Какой сплав называется чугуном: Что такое чугун?

Содержание

Что такое чугун - формула, состав, виды и преимущества

Что такое чугун

Чугун  — это сплав железа (Fe) и углерода (C), при этом содержание углерода в сплаве составляет 2,14% и выше. Но при выплавке чугуна, в сплав всегда попадают примеси, а также добавляются легирующие элементы, поэтому данное соотношение всегда относительно, и может изменяться.

По содержанию углерода относительно эвтектики различают три вида чугуна. Эвтектика – состав сплава с минимальной температурой плавления.

Содержание углерода в чугуне ориентировочно составляет 4,3%. Поэтому он подразделяется на следующие виды:

  • доэвтектический — 2,14 — 4,3% углерода;
  • эвтектический — 4,3% углерода;
  • заэвтектический — от 4,3 до 6,67% углерода.

 

Формула чугуна

Типичный состав чугуна имеет следующие составляющие:

  • Железо (Fe)  — основа чугунка
  • Углерод (С) – 1 — 4,5%
  • Кремний (Si) – 0,2 – 3,75%

 

  • Марганец (Mn) – 0,2 – 1,75% (вредная примесь)
  • Фосфор (Р) – 0,1 – 1,2% (вредная примесь)
  • Сера (S) – 0,02 – 0,08% (вредная примесь)

 

  • Хром (Cr) (легирующий компонент)
  • Никель (Ni) (легирующий компонент)
  • Молибден (Mo) (легирующий компонент)

 

Виды чугуна

В основном чугун классифицируют по форме углерода, который содержится в сплаве.

Белый чугун

Белый чугун имеет характерный окрас скола, так как углерод (С) входит в состав в виде цементита (Fe3C), который образуется когда расплав остывает. Цементит – это твердый тугоплавкий материал.

В доэвтектическом сплаве углерод содержится в перлите и ледебурите. В эвтектическом сплавеуглерод входит в состав ледебурита. В заэвтектическом он содержится в первичном цементите и ледебурите.

В первоначальном виде он нигде не используется, т.к. его тяжело обрабатывать инструментами при механической обработке. Конечно, возможно использовать насадки из карбидов (ВК), но трудоемкость процесса очень велика. Поэтому белый чугун используется в качестве сырья для получения ковкого чугуна.

Серый чугун

Серый чугун также берет свое названия от оттенка на сколе. Он имеет в составе фракции графита, которые могут иметь разную форму. При добавке кремния, он способствует осаждению углерода.

Физико-механические свойства, а также структура серого чугуна, зависят от условий остывания после кристаллизации.

Быстрое охлаждение приведет к преобладанию перлита в составе чугуна. Закалка (другими словами термообработка) может повысить прочность и твердость, но при этом чугун становится хрупким, что может быть не приемлемо.

Медленное остывание приводит к росту содержания феррита. Феррит – это сплав железа с оксидами, в основном с Fe2O3. При таких условиях улучшается пластичность.

Поэтому условия, при которых остывает сплав, выбирают, ориентируясь на желаемые параметры конечного продукта.

Серый чугун используется для литых изделий и конструкций (чугунного литья).

Он имеет невысокую температуру отвердения, хорошую жидкотекучесть, нет склоненности к образованию раковин. Серый чугун хорошо реагирует на сжатие, но плохо противостоит растяжению/изгибу. Это происходит из-за углеродных вкраплений, которые приводят к низкой трещиностойкости.

Маркировка серого чугуна состоит из символов СЧ (серый чугун) и цифры, которая обозначает предельную прочность в кг/мм2: например, СЧ35.

В наиболее распространенных чугунах содержание углерода ниже 3,7%.

Ковкий чугун

Для производства ковкого чугуна, белый чугун нагревают до необходимой температуры, выдерживают определенное время, и потом медленно охлаждают (процесс называется «отжигом»). Это способствует процессу распада Fe3C и выделению графита с образованием феррита.

При этом включения углерода по не имеют схожести с аналогичными в сером чугуне. Поэтому стойкость к разрыву и ударная вязкость из-за этих различий характерна ковкому чугуну.

Маркировка ковкого чугуна состоит из букв «КЧ» и добавления цифр, которые указывают на допустимую прочность на растяжение в МПа х 10-1 и максимальное относительное удлинение. Например: КЧ 37-12.

Высокопрочный чугун

Высокопрочный чугун это вид серого чугуна, в котором графитовые образования имеют шаровидную форму. Из-за такой округлости включений кристаллическая решетка становится не склонна к образованию трещин.

Высокопрочные чугуны имеют ценные первичные свойства чугунов (стойкость к сжатию, жидкотекучесть и т.

д.), при этом имеют характерные для сталей предел текучести при растяжении, трещиностойкость и пластичность.

Маркируется аналогично ковкому, но с буквами «ВЧ».

Передельный чугун

Передельный чугун используется как сырье для выплавки стали. При этом он может даже не покидать предприятие, где его произвели.

Специальный чугун

К таким видам чугуна относят антифрикционный чугун и легированный чугун.

Выпуск этих марок имеет не большой объем, примерно до 2% от всего впускаемого чугуна. Такие виды чугуна могут иметь в составе большое количество легирующих элементов. Сфера использования имеет ограниченные цели и специфические условия.

Антифрикционный чугун может использоваться для изготовления деталей, подвергающихся трению. Основным компонентом для легирования является хром, также могут использоваться никель, титан, медь и другие металлы. Он имеет высокую твердость (до HB 300) и низкий коэффициент трения (до 0,8 при отсутствии смазки).

Базовыми материалами для производства антифрикционного чугуна являются серый, ковкий и высокопрочный чугуны. Маркируется соответственно – АЧС, АЧК, АЧВ.

Достоинства и недостатки чугуна

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.

Железоуглеродистые сплавы — сталь и чугун

Наиболее широкое применение в современном машиностроении имеют железоуглеродистые сплавысталь и чугун.

Сталь — это сплав железа с углеродом; содержание углерода в стали не превышает 2%.

К сталям относятся:

  • техническое железо,

  • конструкционная и

  • инструментальная сталь.

Чугун — сплавы железа с углеродом, в которых содержание углерода превышает 2%. Среднее содержание углерода в чугуне 2,5—3,5%.

Кроме железа и углерода, в сталях и чугунах присутствуют примеси:

  • кремний и марганец в десятых долях процента (0,15— 0,60%)

  • сера и фосфор в сотых долях процента (0,05—0,03%) каждого элемента.

Сталь

Сталь с содержанием углерода до 0,7% применяется для изготовления:

  • листов,

  • ленты,

  • проволоки,

  • рельсов,

  • таврового и уголкового железа,

  • различного фасонного профиля,

  • а также для многочисленных деталей в машиностроении: шестерни, оси, валы, шатуны, болты, молотки, кувалды и т.п.

Сталь с содержанием углерода свыше 0,7% применяется для изготовления различного режущего инструмента:

  • резцы,

  • сверла,

  • метчики,

  • бородки,

  • зубила и др.

Свойства стали зависят от содержания углерода. Чем больше углерода, тем сталь прочнее и тверже.

Чугун

Машиностроительный чугунприменяют для производства отливок всевозможных деталей машин.

По составу и строению чугуны делятся на:

  • белый,

  • серый,

  • ковкий.

Ковкий чугун

Ковкий чугун получается в результате специальной обработки белого чугуна. В белом чугуне весь углерод находится в химически связанном состоянии с железом (Fe3C — цементит), что придает этому чугуну большую твердость и хрупкость и плохую обрабатываемость.

Белый чугун

В машиностроении белый чугун применяют для изготовления отливок, отжигаемых на так называемый ковкий чугун.

При отжиге цементит разлагается па железо и свободный углерод, и отливки приобретают невысокую твердость и хорошую обрабатываемость.

Серый чугун

Наиболее широкое применение в технике имеет серый чугун, в котором большая часть углерода находится в свободном состоянии, в виде графита. Этому способствует высокое содержание кремния.

Такой чугун обладает хорошими литейными качествами и применяется для производства чугунных отливок. Детали из этого чугуна получаются путем отливки в земляные или металлические формы (станины, шестерни, цилиндры, блоки и т.п.).

Благодаря наличию свободного углерода (графита) серый чугун имеет небольшую твердость и хорошо обрабатывается резанием.

§

Новосибирский государственный архитектурно-строительный университет - Сибстрин

График работы университета с 12 по 14 июня 2021 года

В целях выполнения Постановления Правительства РФ «О переносе выходных дней в 2021 году» № 1647 от 10.10.2020 и приказом ректора НГАСУ (Сибстрин) № 177-о от 16.11.2020: для студентов, профессорско-преподавательского состава, сотрудников, работающих по шестидневной рабочей неделе: 12.
06.21, 13.06.21 – выходные и праздничные дни; для сотрудников, работающих по пятидневной рабочей неделе 12.06.21, 13.06.21, 14.06.21 – выходные и праздничные дни. Учебные корпуса университета 12 июня (суббота) будут закрыты для посещений.

НГАСУ (Сибстрин) включен в список вузов для массового обучения специалистов использованию технологий информационного моделирования

По поручению Президента РФ от 19.06.2018 № Пр-1235 в целях модернизации строительной отрасли Правительство РФ до 1 июля 2019 года должно обеспечить переход к системе управления жизненным циклом объектов капстроительства путем внедрения технологий информационного моделирования. А к 2022 году все государственные заказы должны быть реализованы посредствам BIM-технологии. Премьер-министр М.В. Мишустин 5 марта 2021 года подписал постановление правительства России №331 о введении обязательного использования технологий информационного моделирования на объектах госзаказа.
В рамках поручений заместителя председателя Правительства РФ Д.Н. Чернышенко от 9 марта 2021 года НГАСУ (Сибстрин) включен в список вузов для массового обучения специалистов использованию технологий информационного моделирования.

Возобновила работу летняя школа инженерно-технологического центра НГАСУ (Сибстрин) «Инжетроник»: школьников ждут новые интересные программы

1 июня 2021 года возобновила свою работу летняя школа ИТЦ «Инжетроник». Первыми учащимся летних программ стали ученики 10 класса школы № 96 г. Новосибирска. В рамках договора о сотрудничестве ребята поучаствовали в программах «English in fiction» и «Гидротехника». В ходе курса «English in fiction» ребята узнали, каково место английского языка среди других индоевропейских языков, что такое Нормандское завоевание Англии и как оно повлияло на развитие английского языка. Решая лингвистические задачи, они на практике выявляли фонетические и орфографические различия между латинскими, английскими, французскими и русскими словами, имеющими общее происхождение. На второй день ребята познакомились с кельтским субстратом в английском языке, больше узнали...

Студенты института строительства будут строить новый аэропорт в Геленджике

Более 30 студентов института строительства НГАСУ (Сибстрин) по приглашению ЗАО «ЛОММЕТА» пройдут производственную практику на крупнейшей стройке юга России – новом терминале аэропорта в городе Геленджик в Краснодарском крае. «Студенты получили приглашение от давнего партнера нашего университета ЗАО «ЛОММЕТА» – одного из лидеров российского строительного рынка в области современных уникальных ограждающих конструкций зданий. Компания не только принимает наших выпускников на работу, но и активно участвует в образовательном процессе. В частности, на кафедре технологии и организации строительства преподает генеральный директор ЗАО «ЛОММЕТА», член Попечительского совета и почетный профессор НГАСУ (Сибстрин), к.т.н. Андрей Анатольевич Мороз. Благодаря его взаимодействию с заведующим кафедрой ТОС Владимиром Викторовичем Молодиным

Виды чугуна

Чугун это сплав железа с углеродом, а так же как правило с кремнием, марганцем, фосфором и серой, при этом в составе чугуна количество углерода находится в диапазоне от 2,14 до 6,67% (в стали углерод находится в количестве до 2,14%).

По своим техническим характеристкикам чугун представляет собой достаточно хрупкий материал.

Углерод в чугуне находится либо в виде центита (Fe3C), либо в виде графита, в зависимости от количества содержания в чугуне этих соединений выделяют следующие виды чугуна:

- серый;

- белый;

- половинчатый;

- ковкий;

- высокопрочный.

Теперь давайте немного поподробней остановимся на каждом из них.

Серый чугун.

В данном виде чугуна большая часть углерода, либо вообще весь находится в виде графита. Цвет излом чугуна – серый (от сюда и название). Данный вид чугуна имеет высокие литейные свойства, в связи с этим используется для литья, хорошо поддаётся металлопобработке.

Белый чугун

В отличии от серого чугуна, данный вид чугуна плохо поддаётся металлообработке. Углерод содержащийся в нём находится исключительно в цементите. Цвет излома – светлый. Белый чугун характеризуется высокой твёрдость, что не позволяет обрабатывать его режущим инстурментм. Используют белый чугун, как правило полупродукта, для получения ковкого чугуна.

Ковкий чугун 

Данный вид чугуна получают от отливки и термической обработки белого чугуна, в процессе которой образуется хлопьевидный графит.

Основной сферой использования ковкого чугуна является производство автомобилей и сельхоз технике.

Половинчатый чугун

В данном виде чугуна углерод находится как в виде цементита, так и в виде графита.

Используется половинчатый чугун, как фрикционный материал в условиях сухого трения. Из данного вида чугуна производят детали с повышенной износоустойчивостью.

Высокопрочный чугун

Высокопрочный чугун содержит углерод в виде шаровидного графита, который образуется в процессе кристаллизации. Как правило данный вид чугуна используют для производства важных деталей в машиностроении, а так же для производства высокопрочных труб для газопроводов, нефтепроводов, а так же водоснабжения.

Главной особенностью всех чугунов является их плохая свариваемость.

Читайте так же:

Медные руды и пути их переработки, общая информация

Серый чугун

Вильчатые цепи

Используемые материалы

Материалы

Обозначения в таблицах

В данном разделе собраны самые распространенные материалы, используемые АО "Армалит" в производстве.

Перейти к нужному разделу можно кликнув по ссылке:

1. Сталь

2. Чугун

3. Цветные сплавы на основе меди

Сталь

Сталью считают сплав железа с углеродом (до 2%). Детали сложной конфигурации, к которым предъявляют повышенные требования по прочности, ударной вязкости или другим свойствам, обычно изготовляют из стали. 

Легированная сталь — сталь, которая кроме обычных примесей содержит элементы, специально вводимые в определённых количествах для обеспечения требуемых физических или механических свойств. Эти элементы называются легирующими.

