-третьих, чугун весьма полезный и универсальный материал, поэтому долгое время его дорогостоящее производство было целесообразно.

В-четвертых, на сегодняшний день чугун уже считается пережитком прошлого, и планомерно уступает свои позиции более надежным и дешевым материалам.

Источники

  • https://titan-spec.ru/metally/formula-chuguna.html
  • https://jgems.ru/metally/chugun
  • https://InstrumentBaza.ru/materialy/sostav-chuguna.html
  • https://SoproMats.ru/materialyi/metallyi/chugun/
  • https://obrabotkametalla.info/stal/sostava-splava-chuguna-i-otlichie
  • https://molotok34.ru/spravochnik/sostav-chuguna.html
  • https://regionvtormet.ru/metally/chto-takoe-chugun-sostav-chuguna-kakovo-soderzhanie-v-nem-ugleroda-i-zheleza-sfera-ispolzovanie-materiala.html
  • https://metinvest-smc.com/ru/articles/chto-takoe-chugun-kharakteristiki-metalla-osobennosti-proizvodstva-i-primeneniya/
  • https://umlz.com.ua/chto-takoe-chugun-formula-sostav-vidy-i-preimushhestva/
  • https://metallicheckiy-portal.ru/articles/chermet/raznoe/chto-takoe-chugun-sostav-i-soderzhanie-ugleroda-v-splave/
  • https://met-lit.ru/prokat/kak-otlichit-chugun-ot-metalla.html

что полезно знать о качествах данного материала?

Чугун является сплавом из железа с углеродом. Углерод входит в состав сплава в пределах 2,14—6,67%. Чугун является недорогим машиностроительным материалом, что обладает отличными литейными характеристиками. Свойства чугуна позволяют ему служить сырьевым продуктом для выплавки стали, а также реализации других полезных задач.

  • Ближе к сути: описание материала, виды и области применения
  • О характеристиках
  • Физические и механические параметры
  • Тепловые параметры
  • Механические параметры
  • Технологическая составляющая
  • Химические параметры

Ближе к сути: описание материала, виды и области применения

Чугун вырабатывается посредством добываемой железной руды, посредством флюсов и топлива. Получение чугунов представляет собой достаточно сложный технологический процесс. Хим. процедура получения металлов состоит из нескольких стадий: восстановления железа, преобразования железа в чугун, а также шлакообразования. Свойства чугуна более наглядно и в деталях показывает курс химии.

Структура чугуна распределяет рассматриваемый материал на белый и черный чугун. Стоит отметить, что углерод, который содержит белый чугун, связан в химическое соединение карбид железа Fe3C – цементит. Относительно серых чугунов, — значительная часть углерода находится в структурно-свободном состоянии, представляя собой графит.

Говоря относительно серых чугунов, стоит упомянуть, что они поддаются мех. обработке, а вот как белый чугун используется в качестве сырья для производства различных изделий довольно редко. Связано это с тем, что белый чугун обладает высокой твердостью, вследствие чего режущий инструментарий его обрабатывать не имеет фактической способности.

Белый чугун используется по большей части в качестве полупродукта для выработки ковких металлов. Полезно знать, что белый и серый чугун получают, опираясь на состав, а также скорость охлаждения чугунов. Отметим, что свойства чугуна позволяют ему использоваться как конструкционный материал в металлургической, машиностроительной отрасли, других видах промышленности. Связано подобное распространение рассматриваемого материала по причине многочисленных преимуществ, которыми облает чугун.

Положительные свойства чугуна наряду с незначительной стоимостью и отличными литейными характеристиками – это основные выгодные стороны большого списка преимуществ этого материала. Изделия, изготовленные из чугунов, обладают достаточной степенью прочности, износостойкости во время работы на трение, к тому же характеризуются менее значительной чувствительностью к концентраторам напряжений.

к меню ↑

О характеристиках

Свойства чугуна классифицируются по многим параметрам, о которых следует знать. Ниже следует рассмотреть полезные характеристики и параметры, которые имеет белый чугун.

Типы параметров:
  • Физические свойства;
  • Тепловой свойства;
  • Механические свойства;
  • Гидродинамические свойства;
  • Технологические свойства;
  • Химические свойства.

Внимания в первую очередь заслуживают основные свойства, которые имеет белый и серый материал. Поэтому целесообразной считается информация, дающие исчерпывающие ответы на вопросы относительно того, какими качествами обладает данный материал, чем полезен, из чего состоит?

Общие характеристики

Свойства материала определяют благодаря структуре металлической массы, составляющей основу материала, формой, количеством, расположением включений графита. Говоря о равновесном состоянии материала, структуру железоуглеродистых сплавов определяют посредством диаграммы.

Во время изменений состава меняются некоторые параметры:
  • Количество скопление углерода в эвтектике;
  • Эвтектическая температура;
  • Количество скопления углерода в эвтектоиде;
  • Эвтектоидная температура.

Положение критических точек определяется нагревом, то есть при охлаждении точки расположены ниже. Точно применяются для нелегированного чугуна преимущественного большинства марок материала упрощенные формулы.

Формулы:
  • C = 4.3 — 0. 3 (Si + P) — вхождение углерода в эвтектике;
  • C = 0.8 — 0.15Si – вхождение углерода в эвтектоиде.

Ниже интересно разобраться с тем, какие основные свойства материала есть, их характерными параметрами и другой полезной информацией. Белый вариант металла обладает достаточной хрупкостью, твердостью, по причине чего недостаточно качественно поддается отливке. Вдобавок ко всему такой вид тяжело обрабатывается различными видами инструментов. Если говорить о машиностроительной отрасли, то для нее оптимальным образом подходит серый тип сырья.

Опираясь на химическую составляющую рассматриваемого промышленного сырья, металл может подразделяться на легированный, ферросплавный, специальный, ковкий, а также высокопрочный. Ковкий материал производится путем термообработки из белого сырья. Получил свое имя благодаря повышенной степени пластичности, вязкости. Стоит также отметить, что ковкий металл имеет высокую прочность при растяжении, к тому же готов похвастать высокой степенью сопротивления.

Высокопрочный материал производится за счет введения специализированных добавок в серый вариант металла. Применяется для производства ответственных изделий, тем самым отлично справляясь с ролью альтернативы стали. Маркировка рассматриваемого сырья производится буквами и числами.

к меню ↑

Физические и механические параметры

Удельный вес материала может меняться достаточно существенно в зависимости от числа связанного углерода, присутствия пористости. Полезно знать, что удельная масса жидких металлов при температуре плавления приравнивается 70,0±0,1 грамма на сантиметр квадратный. Данный показатель снижается по мере увеличения состава примесей. Обратимый коэффициент линейного расширения и структура чугунов – зависимые друг от друга понятия.

к меню ↑

Тепловые параметры

Тепловая емкость данного материала заданной структуры может быть определена, опираясь на правило смещения. Теплоемкость материала при достижении температурного предела, превышающего фазовые превращения, до температуры плавления, может приниматься как 0,18 кал/Го С (превышающих температурную отметку плавления металла -0,23+/—0,03 кал/Го С.

Объемная теплоемкость, что равняется произведению удельной теплоемкости на удельную массу, может приниматься для укрупненных расчетов. Теплопроводность не определяется по правилу смешения. Теплопроводность структурных составляющих материала, по мере возрастания уровня дисперсности, уменьшается. Стоит обратить внимание, что типичная величина теплопроводности чугунов зависит от влияния некоторых параметров.

к меню ↑

Механические параметры

Предел прочности материала во время растяжения может эффективно оцениваться по структуре материала соответственно определенным данным. Так, прочность структурных составляющих увеличивается постепенно, по мере возрастания уровня дисперсности. Величина, форма, количество, а также распределение графитных включений оказывают существенное влияние на предел прочности, при этом влияние это имеет большие пределы, нежели структура основной металлической массы.

Самое заметное уменьшение предела прочности наблюдается во время расположения графитных включений в качестве цепочки, что прерывает сплошность металлической массы. Наиболее значимая прочность получается в случае со сфероидальной формой графита. Данный показатель достигается за счет отсутствия тепловой обработки.

к меню ↑

Технологическая составляющая

Жидкотекучие свойства тесно сопряжены со свойствами материал, а также формой. Таким образом, рассматриваемый параметр определяется различными способами, однако, наиболее часто жидкотекучесть определяется длиной L заполненной пробы, и увеличивается по мере уменьшения вязкости, увеличении степени перегревания, уменьшении интервала затвердевания. Зависит жидкотекучесть от скрытой теплоты плавления, теплоемкости.

к меню ↑

Химические параметры

Свойства сопротивления материала под названием чугун зависимы от внешней среды и структуры чугунов. По убывающему электродному потенциалу составляющие структуры материала могут располагаться в последовательности следующего образца: графит – цементит, фосфидная эвтектика – феррит. Стоит отметить, что разность потенциалов, наблюдаемая между ферритом, а также графитом, колеблется около 0,56 в. Сопротивление коррозии снижается по уровню увеличения дисперсности структурных составляющих.

Свойства рассматриваемого материала позволяют ему использоваться во многих отраслях современной промышленности, по причине чего объясняется его популярность и широкое распространение.

Похожие статьи

  • Ковка чугуна — миф или реальность. Свойства ковкого чугуна
  • Чугунная сварка: способы и приемы, применяемые при сварке чугуна
  • Сварка углеродистых сталей: проблемы, решения и материалы
  • В чем заключается сварочный процесс угольным электродом?

Чугун сплав, его свойства, характеристики, виды и применение

Сплав железа с углеродом, где процентное содержание углерода варьируется от 2,14% до 6,67%, носит название «чугун». Помимо этих 2-х химических элементов, в состав входят следующие компоненты:

  1. Кремний – количество не превышает 4,3% и влияет на пластичность и литейные свойства сплава.
  2. Марганец – повышает прочность материала. Исполняет отбеливающую функцию, препятствуя графитизации. Количество составляет не больше 2%.
  3. Сера – оказывает негативное воздействие на материал и может стать причиной возникновения трещин. Содержание в сплаве варьируется от 0,07% до 0,15%
  4. Фосфор – увеличивает жидкотекучесть чугунного сплава. Примерное количество – 0,03%.

Слиток из чугуна

Углерод делает материал твердым и плотным, при этом снижая его пластичность. Из-за своей хрупкости чугун хорошо поддается только литейной обработке. В производстве сплав железа с углеродом занимает лидирующую позицию, уступая только стали. Количество углерода делит сплав на 3 вида:

  1. Доэвтектический – процентная часть углерода составляет от 2,14% до 4,2%.
  2. Эвтектический – количество углерода составляет 4,3%.
  3. Заэвтектический – содержание углерода варьируется от 4,4% до 6,67%.

По структуре чугунный сплав делится на 5 видов:

  1. Белый. На разрезе имеет светлый оттенок и отличительный блеск, из-за содержащегося карбида железа. Цемент придает сплаву твердость и высокую износостойкость. Поэтому, он трудно поддается резке. Из-за своей прочности используется в качестве наружного слоя. Из-за своей плотности белый чугун часто перерабатывается в сталь.
  2. Серый. Углерод представлен в виде пластичного графита. От этого, цвет чугуна на разрезе – темно-серый. Твердость металла значительно ниже, чем у белого. Хорошо поддается резной обработке. Материал обладает высоким уровнем вязкости и текучести. Если вам нужны услуги литья серого чугуна, то рекомендуем вам обратиться сюда.
  3. Ковкий. Изготавливается из серого чугуна путем литья. Графит в составе принимает хлопьевидную форму, что придает материалу пластичность. Может подвергаться деформации даже при комнатной температуре. Из-за отсутствия внутренних колебаний, изделия из ковкого чугуна не поддаются вибрационным нагрузкам.
  4. Высокопрочный. В серый чугун добавляется примесь марганца. Графит представлен шаровидной формой. Увеличивает прочность качества изделий, что приравнивает материал к стальным сплавам. Хорошо поддается литью.
  5. Половинчатый. Углерод представлен в составе как графитом, так и карбидом. Используется для производства деталей, которые подвергаются постоянному трению.

