Tehnik-ast.ru

Электро Техник
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

В белом чугуне углерод находится в виде

Чугун

Чугунный чайник

Углерод придаёт сплавам железа твёрдость, снижая пластичность и вязкость. Углерод в чугуне может содержаться в виде цементита и графита. В зависимости от формы графита и количества цементита, выделяют белый, серый, ковкий и высокопрочный чугуны.

Чугуны содержат постоянные примеси – Si, Mn, S, P, а в некоторых случаях также легирующие элементы – Cr, Ni, V, Al и другие.

Температура плавления чугуна — от 1150-1 200°C (2100-2 190°F), что примерно на 300°C (572°F) ниже, чем у чистого железа.

Чугун и производимая из него в кислородных конвертерах сталь являются основой современной техники и технологии. В ряду конструкционных материалов они, безусловно, стоят на первом месте и не уступят его еще долгое время, несмотря на все более широкое применение легких цветных металлов, полимерных и керамических материалов. (Уже сегодня число сплавов на основе железа превысило 10 тысяч!)

Виды чугуна

Белый чугун

Название получил благодаря тому, что цементит в изломе светлый.
Весь углерод в белом чугуне находится в связанном виде – Fe3C. В зависимости от количества углерода делятся на:
— эвтектические (4,3 % углерода);
— заэвтектические (4,3-6,67 % углерода).
Белые чугуны применяются в основном для изготовления ковких чугунов, которые получают путём отжига.

Серый чугун

Излом такого чугуна из-за наличия графита имеет серый цвет.
Серый чугун — это сплав железа, кремния (от 1,2- 3,5 %) и углерода, содержащий также постоянные примеси Mn, P, S. В структуре таких чугунов большая часть или весь углерод находится в виде графита пластинчатой формы.

Ковкий чугун

Ковкий чугун получил своё название из-за повышенной пластичности и вязкости (хотя обработке давлением не подвергается).
Ковкий чугун получают длительным отжигом белого чугуна, в результате которого образуется графит хлопьевидной формы. Металлическая основа такого чугуна: феррит и реже перлит.
Маркируется ковкий чугун двумя буквами и двумя числами, например КЧ 370-12. Буквы КЧ означают ковкий чугун, первое число — предел прочности (в МПа) на разрыв, второе число — относительное удлинение (в процентах), характеризующее пластичность чугуна.
Ковкий чугун обладает повышенной прочностью при растяжении и высоким сопротивлением удару. Из ковкого чугуна изготавливают детали сложной формы.

Высокопрочный чугун

Высокопрочный чугун имеет в своей структуре шаровидный графит, который образуется в процессе кристаллизации. Шаровидный графит ослабляет металлическую основу не так сильно, как пластинчатый, не является концентратором напряжений, что повышает прочность материала.
Наиболее часто высокопрочный чугун применяется для изготовления изделий ответственного назначения в машиностроении, а также для производства высокопрочных труб (водоснабжение, водоотведение, газо-, нефте-проводы). Изделия и трубы из высокопрочного чугуна отличаются высокой прочностью, долговечностью, высокими эксплуатационными свойствами.

ГравюраИстория чугунолитейного производства

Историей чугуна всегда представляла интерес лишь для сравнительно узкого круга специалистов. Хотя роль этого “неприметного” с виду материала в развитии производительных сил в различные эпохи трудно переоценить.

Чугун как литейный материал был изобретен и освоен в Китае до нашей эры, о чем свидетельствуют четырехзарядная чугунная пушка, отлитая в V веке до н.э. и другие чугунные отливки, самой крупной из которых считается «лев» высотой около 6 м и длиною 5,4 м. По письменным свидетельствам, появление чугуна в Китае относится, по меньшей мере к VI веку до н.э. Несмотря на это существует мнение, что литье чугуна было освоено только 600 лет назад. В первую очередь такие разногласия объясняются тем, что в Европе долгое время производили сыродутное железо. Например, высокоразвитые скифские племена, проживавшие с VIII в до н.э. до конца II века н.э., чугунного литья не знали.

Феномен опережения китайцами на полторы тысячелетия в вопросе производства чугуна объяснить достаточно просто. Из всех известных в древнем мире стран, только в Китае железо восстанавливалось из руды каменным углем, тогда как другие использовали древесный.

Применяемая руда содержала от 0,5 до 1% Р, так что чугун, полученный из этой руды, не должен содержать свыше 1% Р. Отливки же содержали от 5 до 7% Р, причем дополнительное количество было получено из угля. Таким образом, китайцы научились получать сплав, близкий к фосфидной эвтектике, т.е. металл с точкой плавления примерно на 100° ниже бронзы. Этим объясняется и сравнительно широкое распространение чугунных отливок в Китае в давно прошедшие времена и тот, на первый взгляд удивительный, факт, что ни Индия, ни Греция, ни Фергана, ни Россия, покоренная Батыем, имевшие возможность познакомиться с китайским опытом, не могли развить это производство у себя, так как не имели подходящего сырья.