Марка Заменитель Классификация Применение Спецификация
25Л 20Л, 30Л Сталь для отливок обыкновенная станины прокатных станов, шкивы, траверсы, поршни, буксы, крышки цилиндров, плиты настильные, рамы рольгангов и тележек, мульды, корпусы подшипников, детали сварно-литых конструкций и другие детали, работающие при температуре от —40 до 450 °С под давлением. Подробнее

 

Марка Заменитель Классификация Применение Спецификация
35Л 30Л, 40Л, 45Л Сталь для отливок обыкновенная станины прокатных станов, зубчатые колеса, тяги, бегунки, задвижки, балансиры, диафрагмы, катки, валки, кронштейны и другие детали, работающие под действием средних статических и динамических нагрузок. Подробнее

 

Марка Заменитель Классификация Применение Спецификация
20ГЛ   Сталь для отливок обыкновенная диски, звездочки зубчатые венцы и др. детали, к которым предъявляются требования по прочности и вязкости, работающие под действием статических и динамических нагрузок Подробнее

 

Марка Заменитель Классификация Применение Спецификация
35ХМЛ 30ХМЛ, 35ХНЛ, 40ХГРЛ Сталь для отливок обыкновенная шестерни, крестовины, втулки, зубчатые венцы и другие детали, работающие с повышенными нагрузками и требующие повышенной твердости Подробнее

 

Марка Заменитель Классификация Применение Спецификация
12Х18Н9ТЛ   Сталь для отливок с особыми свойствами различные детали машиностроения, работающие при температуре не выше 700 °С. Сталь жаростойкая до 750 °С, жаропрочная при температуре до 600 °С, аустенитного класса Подробнее


Чугун

Серый чугун — сплав железа с углеродом, в котором присутствует графит в виде различных включений. Отдельной разновидностью серого чугуна является высокопрочный чугун с графитом глобулярной формы, что достигается путем его модифицирования магнием (Mg), церием (Ce) или другими элементами. Серый чугун характеризуется высокими литейными свойствами (низкая температура кристаллизации, текучесть в жидком состоянии, малая усадка) и служит основным материалом для литья.

Марка Заменитель Классификация Применение Спецификация
СЧ10   Чугун серый для изготовления отливок Подробнее

 

Марка Заменитель Классификация Применение Спецификация
ВЧ45   Чугун с шаровидным графитом для изделий с высокой прочностью и удовлетворительной пластичностью Подробнее

 

Марка Заменитель Классификация Применение Спецификация
АЧВ-1   Чугун антифрикционный высокопрочный с шаровидным графитом для работы в узлах трения с повышенными окружными скоростями в паре с термически обработанным (закаленным или нормализованным) валом. Подробнее

 

Марка Заменитель Классификация Применение Спецификация
АЧВ-2   Чугун антифрикционный высокопрочный с шаровидным графитом для работы в узлах трения с повышенными окружными скоростями в паре с валом, не подвергающимся термической обработке. Подробнее

 

Марка Заменитель Классификация Применение Спецификация
АЧС-2   Чугун антифрикционный для работы в паре с термически обработанным (закаленным или нормализованным) валом Подробнее

 

Марка Заменитель Классификация Применение Спецификация
АЧС-3    Чугун антифрикционный серый с пластинчатым графитом для работы в паре с сырым (в состоянии поставки) или термически обработанным (закаленным или нормализованным) валом. Подробнее


Цветные сплавы на основе меди


Существует ряд марок бронз, не содержащих олова. Это двойные или чаще многокомпонентные сплавы меди с алюминием, марганцем, железом, свинцом, никелем, бериллием и кремнием. Величина усадки при кристаллизации у всех этих бронз более высокая, чем у оловянных.
По некоторым свойствам безоловянные бронзы превосходят оловянные. Алюминиевые, кремниевые и особенно бериллиевые бронзы — по механическим свойствам, алюминиевые — по коррозионной стойкости, кремнецинковые — по текучести.
Латунь — это двойной или многокомпонентный сплав на основе меди, где основным легирующим элементом является цинк, иногда с добавлением олова, никеля, свинца, марганца, железа и других элементов.

 

Марка Заменитель Классификация Применение Спецификация
БрА9Ж4Н4Мц1   Бронза безоловянная литейная арматура для морской воды Подробнее

 

Марка Заменитель Классификация Применение Спецификация
БрА9Ж3   Бронза безоловянная литейная антифрикционные детали, детали арматуры Подробнее

 

Марка Заменитель Классификация Применение Спецификация
ЛЦ16К4   Латунь литейная для изготовления сложных по конфигурации деталей приборов и арматуры, работающих при температурах до 250°C и подвергающихся гидровоздушным испытаниям; деталей, работающих в морской воде (при обеспечении протекторной защиты) Подробнее

О чугуне - Чугунные печи Гефест

на главную

В технике под металлом понимают вещества, обладающие «металлическим блеском», в той или иной мере присущим всем металлам, и пластичностью. По этому признаку металлы можно легко отличить от неметаллов (например, дерева, камня, стекла или фарфора). «Металлы суть светлые тела, которые ковать можно». Это определение металлов, данное М. В. Ломоносовым, не потеряло своего научного значения и теперь, через 200 лет. М. В. Ломоносов отметил и вторую особенность этих тел — сходство их строения с солями, т. е. кристалличность. В XIX в. была создана научная теория строения тел, согласно которой все твердые тела делятся на две группы: кристаллические и аморфные.

1. Состав и сорт чугунов

Продуктами доменной плавки являются чугун, шлак, и колошниковый газ и колошниковая пыль.

Чугун по назначению делится на три группы: передельный, литейный и доменные ферросплавы. Из всей выплавки более 81% составляют передельные чугуны, которые переплавляются в сталь, и около 19% приходится на долю литейных чугунов и ферросплавов. Из литейного чугуна отливают фасонные детали, а ферросплавы используют в качестве добавок (раскислителей) при выплавке стали.

Чугун представляет собой сложный железоуглероди­стый сплав, в котором углерода содержится от 2 до 4,3%, кремния – 0,5-4,25%, марганца – 0,2-2%,   серы – 0,02-0,2%, фосфора – 0,1-1,2%. Влияние элементов, входящих в состав чугуна, на его свойства велико. Они определяют структуру и свойства чугуна.

Углерод—важнейшая составляющая чугуна. Углерод находится в чугуне в различных состояниях: в виде химически связанного соединения с железом Fе3С, назы­ваемого карбидом железа (или цементитом), и в сво­бодном состоянии – в виде графита.

Если углерод находится в чугуне в виде цементита, то чугун имеет в изломе белый цвет. Цементит кристалли­зуется непосредственно из жидкого сплава. Чем быстрее идет процесс охлаждения (как при переходе чугуна из жидкого состояния в твердое, так и в твердом состоя­нии), тем больше в нем будет находиться химически связанного углерода.

Чугун, в котором углерод находится в виде цемен­тита, называется белым чугуном.

Если углерод находится в чугуне главным образом в свободном состоянии – в виде графита, то чугун имеет в изломе серый цвет и называется серым чугуном.

Марганец способствует получению белого чугуна, так как образует с углеродом карбиды Мn3С и этим препятствует графитизации. Поэтому в белых чугунах бывает 2–2,5%, а иногда и 3,5% Мn, а в сером чугуне – не более 1,3%.

Кремний является важнейшей после углерода примесью в чугуне. Кремний увеличивает жидкотекучесть и способствует получению серого чугуна. В сером чугуне кремния содержится от 1,25 до 4,25%, а в белом – от 0,2 до 2%.

Сера – вредная примесь в чугуне. Она ухудшает механические свойства чугуна, понижая его прочность увеличивая хрупкость, и придает чугуну густо-текучесть, пузырчат ость, т. е. ухудшает его литейные свойства. Поэтому содержание серы в чугуне не должно превышать 0,08%.

Фосфор также понижает прочность и увеличивает хрупкость чугуна, но, несмотря на это, он бывает и полезной примесью, так как увеличивает жидкотекучесть серого чугуна. Это качество имеет большое значение при изготовлении художественного и тонкостенного литья. Содержание фосфора в ответственных отливках допускается до 0,1%, а в менее ответственных – до 1,2%.

В доменных печах выплавляют чугун следующих сор­тов: передельный, литейный, доменные ферросплавы и специальные чугуны.

Передельный чугун делится на 3 класса:

1) мартеновский чугун марок М-1 и М-2, содержащий 1,5–2,5% Мn, 0,3–1,5% Si 0,15–0,2 % P и 0,03-И 0,07% S.

2) бессемеровский чугун марок Б-1 и Б-2, получаемый из малофосфористых руд и содержащий 0,6–1,5% Мn, 0,9-2,0% Si до 0,07% Р и до 0,04% S.

3) томасовский чугун марки Т-1, выплавляемый из фосфористых руд и содержащий 1,6–2% Р, 0,08–1,3% Мn, 0,2–0,6% Si; и 0,08% S.

Передельный чугун идет на переделку в сталь.

Литейный чугун марок ЛК-00, ЛК-0, ЛК-1 и других получают из шихты с достаточным содержанием кремне­зема. В зависимости от марки он содержит 1,25–4,25% Si и до 1,3% Мn. Литейный чугун идет на отливку раз­личных деталей. Его классификация приведена в раз­деле «Литейное производство».

Доменные ферросплавы, т. е. сплавы железа с раз­личными элементами (марганцем, кремнием, фосфором и др. ), используют в качестве раскислителей и леги­рующих добавок в сталеплавильных агрегатах и вагран­ках. В доменных печах выплавляют преимущественно следующие ферросплавы и специальные чугуны: зер­кальный чугун, ферромарганец, ферросилиций, силикошпигель, феррофосфор, ферроманганфосфор.

Специальные чугуны — хромоникелевые, ванадиевые, титанистые.

Хромоникелевые чугуны выплавляют из руд, содержа­щих хром и никель. Эти чугуны бывают литейные, содер­жащие до 2,2–3,8% хрома и около 1% никеля, и пере­дельные, содержащие до 1,75% никеля.

Ванадиевые чугуны получают при плавке в домен­ных печах титаномагнетитовых руд, в которых имеется небольшое количество пятиокиси ванадия (V2O5). При­меняют также чугуны для передела на сталь для вы­плавки феррованадия.

Титанистые чугуны получают при производстве в до­менных печах высокоглиноземистых шлаков, которые являются в данном случае основным продуктом плавки, а чугун с содержанием титана 0,6–0,7% – побочным продуктом.

Отгружаемые с завода чушковый чугун и ферроспла­вы маркируют несмываемой краской определенного цвета, присвоенного каждой марке чугуна и ферроспла­вов, и снабжают сертификатом. В сертификате указы­вают полный анализ каждого выпуска и подтверждают отделом технического контроля завода, что чугун или ферросплавы отвечают требованиям ГОСТа. Сертификат отправляют заказчику одновременно с отгрузкой чу­гуна.

2. Оборудование для термической обработки

Для термической обработки применяют оборудова­ние, состоящее из нагревательных печей, закалочных устройств, приборов для контроля тепловых режимов и др.

Печи для термической обработки. Термические печи бывают самых разнообразных конструкций, в зависимо­сти от способа передачи тепла от печи к нагреваемым деталям, метода загрузки печи, способов получения тепла (источника тепла), назначения печи, характера её работы и т. п.

В зависимости от способа передачи тепла нагре­ваемым деталям печи делятся на камерные, муфельные и печи-ванны. в расплавленный свинец или в горячее масло, находящиеся в тигле. Печи-ванны применяют для быстрого на­гревания мелких деталей.

Печи загружают тремя способами: сбоку, сверху (в шахтных печах) и при помощи выдвижного пода. Нагревают печи топливом или электрическим током. Для нагрева печи топливом приходится устраивать топки или камеры сгорания, ставить форсунки или го­релки, делать в кладке печи газовые каналы и дымо­ходы для отвода горячих газов. При нагреве электриче­ским током необходимость во всех этих устройствах отпадает. Температура нагрева в электропечах достигает 1350° С; в них обеспечивается точность регулирования температуры,

По назначению различают термические печи для отжига, нормализации, закалки, отпуска, азотирования и цианирования.

По характеру работы различают печи периодического и непрерывного действия. Из печей периодического дей­ствия широкое применение (особенно в единичном и мелкосерийном производстве) получили камерные печи с неподвижным подом. Эти печи, имеющие площадь пода от 0,5 до 6 м2 и производительность от 70 до 200 кг/м2/час, используют для отжига, закалки, отпуска, цементации и других ви­дов термической обработки. При отжиге и нормализации крупных деталей применяют камерные печи с выдвижным подом. Площадь пода у печей этого типа — от 3 до 20 м2, а производительность — от 50 до 250 кг/м2/час.

Для безокислительного нагрева деталей применяют печи с контролируемой атмосферой, характерной осо­бенностью которых является герметичность рабочего пространства. Печи непрерывного действия характеризуются высокой степенью механизации и автоматизации.

В настоящее время в термических цехах широко ис­пользуются электрические печи с металлическими и не­металлическими (карборундовыми) нагревателями. Наи­более распространены электрические печи с металличе­скими нагревателями из сплавов, обладающих высоким электросопротивлением. Чаще всего для этой цели ис­пользуют сплавы никеля с хромом (нихромы), а также сплавы на железной основе (в виде проволоки или лен­ты), содержащие значительное количество хрома и алю­миния. Обычно металлические нагреватели располагают на боковых стенках, на поду или под сводом печи.

Если необходимо получить в печи температуру свыше 1350° С, то применяют металлические нагреватели, кото­рые представляют собой стержни, изготовляемые в ос­новном из карбида кремния. Карборундовые нагрева­тели выдерживают температуру до 1500° С.

По сравнению с пламенными в электрических печах наиболее полно используется тепло (к. п. д. пламенных термических печей 12—15%, электрических — 50 – 80%). В электрических печах сравнительно легко регулируется температура.

В последние годы все большее распространение полу­чают безмуфельные печи с радиационными трубами, в которых происходит сжигание газа. Стенки радиацион­ных труб нагреваются до высокой температуры и по­добно нагревателям в электрических печах являются источником излучения тепла. Диаметр трубы – 80 – 90 мм, толщина стенок – 4–6 мм. Трубы изготовляют из жаропрочной стали. Через конец трубы подают газ и воздух. Продукты горения отводятся в вытяжные трубы. Замена муфелей радиационными трубами позволяет сэкономить дорогостоящую жароупорную сталь.

Измерение температур. Для измерения и контроля температур до 400° С в термических печах применяют термометры, а в печах с рабочей температурой до 1250° С и выше—термоэлектрические и оптические пи­рометры.

Ртутные и спиртовые термометры применяют в термических цехах для измерения температуры зака­лочных жидкостей, низкого отпуска и старения стальных деталей при нагреве до 300—400° С, а также при обра­ботке стали холодом при температуре до минус 100—150° С.

Термоэлектрическими пирометрами пользуются для измерения температуры почти при всех видах термиче­ской обработки. Они состоят из двух частей: термопары и милливольтметра (гальванометра).