Сплав чугуна

По химическому составу выделяют легированный и нелегированный чугун.

  1. Нелегированный. В этот вид чугунного сплава не добавляются примеси. Количество марганца не превышает 2%, а кремния – 4%.
  2. Легированный. В состав добавляют различные примеси для улучшения качества материала. Например, если ввести в структуру 12% хрома, полученное изделие будет обладать повышенной стойкостью к коррозии. Добавление меди сделает материал плотнее, снизится вероятность появление трещин и улучшатся литейные качества. Так же, в состав добавляют никель, марганец, фосфор. От количества легированных компонентов выделяют низколегированные (меньше 2,5% дополнительных элементов), среднелегированные (от 2,5% до 10%) и высоколегированные (больше 10%) сплавы.

Чугун наделен следующими свойствами:

  1. Химические. Химический состав металла влияет на остальные свойства чугунного сплава.
  2. Физические. На удельный вес чугунного сплава влияет количество содержащегося углерода. Усадка чугуна, или уменьшения объема во время остывания после литья, зависит от степени графитизации и химического состава.
  3. Тепловые. Показатель теплоемкости определяет способность проведения тепла материалом. Различные добавки снижают теплопроводность железа. Интенсивность нагревания увеличивает теплоемкость.
  4. Гидродинамические. Высокое содержание марганца и серы делают материал вязким. Это свойство увеличивается при переходе в точку затвердевания.
  5. Технологические. Металл обладает стойкостью к внутренней вибрации, а также не дает материалу изнашиваться.
  6. Механические. На прочность изделия влияет количество графитных включений. Чем их меньше – тем прочнее готовый материал.

Чугунные изделия изготавливаются и используются в различных сферах, благодаря своей прочности и стойкости к низким температурам. Обширное применение металл получил в машиностроении. Из него изготавливают блоки для двигателей внутреннего сгорания, тормозные колодки.

Чугунные радиаторы отопления

В металлургической сфере чугунный сплав ценится за свои литейные свойства и низкую цену. Стоимость материала зависит от количества содержащегося углерода в составе сплава. Сантехническое оборудование, изготовленное из чугуна, до сих пор стоит во многих квартирах и исправно служит своим владельцам.

Благодаря своей пластичности, из металла получаются изделия различной формы. Ванны, раковины, радиаторы, трубы – они обладают продолжительном сроком эксплуатации и не подвергаются внешней деформации на протяжении долгого времени.

Заборные решётки из чугуна

Вещи, созданные из высокопрочного металла, можно встретить в архитектуре дворцов, усадеб и домов прошлых столетий. Из чугуна изготавливали решетки на окна, входные ворота, украшения для крыши и сада, памятники.

Металлический сплав может длительное время сохранять тепло. Поэтому, из него изготавливают посуду – казаны, сковородки. Изделия легко очищаются, благодаря хорошей гигиеничности, а химический состав не несет вреда для организма.

Детали водопроводные из чугуна

Изделия из чугунных сплавов уже долгое время считаются надежными, качественными и экологически чистыми. Материал включает в себя множество ценных свойств, благодаря чему большое количество деталей и оборудований активно выпускаются и используются.

1.9 Структура, свойства и применение чугунов

Чугуны– это сплавы на основе железа, содержащие от 2 до 5 % углерода, а также марганец, кремний и вредные примеси. Это литейный и передельный материал.

Допустимые количества полезных и вредных примесей в чугунах примерно в 5-10 раз больше, чем в сталях.

В зависимости от того, в какой форме содержится углерод, различают следующие виды чугунов: белые, в которых весь углерод связан в карбид железа Fe3C(рис. 12,а), серые с пластинчатым графитом (рис. 12,б), ковкие – с хлопьевидным графитом (рис. 12,в) и высокопрочные – с шаровидным графитом (рис. 12,г).

Рис.12 . Виды чугунов:

а– белый заэвтектический;б– серый;в– ковкий;г– высокопрочный

(б,в,г– структура металлической основы не показана)

Белые чугунысодержат углерод только в связанном виде – в виде цементита. В зависимости от содержания углерода они подразделяются на доэвтектические, эвтектические и заэвтектические. В структуру любого белого чугуна входит эвтектика – ледебурит. В момент образования он состоит из аустенита и цементита, а при температуре ниже 7270C– из перлита и цементита.

Излом белого чугуна светлый, блестящий – «белый», отсюда и название. Твердость составляет 450-500HB, материал очень хрупкий и твердый. Резанием (лезвийным инструментом) не обрабатывается, для изготовления деталей не используется.

Применяют отбеленныечугунные детали, у которых сердцевина имеет структуру серого чугуна, а с поверхности есть слой белого чугуна толщиной 5-7 мм. Так можно изготавливать прокатные валки, тормозные колодки, шары мельниц для размола горных пород, лемехи плугов, зубья ковшей экскаваторов, доски в драгах, – то есть, изделия, от которых требуется высокая твердость и износостойкость поверхности.

Для получения структуры белого чугуна в отливке необходимо быстрое охлаждение, а также минимальное содержание кремния и присутствие марганца и хрома («отбеливающих» компонентов).

Главное назначение белого чугуна – передел в ковкий чугун.

Серые чугуны. В сером чугуне весь углерод или его часть находятся в свободном виде – в виде графита. Диаграмма состояния железо – цементит является метастабильной (неравновесной). При очень медленном охлаждении расплавленного чугуна реализуется стабильная, равновесная диаграмма железо – графит. Ее точки и линии смещены чуть влево и вверх.

а б

Рис.13 . Равновесная диаграмма состояния железо-графит (а)

и схема, иллюстрирующая вероятность образования графита и цементита (б)

Графит в сером чугуне – это кристаллы сложной формы – «розетки», растущие из одного центра в виде сильно искривленных лепестков (рис. 70, а). В плоскости шлифа графит виден как отдельные пластинки, прямолинейные или изогнутые, так как плоскость шлифа пересекает графитные лепестки. Такой графит называютпластинчатым.

Металлическая основа серого чугуна может быть ферритной, перлитной или смешанной – феррито-перлитной (рис. 14,б). Излом серого чугуна темно-серого цвета, а в ферритном чугуне, в котором весь углерод содержится в виде графита, – бархатно-черного.

Механические свойства серых чугунов зависят от структуры основы и от количества, формы и размеров графитовых включений. Перлитные серые чугуны тверже и прочнее, ферритные – наименее прочные, феррито-перлитные – имеют промежуточные характеристики. Графит играет роль надрезов, трещин в металлической основе. Прочность графита при растяжении несопоставима с прочностью металла, поэтому пластичность чугунов очень мала (δ ≤ 0,5%), а предел прочности при растяжении значительно ниже, чем у стали. Но на сжатие графит работает хорошо.

Серый чугун – самый дешевый литейный сплав. Имеет высокую жидкотекучесть и малую усадку, что позволяет получать тонкостенные фасонные отливки. Хорошо обрабатывается резанием: дает мелкую сыпучую стружку, графит является твердой смазкой и уменьшает тем самым износ инструмента. Благодаря графиту, в сером чугуне быстро затухают механические колебания, в том числе звуковые, что позволяет уменьшить шум при работе оборудования. Чугун нечувствителен к надрезам на поверхности деталей (в отличие от стали).

Детали из чугуна изготавливают литьем с последующей обработкой резанием. Для получения структуры серого чугуна в отливке сплав должен содержать много кремния и углерода, но мало марганца, чтобы не образовался цементит.

ГОСТ 1412-85 включает 6 основных марок серого чугуна. Чугун – единственный сплав, в марке которого зашифрован не химический состав, а механические свойства. Например, марка СЧ12 означает: серый чугун с пределом прочности при растяжении 120 МПа (12 кг/мм2).

Серые чугуны применяют для изготовления деталей, работающих с небольшими нагрузками, в основном, на сжатие. Это могут быть колонны, опоры, корпуса, станины, крышки, суппорты, зубчатые колеса, канализационные трубы, ванны, батареи.

Высокопрочные чугуны. В высокопрочных чугунах графит имеет шаровидную форму. Они содержат 2,7-3,5 % углерода. Их модифицируют в ковше магнием (0,02-0,08 %). Модификатор не позволяет растущему кристаллу графита принять естественную форму розетки. Атомы магния образуют тонкий слой на поверхности зародыша графита, увеличивая его поверхностную энергию. Стремление системы к минимальной свободной энергии приводит к тому, что графит кристаллизуется в виде шариков (у шара поверхность при заданном объеме минимальна). Металлическая основа может быть такой же, как у серых чугунов (рис. 15).

Такой вид чугунов был создан с целью повышения механических свойства чугуна, сохранив его преимущества перед сталью. Предел прочности при растяжении Ви относительное удлинение δ у высокопрочных чугунов выше, чем у серых, так как шаровидные включения графита – более мягкие концентраторы напряжения, чем пластинчатые (см. рис. ).

Маркировка высокопрочных чугунов по ГОСТ 7293-85 аналогична маркировке серых. Например, ВЧ90 означает: высокопрочный чугун с пределом прочности при растяжении 900 МПа (90 кг/мм2).

Такие чугуны выдерживают значительные растягивающие нагрузки, поэтому применяются для более ответственных деталей: кузнечно-прессового оборудования, станин прокатных станов, коленчатых валов автомобилей, поршней, вентилей, крыльчаток, распределительных валиков. Отливки из высокопрочного чугуна широко используются в автомобиле- и тракторостроении вместо более дорогих стальных поковок. Их можно подвергать упрочняющей термообработке. Есть смысл выплавлять легированные высокопрочные чугуны для особых условий эксплуатации – с повышенной вязкостью при отрицательных температурах, жаропрочные, коррозионно-стойкие.

Ковкие чугуны. В ковких чугунах графит имеет хлопьевидную форму. Такой графит получается при отжиге белого доэвтектического чугуна с содержанием углерода 2,5-3 %. Его еще называют углеродом отжига.

При нагреве до температур, близких к солидусу, цементит в белом чугуне распадается на исходные компоненты: железо и углерод.

Fe3C→Fe+C.

Режим отжига может быть различным. Во время выдержки при температуре 1000 ºCраспадается цементит эвтектики и получается перлитный ковкий чугун (рис. 16, режима). Если сделать отжиг в две стадии, с выдержкой вначале немного ниже 1147 ºC, а затем чуть ниже температуры перлитного превращения, то на первой стадии распадется цементит эвтектики, а на второй – цементит, входящий в перлит (рис.16, режимб). При таком режиме получается ферритный ковкий чугун, самый мягкий и пластичный (рис. 17,а). Отжиг на ковкий чугун – длительная процедура, он занимает до 70-80 часов. Поэтому ковкий чугун самый дорогой.

Рис. 17. Ферритный (а)и перлитный(б)ковкий чугун

Маркировка ковких чугунов по ГОСТ 1215-92 включает характеристику не только прочности, но и пластичности. Например, КЧ45-7 означает ковкий чугун с пределом прочности при растяжении 450МПа (45 кг/мм2) и относительным удлинением 7%. Но несмотря на повышенную пластичность материала, название «ковкий» – условное, ковать его нельзя.

Ковкие чугуны применяют для мелких деталей, работающих с вибрациями, ударами: крюков, скоб, картеров, ступиц и т.д.

Что такое чугун? Свойства, состав, получение и применение :: SYL.ru

Многие знают о таком материале как чугун и его прочностных характеристиках. Сегодня мы с вами углубим эти знания и выясним, что такое чугун, из чего он состоит, каких видов бывает и как производится.

Состав

Что такое чугун? Это сплав из железа, углерода и разнообразных примесей, благодаря которым он обретает необходимые свойства. Материал должен иметь в своем составе не менее 2,14% углерода. В противном случае, это будет сталь, а не чугун. Именно благодаря углероду чугун обладает повышенной твердостью. Вместе с тем, данный элемент снижает пластичность и ковкость материала, придавая ему хрупкость.