Но все-таки главной причиной успеха китайцев в производстве чугуна пожалуй является то, что они более чем на 1500 лет раньше европейцев научились добывать руды и достигли больших успехов в области плавки бронзы и устройства печей к моменту появления железа.

Необъятная монгольская империя в значительной степени облегчила ознакомление европейцев с культурными достижениями китайцев и жителей Средней Азии. Период нашествия татар, сопоставимый по датам путешествиями первых европейских послов-разведчиков на Восток — Плано де Карпини (1246), Асцелина (1247), Марко Поло и других, помогли на ряду с шелком и порохом проникнуть и технологии литья чугуна.

Древняя Русь имела непосредственные связи с Золотой Ордой, в столице которой проживало много русских, имевших там отдельные торговые и ремесленные ряды и даже отдельную епархию, и была в более благоприятных, нежели западные страны, условиях для освоения китайских и хорезмийских достижений в области техники. Поэтому логично, что русское слово — чугун происходит от таджикского слова «чуян» (по татарски «чуен»). Этот термин и для таджиков, и для татар является принесенным извне, а именно от китайцев, у которых термин «чу» («чжу») соответствует глаголу «лить», а термин «гун» равнозначен названию «литейное дело» (производство).

Читайте так же:
Инструмент для выкручивания сломанных шпилек

На Руси уже при Василии III отливались чугунные ядра, а при Иване Грозном отливались и чугунные колокола и пушки, то есть – к этому времени чугунолитейное дело на Руси уже имело долголетнюю практику.

Тем не менее, в России развитие чугунолитейного производства как бы вновь началось параллельно с Европой, когда изобретение более мощных воздуходувных устройств дало возможность перейти к более высоким печам для получения железа, в которых чугун получался вследствие науглероживания восстановившегося железа, на первых порах неожиданно для тогдашних металлургов. Кроме того устойчивый спрос на чугунные ядра, а затем и чугунные пушки создал прочную экономическую основу для молодого производства.

Как самостоятельная отрасль промышленности, чугунолитейное производство выделилось металлургии лишь в конце ХІХ – начале ХХ веков с появлением небольших печей (вагранок), способных плавить металл, обеспечивая достаточный его перегрев и обеспечивая расплавленному чугуну достаточную жидкотекучесть и другие литейные свойства. При литье чугуна перестали использовать только металл первой плавки, а сам чугун стал распространенным конструкционным материалом.

Влияние элементов на свойства чугуна

Микроструктура чугунов (табл. 1) зависит от скорости охлаждения металла: при быстром охлаждении будет белый чугун (углерод находится в химически связанном состоянии в виде цементита и ледебурита), а при медленном охлаждении будет серый чугун (углерод находится в виде графита).

Табл. 1. Марки и механические свойства чугуна разлиных типов.

ГруппаМарка чугунаσВ, МПаНВδ
серыеСЧ10100120. 150
СЧ15150130. 241
...
СЧ35350179. 290
ВысокопрочныеВЧ35350140. 17022
ВЧ40400140. 20215
....
ВЧ1001000270. 3602
КовкиеКЧ30-63001636
КЧ33-83301638
КЧ37-1237016312
....
КЧ63-26302692

Кремний Si способствует графитизации чугуна, и улучшает его литейные свойства. В серых чугунах содержится 0,8 …4,5 % Si.

Марганец Mn способствует отбеливанию чугуна, но содержание Mn до 1,2% полезно, т.к. увеличиваются твердость и прочность чугуна.

Фосфор Р повышает жидкотекучесть чугуна, поэтому допустимо его содержание до 0,4%, но в ответственных чугунных отливках содержится фосфора менее 0,15%, т.к. с ростом содержания его увеличивается хрупкость чугуна.

Сера S затрудняет графитизацию, увеличивает хрупкость и ухудшает жидкотекучесть чугуна, поэтому серы в чугунах должно быть не более 0,1%.

Серые чугуны делятся на модифицированные, высокопрочные и ковкие (табл. 2).