Принцип работы термопары сводится к следующему. Если взять две проволоки а и а1 из раз­ных металлов, а один конец их А сварить (горячий спай термопары) и поместить в среду, температуру которой нужно измерить, то на свободных концах b и b1 термопары (холодный спай) появится разность потенциалов, измеряемая в милливольтах. Эта разность будет тем больше, чем больше разность температур горячего и холодного спая термопары.

3. Термическая обработка чугуна

В машиностроении применяют отливки из серого, ковкого и высокопрочного чугунов. Эти чугуны отличаются от белого чугуна тем, что у них весь углерод или большая часть его находится в свободном состоянии в виде графита (у белого чугуна весь углерод находится в виде цементита).

Структура указанных чугунов состоит из металличе­ской основы аналогично стали (перлит и феррит) и не­металлических включений – графита.

Серый, ковкий и высокопрочный чугуны отличаются друг от друга в основном формой графитовых включений. Это и определяет различие механических свойств указанных чугунов.

У серого чугуна при рассмотрении под микроскопом графит имеет форму пластинок.

Графит обладает низкими механическими свойствами. Он нарушает сплошность металлической основы и действует как надрез или мелкая трещина. Чем крупнее и прямолинейнее формы графитовых включений, тем хуже механические свойства серого чугуна.

Основное отличие высокопрочного чугуна заключается в том, что графит в нем имеет шаровидную (округленную) форму. Такая форма графита лучше пластинчатой, так как при этом значительно меньше нарушается сплошность металлической основы.

Ковкий чугун получают длительным отжигом отливок из белого чугуна, в результате которого образуется графит хлопьевидной формы – углерод отжига.

Механические свойства рассматриваемых чугунов можно улучшить термической обработкой, при этом необходимо помнить, что в чугунах создаются значитель­ные внутренние напряжения, поэтому нагревать чугун­ные отливки при термической обработке следует медленно, чтобы избежать образования трещин.

Отливки из чугуна подвергают следующим видам термической обработки.

Низкотемпературный отжиг. Чтобы снять внутренние напряжения и стабилизировать размеры чугунных отливок из серого чугуна, применяют естественное старение или низкотемпературный отжиг.

Более старым способом является естественное старение, при котором отливка после полного охлаждения претерпевает длительное вылеживание – от 3–5 меся­цев до нескольких лет. Естественное старение приме­няют в том случае, когда нет нужного оборудования для отжига.

Этот способ в настоящее время почти не применяют, а производят главным образом низкотемпературный отжиг. Для этого отливки после полного затвердевания укладывают в холодную печь (или печь с температурой 100–200° С) и медленно (со скоростью 75–100° в час) нагревают до 500–550° С. При этой температуре их выдерживают 2–5 час. и охлаждают до 200° С со скоро­стью 30–50° в час, а затем – на воздухе.

Графитизирующий отжиг. При отливке изделий воз­можен частичный отбел серого чугуна с поверхности или даже по всему сечению. Чтобы устранить отбел и улучшить обрабатываемость чугуна, производится вы­сокотемпературный Графитизирующий отжиг с выдерж­кой при температуре 900–950° С в течение 1–4 час. и охлаждением изделий до 250–300° С вместе с печью, а затем – на воздухе. При таком отжиге в отбеленных участках цементит Fe3С распадается на феррит и гра­фит, вследствие чего белый или половинчатый чугун переходит в серый.

Нормализация. Нормализации подвергают отливки простой формы и небольших сечений. Нормализация проводится при температуре 850–900° С с выдержкой 1–3 часа и последующим охлаждением отливок на воз­духе. При таком нагреве часть углерода (графита) рас­творяется в аустените. После охлаждения на воздухе металлическая основа получает структуру трооститовидного перлита с более высокой твердостью и лучшей сопротивляемостью износу. Для серого чугуна нормали­зацию применяют сравнительно редко, более широко применяют закалку с отпуском.

Закалка деталей из серого чугуна. Повысить проч­ностные свойства серого чугуна можно его закалкой. Она производится с нагревом до 850–900° С и охлаж­дением в воде. Закалке можно подвергать как перлит­ные, так и ферритные чугуны. Твердость чугуна после закалки достигает НВ 450–500. В структуре закален­ного чугуна имеются мартенсит со значительным количеством остаточного аустенита и выделения гра­фита.

Эффективным методом повышения прочности и изно­соустойчивости серого чугуна является изотермическая закалка, которая производится аналогично закалке стали.

Высокопрочные чугуны с шаровидным графитом можно подвергать пламенной или высокочастотной по­верхностной закалке. Чугунные детали после такой обработки имеют высокую поверхностную твердость, вязкую сердцевину и хорошо сопротивляются ударным на­грузкам и истиранию.

Легированные серые чугуны и высокопрочные маг­ниевые чугуны иногда подвергают азотированию. По­верхностная твердость азотированных чугунных изде­лий достигает НВ 600—800; такие детали имеют высо­кую износоустойчивость. Хорошие результаты дает сульфидирование чугуна; так, например, сульфидированные поршневые кольца быстро прирабатываются, хорошо сопротивляются истиранию, и срок их службы повышается в несколько раз.

Отпуск. Чтобы снять закалочные напряжения, после закалки производят отпуск. Детали, предназначенные для работы на истирание, проходят низкий отпуск при температуре 200–250° С. Чугунные отливки, не работающие на истирание, подвергаются высокому отпуску, при температуре 500–600° С. При отпуске закаленных чугунов твердость понижается значительно меньше, чем при отпуске стали. Это объясняется тем, что в струк­туре закаленного чугуна имеется большое количество остаточного аустенита, а также тем, что в нем содер­жится большое количество кремния, который повышает отпускоустойчивость мартенсита.

Для отжига на ковкий чугун применяют белый чугун примерно следующего химического состава: 2,5–3,2% С, 0,6–0,9% Si, 0,3–0,4% Мn, 0,1–0,2% Р и 0,06-0,1% S.

Существует 2 способа отжига на ковкий чугун:

графитизирующий отжиг в нейтральной среде, осно­ванный на разложении цементита на феррит и углерод отжига;

обезуглероживающий отжиг в окислительной среде, основанный на выжигании углерода.

Отжиг на ковкий чугун по второму способу зани­мает 5–6 суток, поэтому в настоящее время ковкий чу­гун получают главным образом графитизацией. Отливки, очищенные от песка и литников, упаковывают в ме­таллические ящики либо укладывают на поддоне, а за­тем подвергают отжигу в методических камерных и дру­гих отжигательных печах.

Процесс отжига состоит из двух стадий графитизации. Первая стадия заключается в равномерном нагреве отливок до температуры 950–1000° С с выдерж­кой 10–25 час.; затем температуру понижают до 750– 720° С при скорости охлаждения 70–100° в час. На второй стадии при температуре 750–720° С дается вы­держка 15–30 час., затем отливки охлаждаются вместе с печью до 500–400° С и при этой температуре извле­каются на воздух, где охлаждаются с произвольной скоростью.

При таком ступенчатом отжиге в области темпера­тур 950–1000° С идет распад (графитизация) первич­ного, т. е. эвтектического (ледебуритного) цементита, а при температуре 750—720° С распадаются вторичный и эвтектоидный (перлитный) цементиты. В результате отжига по такому режиму структура ковкого чугуна представляет собой зерна феррита с включениями гнезд углерода отжига – графита.

Перлитный ковкий чугун получается в результате неполного отжига: после первой стадии графитизации при температуре 950–1000° С чугун охлаждается вме­сте с печью; вторая стадия графитизации не проводится. Структура перлитного ковкого чугуна состоит из пер­лита и углерода отжига.

Чтобы повысить вязкость, перлитный ковкий чугун подвергают сфероидизации при температуре 700–750° С, что создает структуру зернистого перлита.

Для ускорения процесса отжига на ковкий чугун из­делия из белого чугуна подвергают закалке, затем про­водят графитизацию при температуре 1000–1100° С.

Ускорение графитизации закаленных чугунов при отжиге объясняется наличием большого количества цент­ров графитизации, образовавшихся при закалке. Это дает возможность сократить время отжига закаленных отливок до 15–7 час.

Метод предварительного нагрева и закалки отливок из белого чугуна разработан металлургами А. Д. Ассоновым и В. И. Прядиновым и широко применяется в различных отраслях промышленности.

Термическая обработка ковкого чугуна. Чтобы повысить прочность и износоустойчивость, ковкие чугуны подвергают нормализации или закалке с отпуском. Нормализация ковкого чугуна производится при 850–900°С с выдержкой при этой температуре 1–1,5 часа и охлаждением на воздухе. Если после отливки заготовки имеют повышенную твердость, то их следует подвергать высокому отпуску при температуре 650–680° С с выдержкой 1–2 часа.

Иногда ковкий чугун подвергают закалке, чтобы получить более высокую прочность и износоустойчивость за счет снижения пластичности. Температура нагрева под закалку та же, что и при нормализации; охлажде­ние производится в воде или масле, а отпуск, в зависи­мости от требуемой твердости, обычно при температуре 650–680° С.

Быстрое охлаждение может производиться непосред­ственно после первой стадии графитизации при дости­жении температуры 850–880° С с последующим высоким отпуском.

Для ковкого чугуна применяют закалку токами высокой частоты или кислородно-ацетиленовым пламенем, при этом может быть достигнута высокая твердость поверхностного слоя при достаточной пластичности основной массы. Метод такой закалки тормозных колодок из ферритного ковкого чугуна заключается в нагреве дета­лей токами высокой частоты до температуры 1000– 1100° С с выдержкой 1–2 мин. и последующим быст­рым охлаждением. Структура закаленного слоя состоит из мартенсита и углерода отжига твердостью НRС 56–60.

Ковкий чугун по сравнению со сталью более деше­вый материал; он обладает хорошими механическими свойствами и высокой коррозионной стойкостью. По­этому детали из ковкого чугуна широко применяются в сельскохозяйственном машиностроении, автотрактор­ной промышленности, станкостроении (для изготовле­ния зубчатых колес, звеньев цепей, задних мостов, кронштейнов, тормозных колодок и пр.) и в других отраслях народного хозяйства.

Ковкие чугуны маркируют буквами КЧ, означаю­щими ковкий чугун, затем идут два числа: первое число показывает предел прочности при растяжении, второе – относительное удлинение.

ГОСТом 1215-59 установлены следующие марки ков­ких чугунов: КЧЗО-6, КЧЗЗ-8, КЧ35-10. . КЧ37-12, КЧ45-6, КЧ50-4, КЧ56-4, КЧ60-3 и КЧ63-2.

на главную

основные свойства и отличительные характеристики

Продукция черной металлургии широко используется во многих отраслях народного хозяйства, а черный металл всегда востребован в строительстве и машиностроении. Металлургия уже давно успешно развивается, благодаря своему высокому техническому потенциалу. Наиболее часто применяются в производстве и в быту чугунные и стальные изделия.

Чугун и сталь оба относятся к группе черных металлов, эти материалы представляют собой уникальные по своим свойствам сплавы железа с углеродом. В чем отличия стали и чугуна, их главные свойства и характеристики?

Сталь и ее основные характеристики

Сталь представляет собой деформированный сплав железа с углеродом, которого всегда максимум до 2%, а также другие элементы. Углерод является важным компонентом, поскольку придает прочности сплавам железа, а также твердость, за счет этого снижается мягкость и пластичность. В сплав часто добавляются легирующие элементы, что в итоге дает легированную и высоколегированную сталь, когда в составе не менее 45% железа и не более 2% углерода, остальные 53% составляют добавки.

Сталь является важнейшим материалом во многих отраслях, ее применяют в строительстве и по мере роста технико-экономического уровня страны, растут и масштабы производства стали. В давние времена мастера для получения литой стали применяли тигельную плавку и такой процесс был малопроизводительным и трудоемким, но сталь отличалась высокими качествами.

Со временем процессы получения стали менялись, на смену тигельному пришли бессемеровский и мартеновский метод получения стали, что дало возможность наладить массовое производство литой стали. Затем стали выплавлять сталь в электрических печах, после чего был внедрен кислородно-конверторный процесс, он позволил получать особо чистый металл. От количества и видов связующих компонентов сталь может быть:

  • Низколегированной
  • Среднелегированной
  • Высоколегированной

В зависимости от содержания углерода она бывает:

  • Низкоуглеродистой
  • Среднеуглеродистой
  • Высокоуглеродистой.

В состав металла часто входят неметаллические соединения — оксиды, фосфиды, сульфиды, их содержание отличается на качестве стали, существует определенная классификация качества.

Плотность стали составляет 7700-7900 кг/м3, а общие характеристики стали складываются из таких показателей, как — прочность, твердость, износостойкость и пригодность для обработки различного вида. По сравнению с чугуном сталь обладает большей пластичностью, прочностью и твердостью. Благодаря пластичности она легко поддается обработке, сталь отличается более высокой теплопроводностью, а ее качество повышается за счет закаливания.

Такие элементы, как никель, хром и молибден являются легирующими компонентами, каждый из них придает стали свои характеристики. Благодаря хрому сталь становится более прочной и твердой, повышается ее износостойкость. Никель также придает прочности, а также вязкости и твердости, повышает ее антикоррозийные свойства и прокаливаемость. Кремний снижает вязкость, а марганец улучшает качества свариваемости и прокаливания.

Все существующие виды стали имеют температуру плавления от 1450 до 1520оС и представляют собой прочные износостойкие и стойкие к деформации сплавы металла.

Чугун и его основные характеристики

Основу производства чугуна также составляет железо и углерод, но в отличие от стали углерода в нем больше, а также других примесей в виде легирующих металлов. Он отличается хрупкостью и разрушается без видимой деформации. Углерод здесь выступает графитом или цементитом и за счет содержания других элементов чугун делится на следующие разновидности:

  • Белый — где лидирует в большинстве цементит, этот материал на изломе имеет белый цвет. Данный компонент отличается хрупкостью и одновременно твердостью. Он легок в обработке, что придает ковкость чугуну.
  • Серый — в этой разновидности большую долю составляет графит, за счет чего чугун получается пластичным. Готовый чугун имеет небольшую температуру плавления, отличается мягкостью, его легче резать.
  • Ковкий — достигается методом обжига белого чугуна, его томят в специальных нагревательных печах при температуре в 950-1000оС. Присущая белому чугуну твердость и хрупкость снижаются, он не куется, а только становится более пластичным.
  • Высокопрочный сплав чугуна — в нем содержится шаровидный графит, который образуется в ходе кристаллизации.

Температура плавления чугуна зависит от содержания в нем углерода, чем его больше в составе сплава, тем меньше температура, а также повышается его текучесть при нагреве. Это делает металл непластичными жидкотекучим, а также хрупким и трудно поддающимся обработке. Его температура плавления составляет от 1160 до 1250оС.

Антикоррозийные свойства у чугуна выше, поскольку он подвергается сухой ржавчине в процессе использования, это называется химическая коррозия. Влажная коррозия также воздействует на чугун медленней, чем на сталь. Эти качества привели к тому, что было совершено открытие в металлургии — начали выплавлять сталь с высоким содержанием хрома. Отсюда и появилась нержавеющая сталь.

Делаем вывод

Исходя их многочисленных характеристик, можно сказать следующее о чугуне и стали, в чем их отличие:

  • Сталь является более прочной и твердой, чем чугун.
  • Сталь имеет более высокую температуру плавления, она тяжелей.
  • Более низкий процент содержания углерода в стали делает ее легкой в обработке, ее проще резать, ковать и варить.
  • По этой причине изделия из чугуна можно отлить, а стальные сварить или сделать кованными.
  • Стальные изделия менее пористые, чем чугунные, поэтому они обладают большей теплопроводностью.
  • По цвету они также отличаются, сталь светлая и блестит, а чугун более темный с матовой поверхностью.
  • Стоимость на сталь всегда выше чугунных материалов.

Можно сделать вывод, что сталь и чугун объединяет содержание в них углерода и железа, но их характеристики отличаются и каждый из сплавов имеет свои особенности.

Оцените статью: Поделитесь с друзьями!

типов чугуна | Ресурсы для литья металлов

Посмотреть эту страницу en français

Универсальный металл, чугун имеет множество уникальных применений в коммерческом и промышленном мире

Чугун обладает отличной литейной способностью благодаря сочетанию высокого содержания углерода и кремния.

Появление железа в повседневной жизни началось примерно с 1200 г. до н.э., и оно охватывает широкий спектр применений - от сельскохозяйственных орудий до оружия войны. Кузнецы стали важной профессией, работая с железом, чтобы изменить его свойства и превратить материал в инструменты.В каждой деревне и городе была кузница, где производились серпы, лемехи, гвозди, мечи, подсвечники и многое другое.

Открытие ценности железа привело к тому, что стало известно как железный век из-за преобладания этого материала в социальных и военных приложениях. За этим последовала еще одна веха для металлов - промышленная революция изменила способ производства металлов и их переработки в продукты, в том числе железо.

Виды железа

Производится два основных типа чугуна: кованое и чугунное.Среди них чугун включает в себя собственное семейство металлов.

Кованое железо

Кованое железо было первым типом железа, которое производили и обрабатывали кузнецы. Это практически чистое элементарное железо (Fe), которое нагревают в печи перед обработкой (обработкой) молотками на наковальне. Ударное железо удаляет большую часть шлака из материала и сваривает частицы железа вместе.

Во время промышленной революции и связанного с ней ускорения строительства было обнаружено новое применение кованого железа.Его высокая прочность на разрыв (устойчивость к разрыву при растяжении) сделала его идеальным для использования в балках в крупных строительных проектах, таких как мосты и высотные здания. Однако от использования кованого железа для этой цели в значительной степени отказались в начале 20-го века, когда были разработаны стальные изделия с превосходными характеристиками по сравнению с железом для строительных приложений.

Кованое железо прославилось декоративными элементами. В церквях 15-го и 16-го веков есть прекрасные изделия из кованого железа, изготовленные искусными мастерами.В современном мире перила, двери и скамейки по-прежнему изготавливаются из кованого железа на заказ.

Чугун

Чугун получают путем выплавки железоуглеродистых сплавов с содержанием углерода более 2%. После плавки металл разливают в форму. Основное различие в производстве кованого и чугунного железа заключается в том, что чугун не обрабатывается молотками и инструментами. Имеются также различия в составе - чугун содержит 2–4% углерода и других сплавов и 1–3% кремния, что улучшает литейные характеристики расплавленного металла.Также могут присутствовать небольшие количества марганца и некоторых примесей, таких как сера и фосфор. Различия между кованым и чугунным чугуном также можно найти в деталях химической структуры и физических свойств.

Хотя и сталь, и чугун содержат следы углерода и выглядят одинаково, между этими двумя металлами есть существенные различия. Сталь содержит менее 2% углерода, что позволяет конечному продукту затвердеть в виде единой микрокристаллической структуры. Более высокое содержание углерода в чугуне означает, что он затвердевает как гетерогенный сплав и, следовательно, имеет более одной микрокристаллической структуры, присутствующей в материале.

Комбинация высокого содержания углерода и кремния придает чугуну отличную литейную способность. Различные типы чугунов производятся с использованием различных методов термообработки и обработки, включая серый чугун, белый чугун, ковкий чугун, высокопрочный чугун и чугун с компактным графитом.

Детали конструкции из чугуна изготавливаются путем плавки металла и заливки его в форму.
Серый чугун

Серый чугун характеризуется чешуйчатой ​​формой молекул графита в металле.Когда металл раскалывается, излом происходит вдоль чешуек графита, что придает ему серый цвет на поверхности изломанного металла. Название «серый чугун» происходит от этой характеристики.

Можно контролировать размер и матричную структуру чешуек графита во время производства, регулируя скорость охлаждения и состав. Серый чугун не такой пластичный, как другие формы чугуна, и его предел прочности на разрыв также ниже. Однако это лучший проводник тепла и более высокий уровень гашения вибрации.Его демпфирующая способность в 20–25 раз выше, чем у стали, и превосходит все другие чугуны. Серый чугун также легче обрабатывать, чем другие чугуны, а его свойства износостойкости делают его одним из самых объемных продуктов из чугуна.

Наши изделия hardscape сделаны из серого чугуна. Демпфирование вибрации и износостойкость - свойства, которые делают этот материал подходящим для многих уличных применений. Необработанный серый чугун также образует патину, которая защищает его от разрушительной коррозии даже на открытом воздухе.

Белый утюг

При правильном содержании углерода и высокой скорости охлаждения атомы углерода соединяются с железом с образованием карбида железа. Это означает, что в затвердевшем материале практически отсутствуют свободные молекулы графита. Когда белое железо разрезают, изломанная поверхность кажется белой из-за отсутствия графита. Микрокристаллическая структура цементита твердая и хрупкая, с высокой прочностью на сжатие и хорошей износостойкостью. В некоторых специализированных приложениях желательно иметь белое железо на поверхности продукта.Этого можно достичь, используя хороший проводник тепла для изготовления части формы. Это будет быстро выводить тепло из расплавленного металла из этой конкретной области, в то время как остальная часть отливки охлаждается медленнее.

Одна из самых популярных марок белого чугуна - Ni-Hard Iron. Добавление хрома и никелевых сплавов придает этому продукту превосходные свойства для применения с низким уровнем ударного истирания при скольжении.

Белый и низкотвердый чугун подпадают под классификацию сплавов, называемую ASTM A532; «Стандартные технические условия на износостойкие чугуны».

Ковкий чугун

Белый чугун может быть дополнительно переработан в ковкий чугун с помощью процесса термической обработки. Расширенная программа нагрева и охлаждения приводит к разрушению молекул карбида железа с высвобождением свободных молекул графита в железо. При различной скорости охлаждения и добавлении сплавов получается ковкий чугун с микрокристаллической структурой.

Ковкий чугун (чугун с шаровидным графитом)

Ковкий чугун, или чугун с шаровидным графитом, приобретает свои особые свойства за счет добавления в сплав магния.Присутствие магния приводит к тому, что графит имеет сфероидальную форму, в отличие от хлопьев серого чугуна. Контроль состава очень важен в производственном процессе. Небольшие количества примесей, таких как сера и кислород, вступают в реакцию с магнием, влияя на форму молекул графита. Различные марки ковкого чугуна получают путем манипулирования микрокристаллической структурой вокруг графитового сфероида. Это достигается за счет процесса литья или термообработки на последующем этапе обработки.

Поскольку ковкий чугун деформируется при ударе, а не раскалывается на осколки, мы используем этот материал для изготовления наших чугунных боллардов. Ударный профиль из ковкого чугуна делает его хорошим чугуном для блокираторов при движении транспортных средств.

Чугун с компактным графитом

Чугун с компактным графитом имеет структуру графита и связанные с ним свойства, которые представляют собой смесь серого и белого железа. Микрокристаллическая структура образуется вокруг тупых чешуек графита, которые соединены между собой. Сплав, такой как титан, используется для подавления образования сфероидального графита.Чугун с компактным графитом имеет более высокий предел прочности на разрыв и улучшенную пластичность по сравнению с серым чугуном. Микрокристаллическую структуру и свойства можно регулировать путем термообработки или добавления других сплавов.

Краткое изложение составов чугуна

Таблица, разработанная «Справочником инженера», показывает различные диапазоны составов для различных типов чугуна:

Диапазон составов для типичных нелегированных чугунов
Значения в процентах (%)
Тип чугуна
Углерод
Кремний
Марганец
Сера
Фосфор

Серый

2.5 - 4,0

1,0 - 3,0

0,2 ​​- 1,0

0,02 - 0,25

0,02 - 1,0

Пластичный

3,0 - 4,0

1,8 - 2,8

0,1 - 1,0

0,01 - 0,03

0,01 - 0,1

Компактный графит

2,5 - 4,0

1,0 - 3,0

0,2 ​​- 1,0

0,01 - 0,03

0,01 - 0,1

Гибкий (белый литой)

2.0–2,9

0,9 - 1,9

0,15 - 1,2

0,02 - 0,2

0,02 - 0,2

Белый

1,8 - 3,6

0,5 - 1,9

0,25 - 0,8

0,06 - 0,2

0,06 - 0,2

Механические свойства чугуна

Механические свойства материала показывают, как он реагирует на определенные нагрузки, что помогает определить его пригодность для различных применений. Спецификации устанавливаются такими организациями, как Американское общество испытаний и материалов (ASTM), чтобы пользователи могли приобретать материалы с уверенностью, что они соответствуют требованиям для своего приложения.Наиболее часто используемая спецификация серого чугуна - ASTM A48.

Для того, чтобы квалифицировать литые изделия в соответствии с их спецификациями, стандартной практикой является отливка испытательного стержня вместе с инженерными отливками. Затем к этому испытательному стержню применяются тесты ASTM, и результаты используются для оценки всей партии отливок.

Технические характеристики также важны при сварке вместе чугунных деталей. Сварной шов должен соответствовать или превосходить механические свойства свариваемого материала - в противном случае могут возникнуть трещины и разрушения.

При сварке очень важно, чтобы сварной шов соответствовал или превосходил механические свойства материала, чтобы предотвратить трещины и разрушения.

Несколько общих механических свойств чугуна включают:

  • Твердость - устойчивость материала к истиранию и вдавливанию
  • Прочность - способность материала поглощать энергию
  • Пластичность - способность материала деформироваться без разрушения
  • Эластичность - способность материала возвращаться к своим первоначальным размерам после деформации
  • Ковкость - способность материала деформироваться при сжатии без разрыва
  • Прочность на разрыв - максимальное продольное напряжение, которое материал может выдержать без разрыва
  • Усталостная прочность - максимальное напряжение, которое материал может выдержать в течение заданного количества циклов без разрушения

В этой таблице приведены некоторые ключевые механические свойства различных марок чугуна.Для получения дополнительной информации см. «Железные сплавы», отличный справочный документ Американского литейного общества.

Твердость по Бринеллю
Прочность на разрыв
Модуль упругости
% Относительное удлинение (в 50 мм)

Класс серого чугуна 25

187

29,9 тысяч фунтов / кв. Дюйм

16,1 Msi

Класс серого чугуна 40

235

41.9 тысяч фунтов / кв. Дюйм

18,2 Msi

Высокопрочный чугун марки 60-40-18

130–170

60 тысяч фунтов / кв. Дюйм

24.5 MSI

Ковкий чугун марки 129-90-02

240–300

120 тысяч фунтов / кв. Дюйм

25,5 млн фунтов на квадратный дюйм

Класс CGI 250

179 макс.

36,2 тыс. Фунтов / кв. Дюйм мин.

3

Класс CGI 450

207–269

65,2 тысяч фунтов / кв. Дюйм мин.

1

Общие области применения чугуна

Благодаря различным свойствам чугуна разных типов каждый из них подходит для конкретных применений.

Применение серого чугуна

Одной из ключевых характеристик серого чугуна является его способность противостоять износу даже при ограниченном подаче смазки (например, верхние стенки цилиндров в блоках цилиндров). Серый чугун используется для изготовления блоков цилиндров и головок цилиндров, коллекторов, газовых горелок, заготовок редукторов, кожухов и корпусов.

Аппликации для белого железа

Процесс охлаждения, используемый для изготовления белого чугуна, приводит к получению хрупкого материала, очень устойчивого к износу и истиранию.По этой причине он используется для изготовления футеровки мельниц, сопел для дробеструйной обработки, железнодорожных тормозных колодок, корпусов шламовых насосов, валков прокатных станов и дробилок.

Твердый никель

специально используется для изготовления лопастей смесителей, шнеков и штампов, футеровок для шаровых мельниц, желобов для угля и направляющих для волочения проволоки.

Устойчивый к истиранию белый чугун используется для производства различных деталей машин, например, корпусов шламовых насосов.
Применение высокопрочного чугуна

Сам ковкий чугун можно разделить на различные марки, каждая со своими характеристиками и наиболее подходящими областями применения.Его легко обрабатывать, он обладает хорошей усталостью и пределом текучести, но при этом устойчив к износу. Однако его самая известная особенность - пластичность. Ковкий чугун можно использовать для изготовления поворотных кулаков, лемехов плуга, коленчатых валов, тяжелых зубчатых передач, компонентов подвески автомобилей и грузовиков, гидравлических компонентов и дверных петель автомобилей.

Применение ковкого чугуна

Различные марки ковкого чугуна соответствуют разным микрокристаллическим структурам. Особые характеристики, которые делают ковкий чугун привлекательным, - это его способность удерживать и накапливать смазочные материалы, неабразивные частицы износа и пористая поверхность, которая улавливает другие абразивные частицы.Ковкий чугун используется для изготовления опорных поверхностей, работающих в тяжелых условиях, цепей, звездочек, шатунов, компонентов трансмиссии и осей, железнодорожного подвижного состава, сельскохозяйственной и строительной техники.

Ковкий чугун используется для тяжелых опорных поверхностей, таких как детали трансмиссии и оси.
Применение чугуна с компактным графитом

Чугун с компактным графитом начинает получать известность в коммерческих приложениях. Сочетание свойств серого и белого чугуна создает продукт с высокой прочностью и высокой теплопроводностью, подходящий для блоков и рам дизельных двигателей, гильз цилиндров, тормозных дисков для поездов, выпускных коллекторов и пластин шестерен в насосах высокого давления.

Обработка и чистовая обработка

Свойства твердости чугуна требуют тщательного выбора материалов для станков. Карбиды с покрытием эффективны при промышленной обработке, но новые материалы постоянно разрабатываются по мере совершенствования технологий.

Обработка поверхности изделий из чугуна сильно различается в зависимости от использования. Несколько распространенных приложений:

  • Гальваника
  • горячее погружение
  • Термическое напыление
  • Диффузионное покрытие
  • Преобразовательное покрытие
  • Эмаль для фарфора
  • Жидкое органическое покрытие
  • Органическое покрытие сухое порошковое

Чугун и будущее

С самого начала, более 3000 лет назад, железо оставалось неотъемлемой частью человеческого общества.Производство чугуна прошло долгий путь от вековой обработки железа кузнецами до изобретения чугуна в индустриальную эпоху.

С тех пор кованое железо в значительной степени устарело, за исключением декоративных целей. Напротив, чугун все еще совершенствуется с точки зрения состава, микроструктуры и механических свойств, продолжая оставлять свой след в современном мире.

Для получения дополнительной информации о металлических отливках или запроса ценового предложения по индивидуальному проекту из металла, пожалуйста, свяжитесь с нами.

Легированный чугун - обзор

8.4.1 Катализ на основе металлов

Гетерогенный катализ металлами, соединениями (переходных) металлов, металлоорганическими соединениями и комплексами металлов на носителе использовался для реакций переэтерификации. Suppes и др. . [145] сообщили о каталитической активности различных металлов (Ni, Pd) и сплавов (чугун и нержавеющая сталь) для метанолиза соевого масла. Металлические катализаторы оценивали, прежде всего, для определения того, катализируют ли металлические поверхности реактора реакцию алкоголиза.Никель проявляет особенно высокую переэтерификационную активность (таблица 8.14) и может быть эффективным катализатором алкоголиза, если его диспергировать на носителях с большой площадью поверхности. Некоторые металлические сплавы промышленных реакторов действуют как эффективные катализаторы переэтерификации [145]. Очевидно, что исследования, проведенные с корпусами реакторов с открытыми металлическими поверхностями, могут привести к неверным интерпретациям каталитической реакционной способности, как, возможно, в случае алкоголиза над ZnO / Al 2 O 3 при высокой температуре T, стр. [82].

Таблица 8.14. Конверсия соевого масла на различных порошкообразных катализаторах и цеолитных катализаторах (без прокаливания) a (после ссылки [145])

0,13
Катализатор Метиловый эфир (мас.%)
3 Без катализатора
CaCO 3 1,7
ZnCO 3 9,3
Никель 53
903 903 903 903 903 903 903 903 903 18,2
Чугун 3.1
Нержавеющая сталь 3,9
KX 11
CsX 8
(Cs, K) X 903 903 (Cs, K) X 9 903TS-
K-ETS-10 11,5
(Cs, K) -ETS-10 15

Другие выбранные металлы (Pb, Zn, Fe, Cu, Ni, Sn, Al) были проверены на их каталитическую активность при переэтерификации SBO / MeOH [164]; Pb показал самую высокую активность, дав конверсию 55% (условия реакции: молярное соотношение MeOH / SBO = 42: 1, 5 мас.% Катализатора, 338 K, без сорастворителя).PCT Int. Заявка на патент. № WO 03/087279, выданный Center et al . [81] заявлено о большом разнообразии металлических катализаторов (включая Sn, Pb, Cd, Zn, Ti, Zr, Hf, Al, Sb, Ca, Bi, Mg, U) для переэтерификации в реакторе непрерывного действия с поршневым потоком, хотя без цитирования конверсий.

Патент США № 5,525,126, Басу и Норрис [11] раскрывает катализаторы на основе соединений не щелочных металлов, состоящие из смеси ацетатов Са / Ва (3: 1 по весу / весу) для производства FAAE для использования в качестве дизельного топлива из безводных масла и жиры с высоким содержанием FFA без стадии предварительной этерификации, но в довольно жестких условиях реакции ( T > 473 K).

Металлоорганические катализаторы, такие как метоксид и этоксид три- n -бутилолова, могут действовать как катализаторы переэтерификации с довольно низкими выходами (20–72%). Хотя оксид бис (три- n -бутилолова) показывает хорошие каталитические результаты при алкоголизе этиленгликоля (EG) и диэтиленгликоля (DEG) соевого масла и твердого жира, эти компоненты хорошо растворимы в сложных эфирах жирных кислот, что затрудняет их разделение. Катализаторы на основе оксида алкилолова (0,01–3 мас.%) Также были заявлены для одностадийной этерификации / переэтерификации растительных масел и животных жиров при 423–473 К и 0.1–3,0 МПа при мольном соотношении спирт / масло от 3: 1 до 30: 1 [165]. Были предложены также оловоорганические оксиды в качестве катализаторов алкоголиза [166]. Абреу и др. . [167] предприняли попытку переэтерификации растительного масла в многофазных каталитических системах на основе связывания Sn (Hpy) 2 (H 2 O) 2 (см. Раздел 8.2.1) с ионными жидкостями, такими как BMI (PF ). 6 ) (BMI = 1-бутил-3-метилимидазол) или нанесение комплекса на кислотную ионообменную смолу (Dowex®50 WX8–100).Хотя было невозможно получить пригодную для повторного использования многофазную систему на основе этого иммобилизованного комплекса металла, SnO активен для метанолиза SBO в гетерогенной системе (конверсия 93% за 3 часа при 333 K для молярного отношения SBO / MeOH 4,15: 1. ). VO (acac) 2 - гомогенная, а VO (acac) 2 / селадонит - гетерогенная система для переэтерификации соевого масла [168].

Патент США № 5532392, выданный Gheorghiu [169], описывает катализаторы на основе органотитаната и (органо) карбоксилата титана, в частности тетрабутилортотитанат (промотированный 3 мас.% Ацетилацетоната цинка) для получения FAME из природных масел (таких как PMO, PKO, RSO) или жиров путем переэтерификации при 498 K и 5 МПа в течение 2–3 часов при молярном соотношении спирт / VO от 3: 1 до 9: 1.Поскольку для катализаторов на основе органотитанатов требуются масла или жиры с низким содержанием воды и фосфора, двухступенчатая предварительная обработка сырья (кислотное рафинирование до содержания P ниже 50 частей на миллион и комбинированная сушка / фильтрация через активную отбеливающую землю для получения H 2 O <0,01% и P <15 ppm). Удивительно, но стадия удаления жирных кислот (щелочной нейтрализацией или перегонкой с водяным паром) не требуется при содержании FFA ниже 5%. Одновременная этерификация жирных кислот согласно уравнению 8.6 и переэтерификация в безводных условиях кажутся противоречивыми. Результаты скорее предполагают переэтерификацию, катализируемую кислотой. Поскольку катализатор не является ни щелочным, ни коррозионным, и не образуются коррозионные побочные продукты, оборудование может быть изготовлено из мягкой стали.

В таблице 8.15 перечислены некоторые соединения переходных металлов, активные при переэтерификации. Катализаторы на основе оксида цинка эффективны при переэтерификации масел более тяжелыми спиртами, чем метанол (например, EtOH, i -PrOH, n -BuOH), что является преимуществом с точки зрения температуры застывания полученного таким образом биодизельного топлива [172] .Дезактивации ZnO-катализатора метанолиза RSO не наблюдали в присутствии 2,5 мас.% H 2 O [172]. Однако склонность ZnO (и ZnCO 3 ) переходить в раствор, особенно в присутствии высоких концентраций свободных жирных кислот, снижает каталитический потенциал. Се и Хуанг [174] показали, что каталитическая активность сравнительно недорогого гетерогенного основного катализатора KF / ZnO в превращении SBO превосходит активность КОН / ZnO и K 2 CO 3 / ZnO.

Патент США № 56, Stern и др. . (IFP) [172] сообщил об использовании катализатора ZnO / Al 2 O 3 на носителе в производстве сложных алкиловых эфиров алкоголизом масел при высоких температурах (> 473 K) и давлениях; высокие конверсии (> 80%) наблюдались через 2 часа в реакторах периодического действия и непрерывном потоке с насадочным слоем. Поскольку выход составлял около 60% в отсутствие катализатора, металлическая поверхность используемого реактора могла способствовать результату.Также важно исключить щелочные соли перед прокаливанием, потому что в противном случае реальный катализатор может быть щелочной примесью, которая медленно растворяется в среде, и каталитическая активность постепенно снижается. ZnO / Al 2 O 3 способствует реакциям алкоголиза более высоких спиртов, чем метанол [172]. Переэтерификация глицеридов в биодизельное топливо в одну или несколько стадий также проводилась над родственным алюминатом цинка шпинельного типа, состоящим из ZnAl 2 O 4 xZnOyAl 2 O 3 (x, y = 0–2 ) [177, 178].Процесс IFP на основе катализатора шпинельного типа представляет собой значительное улучшение гетерогенного катализа. При использовании этого процесса окончательная очистка сводится к минимуму, и два продукта (FAAE и глицерин) получают с высокой степенью чистоты в условиях T = 443–523 K и p = 1,0–6,0 МПа [ 162, 172]. (Коммерческий) процесс подходит для рафинированных масел, отработанных масел для жарки, животных масел и жиров; Температура потери текучести более 10 К может быть достигнута с помощью сложных эфиров, образующихся с высшими спиртами.В недавнем PCT Int. Publ. № WO 2008/135665, Lecocq et al. . [157] IFP раскрыла улучшенные (основные) гетерогенные катализаторы фосфатного типа (такие как Zr (O 3 POK) 2 ) и органофосфорированные соединения металлов IV группы (Zr, Hf или Ti) (см. Раздел 15.3.1).

Benefuel Inc. (Маунт Проспект, Иллинойс) использует новый процесс с двойным металлическим катализатором (DMC) для переэтерификации триглицеридов (ENSEL ™; технология NCL), который можно комбинировать с другим экономически эффективным способом превращения глицерина в глицерилполиэфиры. , таким образом преодолевая избыток глицерина [179].

Металлокомплексы на носителе также активны в реакциях переэтерификации простых эфиров и триглицеридов [180, 181]. Комплексы титаната, как в растворе, так и в форме на носителе, катализируют переэтерификацию по механизму кислоты Льюиса, когда реагирующий сложный эфир и металл образуют комплекс Льюиса, активирующий карбонильные группы для нуклеофильной атаки реагирующим спиртом. Промежуточный продукт распадается на полученный спирт и комплекс Льюиса на основе сложного эфира и металла. После десорбции сложного эфира продукта с сайта Льюиса цикл повторяют [180].В целом титанаты очень чувствительны к влаге.

Сильные кислоты Льюиса, такие как Ti (OR) 4 , могут обеспечить эффективную альтернативу традиционным основным катализаторам Бренстеда [182]. Иммобилизованные титановые катализаторы на полимерной основе (Ti (O i -Pr) 4 , привитые на пористые поли ( p -гидроксистирол) смолы с различными уровнями сшивки) были использованы для ускорения переэтерификации метилметакрилата (ММА) с 2-этилгексанол [181]. Высокодисперсные TiO 2 / SiO 2 катализаторы для производства биодизеля были получены прививкой Ti (O i -Pr) 4 на диоксид кремния [183].

Многие металлические катализаторы обладают высокой токсичностью, что требует очень эффективных процедур удаления катализатора. Чтобы улучшить их применимость, они должны быть соответствующим образом закреплены на подходящих твердых опорах. Однако нанесенные (фиксированные) металлоорганические соединения часто менее активны, чем в растворе.

Чугун - обзор

Классификация специальных высоколегированных чугунов

Без графита

Эти чугуны могут иметь структуру зерен карбидов, мартенсита, бейнитов и аустенитов.Они могут быть связаны с некоторыми структурами графита и перлита. Часто можно найти детали этих чугунов, указанных как одна из марок, описанных в ASTM A 532. Таблица 1-7-1 описывает образец типичных марок ASTM только для информации; более точную и полную информацию следует получить из самого последнего выпуска спецификации ASTM.

Таблица 1-7-1. Чугун с графитовым подшипником

Ферритный 5% Si-чугун Термостойкий
Высокий (15%) кремниевый железо Коррозионно-стойкий, как можно найти в ASTM A 518 1, 2 и 3 класс.
Аустенитный 18% Ni (Ni-Resist)
18% Ni, 5% Si
Коррозионно-термостойкий, как указано в ASTM A 439
Термостойкость и коррозионная стойкость ASTM A 439
Игольчатый Высокопрочный Износостойкий
1.

Перлитный чугун: износостойкий чугун

2.

Мартенситный белый чугун (Мартенситный белый)

3.

Чугун с высоким содержанием хрома (11–28% Cr): износостойкий, коррозионно-стойкий и жаропрочный

Чугуны с высоким содержанием кремния

В то время как стандартные ковкие чугуны содержат от 1,8% до 2,8% кремния, модифицированного пластичного чугуны обычно содержат 3,5% кремния. Чугун с высоким содержанием кремния содержит кремний в диапазоне от 14,20% до 14,75%.

Кремниевый чугун обладает отличной устойчивостью к коррозии, особенно в среде с серной кислотой (H 2 SO 4 ), во всех концентрациях от 100% до температуры кипения при атмосферном давлении.

Скорость коррозии обычно снижается до очень низкого уровня, обычно менее 5 м / год (0,13 мм / год). Однако, если в окружающей среде содержится горячая кислота в диапазоне от 5% до 55% H 2 SO 4 , то скорость коррозии может возрасти до 20 миль в год (0,51 мм / год).

Свыше 100% H 2 SO 4 кремниевый чугун быстро разрушается свободным SO 3 . Однако основным ограничением кремниевого чугуна является его подверженность термическим и механическим ударам.Они обладают плохими механическими свойствами, такими как низкая термическая и механическая стойкость к ударам, их трудно отливать, и их практически невозможно обрабатывать.

Обычно содержание кремния в основном легирующем элементе составляет от 12% до 18%. Как указывалось ранее, присутствие кремния выше 14,2% придает материалу характерные свойства коррозионной стойкости. Чугуны с высоким содержанием кремния представляют собой наиболее часто используемые коррозионно-стойкие сплавы по умеренной цене.

Хром и молибден также добавляются в сочетании с кремнием для обеспечения превосходной коррозионной стойкости в определенных средах.

В высококремнистых коррозионно-стойких марках с содержанием кремния более 14,2% они демонстрируют превосходную коррозионную стойкость по H 2 SO 4 , HNO 3 , HCl, CH 3 COOH и большинству минеральных и органические кислоты и едкие вещества. Эти чугуны с содержанием кремния 14,2% или выше имеют очень высокую стойкость к кипению 30% раствора H 2 SO 4 . Эти коррозионно-стойкие марки с высоким содержанием кремния также демонстрируют хорошую стойкость к окислительным и восстановительным средам, и на них меньше всего влияют концентрация кислоты или температура.

Исключениями из этой устойчивости к широкому спектру кислых сред являются среды, содержащие плавиковую кислоту, фторидные соли, серную кислоту (H 2 SO 3 ), сульфитные соединения и сильные щелочи и чередующиеся кислотно-щелочные растворы.

Другие чугуны с высоким содержанием кремния с высоким содержанием кремния от 12% до 18% становятся очень стойкими к коррозионным кислотам. Чугуны с высоким содержанием кремния с содержанием кремния 16,5% устойчивы к кипячению H 2 SO 4 и азотной кислоте практически во всех концентрациях.

Содержание кремния менее 3,5% увеличивает скорость роста серого чугуна, способствуя графитизации. Однако содержание кремния от 4% до 8% значительно снижает как окисление (образование накипи), так и рост. Кремний увеличивает стойкость чугуна к образованию накипи за счет образования легкого поверхностного оксида, непроницаемого для окислительной атмосферы. Кремний также повышает температуру превращения феррита в аустенит примерно до 1652 ° F (900 ° C), что помогает контролировать свойства расширения и сжатия до 1652 ° F (900 ° C) из-за фазового превращения.

Некоторые из этих марок существенно различаются степенью легирования хрома и марганца.

Чугуны с высоким содержанием хрома (Ni-Hard)

По сути, белые чугуны, легированные хромом от 12% до 18%, широко известны в промышленности как Ni-Hard . Хром придает стойкость к истиранию и предотвращает окисление. Чугуны с высоким содержанием хрома устойчивы к окисляющим кислотам. Они особенно устойчивы к азотной кислоте (HNO 3 ) и полезны для работы со слабыми кислотами в окислительных условиях в нескольких растворах органических кислот и с растворами солей.

Когда содержание хрома превышает 20%, чугуны с высоким содержанием хрома проявляют хорошую стойкость к окисляющим кислотам, особенно к HNO 3 . Чугуны с высоким содержанием хрома устойчивы к восстановительным кислотам. Они используются в солевых растворах, органических кислотах, а также в морской и других кислых промышленных средах. Эти материалы демонстрируют отличную стойкость к истиранию, а с соответствующими легирующими добавками они также могут противостоять сочетанию абразивного износа и жидкостей, включая некоторые разбавленные растворы кислоты.

Механические свойства чугунов с высоким содержанием хрома лучше, чем у чугунов с высоким содержанием кремния. Чугуны с высоким содержанием хрома поддаются термообработке при надлежащем регулировании содержания углерода и хрома. Однако механическая обработка этих сплавов очень трудна.

Хром добавляют в жаропрочные чугуны, поскольку он способствует стабилизации карбидов и образует защитный оксид на поверхности металла. Даже небольшие добавки хрома (0,5–2,0%) уменьшают рост серого чугуна, подвергнутого циклическому нагреванию при 1470 ° F (800 ° C).После длительной высокотемпературной службы перлитная матрица из литого 0,8% Cr, жаропрочного чугуна превращается в феррит, а его цементит имеет сфероидизированную структуру. Высокое содержание хрома от 15% до 35% обеспечивает отличную стойкость к окислению и росту при температурах до 1800 ° F (980 ° C). Однако эти высокохромистые чугуны имеют структуру белого железа. Несмотря на то, что они обладают хорошими прочностными характеристиками, их обрабатываемость ограничена. Типичные химические требования для отливок из различных марок и классов сплавов, имеющихся на рынке, приведены в Таблице 1-7-2.

Таблица 1-7-2. Типичный химический состав отливок из сплавов

макс
Класс Тип Обозначение C Mn Si Ni Cr Mo Cu I A Ni-Cr-Hc 2,8–3,6 2,0 ​​макс. 0,8 макс. 3,3–5,0 1,4–4,0 1,0 макс 0.3 макс. 0,15 макс.
I B Ni-Cr-Lc 2,4-3,0 2,0 ​​макс. 0,8 макс. … 0,3 макс. макс. 0,15
I C Ni-Cr-GB 2,5–3,7 2,0 ​​макс. 0,8 макс. 4,0 макс. 1,0–2,5 макс. 0,3 макс. 0.15 макс.
I D Ni-HiCr 2,5-3,6 2,0 ​​макс. 2,0 ​​макс. 4,5-7,0 7,0-11,0 1,5 макс. макс. 0,15
II A 12% Cr 2,0-3,3 макс. 2,0 1,5 макс. 2,5 макс. 11,0-14,0 3,0 макс. 0.06 макс
II B 15% Cr-Mo 2,0-3,3 2,0 ​​макс 1,5 макс 2,5 макс 14,0-18,0 3,0 макс 1,2 макс 0,06 макс
II D 20% Cr-Mo 2,0-3,3 2,0 ​​макс 1,0-2,2 2,5 макс 18,0-23,0 3,0 макс 1,2 903 макс 0,10 макс 0.06 макс
III A 25% Cr 2,0-3,3 2,0 ​​макс 1,5 макс 2,5 макс 23,0-30,0 3,0 макс 1,2 макс 0,06 макс.
Чугун с высоким содержанием никеля (Ni-Resist)

Эти материалы содержат большое количество никеля и меди и устойчивы к таким кислотам, как концентрированная H 2 SO 4 и фосфорная кислота (H 3 PO 4 ) при слегка повышенных температурах; соляная кислота (HCl) при комнатной температуре; и такие органические кислоты, как уксусная кислота, олеиновая кислота и стеариновая кислота.Когда содержание аустенита в никеле превышает 18%, чугуны в основном невосприимчивы к щелочам или щелочам, хотя возможно коррозионное растрескивание под напряжением.

Чугуны с высоким содержанием никеля широко используются и обычно известны как чугуны с никелевым резистором. Серые аустенитные чугуны содержат от 14% до 30% никеля и устойчивы к слабокислой кислотной среде. Они также устойчивы к H 2 SO 4 при комнатной температуре. По сравнению с нелегированным чугуном высоконикелевый чугун наиболее устойчив к щелочам.

Никельрезист особенно полезен для работы при высоких температурах. Из-за своей аустенитной матрицы и чешуйчатого графита чугуны с высоким содержанием никеля являются самыми прочными из всех чугунов. Чешуйчатый графит также придает им отличную обрабатываемость и хорошие литейные свойства, хотя это снижает их прочность на разрыв. В отличие от этого высоконикелевый ковкий чугун обладает более высокой прочностью и пластичностью, потому что он содержит шаровидный графит.

Аустенитные чугуны с содержанием никеля от 18% и более до 7% меди и 1.От 75% до 4% углерода используется там, где требуется устойчивость к нагреванию и коррозии. Чугуны из никелевого резиста обладают хорошей устойчивостью к высокотемпературному образованию накипи и росту до 1500 ° F (815 ° C) для большинства окислительных сред. Однако в серосодержащих атмосферах содержание никеля в этих сплавах ограничивает их использование до температур ниже 932 ° F (500 ° C).

Аустенитные никелевые чугуны обладают значительно большей ударной вязкостью и ударопрочностью, чем другие жаропрочные чугуны из кремниевых и хромистых сплавов.Чугуны с высоким содержанием никеля с микроструктурой шаровидного графита значительно прочнее и имеют более высокую пластичность, чем чугуны из никелевого сплава с чешуйчатым графитом.

Серый аустенитный чугун

Отливки из аустенитного серого чугуна в основном используются из-за их устойчивости к нагреванию, коррозии и износу. Серый аустенитный чугун характеризуется равномерно распределенными чешуйками графита и некоторым количеством карбида. Они отличаются наличием достаточного количества сплава для образования аустенитной структуры.

Эти отливки производятся плавкой в ​​различных типах литейных печей, которые могут включать любое из следующего:

Купольная печь

Воздушные печи

Электродуговая дуга или индукционные печи

Тигельные печи

Литейные методы включают испытания и химический анализ, чтобы установить, что следующие элементы находятся в отливке в указанных пределах.

Углерод

Кремний

Марганец

Никель

5

5

Никель

5

Сера

Молибден

Механические свойства, включая твердость, также проверяются и подтверждаются на соответствие указанным значениям.Другой контроль качества включает проверку магнитной проницаемости отливок. Эти отливки не обязательно являются немагнитными, если не указаны особые требования.

В эту группу входят несколько типов и марок обсадных труб; лучший способ узнать о них - обратиться к самым последним спецификациям ASTM. В списке, приведенном ниже и в таблице 1-7-3, указаны некоторые типы, марки и их свойства.

Таблица 1-7-3. Типичные механические свойства аустенитного серого чугуна

Resist 2
Тип отливки Тип Предел прочности (мин) тыс. Фунтов на кв. Дюйм Твердость (мин) (BHN)
1 Ni-Resist 25 131
Ni-Resist 1B 30 149
Ni-Resist 2 25 118
171
Ni-Resist 3 25 118

Тип 1

8

Тип 1b 20009 20009

Тип 2b

Тип 3

Тип 4

Тип 5

Тип 6

Отливки из аустенитного высокопрочного чугуна используются в основном из-за их устойчивости к нагреванию, коррозии и износу, а также для других специальных целей.Отливки производятся с использованием процесса плавления в любой из печей, включая вагранку, воздушные печи, электрические печи или тигельные печи.

Аустенитный высокопрочный чугун, также известный как аустенитный чугун с шаровидным графитом или аустенитный шаровидный чугун, характеризуется тем, что его графит по существу имеет сфероидальную форму и практически не содержит чешуйчатого графита. Он содержит некоторое количество карбидов и достаточное количество сплава для образования аустенитной структуры.

Отливки из чугуна проверяются на магнитную проницаемость.Образцы отливок анализируются на соответствие заданному требуемому химическому составу по следующим элементам.

Углерод

Кремний

Марганец

Фосфор

5

5

5

5

Механическое испытание проводится для подтверждения того, что чугун соответствует требуемым значениям прочности на разрыв, предел текучести, удлинения и твердости.В таблице 1-7-4 показаны типичные значения прочности на разрыв и твердость аустенитного ковкого чугуна. Твердость часто указывается в числах Бринелля.

Таблица 1-7-4. Аустенитный ковкий чугун

139 202

21

Термин «чугун» описывает большое семейство сплавов на основе черных металлов.Он содержит 2-4% углерода, вместе с кремнием, марганцем. Чугуны производятся определенной формы для обработки механической обработкой, термообработкой или сборкой. Иногда для удовлетворения определенных требований его можно выковать или прокатить. Чугун получают путем плавления чугуна и последующего соединения его со сталью или железным ломом.

Обычно в чугуне содержится до 3% кремния. Впрочем, он может меняться при создании специальных композиций, таких как:
  • Кремний: Кремний до 6%
  • Duriron: Кремний до 12%

Вы можете приобрести чугун различных товарных марок, например серый чугун, закаленный чугун, крапчатый чугун, белый чугун, ковкий чугун, высокопрочный чугун, чугун с шаровидным графитом, чугун с шаровидным графитом и аустенитный чугун.

Чугун получают путем плавки передельного чугуна. Часто эта плавка осуществляется вместе со стальным и железным ломом. Он также включает в себя ряд этапов, которые приводят к удалению нежелательных элементов (фосфора и серы).

  • Основная цель этой обработки - снизить содержание углерода и кремния до желаемого уровня. Затем в расплав добавляют другие элементы.
  • Маленькая доменная печь, известная как вагранка, используется для плавки чугуна.
  • После завершения плавки расплавленный чугун удаляется из копилки доменной печи.
  • Окончательная форма изготовлена ​​методом литья.

Типы чугунов Во время затвердевания основная часть углерода выпадает в виде графита или цементита. Когда затвердевание только что завершается, осажденная фаза погружается в матрицу аустенита, которая имеет равновесную концентрацию углерода около 2 мас.%.При дальнейшем охлаждении концентрация углерода в аустените уменьшается по мере того, как из твердого раствора выпадает больше цементита или графита. В случае обычных чугунов аустенит затем разлагается на перлит при температуре эвтектоида. Однако в серых чугунах, если скорость охлаждения за счет температуры эвтектоида достаточно мала, то получается полностью ферритная матрица с отложением избыточного углерода на уже существующем графите.

  • Белый чугун: Белый чугун трудно поддается механической обработке, поскольку он твердый и хрупкий.
  • Серый чугун: из-за присутствия микроструктуры графита в матрице из преобразованного аустенита и цементита серый чугун более мягкий.
  • Чугун с шаровидным графитом: химический состав чугуна аналогичен составу серого чугуна, но содержит 0,05 мас.% Магния.
  • Ковкий чугун: один из самых популярных сплавов, используемых при литье. Он имеет широкое применение, включая автомобильные компоненты, промышленное оборудование, производство электроэнергии ветряными турбинами, клапаны, оборудование для кондиционирования воздуха, оборудование для газонов и сада, а также сельскохозяйственную продукцию.
  • Чугун с шаровидным графитом: Чугун с шаровидным графитом известен своей превосходной вязкостью и имеет широкое применение, например коленчатые валы.

Отливки из чугуна Сплавы чугуна широко используются в литейных изделиях из-за их характеристик, таких как прочность, хорошее соотношение прочности и веса, экономичная цена и доступность в изобилии, способность производить сложные геометрические формы. Отливки из чугуна используются в различных областях, таких как автомобилестроение, сельское хозяйство, бытовая техника и т. Д.

Преимущества в литье:
  • Семейство материалов, пригодных для различных инженерных и производственных приложений («семейство» включает серый чугун, высокопрочный чугун, чугун с компактным графитом, ковкий чугун и белый чугун).
  • Возможность литья со вставками из других материалов.
  • Способность изготавливать изделия очень сложной геометрии и профили различных размеров.
  • Возможность отливки сложных форм, а также профилей от очень тонких до очень толстых.
  • Хорошее соотношение прочности и веса.
  • В целом экономичнее, чем материалы конкурентов, и относительно невысокая стоимость единицы прочности по сравнению с другими материалами.
  • Превосходная демпфирующая способность, особенно для серого чугуна.
  • Возможность изменения конструкции и объединения двух или более деталей из других материалов в единую отливку, тем самым сокращая время и стоимость сборки.
  • Различные типы процессов литья для низкой, средней и высокой производительности.
  • Различные отливки из чугуна могут использоваться без термической обработки (как отливки), однако, при необходимости, они могут быть подвергнуты термообработке для улучшения общих свойств или определенных свойств, таких как твердость поверхности.

В чем разница между чугунным и кованым железом?

Люди могут подумать, что термин «чугун» относится ко всем ранним изделиям из железа, или что ранние изделия из железа всегда были «коваными», или что и то, и другое может быть правдой. Они будут неправы. На самом деле, основное различие между ними простое:

Чугун - это железо, которое было расплавлено, вылито в форму и остыло.

Кованое железо - это железо, которое нагревали и затем обрабатывали инструментами. Фактически, термин «обработанный» произошел от причастия прошедшего времени слова «работал».

Но давайте углубимся в подробности.

Чугун

«Чугун» - это общий термин, который относится к ряду сплавов железа, но обычно ассоциируется с наиболее распространенным серым чугуном. Хотя чугун может звучать как литая форма чистого железа, на самом деле это сплав, содержащий от 2 до 4% углерода, плюс меньшее количество кремния и марганца.Другие примеси, такие как сера и фосфор, также обычны.

Чугун получают путем плавки железной руды или чугуна (продукт добычи железной руды) и смешивания с ломом металлов и другими сплавами. Жидкую смесь разливают в формы и дают ей остыть и затвердеть. Из-за более высокого содержания углерода чугун затвердевает как гетерогенный сплав, поэтому он содержит несколько материалов в разных фазах в своей микроструктуре, что влияет на его физические свойства.
Например, в микроструктуре чугуна есть частицы углерода, которые при охлаждении металла образуют удлиненные чешуйки графита. Графит имеет низкую плотность и твердость, но высокую смазывающую способность. Таким образом, он предлагает немного структурных преимуществ, но он действительно ставит под угрозу окружающую железную матрицу, создавая точки внутреннего напряжения, которые могут привести к трещинам.

По сравнению с кованым чугуном или сталью чугун хрупкий, твердый и не ковкий. Его нельзя сгибать, растягивать или придавать форму молотком.Его слабая прочность на разрыв означает, что он сломается, прежде чем согнется или деформируется. Однако он обладает хорошей прочностью на сжатие и широко использовался в строительстве до появления сталелитейной промышленности в начале 20 века.

По сравнению со сталью чугун имеет более низкую температуру плавления, более текуч и менее реагирует с материалами форм, что делает его хорошо подходящим для литья. Это значительно менее трудоемкий процесс, чем изготовление изделий из кованого железа, поэтому он был заметной формой производства на протяжении 18 и 19 веков.В строительной отрасли чугун в значительной степени был заменен сталью, но он все еще используется во многих отраслях промышленности.

Кованое железо

Кованое железо состоит в основном из железа с добавлением от 1 до 2% шлака, побочного продукта плавки железной руды - обычно смеси оксидов кремния, серы, фосфора и алюминия. Во время изготовления утюг снимают с огня и обрабатывают молотком, пока он еще горячий, чтобы придать ему окончательную форму.

Кованое железо часто имеет волокнистый вид, но оно также мягче и пластичнее, чем чугун.Кованое железо очень ковкое, то есть его можно нагревать, повторно нагревать и обрабатывать в различных формах. На самом деле, чем больше работает, тем сильнее он становится.
Кованое железо имеет гораздо более высокий предел прочности на разрыв, чем чугун, что делает его более подходящим для использования в строительстве горизонтальных балок. В целом сильно противостоит переутомлению. Он деформируется без сбоев, если он не перегружен намного выше допустимой нагрузки или не деформируется из-за воздействия сильного тепла (например, из-за огня).

Он широко использовался в строительстве зданий в XIX веке, но в XX веке был заменен сталью.Сегодня кованое железо используется в основном в декоративных целях.

Коррозия

Чугун и кованое железо подвержены коррозии, когда оголенные поверхности подвергаются воздействию кислорода в присутствии влаги. В отличие от других металлов, которые образуют защитное окислительное покрытие, железо со временем ржавеет и полностью отслаивается. Это может быть непросто для наружных сред, где могут продолжаться осадки и влажность.

Во избежание ржавчины изделия из железа следует покрывать защитным покрытием.Краска обычно используется для защиты голого металла. Порошковые покрытия - это еще один метод, который хорошо подходит для уличной мебели, подверженной износу в местах с интенсивным движением. Порошковые покрытия очень долговечны и не выгорают, не трескаются и не трескаются в течение длительного времени.

Брэд Доне, вице-президент
Reliance Foundry Co. Ltd., Британская Колумбия, Канада

Ищете запчасти? Зайдите в SourceESB.

Чугун | Конструкция машины


К чугунам относятся многие металлы, обладающие широким спектром свойств.Хотя чугун часто считается простым металлом для производства и определения характеристик, металлургия чугуна более сложна, чем металлургия стали и большинства других металлов.

И стали, и чугуны в основном состоят из железа с углеродом в качестве основного легирующего элемента. Стали содержат менее 2 и обычно менее 1% углерода; все чугуны содержат более 2% углерода. Два процента - это максимальное содержание углерода, при котором железо может затвердеть как однофазный сплав со всем раствором углерода в аустените.Таким образом, чугуны по определению затвердевают как гетерогенные сплавы и всегда имеют более одного компонента в своей микроструктуре. Помимо углерода, чугуны также должны содержать кремний, обычно от 1 до 3%; таким образом, они на самом деле представляют собой сплавы железо-углерод-кремний.

Высокое содержание углерода и кремния в чугунах придают им отличную литейную способность. Их температуры плавления заметно ниже, чем у стали. Расплавленный чугун более текуч, чем расплавленная сталь, и менее вступает в реакцию с формовочными материалами.Образование графита более низкой плотности во время затвердевания делает возможным изготовление изделий сложной формы. Однако чугуны не обладают достаточной пластичностью для прокатки или ковки.

Содержание углерода в железе является ключом к его отличительным свойствам. Осаждение углерода (в виде графита) во время затвердевания противодействует нормальной усадке затвердевающего металла, создавая прочные сечения. Графит также обеспечивает отличную обрабатываемость (даже при износостойких уровнях твердости), гасит вибрацию и способствует смазке изнашиваемых поверхностей (даже в пограничных условиях смазки).Когда большая часть углерода остается в сочетании с железом (как в белом чугуне), присутствие твердых карбидов железа обеспечивает хорошую стойкость к истиранию.

В некоторых случаях микроструктура железа может быть полностью ферритной - той же составляющей, которая делает низкоуглеродистые стали мягкими и легко обрабатываемыми. Но феррит железа отличается, потому что он содержит достаточно растворенного кремния, чтобы устранить характерную липкую природу низкоуглеродистой стали. Таким образом, чугуны, содержащие феррит, не требуют добавок серы или свинца для беспрепятственной обработки.

Поскольку размер и форма отливки определяют скорость ее затвердевания и прочность, при выборе типа чугуна необходимо учитывать конструкцию отливки и соответствующий процесс литья. В то время как большинство других металлов определяется стандартным химическим анализом, один анализ чугуна может дать несколько совершенно разных типов чугуна, в зависимости от литейной практики, формы и размера отливки, все из которых влияют на скорость охлаждения. Таким образом, железо обычно определяется механическими свойствами.Однако для приложений, связанных с высокими температурами или требующих особой коррозионной стойкости, также могут быть указаны некоторые требования к анализу.

Изготовление моделей больше не является необходимым этапом при производстве чугунных деталей. Многие детали из серого, пластичного и легированного чугуна можно обрабатывать непосредственно из прутка, непрерывно разливаемого до почти чистой формы. Этот метод «детали без рисунка» не только экономит время и затраты на изготовление рисунка, непрерывный чугун также обеспечивает однородно плотную мелкозернистую структуру, по существу свободную от пористости, песка или других включений.Ключи к однородной микроструктуре металла - это ферростатическое давление и контролируемая температура затвердевания, которые являются уникальными для данного процесса.

Для каждого основного типа чугуна существует ряд марок с сильно различающимися механическими свойствами. Эти отклонения вызваны различиями в микроструктуре металла, окружающего графит (или карбидов железа). В одной отливке могут существовать две разные конструкции. Микроструктуру чугуна можно контролировать с помощью термической обработки, но после образования графита он остается.

Марки перлитного чугуна состоят из чередующихся слоев мягкого феррита и твердого карбида железа. Эта слоистая структура, называемая перлитом, является прочной и износостойкой, но при этом вполне поддается механической обработке. По мере того, как слои становятся более тонкими, твердость и прочность железа возрастают. Размер ламинирования можно регулировать термической обработкой или скоростью охлаждения.

Чугун, закаленный пламенем, индукционной закалкой или нагретый в печи с последующей закалкой в ​​масле, содержит мартенситную структуру.После отпуска эта структура обеспечивает обрабатываемость с максимальной прочностью и хорошей износостойкостью.

Методы спецификации: Спецификации ASTM для чугунных отливок основаны на методе, отличном от метода SAE. Спецификации ASTM обозначают свойства металла, которые должны быть получены в отдельном литом испытательном бруске соответствующего размера, который разливают в тех же условиях, что и отливки. Спецификации SAE, с другой стороны, требуют, чтобы микроструктура отливки соответствовала указанной марке металла и чтобы твердость каждой отливки в указанном месте находилась в указанном диапазоне.

С коммерческой точки зрения, спецификация ASTM чаще используется для общих инженерных приложений, когда прочность железа, необходимая для детали, была установлена. Спецификации SAE обычно используются для больших количеств литых деталей меньшего размера, например, используемых в автомобилях, а также в сельскохозяйственном и холодильном оборудовании. В этих случаях пригодность чугуна определенной марки устанавливается не только по конструктивным соображениям, но и по фактическим эксплуатационным испытаниям; цель спецификации - обеспечить единообразный продукт, сопоставимый с продуктами, признанными на опыте удовлетворительными.

Серый чугун: Это перенасыщенный раствор углерода в железной матрице. Избыток углерода выпадает в виде чешуек графита. Серый чугун обозначается двузначным обозначением; Класс 20, например, определяет минимальную прочность на разрыв 20 000 фунтов на квадратный дюйм. Кроме того, серый чугун определяется поперечным сечением и минимальной прочностью специального испытательного стержня. Обычно поперечное сечение испытательного стержня соответствует или относится к особенно критическому участку отливки.Эта вторая спецификация необходима, потому что прочность серого чугуна очень чувствительна к поперечному сечению (чем меньше поперечное сечение, тем выше скорость охлаждения и выше прочность).

Ударная вязкость серого чугуна ниже, чем у большинства других литых черных металлов. Кроме того, у серого чугуна нет четкого предела текучести (как определено классическими формулами), и его не следует использовать, когда остаточная пластическая деформация предпочтительнее разрушения. Еще одна важная характеристика серого чугуна, особенно для высокоточного оборудования, - это его способность гасить вибрацию.Демпфирующая способность определяется в основном количеством и типом чешуек графита. По мере уменьшения графита демпфирующая способность также уменьшается.

Высокая прочность на сжатие серого чугуна - от трех до пяти раз превышающая предел прочности - может быть использована в определенных ситуациях. Например, размещение ребер на стороне сжатия пластины вместо стороны растяжения дает более прочный и легкий компонент.

Серые чугуны обладают отличной износостойкостью. Даже более мягкие марки хорошо работают в определенных пограничных условиях смазки (например, в верхних стенках цилиндров двигателей внутреннего сгорания).

Для повышения твердости серого чугуна при абразивном износе можно добавлять легирующие элементы, использовать специальные методы литья или термообработку чугуна. Серый чугун можно закалить пламенным или индукционным методами, или литейный цех может использовать охлаждение в форме для получения закаленных поверхностей из белого чугуна.

Типичные области применения серого чугуна включают автомобильные блоки двигателей, шестерни, маховики, тормозные диски и барабаны, а также основания машин. Серый чугун хорошо используется в машиностроении из-за его хорошей усталостной прочности.

Ковкий чугун: Ковкое железо с шаровидным графитом содержит следовые количества магния, который, реагируя с серой и кислородом в расплавленном чугуне, выделяет углерод в виде небольших сфер. Эти сферы улучшают жесткость, прочность и ударопрочность высокопрочного чугуна по сравнению с серым чугуном. Различные сорта производятся путем контроля структуры матрицы вокруг графита, как в отливке, так и путем последующей термообработки.

Для обозначения ковкого чугуна используется трехкомпонентная система обозначений.Обозначение типичного сплава 60-40-18, например, определяет минимальный предел прочности на растяжение 60 000 фунтов на квадратный дюйм, минимальный предел текучести 40 000 фунтов на квадратный дюйм и 18% удлинение при 2 дюймах

.

Ковкий чугун используется в таких устройствах, как коленчатые валы, из-за его хорошей обрабатываемости, усталостной прочности и высокого модуля упругости; в зубчатых передачах для тяжелых условий эксплуатации из-за высокого предела текучести и износостойкости; и в дверных петлях автомобилей из-за их пластичности. Поскольку ковкий чугун содержит в качестве дополнительного легирующего элемента магний, он прочнее и устойчивее к ударам, чем серый чугун.Но хотя ковкий чугун также имеет более высокий модуль упругости, его демпфирующая способность и теплопроводность ниже, чем у серого чугуна.

По весу отливки из высокопрочного чугуна дороже серого чугуна. Однако, поскольку они обладают более высокой прочностью и лучшей ударопрочностью, общая стоимость деталей может быть примерно такой же.

Хотя это не новая технология обработки ковкого чугуна, за последние 5-10 лет она стала все более известной инженерному сообществу.В результате аустализа не образуется такой же тип структуры, как у стали, из-за высокого содержания углерода и кремния в железе. Матричная структура ковкого чугуна после закалки (ADI) отличает его от других чугунов, делая его действительно отдельным классом технических материалов.

Что касается свойств, матрица ADI почти вдвое превосходит обычный ковкий чугун, сохраняя при этом превосходную вязкость. Как и высокопрочный чугун, ADI не является одним материалом; скорее, это семейство материалов, имеющих различные комбинации прочности, ударной вязкости и износостойкости.К сожалению, отсутствие стандартной спецификации для материалов ограничило его широкое признание и использование. Чтобы помочь устранить эту проблему, Общество ковкого чугуна предложило спецификации свойств для четырех марок ковкого чугуна после закалки.

В настоящее время ADI применяется в транспортном оборудовании - автомобилях, грузовиках, а также в железнодорожных и военных транспортных средствах. Ожидается, что такие же улучшенные характеристики и экономия средств сделают эти материалы привлекательными в оборудовании для других отраслей, таких как горнодобывающая промышленность, землеройные работы, сельское хозяйство, строительство и станкостроение.

Белый чугун: Белый чугун получают путем «охлаждения» выбранных участков отливки в кристаллизаторе, что предотвращает осаждение графитового углерода. И серый, и ковкий чугун можно охладить, чтобы получить поверхность из белого чугуна, состоящего из карбида железа или цементита, который является твердым и хрупким. Однако в отливках, которые полностью выполнены из белого чугуна, состав железа выбирается в соответствии с размером детали, чтобы гарантировать, что объем вовлеченного металла может затвердеть достаточно быстро, чтобы создать структуру белого чугуна.

Главный недостаток белого чугуна - его хрупкость. Это можно несколько уменьшить, уменьшив содержание углерода или полностью сняв напряжение в отливке для придания сфероидальности карбидам в матрице. Однако эти меры увеличивают стоимость и снижают твердость.

Chills позволяют производить отливки с рабочими поверхностями и сердечниками из белого чугуна, которые являются более прочным и более легким в обработке серым или высокопрочным чугуном. Во время охлаждения та часть отливки, которая должна сопротивляться износу, охлаждается металлическим или графитовым теплоотводом (охлаждающим элементом) в кристаллизаторе.Когда расплавленное железо контактирует с холодом, оно затвердевает так быстро, что железо и углерод не могут диссоциировать.

Охлаждение не следует путать с закалкой при термической обработке, в которой задействован совершенно другой металлургический механизм. Белое железо, так называемое из-за его очень белого излома, может образовываться только во время затвердевания. Он не размягчается, кроме как при длительном отжиге, и сохраняет свою твердость даже при температуре выше 1000 ° F.

Белый чугун используется в основном для применений, требующих устойчивости к износу и истиранию, таких как футеровка мельниц и сопла для дробеструйной обработки.Другие применения включают железнодорожные тормозные колодки, валки прокатных станов, оборудование для смешивания глины и производства кирпича, а также дробилки и измельчители. Как правило, белый (нелегированный) белый чугун стоит дешевле, чем другие чугуны.

Чугун с компактным графитом: До недавнего времени железо с компактным графитом (CGI), также известное как вермикулярное железо, было в первую очередь лабораторной диковинкой. Он давно известен как промежуточное звено между серым чугуном и высокопрочным чугуном, он обладает многими полезными свойствами каждого из них. Однако из-за трудностей с контролем процесса и необходимости держать добавки сплава в очень жестких пределах, CGI было чрезвычайно трудно успешно производить в промышленных масштабах.Например, если добавление магния изменилось всего на 0,005%, результаты были бы неудовлетворительными.

Проблемы обработки были решены совместными усилиями разработчиков Foote Mineral Co. и Британской ассоциации исследований чугуна. Пакет с легирующими добавками содержит основные легирующие ингредиенты - магний, титан и редкоземельные элементы - в точно правильных пропорциях.

Прочность деталей CGI приближается к прочности высокопрочного чугуна. CGI также обладает высокой теплопроводностью, а его демпфирующая способность почти такая же, как у серого чугуна; Сопротивление усталости и пластичность аналогичны свойствам высокопрочного чугуна.Обрабатываемость превосходит чугун с шаровидным графитом, а производительность отливок высока, поскольку характеристики усадки и подачи больше похожи на характеристики серого чугуна.

Сочетание высокой прочности и высокой теплопроводности предполагает использование CGI в блоках двигателей, тормозных барабанах и выпускных коллекторах автомобилей. Пластины шестерен CGI заменили алюминий в шестеренчатых насосах высокого давления из-за способности железа сохранять стабильность размеров при давлении выше 1500 фунтов на квадратный дюйм.

Ковкий чугун: Ковкий чугун - это белый чугун, который путем двухэтапной термообработки был преобразован в состояние, в котором большая часть углерода содержится в виде графитовых узелков неправильной формы, называемых темперированным углеродом.Полученные свойства противоположны свойствам белого железа, из которого оно получено. Вместо того, чтобы быть твердым и хрупким, он податлив и легко обрабатывается. Отливки из ковкого чугуна обычно стоят немного дешевле, чем отливки из ковкого чугуна.

Три основных типа ковкого чугуна: ферритный, перлитный и мартенситный. Ферритные сорта более поддаются механической обработке и пластичны, тогда как перлитные сорта прочнее и тверже. Обычно мартенситные марки группируются с перлитными материалами; их можно рассматривать как продолжение (в конце диапазона более высокой прочности) перлитного ковкого чугуна.

В отличие от ферритного ковкого чугуна, микроструктура которого не содержит связанного углерода, перлитное ковкое железо содержит от 0,3 до 0,9% углерода в комбинированной форме. Поскольку эта составляющая может быть легко преобразована в самую твердую форму комбинированного углерода путем простого нагрева и закалки, отливки из перлитного ковкого чугуна могут быть выборочно упрочнены. Глубина затвердевания контролируется скоростью подводимого тепла, временем выдержки при температуре и скоростью закалки. Термическая обработка может обеспечить твердость поверхности примерно до C 60 по Роквеллу.

Углерод в ковком чугуне помогает удерживать и хранить смазочные материалы. В условиях экстремального износа поверхность перлитного ковкого чугуна изнашивается на безвредные частицы микронного размера, которые менее опасны, чем частицы железа других типов. Поверхность пористого ковкого чугуна улавливает абразивные частицы, которые скапливаются между поверхностями подшипников. На ковком чугуне могут образовываться полосы желчного пузыря, но истирание обычно не прогрессирует.

Отливки из ковкого чугуна часто используются для изготовления тяжелых опорных поверхностей в автомобилях, грузовиках, железнодорожном подвижном составе, а также в сельскохозяйственной и строительной технике.Марки перлитного класса обладают высокой износостойкостью и имеют твердость от 152 до более 300 Bhn. Однако применение ограничено отливками с относительно тонкими сечениями из-за высокой степени усадки и необходимости быстрого охлаждения для производства белого чугуна.

Высоколегированные чугуны: Высоколегированные чугуны - это ковкие, серые или белые чугуны, содержащие от 3 до более 30% сплава. Свойства специализированных литейных производств существенно отличаются от свойств нелегированного чугуна. Эти утюги обычно отличаются химическим составом, а также различными механическими свойствами.

Белые высоколегированные чугуны, содержащие никель и хром, образуют микроструктуру с мартенситной матрицей вокруг первичных карбидов хрома. Эта структура обеспечивает высокую твердость при экстремальной износостойкости и стойкости к истиранию. Чугуны с высоким содержанием хрома (обычно около 16%) сочетают износостойкость и стойкость к окислению с прочностью. Утюги, содержащие от 14 до 24% никеля, являются аустенитными; они обеспечивают отличную коррозионную стойкость для немагнитных применений. Чугуны с содержанием никеля 35% имеют чрезвычайно низкий коэффициент теплового расширения, а также немагнитны и устойчивы к коррозии.

Чугун | Металлургия для чайников

Чугун получают из передельного чугуна, и хотя он обычно относится к серому чугуну, он также определяет большую группу сплавов на основе железа, которые затвердевают с эвтектикой. По цвету изломанной поверхности можно идентифицировать сплав. Белый чугун назван в честь его белой поверхности при разрушении из-за примесей карбидов, которые позволяют трещинам проходить сквозь них. Серый чугун назван в честь его серой изломанной поверхности, которая возникает из-за того, что чешуйки графита отклоняют проходящую трещину и инициируют бесчисленные новые трещины по мере разрушения материала.

Чугун Автозапчасть

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 сталь.

Хотя это технически делает эти базовые сплавы тройными сплавами Fe-C-Si, принцип затвердевания чугуна понятен из бинарной фазовой диаграммы железо-углерод. Поскольку состав большинства чугунов находится в районе эвтектической точки системы железо-углерод, температуры плавления тесно коррелируют, обычно в диапазоне от 1150 до 1200 ° C (от 2102 до 2192 ° F), что составляет около 300 ° C (572 ° F). F) ниже точки плавления чистого железа.

Фазовая диаграмма Сталь и чугун

Чугун имеет тенденцию к хрупкости, за исключением ковкого чугуна. Обладая относительно низкой температурой плавления, хорошей текучестью, литейными качествами, отличной обрабатываемостью, устойчивостью к деформации и износостойкостью, чугуны стали конструкционным материалом с широким спектром применения и используются в трубах, машинах и деталях автомобильной промышленности, таких как цилиндры. головки (снижение использования), блоки цилиндров и коробки передач (снижение использования).Он устойчив к разрушению и разрушению в результате окисления (ржавчины).

Орнаменты чугунные

Чугун получают путем переплавки передельного чугуна, часто вместе с значительным количеством железного лома и стального лома, и принятия различных мер по удалению нежелательных загрязняющих веществ, таких как фосфор и сера. В зависимости от области применения содержание углерода и кремния снижается до желаемых уровней, которые могут 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.[необходима цитата] Железо иногда плавят в доменных печах особого типа, известных как вагранки, но чаще плавят в электрических индукционных печах. [необходима цитата] После завершения плавки расплавленное железо выливают в печь для выдержки или ковш.

Чугун Art

Свойства чугуна изменяются за счет добавления различных легирующих элементов или легирующих добавок. После углерода кремний является наиболее важным легирующим агентом, поскольку он вытесняет углерод из раствора. Вместо этого углерод образует графит, который делает чугун более мягким, уменьшает усадку, снижает прочность и плотность.Сера при добавлении образует сульфид железа, который предотвращает образование графита и увеличивает твердость.

Проблема с серой заключается в том, что она делает расплавленный чугун вялым, что приводит к краткосрочным дефектам. Чтобы противодействовать воздействию серы, добавляют марганец, потому что они превращаются в сульфид марганца, а не в сульфид железа. Сульфид марганца легче расплава, поэтому он имеет тенденцию всплывать из расплава в шлак. Количество марганца, необходимое для нейтрализации серы, равно 1.7 × содержание серы + 0,3%. Если добавить больше этого количества марганца, то образуется карбид марганца, который увеличивает твердость и охлаждение, за исключением серого чугуна, где до 1% марганца увеличивает прочность и плотность.

Фазовая диаграмма железа и углерода

Никель - один из наиболее распространенных легирующих добавок, поскольку он улучшает структуру перлита и графита, улучшает ударную вязкость и выравнивает разницу в твердости между толщиной сечения. Хром добавляется в ковш в небольших количествах для уменьшения содержания свободного графита, получения холода и потому, что он является мощным стабилизатором карбида; никель часто добавляют вместе.Можно добавить небольшое количество олова вместо 0,5% хрома. Медь добавляется в ковш или в печь в количестве от 0,5 до 2,5% для уменьшения холода, очистки графита и увеличения текучести.

Кухонный гарнитур из чугуна

Молибден добавляется от 0,3 до 1% для увеличения охлаждения и улучшения структуры графита и перлита; его часто добавляют в сочетании с никелем, медью и хромом для образования высокопрочных чугунов. Титан добавляется в качестве дегазатора и раскислителя, но он также увеличивает текучесть.От 0,15 до 0,5% ванадия добавляют в чугун для стабилизации цементита, увеличения твердости и повышения устойчивости к износу и нагреванию. Цирконий от 0,1 до 0,3% способствует образованию графита, раскислению и увеличению текучести. В расплавы ковкого чугуна добавляют висмут в диапазоне от 0,002 до 0,01%, чтобы увеличить количество кремния, которое можно добавить. В белое железо бор добавлен, чтобы помочь в производстве ковкого чугуна, он также снижает эффект огрубления висмута.

Машинный блок из чугуна

Серый чугун

Серый чугун характеризуется своей 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 остальное - железо. Серый чугун имеет меньшую прочность на растяжение и ударопрочность, чем сталь, но его прочность на сжатие сопоставима 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 цементита метастабильной фазы, Fe3C, а не графита.Цементит, который выделяется из расплава, образует относительно большие 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, так что структура представляет собой твердый хрупкий карбид железа без свободного графита. Белый чугун широко используется при абразивном износе, связанном с дроблением, шлифованием, фрезерованием и обработкой абразивных материалов

Эти эвтектические карбиды слишком велики, чтобы обеспечить дисперсионное твердение (как в некоторых сталях, где выделения цементита могут препятствовать пластической деформации, препятствуя движению дислокаций через ферритную матрицу).

Скорее, они увеличивают объемную твердость чугуна просто за счет своей очень высокой твердости и значительной объемной доли, так что объемная твердость может быть аппроксимирована правилом смесей. В любом случае они предлагают твердость за счет прочности. Поскольку карбид составляет значительную часть материала, белый чугун с полным основанием можно отнести к кермету.

Микроструктура белого чугуна

Белый чугун слишком хрупкий для использования во многих конструктивных элементах, но с хорошей твердостью и стойкостью к истиранию и относительно низкой стоимостью он находит применение в таких областях, как износостойкие поверхности (рабочее колесо и спиральная камера) шламовых насосов, гильзы и подъемные стержни шаровые мельницы и мельницы автогенного помола, шары и кольца в измельчителях угля, а также зубья ковша экскаватора (хотя для этого применения более распространена литая среднеуглеродистая мартенситная сталь).

Ковкий чугун

Ковкий чугун представляет собой отливку из белого чугуна, которую затем подвергают термообработке при температуре около 900 ° C (1650 ° F). В этом случае графит отделяется гораздо медленнее, так что поверхностное натяжение успевает превратить его в сфероидальные частицы, а не хлопья. Из-за их более низкого соотношения сторон сфероиды относительно короткие и далеко друг от друга, и имеют меньшее поперечное сечение по сравнению с распространяющейся трещиной или фононом.

Микроструктура ковкого чугуна
Деталь фитинга из ковкого чугуна

У них также есть тупые границы, в отличие от чешуек, что снижает проблемы концентрации напряжений, с которыми сталкивается серый чугун.В целом ковкий чугун по своим свойствам больше похож на низкоуглеродистую сталь. Существует предел того, насколько большая деталь может быть отлита из ковкого чугуна, поскольку она сделана из белого чугуна.

Детали из ковкого чугуна

Ковкий чугун

Более поздней разработкой является чугун с шаровидным графитом или ковкий чугун. Крошечные количества магния или церия, добавленные к этим сплавам, замедляют рост выделений графита за счет связывания с краями графитовых плоскостей.

Микроструктура чугуна с шаровидным графитом

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

Вам нужны ссылки на книги о чугуне? здесь…

Возможно вам понравится

Случайные сообщения

  • Как производится алюминий
    Производство алюминия осуществляется в два этапа: процесс Байера по переработке бокситовой руды для получения оксида алюминия ...
  • Глоссарий по металлургии
    Активность: функция химического потенциала системы.Сплав: металлическое вещество, состоящее из двух или более ...
  • Композиционные материалы
    Композиционные материалы образуются путем объединения двух или более материалов, которые имеют совершенно разные свойства.

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Спецификация Тип Предел прочности (мин) тыс. Фунтов / кв. Дюйм Твердость (мин) (BHN)
Ni-Resist
Ni-Resist D-3 55 139-202
Ni-Resist D-3A 55 131 Сплав 193