Кроме углерода, в состав чугуна в обязательном порядке входят: марганец, кремний, фосфор и сера. В некоторые марки также вносят дополнительные присадки, для придания материалу специфических свойств. Среди часто используемых легирующих элементов можно отметить: хром, ванадий, никель и алюминий.

Свойства чугуна

Материал имеет плотность 7,2 г/см3. Для металлов и их сплавов это достаточно высокий показатель. Чугун хорошо подходит для производства всяческих изделий путем литья. В этом плане он превосходит все сплавы железа кроме некоторых марок стали.

Температура плавления чугуна равна 1200 градусам. У стали данный показатель выше на 250-300 градусов. Причина тому кроется в повышенном содержании в чугуне углерода, которое обуславливает менее тесные связи между атомами железа. Во время выплавки чугуна и его последующей кристаллизации, углерод в полной мере не успевает внедриться в структуру железа. Поэтому материал получается хрупким. Структура чугуна не позволяет использовать его для производства продукции, которая постоянно подвержена динамическим нагрузкам. А вот для чего чугун подходит идеально, так это для деталей, которые должны обладать повышенной прочностью.

Получение

Получение чугуна – весьма затратный и материалоемкий процесс. Чтобы получить одну тонну сплава, необходимо 550 кг кокса и 900 л воды. Что касается руды, то ее количество зависит от содержания в ней железа. Как правило, используется руда с массовой долей железа не менее 70%. Обработка менее богатых руд нецелесообразна с экономической точки зрения.

Прежде чем отправиться на переплавку, материал обогащается. Производство чугуна в 98% случае происходит в доменных печах.

Технологический процесс включает в себя несколько этапов. Сначала в доменную печь загружается руда, в состав которой входит магнитный железняк (соединение двух- и трехвалентного оксида железа). Также могут использоваться руды, в которых содержатся водная окись железа или его солей. Кроме сырья, в печь кладут коксующиеся угли, необходимые для создания и поддержания высокой температуры. Продукты горения углей как восстановители железа также участвуют в химических реакциях.

Дополнительно в топку подается флюс, играющий роль катализатора. Он ускоряет процесс плавления пород и освобождения железа. Важно отметить, что прежде чем попасть в топку, руда должна пройти специальную обработку. Так как мелкие части лучше плавятся, ее предварительно измельчают на дробильной установке. Затем руду промывают, чтобы избавиться от примесей, не содержащих металла. Затем сырье высушивается и проходит обжиг в печах. Благодаря обжигу из него удаляется сера и прочие чужеродные элементы.

После полной загрузки печи начинается второй этап производства. Когда горелки запущены, кокс постепенно разогревает сырье. При этом выделяется углерод, который реагирует с кислородом и образует оксид. Последний принимает активное участие в восстановлении железа из находящихся в руде соединений. Чем больше газа накапливается в печи, тем медленнее протекает реакция. Когда нужная пропорция достигнута, реакция и вовсе останавливается. Избыток газов в дальнейшем служит топливом для поддержания необходимой температуры в печи. У этого метода есть несколько сильных сторон. Во-первых, он позволяет снизить затраты горючего, что удешевляет производственный процесс. И, во-вторых, продукты горения не попадают в атмосферу, загрязняя ее, а продолжают участвовать в производстве.

Избыток углерода перемешивается с расплавом и поглощается железом. Так и получается чугун. Примеси, которые не расплавились, всплывают на поверхность смеси и удаляются. Их называют шлаком. Шлак находит применение в производстве некоторых материалов. Когда из расплава удалены все лишние частицы, в него добавляют специальные присадки.

Разновидности

Что такое чугун и как его получают, мы уже выяснили, теперь разберемся с классификацией этого материала. Описанным выше путем получают передельный и литейный чугун.

Передельный чугун используется в производстве стали по кислородно-конвертерному пути. Этот вид отличается низким содержанием кремния и марганца в сплаве. Литейный чугун применяют в производстве всяческой продукции. Он делится на пять видов, каждый из которых рассмотрим отдельно.

Белый

Это сплав отличается содержанием избыточной части углерода в виде карбида или цементита. Название этому виду было дано за белый цвет в месте разлома. Содержание углерода в таком чугуне обычно превышает 3%. Белый чугун отличается высокой хрупкостью и ломкостью, поэтому его применяют ограниченно. Данный вид используют для производства деталей простой конфигурации, которые выполняют статические функции и не несут больших нагрузок.

Благодаря добавлению в состав белого чугуна легирующих присадок, можно повысить технические параметры материала. С этой целью чаще всего используют хром или никель, реже — ванадий или алюминий. Марка с подобного рода присадками получила название «сормайт». Она используется в различных устройствах как нагревательный элемент. «Сормайт» обладает высоким удельным сопротивлением, и хорошо работает при температурах не выше 900 градусов. Самое распространенное применение белого чугуна – производство бытовых ванн.

Серый

Это наиболее распространенная разновидность чугуна. Она нашла применение в разных областях народного хозяйства. В сером чугуне углерод представлен в виде перлита, графита или же феррито-перлита. В таком сплаве содержание углерода составляет порядка 2,5%. Как для чугуна, этот материал обладает высокой прочностью, поэтому его используют в производстве деталей, которые получают циклическую нагрузку. Из серого чугуна делают втулки, кронштейны, зубчатые шестеренки и корпуса промышленного оборудования.

Благодаря графиту серый чугун снижает силу трения и улучшает действие смазок. Поэтому детали из серого чугуна имеют высокую стойкость к данному виду износа. При эксплуатации в особо агрессивных средах в материал вводятся дополнительные присадки, позволяющие нивелировать негативное воздействие. К таковым относятся: молибден, никель, хром, бор, медь и сурьма. Эти элементы защищают серый чугун от коррозии. Кроме того, некоторые из них повышают графитизацию свободного углерода в сплаве. Благодаря этому создается защитный барьер, предотвращающий попадание на поверхность чугуна разрушающих элементов.

Половинчатый

Промежуточным материалом между двумя первыми разновидностями является половинчатый чугун. Содержащийся в нем углерод представлен в виде графита и карбида приблизительно в равных долях. Кроме того, в таком сплаве могут присутствовать в незначительных количествах лидебурит (не более 3%) и цементит (не более 1%). Общее содержание углерода в половинчатом чугуне колеблется 3,5 до 4,2%. Данная разновидность применяется для производства деталей, которые эксплуатируются в условиях постоянного трения. К таковым можно отнести автомобильные тормозные колодки, а также валки для измельчительных станков. Для еще большего повышения износостойкости в сплав добавляют всяческие присадки.

Ковкий

Этот сплав представляет собой разновидность белого чугуна, который с целью графитизации свободного углерода подвергается специальному обжигу. По сравнению со сталью, такой чугун имеет улучшенные демпфированные свойства. Кроме того, он не столь чувствителен к надрезам и хорошо работает в условиях низких температур. В таком чугуне массовая доля углерода составляет не более 3,5%. В сплаве он представлен в виде феррита, зернистого перлита, содержащего вкрапления графита или феррито-перлита. Ковкий чугун, как и половинчатый, используют в основном в производстве деталей, эксплуатирующихся в условиях непрерывного трения. Для повышения эксплуатационных характеристик материала в сплав добавляют магний, теллур и бор.

Высокопрочный

Данный вид чугуна получается вследствие образования в металлической решетке включений графита шаровидной формы. Из-за этого металлическая основа кристаллической решетки ослабевает, и сплав обретает улучшенные механические свойства. Образование шаровидного графита происходит благодаря введению в материал магния, иттрия, кальция и церия. Высокопрочный чугун близок по своим параметрам к высокоуглеродистой стали. Он неплохо поддается литью и может полностью заменить стальные детали механизмов. Благодаря высокой теплопроводности данный материал может быть использован для изготовления трубопроводов и отопительных приспособлений.

Трудности промышленности

На сегодняшний день литье чугуна имеет сомнительные перспективы. Дело в том, что из-за высокого уровня затрат и большого количества отходов промышленники все чаще отказываются от чугуна в пользу дешевых заменителей. Благодаря быстрому развитию науки уже давно стало возможным получение более качественных материалов при меньших затратах. Серьезную роль в этом вопросе играет защита окружающей среды, которая не приемлет использование доменных печей. Чтобы полностью перевести выплавку чугуна на электрические печи, нужны годы, если не десятилетия. Почему так долго? Потому что это очень дорого, и далеко не каждое государство может себе это позволить. Поэтому остается лишь ждать, пока наладится массовый выпуск новых сплавов. Конечно же, полностью прекратить промышленное применение чугуна в ближайшее время не получится. Но очевидно, что масштабы его производства будут падать с каждым годом. Эта тенденция началась еще 5-7 лет тому назад.

Заключение

Разобравшись с вопросом: «Что такое чугун?», можно сделать несколько выводов. Во-первых, чугун представляет собой сплав из железа, углерода и присадок. Во-вторых, он имеет шесть видов. В-третьих, чугун весьма полезный и универсальный материал, поэтому долгое время его дорогостоящее производство было целесообразно. В-четвертых, на сегодняшний день чугун уже считается пережитком прошлого, и планомерно уступает свои позиции более надежным и дешевым материалам.

Белый чугун – типы, микроструктура и применение

Наиболее распространенные износостойкие железосодержащие материалы, содержащие углерод более 2 мас.% в виде цементита, называются белым чугуном . Белый граненый излом из-за присутствия цементита является одной из основных характеристик белого чугуна. В промышленности используется множество чугунов, каждый из которых имеет определенные характеристики и области применения. Следуйте Типы чугуна  для понимания.  

Содержание

Микроструктура белого чугуна e Развитие

Для изучения общего развития микроструктуры в высокоуглеродистом железосодержащем материале и для понимания эффекта равновесного охлаждения и быстрого охлаждения следуйте Развитие микроструктуры в железе 4 .  Охлаждение или направленное затвердевание оказывает огромное влияние на микроструктуру белого чугуна. Если допускается быстрое охлаждение только на поверхности, то получается кокильный чугун, который содержит серую структуру (чешуйки графита) в центральной области. Чтобы понять важность затвердевания, следуйте чугунным типам.  Прочитав статью Типы чугуна  , вы получите представление о том, насколько простой процесс затвердевания позволяет создавать различные типы чугуна, которые можно использовать для различных целей.

Здесь мы подробно обсудим микроструктуру белого чугуна…

Одним из важных терминов, который будет иметь основное значение, является Углеродный эквивалент (CE) . В основном, наряду с углеродом, кремний усиливает процесс графитизации и увеличивает вероятность зарождения графита. Вот почему кремний также учитывается наряду с углеродом для определения окончательного типа чугуна. После 9Формула 0003 стандарта CE используется для разработки микроструктуры;

Фазовая диаграмма затвердевания приведена ниже;

Сначала рассмотрим S1 строку , и пройти линию солидуса. Ниже линии солидуса начинаются дендриты аустенита. появляется в расплавленном бассейне железа и углерода. Вокруг этих дендритов область расплавленной ванны обогащен углеродом. Из-за высокой концентрации углерода и различные оксидные фазы, углерод осаждается в виде хлопьев, а не цементит, который образуется в результате эвтектической реакции. Это зарождение графита чешуйки увеличиваются при понижении температуры, что приводит к образованию серого чугуна. К снизить активность углерода и предотвратить зародышеобразование графитовых чешуек после нескольких шаги обычно предпринимаются;

  • Повышение соотношения Mn, Cr и Mo/Si:  Увеличение содержания легирующих элементов предотвращает активность углерода в жидкой ванне, а также ограничивает осаждение чешуек. Это способствует образованию карбида.
  • Быстрое охлаждение:  Это приводит к переохлаждению резервуара с жидкостью. При быстром охлаждении температура резко падает и снижает активность углерода. Углерод не успевает образоваться из расплавленной ванны. Так, после перехода от линии эвтектики ледибурит (эвтектическая смесь аустенита и цементита) образуется непосредственно из жидкой ванны железа и углерода.
  • Давление:  Повышение давления всегда сопровождается зарождением углеродных чешуек. Применение контроля давления может создать охлаждающий эффект в толстых отливках, чтобы предотвратить образование серого чугуна.