В серых чугунах графит имеет пластинчатую форму, в высокопрочных — шаровидную, а в ковких — хлопьевидную.П римеры обозначения чугунов:

Табл. 2 — Влияние химических элементов на свойства чугуна

Серый чугунВысокопрочный чугунКовкий чугун
Углерод
Повышенное содержание углерода приводит к уменьшению прочности, твердости и увеличению пластичности; углерод улучшает литейные свойства чугунаУвеличенное содержание углерода улучшает литейные свойства чугунаУглерод — основной регулятор механических свойств ковкого чугуна; чугун обладает низкой жидкотекучестью и требует высокого перегрева
Кремний
Кремний (с учетом содержания углерода) способствует выделению графита и снижает твердость, а также уменьшает усадку; повышенное содержание кремния снижает пластичность и несколько увеличивает твердостьС повышением содержания кремния возрастает предел прочности при растяжении, при дальнейшем увеличении содержания — уменьшаются предел прочности при растяжении и относительное удлинениеДля ферритного ковкового чугуна суммарное содержание кремния и углерода должно быть 3,7-4,1%. Содержание кремния зависит от количества углерода и толщины стенки. При содержании кремния до 1,5% механические свойства сплава повышаются
Марганец
Марганец тормозит выделение графита, способствует размельчению перлита и отбеливанию чугуна; взаимодействуя с серой, нейтрализует ее вредное действие. Механические свойства чугуна повышаются при содержании марганца до 0,7-1,3 %, а при дальнейшем увеличении — снижаются. Марганец увеличивает усадку сплаваС повышением содержания марганца уменьшается доля феррита и увеличивается количество перлита; при этом повышается предел прочности при растяжении и уменьшается относительное удлинение. Для повышения износостойкости содержание марганца увеличивают до 1,0- 1,3%Марганец увеличивает количество связанного углерода, повышает прочность феррита. При повышении содержания марганца до 0,8-1,4% увеличивается количество перлита, прочность сплава повышается, но резко падает пластичность и ударная вязкость. В ферритном чугуне содержание марганца не должно превышать 0,6%, в перлитном — 1,0%
Магний
Для образования графита шаровидной формы содержание магния должно быть не ниже 0,03%, а церия не ниже 0,02% (остаточное содержание). При более низком содержании не весь графит получает шаровидную форму; часть его содержится в виде пластинок, что снижает механические свойства сплава. При повышенном содержании магния (и церия) в структуре сплава образуется цементит и, следовательно, снижаются механические свойства. Оптимальное содержание остаточного магния — 0,04-0,08%
Сера
Сера снижает прочность и пластичность, но несколько повышает износостойкость сплава, считается вредной примесью, придает чугуну красноломкость (образование трещин при высоких температурах), препятствует выделению графитаЧем выше содержание серы в исходном чугуне, тем труднее получить полностью шаровидную форму графита и, следовательно, высокие механические свойстваСодержание серы в ферритном ковком чугуне, модифицированном алюминием, может быть повышено до 0,2 %; при этом механические свойства возрастают за счет улучшения формы графита. Определяющее влияние на механические свойства чугуна оказывает отношение содержания марганца и серы, которое должно быть в пределах 0,8-3,0
Фосфор
Фосфор на процесс графитизации углерода влияет слабо, но повышает жидкотекучесть сплава, придает чугуну хладноломкость, т. е. хрупкостьФосфор оказывает существенное влияние на структуру и механические свойства. Чтобы получить чугун с высокой пластичностью, содержание фосфора не должно превышать 0,08%. Для получения чугуна с невысокой пластичностью содержание фосфора увеличивают до 0,12-0,15%Фосфор оказывает такое же, как для серого чугуна влияние на структуру и механические свойства сплава
Никель
Никель — легирующий элемент, благоприятно влияет на выравнивание механических свойств в отливках с различной толщиной стенок, повышает твердость на 10 НВ. С увеличением содержания никеля возрастает коррозионная стойкость и улучшается обрабатываемость сплаваНикель влияет на тепло- и электропроводность, а также на коррозионную стойкость и жаростойкость сплава. С увеличением содержания никеля эти свойства повышаютсяНикель способствует графитизации углерода и увеличивает количество перлита в металлической основе сплава
Хром
Хром — карбидообразующий элемент. С увеличением хрома растет прочность и твердость отливок, замедляется процесс графитизации углеродаС увеличением содержания хрома в определенных пределах повышается жаростойкость, коррозионная стойкость и износостойкость сплаваХром замедляет процесс графитизации углерода. Содержание хрома в сплаве не превышает 0,06-0,08%; повышение содержания до 0,1 -0,12% приводит к образованию в структуре сплава стойких карбидов
Молибден
Молибден — легирующий элемент; замедляет процесс графитизации углерода и способствует карбидообразованию. С увеличением содержания молибдена повышается твердость без ухудшения обрабатываемости и возрастает сопротивление износуМолибден способствует измельчению перлита и графитовых включений, увеличивает предел прочности на 3-7 кгс/мм 2 при содержании молибдена 0,5%; замедляет процесс графитизации углерода
Медь
Медь способствует графитизации углерода, увеличивает жидкотекучесть, повышает прочность и твердость сплаваПри содержании в сплаве 1 % меди прочность при растяжении повышается до 40%, а текучесть — до 50 % и соответственно при 2% меди — до 65% и до 70%. Содержание меди более 2% препятствует образованию в структуре сплава шаровидного графитаМедь способствует графитизации углерода и увеличивает содержание в сплаве перлита
Читайте так же:
Как регулировать газовый редуктор на авто

Небольшие количества множества элементов могут попасть в состав литейного чугуна и оказывать заметное воздействие на структуру и свойства отливок. Добавки некоторых из этих элементов производят специально, в то время как другие представляют собой примеси, привнесенные в металл из шихты. Некоторые из этих элементов оказывают положительное воздействие, особенно в сером чугуне, в то время как другие оказывают отрицательное воздействие и попадания их с расплав следует избегать. В таблице перечислены обычные источники этих элементов, часто встречающиеся уровни их содержания и основное воздействие на чугун. Результаты применения некоторых элементов в качестве основных легирующих (например, хром), в таблице не указаны.

§ 2. ЖЕЛЕЗОУГЛЕРОДИСТЫЕ СПЛАВЫ. Чугун.

Итак, давайте узнаем, какие железоуглеродистые сплавы называют чугунами.

Понятие

Чугуном называется железоуглеродистый сплав с содержанием углерода, то есть под ним понимается материал, который состоит из сплава железа и углерода. Процентное содержание углерода в чугуне составляет более 2,14%. Последний элемент может входить в чугун в виде графита или цементита.

Данное видео рассказывает об особенностях чугуна:

Разновидности

Различают белый и серый чугун.

  • Углерод в белом чугуне представлен в виде карбида железа. Если переломить его, то можно увидеть белый отлив. В чистом виде белый чугун не используют. Его добавляют к процессу производства ковкого чугуна.
  • На изломе серый чугун имеет серебристый отлив. У этого вида чугуна большая сфера использования. Он хорошо поддается обработке резцами.

Кроме этого, чугуны бывают высокопрочные, ковкие и со специальными свойствами.

  • Высокопрочный чугун используют в целях повышения прочности изделия. Механические свойства такого чугуна позволяют это сделать на отлично. Высокопрочный чугун получают из серого в результате добавление к массе примеси магния.
  • Ковкий чугун — это разновидность серого. Название не означает, что этот чугун легко подвергают ковке. Он обладает повышенными свойствами пластичности. Его получают помощью отжига из белого чугуна.
  • Различают так же половинчатый чугун. В нем некоторая часть углерода находится виде графита, а оставшиеся часть в форме цементита.

Особенные черты

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

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

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

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

Плюсы и минусы

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

К плюсам чугуна относят:

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

К минусам чугуна относят:

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

Маркировка белого чугуна

Для маркировки белого чугуна применяют буквы русского алфавита и цифры. Если в нём имеются примеси, то маркировка начинается с буквы «Ч». Состав имеющихся легирующих добавок можно определить по последующим буквам П, ПЛ, ПФ, ПВК. Они свидетельствую о наличии кремния. Если полученный металл обладает повышенной износостойкостью, то его маркировка будет начинаться с буквы «И», например ИЧХ, ИЧ. Например, наличие в маркировке обозначения «Ш», означает, что в структуре сплава имеется графит шаровидной формы.

Цифры указывают на количество дополнительных веществ, присутствующих в белом чугуне.

Марка ЧН20Д2ХШ расшифровывается следующим образом. Это жаропрочный высоколегированный металл. Он содержит следующие элементы: никеля — 20%, меди — 2%, хрома — 1%. Остальные элементы — это железо, углерод, графит шаровидной формы.

Читайте так же:
Гибка и обработка металла

Свойства и характеристики

Чугун обладает следующими свойствами:

  1. Физическими. К этим характеристикам относятся: удельный вес, коэффициент линейного расширения, действительная усадка. Удельный вес меняется в зависимости от содержания в материале углерода.
  2. Тепловыми. Теплопроводность материала принята рассчитывать по правилу смещения. Для твердого чугуна объемная теплоемкость равна 1 кал/см3*оС. Если чугун жидкий, то она равна примерно 1,5 кал/см3*оС.
  3. Механическими. Эти свойства зависят от самой основы, а так же от размеров и формы графита. Самым прочным считается серый чугун с перлитной основой, а самым пластичным — с ферритной основой. Максимальное снижение прочности наблюдается при форме графита «пластинка», а минимальное – при форме «шар».
  4. Гидродинамическими. Вязкость в чугуне меняется в зависимости от наличия марганца и серы. Так же она резко возрастает когда температура чугуна переходит точку начала затвердевания.
  5. Технологическими. Чугун обладает отличными литейными свойствами, стойкости к износу и вибрации.
  6. Химическими. По электродному потенциалу (по мере убывания) структурные составляющие чугуна располагаются в следующем виде: цементит — фосфидная эвтектика — феррит.

Отличия чугуна от стали по химическому составу и свойствам

На свойства чугуна влияют специальные примеси.

  • Так добавление серы позволяет существенно уменьшить жидкотекучесть и снизить тугоплавкость.
  • Добавление фосфора одновременно дает возможность создать изделие сложной формы, но не дает ему повышенной прочности.
  • Примесь в виде кремния делает температуру плавления не такой высокой и значительно улучшает свойства литья. Различное процентное содержания кремния позволяет создать разный чугун: от чисто-белого до ферритного.
  • Марганец ухудшает литейные и технологические свойства, но повышает прочность и твердость.

Помимо названных примесей в состав чугуна могут входить и другие компоненты. Тогда такие материалы будут называться легированными. Наиболее часто в чугун примешивают титан, хром, алюминий, никель и медь.

Далее вы узнаете, какие элементы входят в хим.состав чугуна.

О том, как сварить чугун электросваркой, расскажет видеоролик ниже:

Характерные черты и свойства чугуна

Этот металлический сплав обладает такими свойствами:

  1. Физические свойства: удельный вес, действительная усадка, коэффициент линейного расширения. Например, содержание углерода в чугуне напрямую влияет на его удельный вес.
  2. Тепловые свойства. Теплопроводность обычно рассчитывают по правилу смещения. Для твердого состояния металла объемная теплоемкость составляет 1 кал/см3*оС. Если металл находится в жидком состоянии, то она примерно равна 1,5 кал/см3*оС.
  3. Механические свойства. Примечательно, что на эти свойства влияет как сама основа, так и форма и размеры графита. Серый чугун с перлитной основой является наиболее прочным, а с ферритной — самым пластичным. Пластинчатая форма графита характеризуется максимальным снижением прочности, в то время как у шаровидной формы это снижение минимально.
  4. Гидродинамические свойства. Наличие в составе марганца и серы влияет на вязкость материала. Также она имеет свойство увеличиваться, когда температура сплава переходит точку начала затвердевания.
  5. Технологические свойства. Этому металлу характерны отличные литейные качества, а также стойкость к износу и вибрации.
  6. Химические свойства. По мере убывания электродного потенциала структурные составляющие сплава располагаются в следующем порядке: цементит — фосфидная эвтектика — феррит.

На свойства сплава также оказывают влияние специальные примеси:

  • Добавление серы значительно уменьшает текучесть и снижает тугоплавкость.
  • Фосфор позволяет изготовить изделия разнообразной формы, но при этом уменьшает его прочность.
  • Добавление кремния уменьшает температуру плавления материала, а также заметно улучшает литейные свойства. Содержание кремния в различном процентном соотношении дает возможность получить сплавы разного цвета: от ферритного до чисто белого.
  • Присутствие в сплаве марганца значительно повышает твердость и прочность материала, но при этом ухудшаются его литейные и технологические качества.
  • Кроме этих примесей в состав сплава могут также входить иные компоненты. В таком случае материалы называют легированными. Чаще всего к чугуну примешиваются титан, алюминий, хром, медь и никель.

Структура и состав

Если рассматривать чугун как структурный материал, то он представляет собой металлическую полость с графитными включениями. Структура чугуна это в основном перлит, ледебурит и пластичный графит. При этом у каждого вида чугуна эти элементы преобладают в разных пропорциях или отсутствуют совсем.

По структуре чугуны бывают:

  • перлитные,
  • ферритные и
  • ферритно-перлитный.

Графит присутствует в этом материале в одной из форм:

  • Шаровидная. Графит приобретает такую форму при добавлении присадки магния. Шаровидная форма графита характерна для высокопрочных чугунов.
  • Пластичная. Графит похож на форму лепестков. В такой виде графит присутствует в обычном чугуне. Этот чугун обладает повышенными свойствами пластичности.
  • Хлопьевидный. Графит приобретает такую форму в результате отжига белого чугуна. Графит в хлопьевидном виде находится у ковкого чугуна.
  • Вермикулярный. Графит названной форма находится у серого чугуна. Она была разработана специально для улучшения пластичных и прочих свойств.

Производство металла


Чугун производят в специальных доменных печах. Основное сырье для получения чугуна – это железная руда. Технологический процесс заключается в восстановлении оксидов железа руды и получении на выходе другого материала – чугуна. Для изготовления чугуна используются следующее топливо: кокс, природный газ и термоантрацит.

После восстановления руды железо имеет твердую форму. Далее его опускают в специальную часть печи (распар), где происходит растворение в железе углерода. На выходе получается жидкий чугун, который опускается в нижнюю часть печи.

Читайте так же:
Как согнуть трубу глушителя своими руками

Цена на чугун (за 1 кг) зависит от количества углерода в нем, от наличия дополнительных примесей и легирующих компонентов. Примерно цена тонны чугуна будет составлять 8000 рублей.

Преимущества чугуна

Ключевые достоинства чугуна видно сразу, если проанализировать те области, где используется данный сплав и изучить качественные характеристики материала. Среди основных преимуществ можно выделить следующие:

  1. Широкий спектр применения.
  2. Приемлемая стоимость и относительная простота производственного процесса.
  3. Замечательные литьевые характеристики.
  4. Высокая прочность.
  5. Чугун легко поддается ковке.
  6. Отличается длительным сроком службы.

Области применения

Чугун распространен во многих сферах.

  • Его используют для производства деталей в машиностроении. В основном из чугуна делают блоки для двигателей и коленчатые валы. Для последних требуется усовершенственный чугун, в который добавляют специальные добавки из графита. Благодаря устойчивости чугуна к трению из него делают тормозные колодки отличного качества.
  • Чугун может бесперебойно работать даже при сильно низких температурах. Поэтому его часто используют в производстве деталей машин, которым придется работать в жестких климатических условиях.
  • Хорошо зарекомендовал себя чугун в металлургической области. Его ценят за относительно небольшую цену и отличные литейные свойства. Изготовленные из чугуна изделия характеризуются отличной прочностью и износостойкостью.
  • Из чугуна делают большое множество сантехнических изделий. К ним можно отнести раковины, батареи, мойки и различные трубы. Особо славятся чугунные ванны и радиаторы отопления. Некоторые из них служат в квартирах по настоящее время, хотя приобретены были много лет назад. Чугунные изделия сохраняют свой первоначальный вид и не нуждаются в реставрации.
  • Благодаря хорошим литейным свойствам из чугуна получают настоящие произведения искусства. Его часто применяют в изготовлении художественных изделий. Например, таких как красивые ажурные ворота или памятники архитектуры.

Выбираете ванну? Не знаете, что лучше, чугунная или стальная? Тогда это видео поможет вам:

В белом чугуне углерод находится в виде

Чугун— сплав железа с углеродом с содержанием углерода более 2.14%. Чугун также содержит некоторые другие химические элементы. Чугуны, в зависимости от того, в какой форме в чугуне находится углерод, подразделяют на высокопрочный(ВЧ), серый чугун (СЧ), ковкий чугун (КЧ), белый чугун (БЧ).

Белый чугун — в данном виде чугуна углерод находится в связанном состоянии, в виде цементита. БЧ очень твердый и хрупкий, потому в производстве применяется редко. БЧ используют в тех случаях, когда деталь работает на износ. Также применяют для изготовления КЧ.

Ковкий чугун— получают из белого чугуна, путем отжига.

Серый чугун— в таком чугуне графит находится в виде пластинчатых лепестков. Подобные включения негативно сказываются на пластинчатые свойства чугуна, на его прочность при растяжении.

Высокопрочный чугун— чугун, в котором графит находится в виде шарообразных включений. Шаровидный графит повышает прочность и пластичность чугуна. ВЧ получается модифицированием.

По процентному содержанию углерода чугуны делятся на доэвтектические (с менее 4.3%), эвтектические и заэвтектические.

Практически все механические свойства чугуна зависят от микроструктуры чугуна и его химического состава. Сама же микроструктура зависит от скорости охлаждения отливки.

В случае быстрого охлаждения графит в чугуне будет находиться в связанном состоянии, в виде цементита.

Выделению углерода в виде графитовых включений способствуют следующие химические элементы: углерод, кремний, медь, никель. Элементы, препятствующие выделению графитовых включений: хром, марганец, сера

На структуру и механические свойства графита огромное влияние оказывает его химический состав.

Кремний— снижает прочность чугуна за счет того, что кремний снижает растворимость углерода, что приводит к увеличению размеров графитовых включений.

Марганец — уменьшает влияние серы, образуя с ней сульфид марганца.

Сера — тормозит графитизацию чугуна, образовывая хрупкую эвтектику.

Фосфор — улучшает жидкотекучесть, на графитизацию практически не влияет. При малом содержании полностью растворяется в чугуне.

Хром увеличивает прочность чугуна при повышенных температурах и многократных нагреваниях, поэтому его вводят в состав жаростойких и окалиностойких чугунов. Хром повышает твердость, сопротивление износу, коррозии в морской воде и слабых растворах кислот, но увеличивает хрупкость чугуна.

Никель повышает коррозионную стойкость чугунных отливок в морской воде и щелочах.

Медь увеличивает сопро­тивление чугуна коррозии в атмосферных условиях, в растворах со­лей, кислот, нефти.

Молибден повы­шает прочность и твердость доэвтектических чугунов, а также кратковременную прочность чугуна при высоких температурах, теплостойкость, сопротивление износу и ударную вяз­ кость. Молибден улучшает жаропрочность чугуна и в этом отношении

превосходит все другие элементы.

Титан нейтрализует действие хрома в чугуне,

являясь модификатором, вследствие чего отпадает необходимость повышения содержания кремния. Титан способствует повышению механических свойств, особенно прочности высокоуглеродистых чугунов.

КЛАССИФИКАЦИЯ СЕРЫХ ЧУГУНОВ

По составу основной металлической массы отливки из серого чугуна могут быть четырех типов.

Перлитно-цементитный чугун (П+ Ц+ Г) состоит из перлита, включений структурно-свободного цементита и пла­стинчатого графита. Такую структуру можно получить при пони­женном содержании кремния в чугуне и быстром охлаждении отли­вок в форме. Эти чугуны обладают повышенной прочностью и плохо обрабатываются резцом. При модифицировании магнием или церием можно получить высокопрочный чугун с перлитно-цементитной структурой и шаровидным графитом.

Перлитный серый чугун (П + Г) состоит из пер­лита и пластинчатого графита, после модифицирования магнием или церием (рис. 150)— из перлита и шаровидного графита.

Перлитный чугун обычно содержит мелкопластинчатый графит и имеет умеренную твердость (НВ 200—230), высокие прочность.

и износостойкость и хорошо обрабатывается резцом. Перлитный серый чугун с шаровидным графитом обладает еще большей меха­нической прочностью, поэтому называется высокопрочным.

Перлитно – ферритный чугун (П + Ф + Г) состоит из перлита, феррита и пластинчатого графита (рис. 151). Прочность перлитно-ферритного чугуна ниже, чем перлитного, так как пластинки графита в нем крупнее. Твердость его ниже, и он легче обрабатывается резанием. Структура П + Ф + Г с пластинчатым графитом чаще всего встречается в обычных чугунных отливках, применяемых в машиностроении.

Читайте так же:
Какой нужен уклон для канализационных труб

Ферритный серый чугун (Ф + Г) состоит из феррита и пластинчатого графита (рис. 152), получается при высоком содержании кремния и углерода в толстостенных отливках и медленном охлаждении их в форме. Включения графита очень крупные. Ферритный чугун обладает низкими механическими свойствами, очень мягкий, хрупкий, быстро изнашивается, но легко обрабатывается. Для машиностроитель­ных отливок такой чугун не пригоден.

Высокопрочным называют чугун, модифицированный магнием в количестве 0,15—0,45 % с последующей обработкой ферро­силицием (75 % Э1). При введении в чугун модификаторов изменяются условия роста зародыша графита, что влияет на его форму: он становится шаровидным (см. рис. 150). Графит такой формы способствует повышению прочности и особенно пластичности чугуна.

Высокопрочный чугун с шаровидным графитом (ВЧШГ) по сравнению с углеродистой сталью имеет следующие преимущества: более низкую температуру плавления, лучшую жидкотекучесть, меньшую склонность к образованию горячих трещин, несколько меньшую плотность, более высокую прочность и износостойкость и лучшую обрабатываемость резанием. По сравнению с серым чугуном он об­ладает более высокими прочностью, пластичностью, жаростойкостью и лучшей свариваемостью.

Для улучшения свойств чугуна, его легируют.

Легирование

В зависимости от процентного содержания легирующих элементов, различают низколегированные, среднелегированные и высоколегированные. В качестве легирующих элементов чугуна применяют никель, хром, молибден, марганец, алюминий, медь, титан.

Чугун

Феррит (твердый раствор внедрения C в α-железе с объемно-центрированной кубической решеткой)
Аустенит (твердый раствор внедрения C в γ-железе с гранецентрированной кубической решеткой)
Цементит (карбид железа; Fe3C метастабильная высокоуглеродистая фаза)
Графит стабильная высокоуглеродистая фаза

Ледебурит (эвтектическая смесь кристаллов цементита и аустенита, превращающегося при охлаждении в перлит)
Мартенсит (сильно пересыщенный твердый раствор углерода в α-железе с объемно-центрированной тетрагональной решеткой)
Перлит (эвтектоидная смесь, состоящая из тонких чередующихся пластинок феррита и цементита)
Сорбит (дисперсный перлит)
Троостит (высокодисперсный перлит)
Бейнит (устар: игольчатый троостит) — ультрадисперсная смесь кристаллов низкоуглеродистого мартенсита и карбидов железа

Белый чугун (хрупкий, содержит ледебурит и не содержит графит)
Серый чугун (графит в форме пластин)
Ковкий чугун (графит в хлопьях)
Высокопрочный чугун (графит в форме сфероидов)
Половинчатый чугун (содержит и графит, и ледебурит)

Чугу́н — сплав железа с углеродом (и другими элементами). Содержание углерода в чугуне не менее 2,14% (точка предельной растворимости углерода в аустените на диаграмме состояний): меньше — сталь. Углерод придаёт сплавам железа твёрдость, снижая пластичность и вязкость. Углерод в чугуне может содержаться в виде цементита и графита. В зависимости от формы графита и количества цементита, выделяют белый, серый, ковкий и не высокопрочный чугуны. Чугуны содержат постоянные примеси (Si, Mn, S, P), а в некоторых случаях также легирующие элементы (Cr, Ni, V, Al и др.). Как правило, чугун очень тверд.

Температура плавления чугуна — от 1,150 до 1,200 °C (от 2,100 до 2,190 °F), т.е. примерно на 300 °C (572 °F) ниже, чем у чистого железа.

Содержание

Объемы производства [ править ]

Мировое производство чугуна в 2009 составило 898,261 млн тонн, что на 3,2 % ниже, чем в 2008 году (927,123 млн т) [1] . Мировая топ-десятка стран-производителей чугуна выглядит следующим образом:

1Китай543,748 млн. т.
2Япония66,943 млн. т.
3Россия43,945 млн. т.
4Индия29,646 млн. т.
5Южная Корея27,278 млн. т.
6Украина25,676 млн. т.
7Бразилия25,267 млн. т.
8Германия20,154 млн. т.
9США18,936 млн. т.
10Франция8,105 млн. т.

За четыре месяца 2010 года мировой выпуск чугуна составил 346,15 млн. тонн. Этот результат на 28,51 % больше по сравнению с аналогичным периодом 2009 года. [2]

Виды чугуна [ править ]

Белый чугун [ править ]

В них весь углерод находится в связанном виде (Fe3C). В зависимости от количества углерода делятся на:

— эвтектические (4,3 % углерода);

— заэвтектические (4,3-6,67 % углерода).

Цементит в изломе — светлый, поэтому такие чугуны назвали светлыми.

Белые чугуны применяются в основном для изготовления ковких чугунов, которые получают путем отжига.

Серый чугун [ править ]

Серый чугун — это сплав железа, кремния (от 1,2- 3,5 %) и углерода, содержащий также постоянные примеси Mn, P, S. В структуре таких чугунов большая часть или весь углерод находится в виде графита пластинчатой формы. Излом такого чугуна из-за наличия графита имеет серый цвет.

Ковкий чугун [ править ]

Ковкий чугун получают длительным отжигом белого чугуна, в результате которого образуется графит хлопьевидной формы. Металлическая основа такого чугуна: феррит и реже перлит. Ковкий чугун получил свое название из-за повышенной пластичности и вязкости (хотя обработке давлением не подвергается). Ковкий чугун обладает повышенной прочностью при растяжении и высоким сопротивлением удару. Из ковкого чугуна изготавливают детали сложной формы: картеры заднего моста автомобилей, тормозные колодки, тройники, угольники и т. д.

Маркируется ковкий чугун двумя буквами и двумя числами, например КЧ 370-12. Буквы КЧ означают ковкий чугун, первое число—предел прочности (в МПа) на разрыв, второе число — относительное удлинение (в процентах), характеризующее пластичность чугуна.

Высокопрочный чугун [ править ]

Высокопрочный чугун имеет в своей структуре шаровидный графит, который образуется в процессе кристаллизации. Шаровидный графит ослабляет металлическую основу не так сильно, как пластинчатый, и не является концентратором напряжений.

Классификация [ править ]

В зависимости от содержания углерода серый чугун называется доэвтектическим (2,14-4,3 % углерода), эвтектическим (4,3 %) или заэвтектическим (4,3-6,67 %). Состав сплава влияет на структуру материала.

В зависимости от состояния и содержания углерода в чугуне различают: белые и серые (по цвету излома, который обуславливается структурой углерода в чугуне в виде карбида железа или свободного графита), высокопрочные с шаровидным графитом, ковкие чугуны, чугуны с вермикулярным графитом. В белом чугуне углерод присутствует в виде цементита, в сером — в основном в виде графита.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector