Физические свойства чугун: Свойства чугуна

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?

Плотность чугуна, удельная теплоемкость, температура (удельная теплота) плавления, вес сплава

Плотность чугуна, удельная теплоемкость, температура (удельная теплота) плавления, вес сплава

!—www. miralinks.ru —>

Перейти к содержанию

Search for:

На чтение 11 мин Просмотров 183 Опубликовано 23.12.2022

Чугун является одним из востребованных металлов в промышленности. Его применяют при изготовлении деталей для производственного оборудования, разных видов технических средств.

Содержание

1. Физические свойства чугуна
2. Вес чугуна
3. Объем чугуна
4. Какова плотность чугуна
5. Механические и технологические свойства чугуна
6. Прочность чугуна
7. Предел выносливости
8. Ударная вязкость
9. Пластичность
10. Упругость
11. Тепловые свойства чугуна
12. При какой температуре плавится чугун
13. Температура кипения чугуна
14. Теплоемкость чугуна
15. Теплопроводность
16. Температуропроводность
17. Гидродинамические свойства
18. Динамическая вязкость
19. Поверхностное натяжение
20. Токсичность
21. Электропроводность чугуна
22. Технологические особенности
23. Химические свойства
24. Влияние примесей на характеристики металла
25. Виды чугуна
26. 1 плюсы минусы чугуна его отличия от стали
27. 2 характеристики свойства и особенности структуры чугуна
28. 3 производство чугуна области его применения

Физические свойства чугуна

Это металлический сплав, в структуре которого присутствует железо, углерод и разные примеси. Материал делят на подвиды, отличающиеся входящими компонентами и структурой. Каждая группа чугунного сплава имеет особенности обработки.

Плавка чугуна осуществляется при достаточно высоких температурах – от 1000 ºС. Для разных типов материала, отличающихся составом и наличием дополнительных присадок, температура плавления отличается.

Это один из основных сырьевых ресурсов черной металлургии. Из этого материала изготавливают коммунальное оснащение, бытовые предметы, детали автомобильной техники, используют в прочих промышленных сферах.

Вес чугуна

Зависимо от пористости и количества углерода в составе масса материала отличается. Зависимо от входящих примесей удельный вес чугуна изменяется при температуре плавления. Также этот показатель зависит от типа сырья:

• серый – 7,1 г/см3;
• ковкий – 7,3 г/см3;
• белый – 7,5 г/см3.

Также зависимо от всех показателей отличается структура разных чугунных сплавов, в т.ч. линейное расширение металла.

Объем чугуна

После прохождения температуры фазовых превращений материал увеличивается в объеме на 30%. Но при нагревании до 500 ºС объем металла повышается только на 3%. Такому расширению способствуют графитообразующие компоненты. А карбидообразующие элементы препятствуют увеличению объема.

В составе металлического сплава углерод составляет от 2,14%. Химический элемент способствует увеличению твердости материала, но при этом негативно влияет на ковкость металлического сплава и пластичность.

Какова плотность чугуна

Согласно лабораторным исследованиям плотность серого чугуна составляет 7,2 г/см3. По сравнению с другими металлическими сплавами показатель достаточно высокий.

Благодаря высокой плотности чугун нашел широкое применение в промышленной области. Из него выливают самые разнообразные детали для технических средств и оборудования.

Полезное видео о том что такое чугун и почему его нельзя заменить сталью полностью

Механические и технологические свойства чугуна

Технологические характеристики материала:

• обработка резкой;
• литейные характеристики;
• свариваемость.

Ключевое отличие чугунного сплава от чистой стали – высокий процент углерода в его составе. Также необходимо отметить лучшие литейные показатели материала, то что он не поддается ковке в стандартных условиях и низкую способность к пластической деформации.

Прочность чугуна

Предел прочности чугуна в процессе сжатия определяется его структурой. Компоненты сплава набирают прочностные характеристики одновременно с повышением степени дисперсности.

Существенное влияние на прочностные пределы металла оказывают формаграфитные компоненты:

• показатель прочности падает на 10-15% при нагревании материала до 100-200 ºС;
• прочность металла понижается при температуре свыше 400 ºС;
• прочностные показатели остаются неизменными в случае увеличения температуры плавления чугуна до 400 ºС.

Прочностные характеристики также зависят от плотности чугуна. Материал достигает предельной прочности, когда графит обретает форму сферы, которая получается без температурных воздействий, но при добавлении в чугунный сплав магния и церия.

Также предел прочности существенно понижается при размещении графитных включений цепочкой. В этом случае уменьшается показатель сплоченности чугунной массы.

Предел выносливости

Этот показатель возрастает при подъеме предела прочности чугунного сплава и частоты нагрузок.

Ударная вязкость

Показатель материала отображает динамические характеристики.

Показатель увеличивается в следующих случаях:

• при уменьшении количества графита в составе;
• при увеличении ферритных частиц;
• когда графитные компоненты образуют практически шарообразную форму.

Пластичность

Больше всего на показатель пластичности материала влияет форма графита, в т.ч. структура металлического сплава:

• удлинение отожженного чугунного сплава серого типа – 1,5%;
• удлинение не отожженного сплава серого типа – 1/10.

Максимальное удлинение чугунного сплава способно достигать 30%, когда графитные включения образуют форму сферы.

Упругость

На показатель упругости материала влияет форма графита. При неизменности графитных включений и повышении температуры упругость не изменяется.

Модуль упругости – это условная величина, которая напрямую зависит от наличия в составе графитных компонентов.

При количественном повышении графитных включений показатель упругости изменяется в меньшую сторону, если графитные частички по своей форме далеко не соответствуют глобулярной форме, значение упругости возрастает.

Тепловые свойства чугуна

Этот показатель существенно влияет на характеристики материала, зависит от его состава. В результате термообработки свойства чугунных сплавов меняются.

При какой температуре плавится чугун

Это лучший из металлов для выполнения плавки. Расплавленный чугун характеризуется высоким значением жидкотекучести и усадочным показателем, что позволяет эффективно применять материал для литья деталей.

Температура плавления разных типов чугуна отличается:

• серого – 1260 ºС, при заливании форм – 1400 ºС;
• белого – 1350 ºС, при заливании форм – 1450 ºС.

При обработке чугуна затраты энергии меньше, чем при обработке металла, так как температура плавления меньше на 400 ºС.

Температура кипения чугуна

Температура, при которой тело из жидкой формы переходит в газообразное состояние, называется температурой кипения. Жидкий чугун в нормальных условиях закипает при температуре 3000 ºС.

Этот показатель меняется зависимо от давления окружающей среды.

Теплоемкость чугуна

Обработка металла теплом характеризуется показателем теплоемкости. Заготовка нагревается, пока ее температура не повысится на 1 Кельвин.

Удельная теплоемкость чугуна зависит не только от температуры, но и наличия в сплаве дополнительных составляющих. Чем выше температура материала, соответственно тем больше показатель теплоемкости.

Средние значения теплоемкости металла в разных состояниях:

• твердое — 1 Кал/см3*Г;
• расплавленное — 1,5 Кал/см3*Г.

Исходя из этих значений, вычисляют соотношение объема вещества и показателя теплоемкости материала.

Теплопроводность

Этот показатель характеризует способность материала пропускать тепловую энергию. У чугуна теплопроводность зависит, как от входящих в состав дополнительных элементов, так и его структуры. У твердых металлов она выше, чем у расплавленных сплавов.

Значение теплопроводности для разных марок стали составляет 0,080-0,130 Кал/см*сек*ºС.

Температуропроводность

Такая физическая величина, как температуропроводность, показывает способность металла менять свою температуру.

При расчете этого показателя учитывают следующие параметры:

• для твердых сплавов – диапазон теплопроводности чугуна разных марок;
• для жидких сплавов – показатель теплоемкости.

Средний показатель температуропроводности чугунных сплавов в жидком состоянии составляет 0.030 см2/с.

Гидродинамические свойства

Гидродинамические свойства чугуна характеризуются динамической вязкостью, поверхностным натяжением, электрическими свойствами.

Динамическая вязкость

Вязкость чугунного сплава уменьшается в следующих случаях:

• при увеличении количества марганца;
• при уменьшении количества серных и других неметаллических компонентов.

На динамическую вязкость оказывает влияние температура. Показатель уменьшается при прямо пропорциональном соотношении температуры проходящего процесса и начала твердения.

Поверхностное натяжение

Значение поверхностного натяжения чугуна варьируется от 800 до 1000 дин/см2. Этот показатель существенно меняется при вхождении в состав чугунного сплава неметаллических компонентов и повышается при сокращении процента вхождения углерода.

Токсичность

Чугун часто применяют для изготовления посуды, так как он отлично переносит значительные температурные перепады и не содержит токсичных составляющих.

Электропроводность чугуна

Этот показатель материала оценивается по закону Курнакова и отличается у разных типов чугуна:

• серый – от 40 до 120 Мк·ои·см;
• белый – от 50 до 90 Мк·ои·см;
• ковкий – от 30 до 70 Мк·ои·см.

Компоненты твердого чугунного сплава по ослабевающему воздействию на электрическое сопротивление располагаются в следующем порядке: 1-кремний, 2-марганец, 3-хром, 4-никель, 5-кобальт.

Технологические особенности

Технологической особенностью чугунных сплавов является жидкотекучесть материала. На этот параметр влияют свойства чугуна и форма, а вычисляют его разными способами.

Повышение жидкотекучести чугуна наблюдается:

• при перегреве материала;
• при снижении показателя затвердевания;
• при уменьшении значения вязкости.

Также на этот показатель влияет теплоемкость и температура плавления металла.

Химические свойства

К химическим характеристикам относится сопротивление материала коррозии. Этот показатель зависит от его составляющих компонентов и окружающей среды.

Если сплав чугуна рассматривать по убыванию электродного потенциала, тогда входящие в него компоненты можно расположить так: фосфидная эвтектика-феррит, графит-цементит. Разность потенциалов графита с ферритом составляет 0,56 В.

При повышении дисперсности понижается коррозионное сопротивление. Обратное действие происходит при значительном сокращении дисперсности. Также сопротивление чугунного сплава зависит от наличия в составе легирующих компонентов.

Влияние примесей на характеристики металла

Любая примесь в составе оказывает определенное влияние на характеристики материала.

Как влияют разные элементы на качественные показатели чугуна:

• марганец – замедляет процедуру графитизации;
• фосфор – повышает показатели жидкотекучести, прочности и износоустойчивости;
• магний – увеличивает твердость и прочность материала;
• сера – чем меньше этого компонента в составе, тем лучше жидкотекучесть чугуна;
• кремний – повышает графитизацию и прочностные характеристики.

Также в чугунных сплавах могут присутствовать легированные составляющие.

Виды чугуна

Чугун бывает нескольких типов в зависимости от входящих компонентов и дополнительных примесей. Каждый тип сплава отличается своими характеристиками.

Разновидности чугуна:

1. Серый. Это самый востребованный материал, в структуре которого присутствует 2,5% углерода в виде частичек перлита либо графита. Серый сплав отличается повышенными прочностными показателями, его используют для изготовления деталей, которые в период эксплуатации переносят постоянные механические нагрузки (втулки, корпусные элементы, зубчатые шестеренки и прочие).
   
2. Белый. Материал содержит более 3% углерода в виде частичек карбида. Название чугуна исходит из того, что на его изломах наблюдается белый след. Такой материал применяют при производстве статических деталей, так как он достаточно ломкий и хрупкий.
   
3. Половинчатый. Этот тип объединяет в себе свойства серого и белого чугуна. Процент вхождения углерода в чугун, сплав которого им насыщают частички карбида и графита – в пределах 3,5-4,2%. Материал отличается высокой износостойкостью, выдерживает отлично постоянные трения. Благодаря этому показателю его эффективно применяют в машиностроительной отрасли.
4. Ковкий. Материал получают отжигом белого сплава. В его состав входит 3,5% углерода в виде частичек феррита. Применяется в машиностроении для изготовления различных элементов конструкции технических средств.

Для получения чугунных сплавов повышенной прочности графитные частицы обрабатывают до шаровидной формы, которые свободно заполняют кристаллическую решетку. Дополнительно в жидкий чугун добавляют церий, кальций либо магний.

1 плюсы минусы чугуна его отличия от стали

Ключевая составляющая чугунного сплава – это железо, а определяющий элемент – углерод, содержание которого составляет не менее 2%. Дополнительные компоненты: кремний, фосфор, сера и легирующие присадки.

Преимущества материала:

• по своим прочностным характеристикам чугун не уступает стали;
• чугун долго держит тепло и равномерно его распределяет в окружающую среду, поэтому его используют для изготовления посуды и батарей отопления;
• стойкость к агрессивным средам;
• чугун абсолютно безопасен для экологии природной среды и человеческого здоровья;
• продолжительный срок эксплуатации, свойства материала с годами только улучшаются.

Недостатки:

• при постоянном и продолжительном взаимодействии с водой металл покрывается ржавчиной;
• чугун дороже алюминия и стали;
• не все типы чугунных сплавов отличаются практичностью, есть слишком хрупкие, поэтому их применение ограничивается конкретными изделиями.

Основные отличия чугунных сплавов от стали:

• разный процент вхождения углерода;
• у чугуна меньше плотность и твердость;
• чугунные поверхности матовые, поверхность стали блестит;
• из чугуна детали выливают, из стали куют либо сваривают;
• сталь требует закалки;
• удельный вес чугуна меньше, чем у стали.

Еще одно значимое отличие сравниваемых металлов – в черной металлургии чугунный сплав называют первичным, а сталь конечным продуктом.

2 характеристики свойства и особенности структуры чугуна

Чугун по своей структуре бывает трех видов:

• ферритный;
• перлитный;
• перлитно-ферритный.

В каждом из перечисленных типов чугунных сплавов присутствует в разном количестве графит.

Варианты форм графитных частиц в составе чугуна:

• шарообразная – минерал обретает форму шара после добавления в состав чугуна магния, что повышает прочностные характеристики материала;
• лепестковая (пластичная) – структура минерала обеспечивает материалу большой запас пластичности, такая форма присуща стандартным видам чугуна;
• хлопкообразная – такая форма минерала получается вследствие отжига белого чугунного, она характерна для ковких сплавов;
• вермикулярная – эта форма присуща серым чугунным сплавам, она способствует улучшению характеристик материала, в т.ч. повышению пластичности.

Для повышения качественных показателей в сплавы чугуна часто добавляют никель, алюминий, медь. Эти виды металла относятся к группе легированных.

3 производство чугуна области его применения

Основное сырье для производства чугуна – железная руда, которую расплавляют в крупных доменных печах диаметром до 15 м и высотой до 30 м.

Производство чугуна – пошаговый технологический процесс:

1. Сортировка сырья. Материал сортируют по химическому составу и размеру частиц. Достаточно крупные куски природного ресурса дробят, а достаточно мелкие частицы, наоборот, соединяют в более крупные. Одновременно осуществляют обогащение сырья – увеличивают процентное содержание железа, а пустые породы удаляют.
2. Подготовка топлива. Используемый кокс очищают от мелких частиц и пыли.
3. Подготовка флюса. Очищают от мельчайших частиц и загружают в печь топливо.
4. Доменное производство. Загружают в доменную печь кокс-агломерат-кокс. Вдувают горячий воздух для повышения температуры. Благодаря окиси углерода руда восстанавливается, передвигается медленно вдоль печи, пока не образуется жидкий чугун.

В процессе производства доменная печь работает без перерывов. Одновременно с изготовлением чугуна осуществляется восстановление марганца, кремния и других добавочных компонентов.

Что изготавливают из чугунных сплавов:

• детали для машиностроительной отрасли – тормозные колодки, валы, блоки ДВС и прочие элементы;
• детали для агрегатов, эксплуатируемых при отрицательных температурах;
• элементы конструкций для металлургической отрасли;
• сантехническое оснащение – элементы для систем отопления, ванны и прочее.

Жидкий чугун также используют в области искусства. Из этого материала выливают памятники архитектуры, ажурные ворота и прочие декоративные элементы.

Оцените автора

( Пока оценок нет )

Свойства чугуна — Наука поражена

Нравится это? Поделиться!

Чугун можно переплавить в чугун, который можно использовать для ряда технических целей. Прочитайте эту статью ScienceStruck, чтобы узнать больше о свойствах этой разновидности железа.

Чугун, сплав железа (Fe) и углерода (C), приобрел популярность на рынке благодаря своей низкой стоимости. Он имеет возможность строить композитные конструкции. Количество углерода в чугуне составляет 2 – 4,5 % от его массы. Помимо железа и углерода, этот сплав содержит кремний (Si), небольшое количество марганца (Mn), серы (S) и фосфора (P). Изделия из чугуна обладают достаточной устойчивостью к коррозии. Он не податлив и не пластичен, и его нельзя закалить, как сталь. Плавится при температуре около 2100-2190ºF и имеет кристаллический или зернистый излом.

Механические свойства этого сплава очень сильно зависят от морфологии содержащегося в нем углерода.

Углерод присутствует в виде пластин в сером чугуне, тогда как в белом чугуне он включен в виде соединения Fe ₃ C (цементит). Чугун с шаровидным графитом, который имеет лучшую прочность на растяжение, чем серый чугун, содержит углерод в виде гранитных частиц сферической формы.

Низкая прочность на растяжение

Различные сорта чугуна используются в строительстве конструкций и машин. Чугун, имеющий предел прочности при растяжении 5 тонн на квадратный дюйм или менее, не имеет существенного значения для целей, где требуется, чтобы сплав обладал прочностью. Однако этот тип может использоваться в качестве балансировочных грузов, фундаментных блоков или для целей, где важным фактором является только вес. Некоторые сорта имеют прочность на растяжение до 19.тонн на квадратный дюйм. Однако средняя прочность составляет 7 тонн на квадратный дюйм. Добавление ванадия может дополнительно увеличить прочность чугуна.

Высокая прочность на сжатие

Прочность на сжатие определяется как способность материала выдерживать силы, которые пытаются его сжать или сжать. Чугун обладает высокой прочностью на сжатие, что делает его желательным для использования в колоннах и опорах зданий. Прочность на сжатие серого чугуна может быть такой же высокой, как у некоторых мягких сталей.

Низкая температура плавления

Температура, при которой этот сплав начинает плавиться, находится в диапазоне от 2100 до 2190°F. Тем не менее, многие передовые методы плавки, легирования и литья используются для получения чугуна, который не уступает стали.

Сопротивление деформации

Чугунные конструкции обеспечивают жесткую раму и, таким образом, обладают устойчивостью к деформации. Это можно понять из того, что при заливке расплавленного чугуна в изложницы более тонкая часть может отделиться от более толстой и далее разрушаться. В этот момент становится заметной проблема разрушения структуры. Причина этого в том, что когда тонкая часть сначала остывает и сжимается, толстая часть, которая остывает позже, вызывает напряжение в тонкой части, создавая достаточную силу для ее разрушения.

Стойкость к окислению

Ржавчина образуется в результате реакции железа и кислорода в присутствии воды, воздуха или влаги. Это приводит к коррозии железа и его сплавов. Кроме того, любые массы железа в присутствии воды и кислорода могут со временем превратиться в ржавчину с последующим распадом. Чугун обладает устойчивостью к окислению, таким образом избавляясь от проблемы ржавчины.

Чугун имеет широкий спектр применения, включая его использование в машинах, кухонной посуде, трубах, автомобильных деталях, таких как головки цилиндров, блоки, корпуса коробок передач и т. д.

Без категорий

Получайте обновления прямо в папку «Входящие»

Подпишитесь, чтобы получать последние и лучшие статьи с нашего сайта автоматически каждую неделю (плюс-минус)…

прямо в папку «Входящие».

Обновления блога

Адрес электронной почты *

Чугун: определение, свойства и использование

Что такое чугун?

Чугун – это группа железоуглеродистых сплавов с содержанием углерода от 2 до 4 процентов. Кроме того, различные количества кремния от 1 до 3% по весу и марганца, а также следы примесей, таких как сера и фосфор. Чугун производится путем восстановления железной руды в доменной печи.

Жидкое железо разливается или отливается и затвердевает в сырые слитки, называемые чушками, а затем чушки переплавляются вместе с ломом и легирующими элементами в вагранках и переплавляются в формы для производства различных изделий.

Легирующие ингредиенты влияют на его цвет при разрушении: белый чугун имеет карбидные примеси, которые позволяют трещинам легко проходить, серый чугун имеет графитовые чешуйки, которые отклоняют проходящую трещину и вызывают бесчисленное количество новых трещин по мере разрушения материала, а ковкий чугун имеет сфероидальную форму. графитовые «узелки», останавливающие трещину, препятствуют ее дальнейшему продвижению.

Чугун, за исключением ковкого чугуна, склонен к хрупкости. Благодаря относительно низкой температуре плавления, хорошей текучести, литейным свойствам, отличной обрабатываемости, сопротивлению деформации и износостойкости чугун стал конструкционным материалом с широким спектром применения.

Чугун используется в трубах, машинах и автомобильных деталях, таких как головки цилиндров, блоки цилиндров и коробки передач. Он устойчив к окислению, но плохо поддается сварке.

из чего сделан чугун?

Чугун производится из передельного чугуна, который является продуктом плавки железной руды в доменной печи. Чугун можно производить непосредственно из расплавленного чугуна или путем повторного плавления чугуна, часто вместе со значительными количествами железа, стали, известняка и углерода (кокса), и предпринимая различные шаги для удаления нежелательных примесей.

Фосфор и сера могут выгорать из расплавленного железа, но при этом также выгорает углерод, который необходимо заменить. В зависимости от применения содержание углерода и кремния регулируется до желаемого уровня, который может составлять от 2 до 3,5% и 1-3% соответственно.

При желании в расплав добавляются другие элементы перед тем, как путем литья будет получена окончательная форма.

Чугун иногда плавят в специальных доменных печах, известных как вагранки, но в современных применениях его чаще плавят в электрических индукционных печах или электродуговых печах. После завершения плавки расплавленный чугун заливают в раздаточный котел или ковш.

В чем разница между чугуном и сталью?

Основное различие между двумя элементами заключается в том, что сталь производится из железной руды и металлолома и называется сплавом железа с контролируемым углеродом. Принимая во внимание, что около 4% углерода в железе делает его чугуном, а менее 2% углерода делает его стальным.

Чугун дешевле большинства сталей. Кроме того, температура плавления чугуна ниже, чем у стали, но он обладает высокой прочностью на сжатие, высокой твердостью и высокой износостойкостью. Следовательно, важное различие между сталью и чугуном заключается в том, что сталь пластична и ковка, тогда как чугун закален и имеет высокую прочность на сжатие.

В качестве еще одного важного различия между сталью и чугуном можно сказать, что углерод в стали находится в форме карбида железа, в то время как в чугуне углерод присутствует в виде графита или карбида железа, или того и другого. Кроме того, чугун обладает отличной текучестью, чего нет у стали.

Свойства чугуна

Некоторые общие механические свойства чугуна включают:

• Твердость. Чугун твердый, его можно закалить путем нагревания и резкого охлаждения. Это делает его достаточно прочным. Мягкая сталь может быть закалена и отпущена с использованием соответствующих процессов.
• Прочность.  Способность материала поглощать энергию
• Пластичность. Способность материала деформироваться без разрушения
• Эластичность. Способность материала возвращаться к своим первоначальным размерам после деформации
• Пластичность. Способность материала деформироваться при сжатии без разрыва
• Прочность на растяжение. Наибольшее продольное напряжение, которое материал может выдержать без разрушения
• Усталостная прочность. Наибольшее напряжение, которое материал может выдержать в течение заданного количества циклов без разрушения.
• Температура плавления. Чугун марки имеет более низкую температуру плавления (12000°С) по сравнению с температурой плавления мягкой стали, которая находится в диапазоне от 13000°С до 14000°С.
• Возможность литья. С чугуном легче работать, когда речь идет о литье форм из материала. Из-за дополнительного углерода, присутствующего в чугуне, его расплавленная форма более жидкая, и это облегчает отливку материала в сложные формы.
• Обрабатываемость. Чугун почти эластичен вплоть до предела прочности на растяжение и образует прерывистую стружку, которая легко отрывается от образца. Это помогает улучшить режущую способность. Благодаря этому чугун является предпочтительным материалом, когда речь идет о высокой обрабатываемости и прочности.

Состав чугуна

Чугун представляет собой сплав железа, который содержит от 2 до 4 процентов углерода, а также различные количества кремния и марганца и следы примесей, таких как сера и фосфор. Его получают путем восстановления железной руды в доменной печи.

Чугун также содержит небольшое количество примесей, таких как кремний, сера, марганец и фосфор, медь, никель и хром, которые влияют на его свойства в малых или больших масштабах. Действие этих свойств заключается в следующем.

• Кремний: В чугуне частицы кремния составляют до 4 процентов. Он способствует образованию графита, что делает его мягким и легко поддающимся обработке, а также повышает прокаливаемость и удельное электрическое сопротивление.
• Сера:   Присутствует до 0,1 процента. Делает чугун твердым и хрупким.
• Марганец: Способствует карбидообразованию чугуна, что делает его элитным, твердым и повышает стойкость к износу и истиранию. Он присутствует до 0,75 процента.
• Хром: Также способствует образованию карбидов, что повышает прокаливаемость, износостойкость, коррозионную стойкость и стойкость к окислению.
• Никель: Повышает прочность на растяжение.
• Вольфрам: Повышает твердость и жаропрочность.
• Молибден: Повышает прокаливаемость.
• Ванадий: Повышает прокаливаемость и твердость в горячем состоянии.
• Алюминий: Действует как раскислитель в стали.
• Титан: Действует как раскислитель в стали.
• Ниобий: Снижает прокаливаемость и повышает пластичность, что приводит к повышению ударной вязкости.
• Кобальт: Снижает прокаливаемость и сопротивляется размягчению при повышенных температурах.

Типы чугуна

Существует четыре основных типа чугуна:

• Белый чугун.
• Серый чугун.
• Ковкий чугун.
• Ковкий чугун.

1. Серый чугун

Самый распространенный тип, серый чугун, имеет графитовую микроструктуру, состоящую из множества мелких трещин. Его называют «серым железом», потому что наличие этих маленьких трещин создает видимость серого цвета.

При производстве серого чугуна трещины открываются и обнажают графит серого цвета под поверхностью. Серый чугун не такой прочный, как сталь, и не может поглощать такое же количество ударов, как сталь. Серый чугун обладает той же прочностью на сжатие, что и сталь. В результате он стал популярным выбором металла для применений, где важна прочность на сжатие.

Характеризуется графитом в микроструктуре, что дает:

• Хорошая обрабатываемость
• Хорошая стойкость к износу и истиранию

2. Белый чугун

Белый чугун, хотя и не так распространен, как серый чугун, является еще одним типом, заслуживающим упоминания . Он получил свое название из-за грязно-белого цвета, который является результатом соединений железа, известных как цементит. Как и серый чугун, белый чугун имеет множество мелких трещин.

Разница в том, что под поверхностью белого чугуна находится цементит, а под поверхностью серого чугуна — графит. Графит дает серый цвет, а цементит — белый. Белый чугун твердый и обладает отличной стойкостью к истиранию.

Характеризуется преобладанием карбидов, ударных:

• Высокая прочность на сжатие
• Твердость
• Хорошая износостойкость

3.

Ковкий чугун

Ковкий чугун, также известный как шаровидный чугун , пластичный, высокоуглеродистый сплав железа. Обычно он производится со следами других соединений, включая магний и церий.

При добавлении этих следовых соединений они снижают скорость роста графита, сохраняя металл мягким и пластичным. Ковкий чугун был изобретен в начале-середине 19 века.40с.

Серый чугун с небольшим содержанием магния и цезия образует узелки в графите, в результате чего получается ковкий чугун, с которым легко «обрабатываться». Обычно его изготавливают путем термообработки белого чугуна. Белый чугун нагревают до двух дней, а затем охлаждают. После завершения ковкое железо можно сгибать и манипулировать для получения уникальных форм и размеров.

Белый чугун, подвергнутый термообработке для улучшения

• Повышенная пластичность

5. Пятнистый чугун

Чугун имеет равное количество свободного углерода и карбида, известного как пятнистый чугун. Он имеет промежуточные свойства и цвет серого чугуна и белого чугуна.

6. Охлажденный чугун

Если белый чугун быстро охлаждается из расплавленного состояния, полученное железо называется отбеленным чугуном.

7. Легированный чугун

Легированный чугун получают путем добавления в чугун некоторых легирующих элементов, таких как никель, хром, медь и т. д. Он обладает повышенными свойствами в зависимости от легирующего элемента. Этот чугун производится для получения желаемых свойств чугуна.

Использование чугуна

Чугун можно использовать для обработки многих типов материалов и изготовления различных инструментов и т. д.

• Серый чугун: Блоки цилиндров двигателей, маховики, корпуса коробок передач, станины станков.
• Белый чугун: Опорные поверхности.
• Ковкий чугун: Шестерни, распределительные валы, коленчатые валы, поршневые кольца.
• Многие типы сантехнического оборудования, такие как канализационные трубы, смотровые колодцы, водопроводные трубы и цистерны, изготавливаются из чугуна.
• Основание колонны и металлические колонны могут быть изготовлены из чугуна.
• Литейная форма используется для изготовления фонарных столбов, металлических лестниц, ворот и т. д.
• Колеса вагонов и рельсовые кресла изготавливаются из чугуна.
• Из него можно изготовить различные виды сельскохозяйственной техники и инвентаря.
• Из чугуна можно изготавливать различные детали машин
• Применяется при изготовлении автомобильных деталей
• Применяется при изготовлении кастрюль, сковородок и посуды
• Применяется при изготовлении якорей для судов

Преимущества чугуна

• Обладает хорошими литейными свойствами.
• Обладает хорошей чувствительностью.
• Обладает отличной износостойкостью.
• Обладает хорошей обрабатываемостью.
• Обладает очень низкой чувствительностью.
• Имеет низкую концентрацию напряжения.
• Низкая стоимость.
• Имеет Прочность.
• Обладает устойчивостью к деформации.
• Прочность на сжатие в три-пять раз выше, чем у стали.
• Обладает отличными антивибрационными (или демпфирующими) свойствами, поэтому используется для изготовления рам машин.
• Обладает постоянными механическими свойствами в диапазоне температур от 20 до 350 °С.
• Он доступен в больших количествах, поэтому производится в массовом масштабе. Инструменты, необходимые для процесса литья, относительно дешевы и недороги. Это обуславливает низкую себестоимость ее продукции.
• Ему можно придать любую сложную форму и размер без применения дорогостоящих операций механической обработки.

Недостатки чугуна

• Склонен к коррозии
• Имеет низкую прочность на растяжение
• Имеет высокое отношение веса к прочности
• Обладает высокой хрупкостью
• Плохая ударопрочность
• По сравнению со сталью плохо поддается механической обработке
• Детали чувствительны к сечению; это связано с медленным охлаждением толстых секций.
• Отказ его частей внезапный и в целом не отражает предела текучести.
• Необрабатываемый (белый чугун).

Часто задаваемые вопросы.

Что такое чугун?

Чугун – это группа железоуглеродистых сплавов с содержанием углерода от 2 до 4 процентов. Кроме того, различные количества кремния от 1 до 3% по весу и марганца, а также следы примесей, таких как сера и фосфор. Чугун производится путем восстановления железной руды в доменной печи.

Каков состав чугуна?

Чугун – это группа железоуглеродистых сплавов с содержанием углерода от 2 до 4 процентов. Кроме того, различные количества кремния от 1 до 3% по весу и марганца, а также следы примесей, таких как сера и фосфор.

Какие бывают виды чугуна?

Существует четыре основных типа чугуна – белый чугун, серый чугун, ковкий чугун и ковкий чугун:

1.