Структура белого чугуна

Окончательная Микроструктура белого чугуна выглядит так, как показано ниже;

Эта микроструктура изображает перлитную матрицу с непрерывной толстой цементитной матрицей, образованной в результате эвтектической реакции. Наличие толстой сетки является основной причиной хрупкости соответствующей микроструктуры.

Типы белого чугуна

Здесь мы упомянули, что существуют различные механизмы, которые могут создавать микроструктуру белого чугуна , такие как легирование, чрезвычайно быстрое охлаждение и давление. Эти процессы литья оказывают определенное влияние на микроструктуру белого чугуна.

По этим причинам белый чугун делится на две группы;

  1. Низколегированный чугун: Чугун с содержанием легирующих элементов менее 4%
  2. Высокий сплав Железо: Чугут с содержанием сплава сплай. Мы упоминали ранее, что при относительно более быстром охлаждении можно предотвратить образование зародышей углеродных чешуек.

    Микроструктура перлитного белого чугуна показана выше.

    Перлитная структура также возможна при высокой концентрации сплава. При варьировании процессов затвердевания и состава микротвердость и микроструктура перлитного белого чугуна может варьироваться.

    Твердость, достигаемая в обычной песчаной форме и низколегированном чугуне, составляет 350 HV. HV — это тест на микротвердость по Виккеру, подробности теста на микротвердость и способ чтения числа твердости можно найти в Тест на твердость по Виккеру . Если вместо песка использовать металлическую форму, охлаждающий эффект увеличивается, и перлитные полосы становятся более мелкими, увеличивая твердость до 500 HV.

    Перлитный белый чугун используется в ковшовых элеваторах, как показано на рисунке ниже. Он также используется в сельском хозяйстве из-за низкой стоимости и высокой твердости.

    Кокильное литье

    Кокильное литье производится путем помещения металлической пластины внутрь песчаной формы для извлечения быстрого тепла из состава, содержащего большое количество кремния, чтобы вызвать графитизацию остального железа. В результате получается белая оболочка и серое ядро, отличающееся высокой твердостью и ударной вязкостью.

    Наиболее распространенное применение кокильного литья — это молот, используемый при дроблении угля и дроблении цемента. Этот молот используется в мельницах и дробильных установках с молотком, состоящим из конструкции из белого чугуна и монтажной части из серого чугуна.

    Высоколегированный чугун

    Высоколегированный чугун — термин, обычно используемый для белых чугунов с содержанием легирующих элементов более 4%. Отливка таких черных металлов осуществляется для материалов с высокой стойкостью к истиранию, таких как детали, необходимые в машинах для резки и шлифования.

    Микроструктура высоколегированного железа – влияние легирующих элементов

    Игольчатая матрица изображает мартенсит . Область рядом с игольчатым мартенситом является остаточным аустенитом. Непрерывная сеть, показывающая вышеприведенную матрицу, состоит из карбидов металлов. Эти карбиды могут быть хрома, ванадия или железа.

    Содержание сплава имеет различные целей. Просто для понимания, хром добавлен для защиты от коррозии и вторичные карбиды, повышающие твердость. Металлическая матрица может быть отрегулирована от мягкого до твердого для оптимизации микроструктуры между твердым и прочным литьем утюг.

    Подробная информация о влиянии легирующих элементов приведена ниже;

    Углерод:  С увеличение процента углерода, процента карбидообразования увеличивается в результате, давая больше твердости.

    Никель: Никель способствует мартенситному и бейнитному превращению в матрице белого чугуна. С перлитной матрицей белый чугун кажется мягким с лучшей ударной вязкостью и характеристиками поглощения удара. С добавлением никеля поле графита увеличивается, в результате чего подавляется образование перлита, что дает высокий процент мартенсита. Если количество никеля велико, образуется больше остаточного аустенита, что приводит к снижению твердости. Оптимальное содержание никеля необходимо для оптимальной стойкости к истиранию и твердости белого чугуна.

    Хром: сплав чугуна, где важны высокая стойкость к истиранию и износу, особенно в применения, такие как дробление и измельчение, хром является важным легирующим добавление. С добавлением никеля процесс графитации также ускоряется. образование высокоуглеродистых хлопьев. Добавление хрома подавляет графитизацию процесс инициируется за счет добавления никеля и углерода. В основном существует в карбидные фазы, образующие больше карбидов и, как следствие, увеличивающие твердость. Соотношение хрома и никеля обычно составляет 1:2 или 1:2,5.

    Силикон: Силикон является одной из очень важных литейных добавок, повышающих текучесть расплава. а также удаляет поглощенный кислород в расплаве. действует как окислитель и удаляет весь поглощенный кислород, тем самым устраняя важные дефекты литья, но также является сильным графитом. С добавлением силикона вероятность графита увеличивается образование хлопьев и, тем самым, снижается сопротивление истиранию белого чугун. Таким образом, кремний следует добавлять до минимального уровня, чтобы кремний выполнять свои обязанности по литью и предотвращать образование хлопьев.

    Марганец: Марганец добавка улучшает раскисление, а также прокаливаемость белого чугуна. Улучшение прокаливаемости не наравне с никелем, но тем не менее оно обеспечивает результат. Его следует добавлять до минимального уровня 0,5%.

    Молибден:  Он добавляется для общего улучшения мартенситного образования в центре отливки вместе с Никелем. Он существует в основном с карбидными фазами и помогает в упрочнении. конструкция в центре отливки.

    Медь: Прокаливаемость также улучшается добавлением меди, но улучшение только наполовину так хорошо, как никель. Он также может охрупчивать белое железо из-за образования игольчатых частиц. выпадает в осадок после взаимодействия с кислородом.

    Эта легирующая добавка делит высоколегированный белый чугун на две группы;

    Сера и фосфор: Они также снижают стойкость к истиранию и должны поддерживаться на минимальном уровне.

    Мартенситный никелевый белый чугун

    ASTM A532-I  представляет собой класс мартенситного никелевого белого чугуна. В низколегированном белом чугуне матрица выполнена из перлита. Перлит относительно мягкий и имеет низкую износостойкость. Для повышения износостойкости белого чугуна перлитную матрицу смещают на мартенсит путем введения в нее никеля и хрома. Никель добавляют в количестве 5-8 мас.%. Никель в карбидообразовании участия не принимает; он просто задерживает образование перлита и расширяет аустенитное поле и снижает вероятность образования перлита. Окончательная микроструктура содержит карбидные фазы, внедренные в мартенситную и остаточную аустенитную матрицу.

    Эти типы белого чугуна также называются никель-твердыми.

    Этот тип микроструктуры имеет твердость по Виккеру 550HV 30. При отпуске при температуре 275 °С остаточный аустенит распадается на нижний бейнит, увеличивая твердость микроструктуры еще на 100HV30. При использовании металла вместо песчаной формы получается более тонкая мартенситная микроструктура с твердостью по Виккеру 50HV30 выше, чем у обычных.

    Состав твердого никелевого железа следующий;

    C Mn Si Mo Cr Ni
    Min % 2.4 1. 33 3.3
    Max % 3.6 2 0.8 4 1.4 5

    Физические и механические свойства никелевого твердого белого чугуна приведены ниже;

    Density (g/cm3) 7.6 – 7.8
    Thermal conductivity (W/mK) 15 – 30
    Coefficient of thermal expansion 8 – 8.1
    Температура плавления (F) 2300 F
    Модуль упругости (ГПа) 169-183
    Поперечная прочность (MPA) 500-620
    Прочность на тензинг AS-CAST (MPA) 3333333333333333. Прочность на тензильник AS-CAST (MPA) 3333333333333333333333333333. Тенди. 450 – 550
    Мартенситный хром Белый чугун

    Применение там, где требуется высокая стойкость к истиранию, например, мельницы, кирпичные формы, дробеструйная обработка формы и оборудования, а также горнодобывающее оборудование, использование высокохромистых применяется белый чугун. В этих случаях высокая стойкость к истиранию и требуется небольшая ударная вязкость, чтобы противостоять ударной нагрузке. Белый с высоким содержанием хрома чугун представляет собой наилучшее сочетание стойкости к истиранию и ударной вязкости.

    Хром изменение содержания и термическая обработка могут быть использованы для регулировки механического свойств, так как существует компромисс между износостойкостью и ударной вязкостью чугун.

    Стандарт ASTM A 532 включает два набора стандартов для составов и твердости. ASTM A 532 класс — II распространяется на хромомолибденовые чугуны.

    Добавленное содержание хрома увеличивает концентрацию карбида, тем самым повышая твердость. Они имеют самую высокую твердость среди всех белых чугунов.

    Композиция из хромистого белого чугуна;

    C Mn Si Mo Cr
    Min % 2.7 14
    Макс. % 3,3 1,3 1 3,5 17
    9

    60002 молибден добавление улучшает прокаливаемость матрицы, тем самым повышая стойкость к истиранию. При более низком содержании хрома коррозионная стойкость немного больше, чем ниже упомянутый хромовый сплав железа.

    Свойства железа из сплава хрома следующие;

    Плотность (г/см3) 7,6 — 7,8
    .0004 13
    Melting Temperature (F) 2300 F
    Transverse strength (MPa) 938
    Hardness As-cast (HV) 450 – 550
    Твердость (степень дозакалки) (HV) 600 – 650

    Наиболее обычное применение этого класса железа — гильзы фрезерных станков, дробь пескоструйные и шламовые насосы. Валковая дробилка также очень распространена. применение в цементной промышленности.

    Стандарт ASTM класса A – III представляет этот класс белого чугуна. Из-за очень высокого содержания хрома коррозионная стойкость этого вида белого чугуна очень высока. Благодаря высокому содержанию хрома возможна прочная матрица и очень высокая стойкость к истиранию белого чугуна.

    Состав белого чугуна с высоким содержанием хрома следующий:

    C Mn Si Mo Cr
    Min % 2.5 23
    Max % 3. 3 1 1.5 2.1 28

    Белое железо с высоким содержанием хрома имеет следующие свойства;

    59929299968. 0002 Сравнение свойств белого чугуна и остального чугуна можно изучить на типах чугуна. Вы можете следить за Cast Iron в Википедии для получения подробной информации о режиме.

    Часто задаваемые вопросы о белом чугуне

    Можно ли сваривать белый чугун?

    Белый чугун содержит прочную непрерывную сеть карбидов, которые трудно сваривать. Сварка белого чугуна обычно не рекомендуется. В структуре белого чугуна также присутствует мартенсит. Эта комбинация карбидов и различных фаз твердой матрицы склонна к тепловому растрескиванию. Сварка и немедленное охлаждение приводят к образованию трещин в чугуне, поэтому белый чугун для сварки не рекомендуется.
    Ниже приведены общие методы ремонта, которые можно применять для белого чугуна.
    — Добавление сварочных вставок
    — Добавление спиральных вставок Heli
    — Болтовое крепление
    — Эпоксидная смола

    Почему белый чугун твердый и хрупкий?

    Белое железо чрезвычайно твердое и хрупкое. Ответ кроется в его микроструктуре. Микроструктура состоит из толстой непрерывной сети карбидов, встроенных в перлитную или мартенситную матрицу. Эта карбидная сетка чрезвычайно тверда и сопротивляется любой пластической деформации. Это основная причина того, что белый чугун твердый и хрупкий. Когда трещина образуется в карбидной сетке, трещина протекает немедленно, и никакие другие микротрещины не образуются. Вот почему поверхность излома белого чугуна кажется белой.

    Как производится белый чугун?

    Чаще всего чугун получают по технологии литья. Другие методы производства включают механическую обработку. Поскольку чугун чрезвычайно твердый и хрупкий, его нельзя отливать в твердом виде. Единственный возможный способ придать форму белому чугуну — отлить материал определенной формы.

    Белые пятна на железной раковине?

    Так как белый чугун не является пористым из-за способа изготовления литья. Полированная эмаль белого железа делает поверхность чрезвычайно блестящей. Благодаря плоской поверхности и отсутствию пористости поверхности пятна легко удаляются, поскольку они не прилипают к материалу. Поверхность вполне можно очистить.

    Области применения белого чугуна 

    Общие области применения:

    • Dredge pumping
    • Oil sand Applications
    • Mining crusher parts
    • Ball mill liners
    • Roller crusher
    • Crusher liners
    • Grit blasting grates
    • Lifting bars

    5 Types of Cast Iron and Their Uses [with Состав и свойства]

    Чугун

    Что такое чугун?

    Типы чугуна и их использование [с составом и свойствами]: — Чугуном называют тот материал, который состоит из железа с содержанием углерода более 2%, при этом чугун является универсальным металлом, который используется в очень широком диапазоне потребительских, а также в коммерческих целях. Приложения.

    Чугун используется для изготовления оружия, а также некоторых сельскохозяйственных продуктов с древних времен. Было обнаружено, что он становится все более популярным типом металла, который широко используется в промышленности. В основном весь чугун имеет содержание углерода более 2%, есть несколько других типов чугуна, каждый из которых обладает уникальными свойствами.

    1. Серый чугун: ( Типы чугуна )

    Известно, что наиболее распространенным типом чугуна является серый чугун, который имеет графитовую микроструктуру, состоящую из различных мелких трещин. Он назван так, потому что наличие этих мелких трещин создает видимость серого цвета. Серый чугун получается таким образом, что можно обнаружить трещины, которые открываются, чтобы обнажить графит серого цвета под поверхностью. Напротив, серый чугун не так прочен, как сталь, и не способен поглощать такую ​​же силу удара, как сталь.

    Установлено, что серый чугун обладает такой же прочностью на сжатие, что и сталь. В результате это делает его популярным выбором для металлических изделий, требующих прочности на сжатие.

    Серый чугун можно охарактеризовать такими свойствами, как графитовая микроструктура, которая отвечает за растрескивание материала, придающее ему серый цвет. Их называют бывшим в употреблении чугуном, в котором наиболее широко используемый литой материал основан на его весе. Известно, что серый чугун имеет очень низкую прочность на растяжение наряду с ударопрочностью по сравнению со сталью, при этом его прочность на сжатие оказывается относительно низко- и среднеуглеродистой стали. Существуют различные физические и химические свойства, которые отвечают за контроль размера и формы графита, который отражает его присутствие в микроструктуре, которую можно охарактеризовать соответствующим образом.

    2. Белый чугун: (Типы чугуна)

    Белый чугун не так распространен по сравнению с серым чугуном, поскольку белый чугун является еще одним типом, заслуживающим упоминания. Он получил свое название из-за своего не совсем белого цвета, который, в свою очередь, является результатом соединения железа, известного как цементит. Как и серый чугун, белый чугун также имеет различные мелкие трещины.

    Различие, которое известно, состоит в том, что белый чугун имеет цементит под его поверхностью, тогда как серый чугун имеет графит под его поверхностью. Графит отвечает за появление серого цвета, а цементит отвечает за создание внешнего вида белого цвета. Известно, что белый чугун твердый, что обеспечивает превосходную стойкость к истиранию.

    Белый чугун

    Белый чугун имеет белые изломы, которые обнаруживаются из-за присутствия осадка карбида железа, который обычно называют цементитом. По мере снижения содержания кремния скорость охлаждения увеличивается, и, таким образом, углерод в белом чугуне выделяется из расплава в виде цементита метастабильной фазы Fe3C по сравнению с графитом. По мере того, как карбид железа выпадает в осадок, обнаруживается, что углерод удаляется из исходного расплава, что сдвигает смесь к той, которая оказывается ближе к эвтектике, в которой оставшаяся фаза представляет собой низший железо-углеродный аустенит.

    Обнаружено, что эвтектические карбиды слишком велики, чтобы обеспечить преимущество, которое в основном называют дисперсионным твердением, препятствуя движению дислокаций с эффектом матрицы из чистого феррита железа. Для быстрого увеличения объемной твердости любого чугуна необходимо в силу их собственной высокой твердости, а также их значительной объемной доли, так как объемная твердость может быть аппроксимирована правилом смесей.

    Проблемы, с которыми сталкивается белый чугун

    Белый чугун — это те, которые обеспечивают твердость за счет ударной вязкости. Материал, карбид, составляет большую часть материала, в то время как белый чугун ответственен за это, что может быть обоснованно классифицировано как кермет. Белый чугун слишком хрупок и, следовательно, не подходит для использования во многих конструкционных компонентах, где твердость и стойкость к истиранию оказываются относительно недорогими, поскольку это требует его использования в различных приложениях вместе с изнашиваемыми поверхностями шламовых насосов. гильзы и толкатели в шаровых мельницах — это мельницы самоизмельчения, шары и т. д.

    Установлено, что охлаждение толстых отливок затруднено, поскольку они охлаждаются недостаточно быстро и полностью затвердевают в виде белого чугуна. Процесс быстрого охлаждения в основном используется для затвердевания оболочки из белого чугуна, после чего остаток медленно охлаждается, образуя ядро ​​из серого чугуна. Полученная отливка называется охлажденной отливкой, которая обладает преимуществами твердой поверхности и несколько более жесткой внутренней части.

    Проблемы, с которыми сталкивается белый чугун

    Сплавы белого чугуна с высоким содержанием хрома позволяют отливать массивные отливки в песчаные формы, поскольку хром отвечает за снижение скорости охлаждения, необходимой для получения карбиды. Известно, что хром также отвечает за производство карбидов с впечатляющей стойкостью к истиранию. Известно, что они входят в состав сплавов с высоким содержанием хрома, превосходная твердость которых объясняется наличием карбидов хрома.

    Основная форма этих таких типов карбидов представляет собой эвтектические или первичные карбиды, в которых количество железа или хрома может варьироваться в зависимости от состава сплава. Эвтектические карбиды ответственны за создание пучков, которые включают полые шестиугольные стержни, которые могут расти перпендикулярно шестиугольной базовой плоскости. Установлено, что твердость таких карбидов колеблется в пределах 1500-1800HV

    3. Ковкий чугун: ( Типы чугуна )

    Ковкий чугун также называют чугуном с шаровидным графитом, который считается ковким чугуном и представляет собой разновидность мягкого ковкого чугунного сплава с высоким содержанием углерода. Как правило, он производится в сочетании с небольшими количествами других соединений, которые могут включать магний и церий. Это одно из следовых соединений, которые препятствуют скорости роста графита, что делает металл мягким и пластичным. Изобретение ковкого чугуна было сделано в начале 19 века. 40с.

    Чугун с шаровидным графитом также известен как ковкий чугун, который отвечает за наличие графита в виде очень мелких узелков, которые сопровождаются графитом в виде концентрических слоев, образующих узелки. Процентное содержание углерода составляет 3-4%, а процентное содержание кремния составляет 1,8-2,8%. Количество химикатов варьируется от 0,02 до 0,1% магния и только от 0,02 до 0,04% церия, которые добавляются к таким типам сплавов, которые могут замедлить рост графита, который выделяется путем связывания с краями графитовых плоскостей. Установлено, что свойства очень похожи на свойства ковкого чугуна, тогда как детали можно отливать с большим сечением.

    4. Ковкий чугун: (Типы чугуна)

    Ковкий чугун считается пригодным для обработки. Это те, которые обычно создаются с использованием процессов термообработки белого чугуна. Белый чугун чаще всего нагревают и обрабатывают около двух дней, после чего охлаждают. Как только это будет закончено, ковкий чугун будет согнут или обработан для достижения любой уникальной формы или размера.

    Ковкий чугун — это тот, который начинается с отливки из белого чугуна и, таким образом, подвергается термообработке в течение дня или двух при температуре 950 °C, а затем охлаждается в течение дня или двух. В результате было обнаружено, что углерод в карбиде железа превращается либо в графит, либо в феррит плюс углерод. Медленный процесс отвечает за то, что поверхностное натяжение позволяет графиту формироваться в сфероидальные частицы, а не в чешуйки. Из-за влияния более низкого соотношения сторон сфероиды оказываются относительно короче и, следовательно, находятся далеко друг от друга, что имеет меньшее поперечное сечение, которое может распространять трещину или фонон.

    Ковкий чугун

    Этот тип чугуна имеет тупые края, которые противостоят отслаиванию, что снижает концентрацию проблем напряжения, которые встречаются в сером чугуне. Чаще всего такие свойства ковкого чугуна подобны свойствам мягкой стали. Существует ограничивающий фактор, который показывает, насколько большая деталь может быть отлита из ковкого чугуна, изготовленного из белого чугуна.

    В основном все ковкое железо плавится, чтобы увеличить количество добавляемого кремния. Для белого чугуна необходимо добавлять бор, чтобы помочь в производстве ковкого чугуна, который отвечает за уменьшение огрубляющего эффекта висмута.

    5. Сплав Чугун : (Типы чугуна)

    Известно, что свойства чугуна изменяются путем добавления различных легирующих элементов, которые также известны как легирующие примеси. Кремний считается одним из наиболее важных сплавов, поскольку именно он вытесняет углерод из раствора. Очень низкий процент кремния отвечает за образование углерода, который остается в виде раствора карбида железа, и за производство белого чугуна. Установлено, что очень высокий процент кремния является причиной вытеснения углерода из раствора, который образует графит, а также производства серого чугуна.

    Различные другие легирующие добавки, такие как марганец, хром, молибден, титан и ванадий противодействуют кремнию, который отвечает за повышение удерживающей способности углерода, образующего эти карбиды. Никель и медь — это те материалы, которые отвечают за повышение прочности, а также за обрабатываемость, в то время как они не изменяют количество образующегося графита. Обнаружено, что углерод присутствует в форме графита, что может привести к более мягкому железу, что также может уменьшить усадку и, таким образом, снизить прочность, а также уменьшить плотность.

    Легирующие элементы

    Сера является широко известным загрязняющим веществом, присутствующим в форме сульфида железа, который препятствует образованию графита, а также повышает твердость. Проблема, связанная с серой, заключается в том, что она делает расплавленный чугун вязким, что приводит к возникновению дефектов. Было обнаружено, что для противодействия воздействию серы марганец добавляется в виде двух форм в сульфид марганца вместо сульфида железа.

    Никель известен как один из наиболее распространенных легирующих элементов, который очищает перлитную и графитовую структуру, что отвечает за повышение ударной вязкости и выравнивание различий в твердости между толщинами сечения. Установлено, что присутствие хрома отвечает за добавление небольших количеств, чтобы уменьшить количество свободного графита, который производит отбел, и, как известно, никель является мощным стабилизатором карбида, в основном добавляется никель. Необходимо добавить очень небольшое количество олова вместо 0,5% хрома.

    Чугун | Металлургия для чайников

     

    Чугун получают из чугуна, и хотя он обычно относится к серому чугуну, он также определяет большую группу ферросплавов, затвердевающих с эвтектикой. Цвет поверхности излома можно использовать для идентификации сплава. Белый чугун назван в честь его белой поверхности при изломе из-за примесей карбида, которые позволяют трещинам проходить прямо насквозь. Серый чугун назван в честь его серой изломистой поверхности, которая возникает из-за того, что графитовые чешуйки отклоняют проходящую трещину и вызывают бесчисленное количество новых трещин по мере разрушения материала.

    Чугун Автозапчасти

    Углерод (C) и кремний (Si) являются основными легирующими элементами в количестве от 2,1 до 4 мас. % и от 1 до 3 мас.% соответственно. Сплавы железа с меньшим содержанием углерода известны как стали.

    Хотя технически это делает эти базовые сплавы тройными сплавами Fe-C-Si, принцип затвердевания чугуна можно понять из бинарной фазовой диаграммы железо-углерод. Поскольку составы большинства чугунов находятся примерно в точке эвтектики системы железо-углерод, температуры плавления тесно связаны между собой, обычно в диапазоне от 1150 до 1200 °C (от 2102 до 2,19°С).2 °F), что примерно на 300 °C (572 °F) ниже температуры плавления чистого железа.

    Фазовая диаграмма Сталь и чугун

    Чугун имеет тенденцию быть хрупким, за исключением ковких чугунов. Благодаря относительно низкой температуре плавления, хорошей текучести, литейности, отличной обрабатываемости, устойчивости к деформации и износостойкости, чугуны стали конструкционным материалом с широким спектром применения и используются в трубах, машинах и деталях автомобильной промышленности, таких как цилиндры. головки (сокращение использования), блоки цилиндров и картеры коробок передач (сокращение использования). Он устойчив к разрушению и ослаблению при окислении (ржавчине).

    Чугунные украшения

    Чугун производится путем повторного плавления чугуна, часто вместе со значительным количеством железного и стального лома, и принятия различных мер для удаления нежелательных примесей, таких как фосфор и сера. В зависимости от применения содержание углерода и кремния снижается до желаемого уровня, который может составлять от 2 до 3,5% и от 1 до 3% соответственно. Затем в расплав добавляются другие элементы, прежде чем окончательная форма будет получена путем литья. После завершения плавки расплавленный чугун заливают в раздаточный котел или ковш.

    Чугун Art

    Свойства чугуна изменяются путем добавления различных легирующих элементов или сплавов. После углерода кремний является наиболее важным сплавом, потому что он вытесняет углерод из раствора. Вместо этого углерод образует графит, что приводит к более мягкому железу, уменьшает усадку, снижает прочность и плотность. Сера при добавлении образует сульфид железа, препятствующий образованию графита и повышающий твердость.

    Проблема с серой заключается в том, что она делает расплавленный чугун вялым, что вызывает кратковременные браки. Чтобы противодействовать воздействию серы, добавляют марганец, потому что они образуют сульфид марганца вместо сульфида железа. Сульфид марганца легче расплава, поэтому он всплывает из расплава в шлак. Количество марганца, необходимое для нейтрализации серы, составляет 1,7×содержание серы+0,3%. Если добавить больше этого количества марганца, то образуется карбид марганца, который увеличивает твердость и холодостойкость, за исключением серого чугуна, где до 1% марганца увеличивает прочность и плотность.

    Железо-углеродная фазовая диаграмма

    Никель является одним из наиболее распространенных сплавов, поскольку он очищает перлитную и графитовую структуру, улучшает ударную вязкость и выравнивает разницу в твердости в зависимости от толщины среза. Хром добавляют в ковш в небольших количествах для уменьшения количества свободного графита, получения отбела и потому, что он является мощным стабилизатором карбида; никель часто добавляют вместе. Вместо 0,5% хрома можно добавить небольшое количество олова. Медь добавляется в ковш или в печь в количестве от 0,5 до 2,5% для уменьшения отбела, рафинирования графита и повышения текучести.

    Кухонный набор из чугуна

    Молибден добавляется в количестве от 0,3 до 1% для повышения холодостойкости и улучшения структуры графита и перлита; его часто добавляют в сочетании с никелем, медью и хромом для получения высокопрочного железа. Титан добавляют в качестве дегазатора и раскислителя, но он также увеличивает текучесть. От 0,15 до 0,5% ванадия добавляют в чугун для стабилизации цементита, повышения твердости и повышения износостойкости и теплостойкости. От 0,1 до 0,3% циркония способствует образованию графита, раскислению и повышению текучести. В расплавы ковкого чугуна добавляется висмут в количестве от 0,002 до 0,01%, чтобы увеличить количество кремния, которое можно добавить. В белый чугун бор добавляется для облегчения производства ковкого железа, он также снижает огрубляющий эффект висмута.

    Механический блок из чугуна

    Серый чугун

    Серый чугун характеризуется графитовой микроструктурой, из-за которой изломы материала приобретают серый цвет. Это наиболее часто используемый чугун и наиболее широко используемый литой материал в зависимости от веса.

    Микроструктура серого чугуна

    Большинство чугунов имеют химический состав от 2,5 до 4,0% углерода, от 1 до 3% кремния, а остальную часть составляет железо. Серый чугун имеет меньшую прочность на растяжение и ударопрочность, чем сталь, но его прочность на сжатие сравнима с низко- и среднеуглеродистой сталью.

    Белый чугун

    При более низком содержании кремния и более быстром охлаждении углерод в белом чугуне выделяется из расплава в виде метастабильной фазы цементита Fe3C, а не графита. Цементит, выделяющийся из расплава, образует относительно крупные частицы, обычно в эвтектической смеси, где другой фазой является аустенит (который при охлаждении может превратиться в мартенсит).

    Белый чугун – это нелегированный чугун с низким содержанием углерода и кремния, структура которого представляет собой твердый хрупкий карбид железа без свободного графита. Белые чугуны широко используются в приложениях, связанных с абразивным износом, связанных с дроблением, шлифованием, измельчением и обработкой абразивных материалов

    Эти эвтектические карбиды слишком велики, чтобы обеспечить дисперсионное твердение (как в некоторых сталях, где выделения цементита могут ингибировать пластическую деформацию, препятствуя движению дислокаций через ферритовую матрицу).

    Скорее, они повышают объемную твердость чугуна просто благодаря своей очень высокой твердости и значительной объемной доле, так что объемная твердость может быть аппроксимирована по правилу смесей. В любом случае, они предлагают жесткость за счет жесткости. Поскольку карбид составляет большую часть материала, белый чугун можно с полным основанием отнести к кермету.

    Микроструктура белого чугуна

    Белый чугун слишком хрупок для использования во многих конструкционных компонентах, но благодаря хорошей твердости и стойкости к истиранию и относительно низкой стоимости он находит применение в таких областях, как изнашиваемые поверхности (рабочее колесо и улитка) шламовых насосов. , вкладыши и подъемные стержни в шаровых мельницах и мельницах самоизмельчения, шары и кольца в угольных измельчителях, а также зубья ковша обратной лопаты (хотя для этого применения чаще используется литая мартенситная сталь со средним содержанием углерода).

    Ковкий чугун

    Ковкий чугун представляет собой отливку из белого чугуна, которая затем подвергается термообработке при температуре около 900 °C (1650 °F). Графит в этом случае выделяется гораздо медленнее, так что поверхностное натяжение успевает сформировать из него сфероидальные частицы, а не чешуйки. Из-за меньшего соотношения сторон сфероиды относительно короткие и находятся далеко друг от друга, а также имеют меньшее поперечное сечение по отношению к распространяющейся трещине или фонону.

    Ковкий чугун Микроструктура
    Деталь фитинга из ковкого чугуна

    Кроме того, они имеют тупые края, в отличие от чешуек, что облегчает проблемы с концентрацией напряжений, с которыми сталкивается серый чугун. В целом свойства ковкого чугуна больше напоминают мягкую сталь. Существует ограничение на то, насколько большая деталь может быть отлита из ковкого чугуна, поскольку она изготавливается из белого чугуна.

    Детали из высокопрочного чугуна

    Высокопрочный чугун

    Более поздней разработкой является чугун с шаровидным графитом или ковкий чугун. Небольшие количества магния или церия, добавленные к этим сплавам, замедляют рост графитовых отложений, связываясь с краями графитовых плоскостей.

    Микроструктура чугуна с шаровидным графитом

    Наряду с тщательным контролем других элементов и времени это позволяет углероду отделяться в виде сфероидальных частиц по мере затвердевания материала. Свойства аналогичны ковкому чугуну, но детали можно отливать с большим сечением.

    Вам нужны ссылки на книги по чугуну? здесь…

    Вам также может понравиться

    Плотность (г/см3) 7,6
    Теплопроводность (Вт/мК) 15 – 30
    Coefficient of thermal expansion 13
    Melting Temperature (F) 2300 F
    Transverse strength (MPa) 938
    Твердость AS-CAST (HV) 450-550
    Твердость (aferhardnening) (HV) 600-650
    600-650 600-650 91925525599 600-650 9255255299
    Микроструктура металлов Микроструктура определяется как. .. Фазовая диаграмма стали Фазовая диаграмма Fe-Fe3C, Материаловедение… Высокопрочный чугун с аустенитным отпуском (ADI) Ковкий чугун из закаленного алюминия (ADI)… Фазовые диаграммы Fe-Mn, Fe-Co, Fe-Mo В чистом железе А4 (1394 °C) и…

    Что такое чугун? Различные типы чугуна и их свойства

    🔗Различные легирующие элементы и их свойства

    Что такое чугун?

    Чугун представляет собой сплав железа с углеродом с содержанием углерода более 2 процентов (варьируется от 1,7% до 4,5%). Чугун производится из чугуна, его можно получить либо непосредственно из расплавленного чугуна, либо путем переплавки чугуна с известняком и углеродом (коксом) в доменной печи, известной как вагранка. Несмотря на то, что для удаления нежелательных примесей требуются различные шаги, чугун обычно содержит небольшое количество кремния, марганца, серы, фосфора и т. д. В зависимости от требуемых свойств количество этих примесей регулируется до желаемого уровня.

    Чугун дешев и имеет хорошие литейные характеристики. Обладает отличной обрабатываемостью, высокой износостойкостью и прочностью на сжатие. Прочность чугуна на сжатие больше, чем на растяжение. Чугун хрупкий, поэтому они не подходят для деталей машин, подвергающихся ударам. Предельная прочность чугуна приведена ниже.
    Прочность на растяжение = от 100 до 200 МПа
    Прочность на сжатие = от 400 до 1000 МПа
    Прочность на сдвиг = 120 МПа

    Виды чугуна и их состав, свойства и характеристики

    Серый чугун

    Состав: Углерод = 3–3,5 %, Кремний = 1–2,75 %, Марганец = 0,4–1 %, Фосфор = 0,15–1 %, Сера = 0,02–0,15 %

    Свойства: Высокая прочность на сжатие, низкая прочность на растяжение, хрупкость, характеристики демпфирования вибрации, обрабатываемость лучше, чем у стали, хорошая текучесть, низкая пластичность, низкая ударная вязкость.

    Обычный товарный чугун. Он имеет серый цвет, потому что содержит углерод в виде свободных чешуек графита. Одним из благоприятных свойств серого чугуна является то, что свободный графит в структуре действует как смазка. По этой причине этот тип чугуна рекомендуется для деталей машин, где происходит скольжение.

    Применение: Корпуса станков, маховики , автомобильные блоки и головки цилиндров, трубы и фитинги.

    Белый чугун
    Состав: Углерод = 1,75-2,3%, Кремний = 0,85-1,2%, Марганец = менее 0,4%, Фосфор = менее 0,2%, Сера = менее 0,12%.

    Свойства: Низкая прочность на сжатие, высокая прочность на растяжение, стойкость к абразивному износу, твердый, хрупкий, обычно не поддающийся механической обработке, плохая текучесть

    Белый чугун не имеет в своей структуре графита, весь углерод в виде карбида (цементита). Таким образом, он белого цвета и имеет белый излом. Это одна из самых твердых форм чугуна. Его нельзя обрабатывать обычными режущими инструментами, и для придания формы белому чугуну требуются шлифовальные инструменты.

    Применение: Автомобильные колеса, пластины щековых дробилок, валки для дробления зерна, изнашиваемые поверхности насосов, такие как рабочее колесо и улитка.

    Ковкий чугун

    Свойства: Высокий предел текучести, ударопрочность, чем у серого чугуна, ковкость, пластичность, низкий коэффициент теплового расширения, обладают хорошим индексом обрабатываемости .

    Весь углерод, присутствующий в ковком чугуне, находится в форме цементита. Он начинается как белый чугун, затем к отжиг термообработкой превращается в ковкую форму. В соответствии с химическим составом, циклом процесса отжига ковкий чугун классифицируется на (i) ковкий чугун с черной сердцевиной, (Ii) ковкий чугун с белой сердцевиной и (iii) ковкий чугун с перлитной сердцевиной. Медленный процесс позволяет поверхностному натяжению превращать углерод в сферические или узловатые частицы неправильной формы, а не в чешуйки. Он обладает очень хорошей пластичностью, поэтому его можно сгибать без разрушения. Как правило, свойства ковкого чугуна аналогичны свойствам мягкой стали.

    Применение: Используется там, где детали машин требуют хорошей прочности на растяжение и пластичности, электрическая арматура, трубная арматура, дверные петли, колеса вагонов, ручной инструмент, автомобильные коленчатые валы, железные дороги и т. д.

    🔗Различные типы ковкого чугуна – Whiteheart, Blackheart и Перлит
    🔗Быстрая разница между процессом Уайтхарта и процессом Блэкхарта

    Охлажденный чугун
    Это тип белого чугуна, получаемый путем быстрого охлаждения расплавленного чугуна. Процесс быстрого охлаждения обычно называют закалкой (отсюда и название «закаленный чугун»). Каждая отливка подвергается закалке в ее наружном слое при контакте расплавленного чугуна с холодным песком формы. Иногда гипс случайно промерзает на значительную глубину. В других случаях охлаждение осуществляется преднамеренно с использованием вставок, известных как охлаждение в форме. Использование отбелов приводит к твердости поверхности отливки.

    Чугун с шаровидным графитом

    Состав: углерод = 3,2–4,2 %, кремний = 1–4 %, марганец = 0,5–1 %, фосфор = 0,18 %, сера = 0,2 %.

    Свойства: В целом свойства чугуна с шаровидным графитом аналогичны свойствам ковкого чугуна. Высокая прочность на растяжение, хорошая обрабатываемость, литейность, износостойкость, свариваемость, пластичность, герметичность, ударопрочность, промежуточная демпфирующая способность.

    Его также называют ковким чугуном. Добавление небольшого количества узловатых элементов (например, магния) к расплавленному серому чугуну способствует тому, что графит принимает форму узелков/сфероидов, а не угловатых чешуек. Этот вид чугуна используется при отливке требуемых ударопрочных и ударопрочных свойств. Округлые конкреции препятствуют образованию трещин, тем самым повышая пластичность.

    Применение: Гидравлические цилиндры, оборудование для передачи энергии, валки для прокатных станов, железные трубы, используемые для водопроводных и канализационных линий, насосов и компрессоров.

    Пятнистый чугун
    Состав: Углерод = 1,75%

    Свойства: Хорошая текучесть, меньшая склонность к ржавчине по сравнению с серым чугуном.

    Это продукт между серым и белым чугуном по цвету, составу и общим свойствам. Его прочность и твердость зависят от соотношения свободного и связанного углерода.

    Применение: крышка люка, фонарный столб, пожарная заглушка

    Чугун против стали | Различия, свойства, преимущества и недостатки

    Металлы играют огромную роль в производстве. Кроме того, многие производители используют такие металлы, как железо и сталь, из-за их качеств, начиная от прочности, долговечности и способности сохранять блеск в течение длительного времени.

    Несмотря на то, что такие металлы, как чугун и сталь, имеют схожий внешний вид, это не одно и то же. Иными словами, они оба имеют отличительные черты, которые могут быть как преимуществом, так и недостатком производственного процесса.

    Хотите узнать, в чем разница между чугуном и сталью? Сталь прочнее железа? Читайте дальше, пока мы даем ответы на эти вопросы, а также преимущества и недостатки этих двух металлов.

    Что такое чугун?

    Этот чугун производится путем плавки железоуглеродистых сплавов. Содержание углерода в этом сплаве часто составляет 2-4%. Чтобы уточнить, чугун имеет содержание углерода выше 2%. Кроме того, после процесса плавки кузнец заливает железо в форму вместо того, чтобы обрабатывать железо молотком и инструментами.

    Помимо содержания углерода, чугун также содержит 1-3% кремния, что улучшает его литейные характеристики. Кроме того, он содержит следовые количества марганца. Также могут присутствовать примеси, такие как фосфор и сера. Несколько общих механических свойств чугуна включают твердость, эластичность, пластичность и ударную вязкость.

    Существуют различные типы этого хрупкого материала, причем различия возникают из-за различных методов обработки и термической обработки, используемых в процессе. Различные типы чугуна включают:

    • Серый чугун
    • Белый чугун
    • Ковкий чугун
    • Ковкий чугун
    • Чугун с уплотненным графитом

    Что такое сталь?

    Сталь — это сплав железа, содержащий незначительный процент углерода, обычно от 0,15 до 2 %. Содержание углерода в стали делает ее прочнее, повышая ее устойчивость к поломке. Он также может включать другие элементы, которые улучшат его свойства, в том числе кремний, марганец, фосфор, серу и кислород. Например, нержавеющая сталь, устойчивая к окислению и коррозии, часто содержит 11% хрома.

    Сталь обладает высокой прочностью на растяжение, что позволяет использовать ее в производстве инструментов, транспортных средств, машин, оружия и даже в строительстве инфраструктуры. Он также находит применение при использовании стальных направляющих для изготовления нестандартных прототипов.

    Существуют разные виды стали. К ним относятся:

    • Углеродистая сталь
    • Легированная сталь
    • Нержавеющая сталь
    • Инструментальная сталь

    Чугун и сталь: в чем их отличия

    В чем разница между чугуном и сталью? Спор о чугуне и стали становится более сложным, потому что они совершенно разные, хотя оба металла имеют похожий внешний вид. Итак, давайте рассмотрим другие различия между ними ниже.

      Cast Iron Steel
    Carbon content 2% to 4% Less than 2%
    Melting Point 2200 degree Fahrenheit 2500 — 2800 градусов по Фаренгейту
    Прочность Более прочности сжимания Прочность на растяжение
    . имеет низкую текучесть и большую усадку.
    Коррозионная стойкость Более устойчивый к коррозии Не такой устойчивый, как чугун
    Ударопрочность Более ударопрочный Менее ударопрочный
    Стоимость Дешевле из-за меньшей стоимости материалов, труда и энергии, необходимых для производства конечного продукта Дороже чугуна, хотя есть и дешевле альтернативы, такие как сборные стальные формы, такие как; стержни, стержни, балки и трубы.
    Области применения Трубопроводная арматура, шайбы, сельскохозяйственное оборудование, детали машин, оборудование для горнодобывающей промышленности, ручные инструменты и электрическая арматура. Инфраструктура, транспортные средства, электроприборы, ракеты, инструменты и оружие.
    Содержание углерода

    Основное различие между чугуном и углеродистой сталью заключается в содержании углерода. Чугун содержит более 2% углерода, а сталь – менее 2% углерода. Однако сталь также может содержать другие элементы, такие как хром. Добавление этих элементов приводит к получению стали различного качества и марки.

    Точка плавления

    Чугун имеет более низкую температуру плавления, чем сталь. Его температура плавления составляет 2200 градусов по Фаренгейту, а температура плавления стали колеблется в пределах 2500-2800 градусов по Фаренгейту. Низкая температура плавления железа позволяет легко придавать ему любую форму.

    Прочность

    Оба материала прочные, но их прочность различна. Чугун обладает большей прочностью, чем сталь. С другой стороны, сталь обладает большей прочностью на растяжение, чем чугун, что позволяет ей гнуться, не обязательно ломаясь. Чтобы уточнить, прочность на сжатие делает железо очень твердым, что делает его устойчивым к вмятинам и изгибам. С другой стороны, он ломается при чрезмерном давлении.

    Возможность литья

    Чугун легче лить, чем сталь. Причина в том, что он обладает большей текучестью и не дает усадку. С другой стороны, сталь менее текучая, реагирует на материал формы и дает усадку при охлаждении. Чтобы уточнить, сталь имеет относительно высокую вязкость. Легкость литья чугуна делает его идеальным материалом для детальных металлоконструкций.

    Коррозионная стойкость

    Несмотря на то, что оба вида похожи, чугун лучше сопротивляется коррозии и ржавчине, чем сталь. Однако эти металлические материалы не подвержены коррозии. Если вы оставите их открытыми и незащищенными, оба материала подвергнутся окислению, что приведет к разложению.

    Ударопрочность

    Сталь лучше сопротивляется ударам, чем чугун. Особенно это касается внезапных ударов. При резких ударах сталь не гнется, не ломается и не деформируется так быстро, как чугун.

    Стоимость

    Чугун дешевле стали из-за более низкой стоимости материала, необходимого для производства чугуна. Кроме того, производство необработанной стали требует больше труда и энергии.

    Приложения

    Оба материала имеют различное применение. Чугун идеально подходит для изготовления трубной арматуры, шайб, сельскохозяйственного оборудования, деталей машин, оборудования для горнодобывающей промышленности, электрической арматуры и ручных инструментов. С другой стороны, сталь идеально подходит для изготовления инструментов, оружия, электроприборов, транспортных средств и объектов инфраструктуры.

    Чугун или сталь: что выбрать?

    Выбор между этими металлами потребует знания плюсов и минусов обоих металлов. Ниже приведены их преимущества и недостатки.

    Преимущества и недостатки чугуна
    Преимущества
    • Хорошая литейная способность
    • Доступен в больших количествах, что делает производство относительно недорогим.
    • Обладает высокой прочностью на сжатие
    • Чугуны имеют хорошую обрабатываемость
    • Хорошие антивибрационные свойства
    • Обладают отличной износостойкостью
    • Низкая концентрация напряжений
    • Высокая устойчивость к деформации
    • High durability
    Disadvantages
    • Prone to corrosion and rust
    • Low tensile strength
    • High  impact resistance
    • High weight-to-strength ratio
    • High brittleness

    Advantages and Disadvantages of Сталь
    Преимущества стали
    • Повышенная гибкость конструкции, так как вы можете выбрать элемент сплава, который вы хотите комбинировать со сталью
    • Увеличенная прочность
    • , устойчивая к коррозии
    • Легкая обработка
    Недостатки стали
    • Более дороже, чем чугуно
    • , что у вас. предпочитать? Увидев преимущества и недостатки обоих типов материалов, тот, который вы в конечном итоге решите использовать, будет зависеть от ваших требований к продукту.

      Выберите RapidDirect для услуг по литью металла

      Мы считаем, что вы выбрали сторону в споре о чугуне и стали. Тем не менее, получение подходящих услуг по литью металла для прототипирования и производства — это еще одна проблема, которую вам, возможно, придется преодолеть.

      RapidDirect — лучший выбор как для прототипирования, так и для производства металлических изделий и деталей. Наши профессиональные услуги по литью под давлением и другие услуги по литью гарантируют, что вы получите оптимальные конечные металлические детали с высокой производительностью и строгими проверками. Более того, мы предлагаем вам на выбор различные металлические материалы, предназначенные для изготовления высококачественных металлических деталей для вашей продукции.

      Это все не то! Как только вы загрузите свой проект на нашу платформу, вы получите бесплатное предложение и анализ DFM.

      Заключение

      Чугун и сталь – два популярных металлических материала, используемых в производстве металлических деталей. Между литой сталью и чугуном мы предоставляем вам то, что вам нужно знать выше.

      Существуют разные виды чугуна; Белый чугун, ковкий чугун, серый чугун, чугун с уплотненным графитом и ковкий чугун. Сталь также бывает разных типов; инструментальная сталь, нержавеющая сталь, 9Легированная сталь 1282 и углеродистая сталь . Эти типы металлов имеют различное применение и применение, и знание того, какой из них идеально подходит для вашего продукта, является первым шагом в правильном направлении.

      Хотите купить металлические детали? RapidDirect — лучшее решение для вас. Благодаря быстрым онлайн-расценкам и бесплатному анализу DFM вы быстрее начнете производство.

      Часто задаваемые вопросы

      Что долговечнее сталь или чугун?

      На этот вопрос нет однозначного ответа. Оба материала имеют разную прочность. В то время как чугун обладает прочностью на сжатие, сталь обладает большей прочностью на растяжение. Но в целом сталь более долговечна, чем чугун.

      Ржавеет ли чугун?

      Чугун, как и любой другой тип, ржавеет при чрезмерном воздействии влаги. Это особенно верно, если на чугуне нет обработки поверхности.

      Как определить разницу между чугуном и сталью

      Одним из способов определения этих металлов является использование абразивного круга. Отшлифуйте каждый образец металла с помощью абразивного круга и посмотрите на цвет и рисунок искры. Важно отметить, что в то время как сталь испускает ярко-желтые искры, утюги производят оранжевые или красные искры.

      Чугун – свойства, типы и применение

      Что такое чугун?

      Чугун представляет собой сплав железа, содержащий от 2 до 4% углерода , а также различные количества кремния и марганца и следовые количества примесей, таких как сера и фосфор. Железная руда восстанавливается в доменной печи для ее производства.

      Углерод в чугуне обычно существует в двух формах, связанных вместе

      ( 1 ) Как составной цементит т.е. в состоянии химического соединения и железо известно как белый чугун , а

      ( 2 ) как свободный углерод , т.е. в состоянии механической смеси. Углерод в первой форме называется « комбинированный углерод », а во второй — серый чугун .

      Промежуточная стадия между этими двумя разновидностями железа показывает пятна серого цвета в белой структуре. Этот утюг называется пестрое железо .

      Пестрый чугун (MCI) представляет собой материал, который используется в прокатных станах, особенно в последних клетях, благодаря сочетанию в нем высокого сопротивления, теплопроводности и модуля упругости. В MCI области микроструктуры белого и серого чугуна возникают в результате затвердевания.

      Таким образом, качество чугуна зависит не только от абсолютного количества содержащегося в нем углерода, но и от условий, в которых этот углерод существует. Разновидности чугуна, которые широко используются:

      Типы чугуна

      Растивны чугуна общего пользования:-

      1. Серые чугуны
      2. Белый чугун
      3. Mallable Cast Irough
      4. Adntular Covel Iron
      5. Chillail Iron
      6. Alllular Coving Iron
      7. . чугун
      8. Миханитовый чугун

      1. Серый чугун

      Получают, позволяя расплавленному металлу охлаждаться и медленно затвердевать. При затвердевании железо содержит большую часть углерода в виде графитовые чешуйки .

      Серый чугун содержит большое количество углерода и относительно небольшое количество другого элемента, например кремния, фосфора, серы и марганца.

      Представляет матово-серую кристаллическую или зернистую структуру, а сильный свет дает эффект мерцания из-за отражения свободных чешуек графита. Присутствие этого свободного графита также видно при шлифовке или механической обработке чугуна, поскольку он делает стрелки черными.

      Чугун хрупкий и может быть легко сломан тяжелым молотком. Прочность железа на сжатие намного выше, чем на растяжение. Предел прочности чугуна на растяжение колеблется от 12 до 13 кгс на мм2 (от 120 до 300 ньютонов на мм2) и зависит от состава чугуна. На сжатие серый чугун выдержит примерно 60-75 кгс на мм? (от 600 до 750 ньютонов на мм2) до разрушения, а при сдвиге его прочность составляет примерно 15-22 кгс на мм2 (150-225 ньютонов на мм2). Твердость колеблется от 150 до 240 BHN. основные преимущества в пользу его использования: (1) его дешевизна, (2)

      Низкая температура плавления (от 1150°C до 1200°C) и текучесть в расплавленном состоянии, а также (3) легкость обработки. Еще одним хорошим свойством чугуна является то, что свободный графит в его структуре, по-видимому, действует как смазка , и когда из него изготавливаются большие направляющие, достигается очень свободное рабочее действие. Анализ текучести чугуна позволяет широко использовать его для изготовления отливок деталей сложной формы и практически всех литейных форм.

      2. Белый чугун

      Белый чугун содержит углерод исключительно в форме цементита (карбида железа). Это достигается наличием относительно большого количества марганца, очень небольшого количества кремния и быстрым охлаждением. При обычной скорости охлаждения песка образуется свободный графит, а при быстром охлаждении образуется цементит. Кроме того, марганец способствует образованию карбида. Примерный химический состав белого чугуна приведен в таблице 4.2.

      Белый чугун очень твердый (твердость колеблется от 400 до 600 BHN) и хрупкий, его поверхность излома имеет серебристо-металлический вид. С инженерной точки зрения белый чугун имеет ограниченное применение. Это связано с трудностью механической обработки и в целом с относительно плохой способностью к механической обработке. Этот тип железа широко используется для производства кованого железа. Белый чугун также отливают как промежуточный материал для получения ковкого чугуна. Белый чугун не так сильно ржавеет, как серый.

      3. Ковкий чугун

      Обычный чугун твердый и хрупкий. Поэтому он не подходит для тонких, легких и подверженных ударам и вибрации изделий или для небольших отливок, используемых в различных компонентах машин.

      Применение термина « ковкий » к отливкам является скорее неправильным, поскольку они не очень ковкие по сравнению со стандартами ковкости. Однако по сравнению с отливками из серого чугуна, которые являются довольно хрупкими, ковкие отливки действительно обладают определенной степенью прочности, и, вероятно, поэтому они получили такое название.

      Ковкие отливки сначала изготавливают из чугуна, содержащего весь углерод в комбинированной форме, т. е. из белого чугуна. Затем используются два метода ковкости отливок: (1) Белая сердцевина и (2) Черная сердцевина . Названия относятся к цвету излома отливок, полученных каждым методом. Ориентировочные химические составы для обоих сортов приведены в таблице 4.3.

      4. Ковкий чугун

      Чугун с шаровидным графитом , также называемый чугуном с шаровидным графитом , имеет более высокую марку, поскольку графит осаждается не в виде чешуек, а в виде сфероидов. Этого можно добиться различными способами, например, добавлением одного из следующих элементов: магния, церия, кальция, висмута, цинка, кадмия, титана или бора.

      Ферросилиций также используется в качестве модификатора. Чугун с шаровидным графитом можно изготавливать в виде более толстых кусков, чем из ковкого чугуна. Выдающимися характеристиками чугуна с шаровидным графитом являются высокая текучесть, позволяющая получать отливки сложной формы, а также отличное сочетание прочности и пластичности. Прочность на растяжение этого железа составляет около 33 кгс на мм2 (330 ньютон пэт мм). Этот материал также известен как ковкий чугун .

      Чугун с шаровидным графитом широко используется в литых деталях, где очень желательны плотность и герметичность. К ним относятся гидроцилиндры, клапаны, трубы и фитинги, головки блока цилиндров для компрессоров и дизельных двигателей. Валки для прокатных станов и многие виды центробежнолитых деталей также изготавливают из сфероидального чугуна.

      5. Отбеленный чугун

      Быстрое охлаждение называется « охлаждение », а произведенное таким образом железо — « закаленное железо ». Все отливки охлаждаются на внешней поверхности за счет контакта с холодным песком в форме. Так как чугун имеет более высокую теплопроводность, чем песок, застывшие участки отливки подвергаются быстрому затвердеванию и охлаждению, в результате чего образуется стадная поверхность. Но эта твердость проникает только на глубину от 1 до 2 мм.

      Иногда отливку охлаждают преднамеренно, а иногда замораживают случайно на небольшую глубину. Преднамеренное охлаждение осуществляется с использованием чугуна вместо песка для тех частей формы, где требуются твердые поверхности. Там, где к ним прикасается расплавленный металл, его поверхность внезапно охлаждается и превращается в белый чугун. При кокильном литье используются постоянные формы из жаропрочной стали или чугуна с чешуйчатым графитом.

      Кокили используются для тех отливок, где некоторые детали должны иметь твердость белого чугуна, а другие должны иметь относительно мягкую и прочную сердцевину из серого чугуна.

      6. Легированный чугун

      Легированный чугун был разработан в последние годы для преодоления определенных недостатков, присущих обычному чугуну, и для придания характеристик, более подходящих для специальных целей. Добавление никеля, хрома, молибдена, титана, кремния, меди и других легирующих элементов придает этому чугуну особые свойства.

      Использование 1 или 2 процентов никеля в подходящем чугуне хорошего качества предлагает простой и эффективный способ улучшения свойств этого чугуна.

      Использование от 1 до 2 процентов никеля является подходящим чугуном хорошего качества, который предлагает простые и эффективные средства улучшения свойств и службы чугунных отливок. Обеспечивает обрабатываемость и однородность структуры чугуна. Использование никеля в количестве порядка 25 % также может увеличить срок службы деталей, подверженных абразивному износу.

      7. Чугун Meehanite

      Цилиндры или гильзы цилиндров всех размеров от самых маленьких до самых больших представляют собой выдающиеся образцы. Никелевый чугун также используется для защиты от щелочной коррозии. По этой причине он широко используется для изготовления каустических горшков, трубок и других отливок, контактирующих с едким раствором.

      Добавление всего 1% никеля дает всестороннее преимущество для этой цели. Наиболее важным фактором использования никеля в чугуне является получение плотности и герметичности отливок с большими и переменными сечениями. Это привело к применению никелевого литья для изготовления многих деталей паровых и гидравлических машин, компрессоров и двигателей внутреннего сгорания.

      Там, где важно улучшить износостойкость, часто оказывается полезным добавление хрома к никелю. Чугун, легированный таким образом, находит широкое применение в насосах всех типов, в которых необходимо учитывать как фрикционный, так и эрозионный износ. Легированный чугун, содержащий от 10 до 30% хрома и от 1 до 3% общего углерода, также проявляет высокую степень жаростойкости в сочетании с прочностью при высоких температурах.

      Чугун, легированный 10% никеля и 6% марганца, становится немагнитным. Специальный немагнитный запатентованный чугун известен под названием « Номаг ».

      ЧУГУН МЕХАНИТ

      Чугуны, металл которых обработан силицидом кальция, известны под торговым названием механита. Силицид кальция действует как графитизатор и образует тонкую графитовую структуру, придающую чугуну превосходные механические свойства. Однако высокие качества механитного железа обусловлены не только использованием силицида кальция, но и тщательным контролем всех факторов, связанных с плавлением железа в копулах или электропечах и при формовании отливки. После затвердевания в железе остается очень мало силицида кальция.

      Используемый металл имеет низкое содержание кремния, умеренно низкое содержание углерода, которое ограничено, примерно от 2,5 до 3%. Обычно он был бы белым, если бы был отлит, но графитирование с помощью системы управления механитом обеспечивает ряд материалов, отвечающих широким требованиям машиностроительной промышленности.

      Всего в настоящее время существует более двадцати шести типов металлического механита по пяти широким классификациям: (a) общее машиностроение , (b) жаропрочный , (c) износостойкий , (d) , коррозионностойкий , (e) , шаровидный, тип «S».

      Все механитовые чугуны обладают высокой прочностью, пластичностью и легко поддаются механической обработке. Поэтому они претендуют на преодоление разрыва между обычным чугуном и сталью. Отливки весят от 500 до 6000 кг. Металл имеет мелкозернистую структуру и имеет число Бринелля от 200 до 210. a

      Чугун механита поддается термообработке в отличие от обычного серого чугуна и затвердевает полностью или на поверхности. Его также можно упрочнить соответствующей обработкой для использования в машинном литье.

      Производство чугуна

      Чугун производится из чугуна, который является побочным продуктом плавки железной руды в доменной печи. Чугун можно производить непосредственно из расплавленного чугуна или путем повторного плавления чугуна, часто со значительным количеством железа, стали, известняка, углерода (кокса) и различными этапами удаления нежелательных примесей. Фосфор и серу можно выжечь из расплавленного железа, но при этом выгорает и углерод, который необходимо заменить. Содержание углерода и кремния регулируется до желаемого уровня, который может варьироваться от 2–3,5 % и 1–3 % соответственно в зависимости от области применения. Другие элементы затем могут быть добавлены к расплаву, если это необходимо, до отливки окончательной формы.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *