Белый чугун
Рекомендуем приобрести:
Установки для автоматической сварки продольных швов обечаек — в наличии на складе!
Высокая производительность, удобство, простота в управлении и надежность в эксплуатации.
Сварочные экраны и защитные шторки — в наличии на складе!
Защита от излучения при сварке и резке. Большой выбор.
Доставка по всей России!
Белый чугун – разновидность чугуна, имеющая в изломе белый цвет и характерный металлический блеск. Углерод в нем содержится в виде цементита. Присутствие графита в белом чугуне визуально не обнаруживается и определяется лишь химическим путем.
Нелегированный и легированный белый чугун обладают различным химическим составом. Легирование белого чугуна выполняется с целью повышения его износостойкости. Для этих целей применяются карбидообразующие элементы – хром, вольфрам, молибден и др.
Особенности получения белого чугуна
В процессе получения белого чугуна заданной структуры необходимо подавить процесс графитизации в течение всего времени кристаллизации жидкой массы. В данном случае имеет значение как грамотный подбор исходных материалов, так и соблюдение технологии охлаждения чугуна в форме.
Когда отливки производят из нелегированного чугуна в сырых песчаных формах, существует необходимость соблюдать пропорцию углерода и кремния: С (Si + lg R) < 4.5. Площадь сечения отливки, деленная на периметр сечения, называется приведенной толщиной и обозначается в данном случае как R.
Высокое содержание цементита в белых чугунах серьезно осложняет использование их в качестве конструкционных материалов, поскольку они отличаются хрупкостью и крайне тяжело поддаются механической обработке. С другой стороны, отливкам белого чугуна свойственны коррозийная стойкость, устойчивость к высоким температурам и открытому огню, износостойкость. Для поддержания вышеуказанных качеств состав их должен быть максимально однородным. Чем больше карбидов содержится в белом чугуне, тем большей твердостью он отличается. Если происходит коагуляция карбидов из-за несоблюдения технологии, твердость чугуна существенно снижается. Максимальной твердостью обладает белый чугун мартенситной структуры.
Легирующие элементы белого чугуна
Интенсивнее всего на твердость белого чугуна влияет углерод, который, собственно, и определяет количество карбидов. Остальные элементы, оказывающие воздействие на его твердость, располагаются в такой последовательности (по убывающей): никель, фосфор, марганец, хром, молибден, ванадий, кремний, медь, титан, сера.
Такие элементы, как Ni, Mn, Cr, непосредственно участвуют в образовании мартенситно-карбидной структуры. Если их суммарное содержание примерно равно доле углерода, отливка белого чугуна имеет максимальную твердость.
Для белого чугуна характерно отсутствие прямой зависимости между твердостью и износостойкостью; в данном случае это разные качества. Износостойкость является определяющей характеристикой, и наилучшими ее показателями обладает белый чугун с особым строением металлической массы, в которой карбиды и фосфиды располагаются в виде отдельных равномерных включений или графически правильной сетки. Белый чугун нашел широкое применение в производстве деталей станков, оборудования и механизмов, работающих в условиях повышенного абразивного износа, при отсутствии смазки.
Легированный белый чугун обладает наряду с жаропрочностью и стойкостью к коррозии, еще и электросопротивлением. Эти характеристики обусловлены структурой его металлической массы, которая может быть карбидно-перлитной, карбидно-аустенитной и иметь в своем составе легированный феррит. Иными словами, качество отливки напрямую зависит от состава легирующих элементов и их концентрации. В большинстве случаев именно хром является главным легирующим элементом, образующим карбиды хрома и железа и связывающим углерод.
Высокохромистый белый чугун
Высокохромистый белый чугун отличается максимальной устойчивостью к коррозии благодаря образованию на его поверхности окисных пленок. Кроме того, карбиды хрома и железа характеризуются высоким электродным потенциалом, сравнимым с потенциалом хромистого феррита – второй составляющей металлической массы белого чугуна. Высокохромистый белый чугун сохраняет свои коррозийные свойства в щелочных и соляных растворах, серной и азотной кислоте.
Процесс комплексного легирования белого чугуна чреват коагуляцией карбидов в условиях высоких температур. Присутствие в нем хрома увеличивает температурную стойкость карбидов и способствует замедлению диффузных процессов. Если дополнительно легировать высокохромистый белый чугун такими элементами, как Ni и Mo, его механические характеристики еще больше повышаются, а сам он по прочности приближается к жаропрочной стали.
В сферах, где востребованы такие качества чугуна, как коррозийная стойкость и наличие высокого электросопротивления, используется именно легированный белый чугун.
Белый нержавеющий и жаропрочный чугун
В промышленности сегодня широко используется нержавеющий белый чугун марок Х28 и Х34. Помимо коррозийной устойчивости, детали из него обладают способностью сохранять свои первоначальные размеры в процессе длительного и циклического нагрева. Своими улучшенными характеристиками чугуны этих марок обязаны дополнительному легированию следующими элементами:
N – 0,1 %;
Ti – 0,5 %;
Cu – 0,5-2,0 %.
Белый чугун с высоким удельным сопротивлением
Чугун марки Х34 используется для литых нагревателей, способных работать при температуре 800-900 ˚С. Данная разновидность белого чугуна носит название сормайт и отличается следующим процентным соотношением легирующих элементов:
углерод – 2,5-3,5 %;
кремний – 2,0-2,5 %;
марганец – 1,0-1,5 %;
никель – 3,0-5,0 %.
Удельное сопротивление его характеризуется следующими показателями: p = 1,4/1,5 ом * м/мм2, σв = 35 кГ/мм2; σизг = 70 кГ/мм2; HRC 48-50.
Отливки из белого чугуна подвергаются отжигу – для снятия внутренних напряжений и стабилизации размеров. Температура отжига зависит от стойкости карбидов и в случае белого чугуна повышается до 850 ˚С. Процессы нагревания и охлаждения должны быть медленными для всех сортов легированного чугуна.
См. также:
Применение белого чугуна — Энциклопедия по машиностроению XXL
Чем больше цементита в структуре белого чугуна, тем выше его твердость и хрупкость. Вследствие высокой твердости и хрупкости применение белого чугуна в качестве материала для изготовления деталей машин весьма ограничено. Он используется главным образом для изготовления деталей, от которых требуется высокая твердость и износоустойчивость (например, для изготовления лемехов плугов, крестовин, тормозных колодок и других деталей). Применение белых чугунов ограничивается также вследствие их невысоких литейных свойств и плохой обрабатываемости резанием. Белые чугуны используют как передельные (для производства стали) и для производства так называемых ковких чугунов.Таким образом к белым чугунам обычно не применимы ни механическая, ни термическая обработка, и они находят применение исключительно в виде отливок.

Чем больше цементита в структуре белого чугуна, тем выше его твердость н хрупкость. Вследствие высокой твердости и хрупкости применение белых чугунов для изготовления деталей машин весьма ограничено. Их используют главным образом для изготовления деталей, от которых требуется высокая твердость и износостойкость (например, для изготовления лемехов плугов, крестовин, тормозных
Аналогичное влияние на структуру белого чугуна оказывают добавки марганца. Такие чугуны характеризуются достаточно высокой износостойкостью, но плохо противостоят многократным ударным нагрузкам. Следует признать, что возможности применения марганцевых и хромомарганцевых белых чугунов в качестве износостойких еще исследованы не в полной мере.
[c.34]
Из белых коррозионностойких чугунов имеют применение высокохромистые чугуны (0,5—2,0 % С, 0,5—2,5 % Si, 8—30 % Сг) как жаростойкие и кислотостойкие материалы. Коррозионная стойкость обеспечивается аустенитной основой, содержание хрома в которой должно быть не менее 12—13 %.
Отливки из белого чугуна среднего и мелкого веса имеют сплошную белую структуру. В крупных и тяжёлых отливках структура белого чугуна должна обеспечиваться на глубину до 125 мм [281. Если это не может быть достигнуто при нормальном охлаждении литья в песчаных формах, прибегают к заливке в металлические формы или к применению на. ружных металлических холодильников. [c.57]
Ограниченность применения этого сплава зависит от трудности легирования белого чугуна бором, который может добавляться в виде ферробора, бористого никеля или восстанавливаться из борсодержащих флюсов (бура или борная кислота).
Наиболее распространено применение модификаторов, содержащих кремний. Однако модифицирование может производиться также и графитом или добавкой жидкого чугуна, имеющего химический состав серого чугуна (в количестве 5—Юо/д), к жидкому чугуну, имеющему химический состав белого чугуна [2, 17, 26]. [c.88]
HO в качестве литейного сплава (работы по прокатке чугуна, особенно высокопрочного с шаровидным графитом, дали некоторые положительные результаты, но промышленного применения не нашли перспективной является прокатка низкоуглеродистого низкокремнистого белого чугуна [2]),
При отжиге белого чугуна на ковкий графит выделяется в виде более компактных включений, в результате чего металл приобретает определенные пластические свойства (откуда и название этого вида чугуна). Как и серый чугун, ковкий чугун может быть полностью и неполностью графитизированным и подразделяется соответственно на ферритный, феррито-перлитный и перлитный.
Несмотря на большое разнообразие номенклатуры изделий и различные области применения, ковкий чугун используют главным образом при получении тонкостенного литья (толщина стенок 3—40 мм). Это связано прежде всего со стремлением обеспечить безусловное получение отбела и однородность свойств во всех сечениях отливки как при первичной кристаллизации белого чугуна, так и в процессе термической обработки. Требование равномерности толщины стенок отливок из ковкого чугуна является обязательным условием обеспечения высокого качества и экономичности производства изделий.
Ограниченность области применения чугуна этого типа объясняется низкими механическими свойствами, сложностью технологии изготовления отливок и сравнительно невысокой износостойкостью (особенно по сравнению с высоколегированным белым чугуном). Сравнительная износостойкость белого чугуна в условиях дробильно-размольного и обогатительного оборудования приведена в табл. 7 и 8.
[c.176]
Химический состав свойства и области применения низко- и среднелегированного белого чугуна [4, 9. Ю]
Белый чугун — сплав. Белый чугун обладает большой твердостью, весьма хрупок и поэтому широкого применения не имеет. Употребляется для переработки на сталь и ковкий чугун. [c.93]
В белом чугуне весь углерод находится в химически связанном состоянии в виде цементита. Структуры белых чугунов были рассмотрены ранее при разборе диаграммы состояний железо — цементит. Они очень тверды, практически не поддаются обработке резанием. В машиностроении их применение весьма ограниченно. [c.91]
В этом случае наиболее экономичным является применение ковкого чугуна. Пользуясь хорошими литейными свойствами чугуна, тонкие, сложной формы детали сначала отливают из белого чугуна, а потом путем отжига его превращают в ковкий.
НВ), хрупкие и для изготовления деталей машин не используются. Ограниченное применение имеют отбеленные чугуны-отливки из серого чугуна со слоем белого чугуна в виде твердой корки на поверхности. Из них изготовляют прокатные валки, лемехи плугов, тормозные колодки и другие детали, работающие в условиях износа. [c.292]
При высоком нагреве выгорает углерод и кремний, отчего наплавленный металл приобретает структуру белого чугуна, шов становится твердым, -хрупким и не поддается последующей механической обработке. Это ограничивает применение сварочных горелок больших номеров и выбор присадочного металла.
Хрупкость белого чугуна не допускает применения его в изделиях, подвергающихся ударным нагрузкам. [c.201]
Сорта белого чугуна, имеющие промышленное применение, приведены в табл. 23. [c.203]
Горячая прокатка отожженного в течение непродолжительного времени белого чугуна, а также чугуна со сфероидальным графитом дает возможность получать сортовой материал с весьма высокими показателями механических свойств Об == 90- -120 при 2—5%. Такой чугун может найти широкую область применения, так как сочетает высокие механические свойства высокопрочных сталей с положительными свойствами чугунов.
[c.403]
Углерод оказывает большое влияние на свойства чугуна. С увеличением углерода в структуре белых чугунов увеличивается содержание цементита. Такие чугуны практически не поддаются обработке резанием, поэтому они имеют ограниченное применение. [c.140]
Белый и отбеленный чугун. Вследствие высокого содержания цементита в структуре белый чугун хрупок и не может применяться для деталей, подвергающихся удару. Белый чугун обычно не подвергается механической обработке и находит применение в виде массивных отливок или как полуфабрикат для получения ковкого чугуна. [c.449]
Наибольшее применение получил ферритный ковкий чугун, который получают после отжига отливок из белого чугуна в нейтральной среде без добавки руды в ящики. Во время такого отжига распадается цементит, но металл не обезуглероживается. Излом ферритного чугуна бархатисто-черный.
[c.217]
По назначению различают передельный чугун — обычно белый, служащий материалом для передела в сталь литейный чугун —серый, служащий для получения фасонных отливок. Усовершенствование технологии позволяет приготовлять серый чугун, отличающийся очень хорошими механическими свойствами и широко используемый в машиностроении. Однако в связи с хрупкостью область применения серого чугуна ограничена относительно невысокими давлениями и температурами. [c.37]
Сварка белого чугуна осуществляется электрической дугой или газовым пламенем с применением стальной проволоки, сварка ковкого чугуна — газовым пламенем с латунным присадочным прутком или электродуговая — электродом из медноникелевого сплава. Возможна сварка чугуном с последующим отн[c.289]
Белый и отбеленный чугун. Белый чугун вследствие присутствия в не. м цементита обладает высокой твердостью, хрупок и практически не поддается обработке резанием. Поэтому белый чугун имеет ограниченное применение.
[c.334]
Если графита в чугуне нет, то весь углерод в нем находится в связанном состоянии, в виде цементита и перлита. Такой чугун, не содержащий графита, называется белы м. Он имеет блестящий белый излом. Схема структуры его показана на фиг. 213, а. Белый чугун состоит из включений структурно свободного цементита и перлитной основной металлической массы. Он обладает очень высокой твердостью (400—500 единиц по Бринелю), не поддается обработке обычным резцом (а только наждачным кругом), очень хрупок и непрочен, но хорошо противостоит износу. Обычные детали машин не изготовляются из белого чугуна. О его применении в машиностроении будет сказано ниже. [c.200]
Кроме белых и серых имеются также ковкие чугуны, получаемые путем отжига белых чугунов. Серые и ковкие чугуны подвергают модифицированию и термической обработке Из модифицированных чугунов все большее значение приобретают высокопрочные чугуны (серые чугуны, модифицированные магнием). Высокие литейные свойства, хорошая обрабатываемость резанием и небольшая стоимость обеспечивают широкое применение серых и ковких чугунов для изготовления деталей машин. Кроме того, благодаря смазывающему действию графита, чугуны обладают хорошими антифрикционными свойствами и используются для изготовления подшипников. При действии переменных нагрузок чугунные детали обнаруживают хорошую циклическую прочность (выносливость) и вследствие наличия графитовых выделений отличаются высоким внутренним трением (затуханием колеба[1ий).
[c.152]
Необходимость перегрева жидкого чугуна для повышения жидкотекучести требует применения формовочных и стержневых смесей достаточной огнеупорности, а высокая усадка — и хорошей податливости. Объемная усадка белого чугуна достигает 5%, что заставляет при формовке устанавливать у каждого так называемого местного утолщения отливки боковые прибыли, чтобы устранить образование усадочных раковин или искусственно охлаждать массивные части при -помощи холодильников. В противоположность серому чугуну металл к отливкам из белого чугуна подводится к наиболее толстым частям отливки.
[c.119]
Микроструктура. Наибольшее применение в машиностроении имеют отливки из серого чугуна, излом которых имеет серый цвет вследствие наличия в его структуре свободного графита, приводящего (по сравнению с белым чугуном) к снижению твердости и улучшению обрабатываемости. Изучение микроструктуры серого чугуна очень важно для суждения о его свойствах и поведении. От микроструктуры стали она отличается присутствием графита. От обыкновенного природного графита, являющегося простой кристаллической разновидностью углерода, обладающего гексагональной решеткой, графит серого чугуна отличается тем, что он состоит не только из одних атомов углерода, но также из атомов железа, кремния и пр., т. е. представляет собой твердый раствор высокой концентрации. [c.102]
Белый чугун по сравнению с серым чугуном обладает худшими литейными свойствами, очень твердый и трудно поддается резанию. Поэтому применение его ограничено только некоторыми деталями машин, работающими на износ (тормозные колодки и т. п.) или подверженных действию пламени и высоких температур (колосники и т. п,), а также химическим воздействиям (арматура химической промышленности). [c.23]
Белый (или предельный) чугун имеет в изломе белый оттенак и мелкозернистую структуру. Он отличается высокой твердостьк и хрупкостью, что затрудняет его обработку и ограничивает область применения. Белый чугун перерабатывают (переделывают) в сталь и ковкий чугун. Ковкий чугун получают в результате томления (длительного нагрева и выдержки при высокой температуре) белого чугуна, вследствие чего изменяется его структура и повышается пластичность. Название ковкий чугун является условным ковать его нельзя. По механическим свойствам он занимает промежуточное положение между серым чугуном и стальным литьем и допускает некоторое изменение формы изделия в холодном состоянии. [c.75]
Подобный способ травления, примененный для сплава, содержащего 12,8% Мп и 0,46% С (термообработка нагрев 1250° С, 12 ч, аргон + закалка + нагрев, 640° С, 150 ч + закалка), позволил выявить серые аустенитные кристаллы с четкими полосами скольжения при этом феррит выглядит светлым, а карбиды темными. При травлении пикратом натрия темнеет только карбид. После одновременного травления реактивом 4 и раствором, в котором вместо пикриновой кислоты применялся паранитрофенол, Глузанов и Петак [9] в белом чугуне с 4% Мп наблюдали в первичных иглах цементита среднюю зону с измененной окраской, в то время как подобный тип цементита в чугуне с 14% Мп выглядит гомогенным. Авторы считают, что сложный железомарганцевый карбид в точке превращения (точка Кюри) цементита распадается на две фазы, так как а-карбид железа может содержать в твердом растворе лишь небольшое количество марганца. Цементит в марганцовистом чугуне с 14% Мп остается гомогенным, поскольку уже при 8% Мп точка превращения расположена при 0° С и с ростом концентрации марганца температура точки превращения снижается. [c.111]
Для повышения надежности и долговечности деталей онтималь-ный состав металла следует выбирать на основе научного анализа механизма работы отливок в различных условиях. Многочисленные варианты применения отливок из белого чугуна можно условно разделить на две группы работающие в условиях абразивного износа и безударных нагрузок (детали насосов, земснарядов, дымососов, колена и трубы пневмотранспорта, прокатные валки и др.) работающие в условиях абразивного износа в сочетании с ударными нагрузками (мелющие тела, бронефутеровочные плиты, детали дробеметных установок, горнорудного оборудования и т. д.). [c.50]
Присадкой циркония можно повысить сопротивление изнашиванию и удароустойчивость белого чугуна при поддержании концентрации кремния в пределах 0,8—1,0%. При этом содержание циркония желательно в пределах 0,2—0,3%. Однако по своему влиянии -на свойства чугуна цирконий менее эффективен, чем титан. Очевидно, его применение более целесообразно в комплексе с кремнием, марганцем и хромом. Значительный интерес представляет также одновременное модифицирование белого чугуна титаном и цирко» нием. [c.64]
ТакиА образом, по влиянию на структуру белого чугуна ванадий аналогичен титану. Он увеличивает растворимость углерода в аустените несколько слабее, чем титан, и сдвигает эвтектическую точку в сторону меньшего содержания углерода. Наибольший интерес представляет повышение твердости эвтектоида под влиянием ванадия. Это дает основание рекомендовать его применение при комплексном легировании. [c.66]
Белыми называются чугуны, в которых весь углерод находится в связанном состоянии в виде цементита. Согласно диаграмме состояния Fe-Fej белые чугуны подразделяют на доэвтектические, эвтектические и заэвтектические. Из-за большого количества цементита они твердые (450. .. 550 НВ), хрупкие и для изготовления деталей машин не используются. Ограниченное применение имеют отбеленные чугуны — отливки из серого чугуна со слоем белого чугуна в виде твердой корки на поверхности. Из них изготовляют прокатные валки, лемеха плугов, тормозные колодки и другие детали, работающие в условиях износа. [c.20]
Большое влияние на структуру чугуна оказывают условия затвердевания и охлаждения отливок. Быстрое охлаждение способствует получению белого чугуна, медленное — серого. Скорость охлаждения зависит от применяемой литейной формы (песчаная или металлическая), а также от толш ины стенки отливки. В машиностроении используют отливки из серого, высокопрочного, с вермикулярным графитом и ковкого чугунов. Эти чугуны, как и сталь, состоят из металлической основы (перлита, феррита) и неметаллических включений графита. Они различаются главным образом формой графитовых включений. Белый чугун имеет ограниченное применение. Некоторые отливки, от которых требуется повышенная твердость поверхностного слоя, изготовляют из отбеленного чугуна. Поверхностный слой его состоит из белого чугуна, а сердцевина — из серого. Толщину и твердость отбеленного слоя регулируют путем изменения химического состава чугуна и скорости затвердевания отливки. [c.134]
Ковкие чугуны нашли широкое применение в сельскохозяйственном, автомобильном и текстильном машиностроении, в судо-, котло-, вагоно-и дизелестроении. Из них изготовляют детали высокой прочности, работающие в тяжелых условиях износа, способные воспринимать ударные и знакопеременные нагрузки. Большая плотность отливок позволяет делать из ковкого чугуна детали водо- и газопроводных установок, а хорошие литейные свойства исходного белого чугуна — производить отливки сложной формы. [c.302]
Отливки из белого чугуна, предназначенные для отжига на ковкий чугун, сваривают электродуговой или га.човой сваркой прутками из того же материала с последующим предварит, отжигом при 850° и охлаждением сплава с печью (сварка белого чугуна имеет ограниченное применение из-за возможной графитизации). Ковкий чугун можно сваривать с последующим повторным отжигом или без него при повторном отжиге иодзаварку производят электросваркой электродами из белого или ковкого чугуна. Если после сварки повторный отжиг не применяется, пользуются газовой сваркой с латунными присадками или электросваркой с электродами из монель-металла. [c.158]
Чугун продолжает оставаться одним из основных литейных материалов современности. Прогнозирование показывает, что эту роль он сохранит и в будущем. По1Мимо традиционного применения в металлургии и машиностроении (изложницы, станины станков, трубы и др.), чугун все шире используют для деталей, от которых требуется высокая конструкционная прочность и специальные свойства. Серые чугуны с шаровидным графитом и ковкие чугуны широко применяют сейчас для самых ответственных отливок, в частности для коленчатых валов различных двигателей. Чугуны с пластинчатым графитом и перлитной основой применяют для таких деталей, как гильзы, поршни и поршневые кольца. Белые чугуны зарекомендовали себя как литейные материалы с рекордной износоустойчивостью в условиях абразивного износа. Широко используют отбеленные чугуны при отливке прокатных, мельничных и бумагоделательных валков. Как никакой другой литейный материал, чугун проявляет большую универсальность, обнаруживая самые разные свойства. Это обусловлено возможностью широко варьировать строение чугуна. Меняя химический состав расплава, условия затвердевания и охлаждения в твердоьм состоянии, можно коренным образом изменять эксплуатационные характеристики отливок. [c.7]
На белом чугуне хорошее сцепление эмалевого покрытия наблюдается только в случае применения фриттованого грунта. Плавленый грунт прочно пристает к поверхности отливки, имеющей ферритную структуру. [c.339]
Чугуны в качестве машиностроительных материалов имеют очень широкое применение. Различают серый чугун, в котором углерод частично находится в виде графита белый, в котором углерод находится в виде цементита (РезС) ковкий, получаемый из белого чугуна отжигом его, в результате чего в чугуне вместо свободного цементита образуется графит. [c.23]
Чем чугун отличается от стали: характеристики, свойства
Содержание
Оба материала относятся к группе черных металлов. Внешне их сложно различить, а некоторые свойства перекликаются между собой. Это объясняется тем, что и сталь, и чугун представляют собой углеродистые сплавы железа. Именно содержание Fe и C определяет их главное различие.
Характеристики стали
Сталь ‒ это сплав железа и углерода, соотношение которых составляет от 45% и до 2% соответственно. В зависимости от марки в состав могут входить никель, хром, кремний, марганец и прочие добавки. Вариативность легирующих компонентов обеспечивает материалу обилие свойств.
Углерод отвечает за твердость и прочностные характеристики сплава. Благодаря ему металл обладает высокой прочностью, пластичностью, легко поддается обработке.
Сталь различают:
- по наличию легирующих компонентов:
- низколегированную;
- среднелегированную;
- высоколегированную;
- по содержанию углерода:
- низкоуглеродистую;
- среднеуглеродистую;
- высокоуглеродистую.
Температура плавления всех марок находится в диапазоне от 1450 до 1520 °С. Плотность составляет 7700-7900 кг/м3.
Применяют сталь повсеместно: в промышленности при производстве различных металлоконструкций, деталей машин, трубопроводов и прочих изделий, в быту мы пользуемся стальными столовыми приборами, кухонной утварью, предметами интерьера, мебелью и т.д.
Характеристики чугуна
Железо и углерод также являются основой чугуна. Количество последнего составляет от 2%. Сырье также легируют различными добавками: фосфором, марганцем, кремнием и другими.
В зависимости от сформированной кристаллической решетки (цементит / графит) выделяют следующие типы чугуна:
- белый ‒ наличие цементита определяет цвет излома, благодаря которому материал получил название «белый», одновременно с твердостью обладает хрупкостью, путем отжига из него изготавливают ковкие чугуны;
- серый ‒ содержание графита в большом количестве определяет цвет сырья и его пластичность, легок в обработке, в состав входят кремний, магний, фосфор, сера;
- ковкий ‒ длительный отжиг белого чугуна образует графит, который придает металлу высокую пластичность, вязкость, твердость, ударную сопротивляемость;
- высокопрочный ‒ образование шаровидного графита в процессе кристаллизации обеспечивает материалу повышенную прочность;
- предельный ‒ подвергается дальнейшей обработке, не применяется, как самостоятельная единица.
Температура плавления чугуна составляет от 1160 до 1250 °С, зависит от содержания в нем углерода. Чем больше элемента в составе, тем меньше его температура и выше текучесть при нагревании. Такая зависимость определяет хрупкость материала.
Производство чугуна и стали
Чугун изготавливают в доменных печах из железной руды (агломерата), кокса, известняка и горячего воздуха. Сначала закладывают кокс, а затем послойно агломерат и кокс. В нижнюю часть печи через специальные отверстия подается горячий воздух, обогащенный кислородом.
Кокс, сгорая в домне, образует углекислый газ, который проходя через слои сырья, высвобождает оксид углерода. Таким образом руда постепенно претерпевает превращения. К ней добавляют известняк. Появляется силикат кальция, который отделяется в виде шлака. Окись углерода является главным восстановителем железа. Образование чугуна происходит за счет опускания Fe в более горячую часть домны и растворения в нем C.
Сталь производят из чугуна путем снижения количества углерода, серы, фосфора, марганца. Сплав получают в кислородных конвертерах, мартеновских печах и электропечах.
Как отличить чугун от стали
Определить, какое изделие перед вами находится, стальное или чугунное, можно тремя способами:
- По излому (визуально) ‒ этот метод применим для деталей, которые идут в лом или в качестве заготовок. На чугунном сломе виден матовый темно-серый оттенок, образовавшиеся трещины имеют выраженную структуру. Стальное изделие ‒ более светлое, поверхность глянцевая.
- Сверлением ‒ стальная стружка имеет витую форму, по длине она больше сверла, хорошо гнется. Чугунная стружка крошится при малейшем воздействии.
- Шлифовкой ‒ при прохождении шлифовальной машиной стальной поверхности образуется множество продолговатых искр желтого и белого цвета. У чугуна искр меньше, они короче, красноватого оттенка.
Итоги кратко
- Сталь обладает большей прочностью за счет более низкого содержания углерода.
- Чугунные металлоизделия более хрупкие.
- Стальные изделия используют повсеместно: и в быту, и в производстве.
- Чугун является основой для производства стали.
Термическая обработка белого чугуна (получение ковкого чугуна)
Белый чугун в литом виде вследствие своей высокой твердости и хрупкости не находит широкого применения. Изделия из белого чугуна являются исходным продуктом для получения ковкого чугуна с помощью термической обработки.
Для этой цели используют белый чугун, который содержит 2,5—3,2% С, 0,6—0,9% Si, 0,3—0,4% Мп, 0,1-0,2% Р и 0,06—0,1% S.
Исходная структура белого чугуна —
перлит и ледебурит.Структура ледебурита встречается во всех белых чугунах, т.е. в железоуглеродистых сплавах с содержанием углерода более 2%, который присутствует в сплаве в форме цементита.
Ледебурит при комнатной температуре представляет механическую смесь перлита и цементита.
Напоминаем, что перлит представляет собой тоже механическую смесь, но феррита и цементита, причем перлит — более мелкая смесь, чем ледебурит.
Описываемый отжиг на ковкий чугун производят в нейтральной среде (N2 или Н2) для защиты от обезуглероживания и окисления, в специально предназначенных для этой цели печах непрерывного действия .
Детали укладывают на специальные поддоны, которые размещаются на роликовом поду.
Поддоны проталкиваются с определенной скоростью по роликам. Длина камер нагрева первой и второй стадии отжига назначается с таким расчетом, чтобы детали находились в камерах необходимое для данной температуры время.
Отжиг на ковкий чугун производится по режиму, показанному на рис. 76.
Первая стадия отжига преследует цель разложения цементита, входящего в состав ледебурита; в перлите цементит сохраняется.
Вторая стадия отжига преследует цель разложения цементита, входящего в состав перлита.
В результате прохождения только одной стадии отжига получают ковкий чугун со структурой перлит+феррит+углерод отжига.
Такой чугун называют перлитным (перлитно-ферритным, рис. 77, а).
Он обладает хорошими прочностными свойствами, но невысокой пластичностью. Чугун с такой структурой используется в деталях, работающих на изгиб и трение.
Для повышения прочности чугун можно подвергать закалке и высокому отпуску, что улучшает его механические свойства.
После полного цикла отжига структура чугуна состоит из феррита и углерода отжига, т.е. образуется ферритный ковкий чугун (рис. 77, б).
Из ковкого чугуна изготовляют мелкие детали сложной формы, которые трудно обработать резанием.
Такие детали хорошо отливаются из белого чугуна, а последующая термическая обработка обеспечивает им хорошие пластические и прочностные свойства.
Применяют и другой способ получения ковкого чугуна.
Нагрев изделий производится в окислительной среде, вследствие чего происходит выгорание углерода с поверхности, вызывающее снижение твердости и некоторое повышение пластических свойств, а также улучшение обрабатываемости.
В центре такой чугун сохраняет структуру белого чугуна. Полученный этим методом чугун называют белосердечным в отличие от черносердечного, получаемого при отжиге в нейтральной среде по вышеописанному способу.
При таком способе детали из белого чугуна загружают в ящики, пересыпают окалиной или рудой и нагревают в обычных камерных печах.
Отжиг ковкого чугуна является весьма длительной операцией. В настоящее время разработано много способов ускоренного отжига ковкого чугуна — предварительная закалка, отжиг в расплавленных солях при очень высоких температурах 1050—1100° и др.
Все эти мероприятия сокращают длительность отжига на ковкий чугун.
§
Несколько слов о чугуне — мастерская ВАРИМ БАЙ
Чугун — сплав железа с углеродом, в которых содержание углерода превышает 2%. Структура чугуна зависит от скорости охлаждения и содержания в нём углерода и легирующих примесей. Чугуны бывает белые и серые.
Белый чугун так называется, потому что если сделать надрез изделия, можно увидеть его белый или серый цвет. Из-за того, что углерод в белом чугуне находится твердом состоянии, в виде цементита, он обладает высокой твердостью и не поддается механической обработке. Сварке он не подлежит.
Добавив к сплаву элементов вроде магния или церия, можно получить серый чугун. Нетрудно догадаться, что излом серого чугуна имеет серебристо-серый цвет. Из-за большей пластичности он хорошо применяется на производстве. Он дешевле стали, обладает хорошими литейными свойствами, высокой износостойкостью, способностью гасить вибрации, хорошей обрабатываемостью. Отрицательными его свойствами являются пониженная прочность и высокая хрупкость.
Основные трудности при сварке чугуна — его склонность к отбеливанию и образование трещин. Стоит также отметить его низкую температуру плавления (1200-1250), после критической температуры он быстро переходит из жидкого состояния в твёрдое. Такой резкий переход, может послужить образованием пор в шве, что уменьшит прочность изделия.
Также, сварку чугуна затрядняет его повышенная текучесть, что в частности усложняет правильное формирование шва.
ВЛИЯНИЕ УГЛЕРОДА И ПРИМЕСЕЙ НА СВОЙСТВА ЧУГУНА
Углерод (С). Если углерод находится в свободном состоянии в виде графита, то чугун становится мягким и хорошо обрабатывается резанием. Если углерод находится в виде цементита, т.е. в химически связанном с железом со¬стоянии, то чугун имеет высокую твердость и плохо обрабатывается.
Кремний (Si). Кремний способствует выделению углерода в виде графита. Он увеличивает жидкотекучесть чугуна при заливке и улучшает литейные свойства чугуна, делает чугун более мягким.
Марганец (Мп). Марганец связывает углерод в виде цементита. При небольшом содержании (до 1%) Мп очень полезен, т.к. повышает прочность чугуна. Мп способствует удалению серы из чугуна, образуя сернистый марганец, который всплывает на поверхность жидкого металла и уходит в шлак. Этим частично нейтрализуется действие серы.
Сера (S). Сера в чугуне является вредной примесью, т.к. вызывает явление красноломкости, заключающееся в том, что в отливках в горячем состоянии образуются трещины. Кроме того, присутствие серы ухудшает жидкотекучесть чугуна, т.к. делает его густым, вследствие чего он плохо заполняет форму.
Фосфор (Р). Фосфор понижает механические свойства чугуна и вызывает хладноломкость, т.е. способность отливок образовывать трещины в холодном состоянии. Для машиностроительного литья фосфор является вредной примесью. Содержание фосфора в ответственных отливках допускается до 0,1%, в менее ответственных — до 1,2%.
Фосфор оказывает и положительные действия. Он повышает жидкотекучесть чугуна. Благодаря этому фосфористый чугун применяется для производства художественного литья.
В белом чугуне весь углерод находится в связанном состоянии в виде цементита, химического соединения с высокой твердостью(800…1000 HV), поэтому белые чугуны, также имеющие высокую твердость (до 450…550 НВ), обладают большой хрупкостью и очень плохо обрабатываются.
Их применение ограничено изготовлением литых деталей простой формы и небольшой массы, поэтому он используется и применяется как передельный чугун, т.е. идет на производство стали.
Машиностроительными чугунами, идущими на изготовление деталей, являются серый, высокопрочный и ковкий чугуны. Детали из них изготовляются литьем, так как чугуны имеют очень хорошие литейные свойства. Благодаря графитным включениям эти чугуны хорошо обрабатываются, имеют высокую износостойкость, гасят колебания и вибрации. Но графитные включения уменьшают прочность.
Чугун — сплав железа с углеродом
Чугун – самый распространенный литейный сплав. Интересна история его появления. Первоначально железо не плавили, а просто отжигали в горне железную руду с древесным углем, получая губчатое железо – крицу. Для плавления металла было недостаточно температуры, потому что горны были небольшие. Затем крицу ковали. Но в средние века неизвестный металлург сделал большой горн, и металл расплавился и застыл на дне горна. Кузнец попытался его проковать, но разбил на мелкие кусочки. Обруганное свинячье железо (чушка, pig-iron) было непрочным, но прочно заняло место среди литейных сплавов, когда металлурги поняли, что его можно отливать, как тогдашний литейный сплав — бронзу. С тех пор чугунное литье окружает нас в быту и технике.
Чугуны представляют собой сплав железа с углеродом и могут обладать уникальными механическими свойствами которые зависят от количества и формы графита Наряду с углеродом и железом в состав серого чугуна входит кремний, марганец и фосфор. Эти компоненты оказывают существенное воздействие на свойства сплавов и характеристики выполненных из них литейных заготовок. По своей структуре серый чугун может быть ферритным, ферритно-перлитным или перлитным, что следует учитывать при выборе типа сплава для производства отливки.
Серый чугун
Чугун с включениями пластинчатого графита, обладает высокими показателями прочности на сжатие, растяжение и изгиб, а также такими уникальными свойствами, как вибропоглощение и высокая стабильность размеров при изменении температуры окружающей среды, что делает его незаменимым при станкостроении, изготовлении оптических приборов и т.д.
Пластические свойства серых чугунов данной категории достаточно низкие. Это объясняется тем, что плоские включения разграничивают структуру чугуна на отдельные зерна и, тем самым, становятся причиной хрупкости.
Для маркировки металла используются буквы СЧ с двумя числами, где первое указывает на предел прочности при растяжении, а второе – при изгибе.
Высокопрочный чугун
Представляет собой сплав, содержащий включения графита сферической формы. Такой состав обеспечивает максимальную однородность материала, пластичность и ударную вязкость. Высокое содержание углерода гарантирует таким изделиям износостойкость и прочность на сжатие. Заготовки из ВЧ отличаются лучшими характеристиками для механической обработки, но по своим литейным показателям уступают серому чугуну. Усадка литейных заготовок может достигать 1,3-1,8%. Сырьем для производства высокопрочных марок металла служит обычный серый чугун. Улучшенные характеристики материалу обеспечивает добавление в процессе литья 0,5-1% магния (Mg) и РЗМ (Ce и др.).
Металл маркируется буквами ВЧ. Два числа, присутствующие в маркировке, указывают на предел прочности при растяжении и относительное удлинение.
Чугуны со специальными свойствами
Помимо традиционных сплавов используются материалы со специальными свойствами: антифрикционные, износостойкие и жаростойкие чугуны, а также металлы с повышенной устойчивостью к образованию коррозии.
Антифрикционные чугуны.
Сплавы данной категории включают марки металла АЧС-1 – АЧС-6, АЧВ-1, АЧВ-2, АЧК-1, АЧК-2 с перлитной, перлитно-ферритной или аустенитной структурой. Используются такие сплавы для производства деталей, подверженных в процессе эксплуатации трению со смазкой. Широкое применение они получили при изготовлении изнашиваемых деталей строительной техники, оборудования горнодобывающей и угольной промышленности.
Чугуны, устойчивые к износу, коррозии и высоким температурам.
Для легирования таких металлов используются Al, Si, Cr и другие элементы. Благодаря этому может улучшиться как один, так и несколько показателей сплава. К категории наиболее износостойких сплавов относится белый чугун с высоким содержанием хрома. Такие сплавы активно применяются в металлургии и производстве тяжелой строительной техники. Высокой жаростойкостью обладает чугун, легированный алюминием, а устойчивостью к образованию коррозии в кислотных и щелочных растворах – сплавы с высоким содержанием кремния.
Белые чугуны. Влияние примесей и легирующих элементов.
Известен ряд литейных сплавов, обладающих высокой износостойкостью, но наибольшее распространение получили белые чугуны, обладающие рекордной износостойкостью в условиях абразивного износа.
Промышленные белые чугуны являются многокомпонентными железоуглеродистыми сплавами, содержащими постоянные компоненты п примеси (кремний, марганец, фосфор, серу, азот, водород и кислород), а также различные легирующие компоненты.
Основной базовый компонент белых чугунов — железо — является переходным металлом с электронной структурой ls22s2.2p63s2.3p63d64s2. Железо — полиморфный металл, при атмосферном давлении до 911 °С имеет ОЦК-упаковку атомов, в интервале 911… 1392 °С — ГЦК и при более высоких температурах (до температуры плавления) опять восстанан ливается ОЦК-упаковка. Межатомная связь в металлическом железе оценивается в 400 кДж/г-атом, плотность — 7,874 г/см3.
Второй базовый компонент белых чугунов — углерод — характеризуется распределением электронов 1s22s22p2. В белых чугунах углерод обеспечивает образование цементита (Fe3C), характеризующегося комплексной межатомной связью и сложной ромбической решеткой, (Fe, Сr)7С3 с тригональной решеткой и других карбидов. Параметры плотно- упакованной орторомбической решетки цементита находятся в пределах: а = (4,5144…4,518)-10-10
м; b = (5,0787…5,0690)-10-10 м; с = (6,7287… 6,7310)-10_1° м. Плотность углерода составляет 2,253 г/см3.
Классификация белых чугунов по микроструктуре
Цементит является основной фазой структурных составляющих многих износостойких чугунов. Плотность цементита Fe3C составляет 7,67 г/см3.
Карбиды — важнейшая составляющая износостойких чугунов, которая в сочетании с другими фазами определяет износостойкость отливок. При затвердевании доэвтектических чугунов вначале кристаллизуется избыточный аустенит, а затем происходит одновременная кристаллизация аустенита и цементита. На первых стадиях роста цементита появляются пластины с базисной плоскостью (001). Кристаллы первичного цементита имеют форму пластин, что объясняется анизотропией его кристаллического строения и сил межатомной связи. Комплексный характер межатомной связи и слоистая структура цементита обусловливают анизотропию свойств в белом чугуне.
Содержание легирующих элементов в износстойких отливках белых чугунов
Такие элементы как углерод, водород и азот образуют с железом растворы внедрения, а кремний, марганец, хром, фосфор и многие другие компоненты — твердые растворы замещения. Природа матричной фазы эвтектики в заметной степени определяет свойства белого чугуна. Образование таких эвтектик, в которых ведущая карбидная фаза образует матрицу колоний, подобную ледебуриту обычного белого чугуна, обусловливает повышенную хрупкость отливок.
Углерод с марганцем связывается в карбиды Мп3С, Мп7С3
и Мп23С6, причем карбид Мп3С изоморфен с карбидом Fe3C и образует с ним твердые растворы. На диаграммах состояния сплавов Fe-Mn видно, что эти металлы дают непрерывный ряд твердых растворов. Марганец способствует стабилизации аустенита и цементита в белых чугунах. Коэффициент распределения марганца между аустенитом и цементитом практически не зависит от содержания его в сплаве в интервале 0,81… 16,0 %.
Кинетические диаграммы кристаллизации износостойкого чугуна с содержанием 0,76…4,68 % марганца, до 2,94 % кремния и до 4,26 % углерода показывают, что с повышением содержания марганца (начиная с 0, 76 %) линия начала образования цементита полностью перекрывает линию начала выделения графита, выклинивая область существования
серых чугунов. Марганец увеличивает количество центров кристаллизации и скорость роста кристаллов цементита из эвтектической жидкости. При повышенном содержании C+Si в толстостенных отливках выделяется силикокарбид (Fe, Mn)7SiC2 и уменьшается количество цементита.
Марганец и сера в значительной степени нейтрализуют друг друга. Марганец способствует повышению отбеливаемости чугуна и расширяет температурную область образования половинчатых структур. В отливках из доэвтектического белого чугуна содержание 0,9…2,2 % марганца не оказывает заметного влияния на первичную структуру. В высокомарганцевых чугунах образуются карбиды типа (Fe, Мп)3С. Морфологический анализ карбидоаустенитной эвтектики белых чугунов с содержанием более 23 % марганца показал наличие комплексного тригонального карбида (Fe, Mn)7С3. В отливках из высокомарганцевых чугунов наблюдается образование пластин большой протяженности, что приводит к повышению их хрупкости и появлению стекловидного излома.
Хром — обычный легирующий компонент белых износостойких чугунов. Сопоставление кинетических диаграмм кристаллизации хромистых чугунов, состав которых близкий к эвтектическому, показывает, что увеличение содержания хрома не оказывает заметного влияния на относительное положение линии появления аустенита. С ростом содержания хрома выделение графита затрудняется.
В интервале концентраций хрома 9,5… 12 % цементитно-аустенитная эвтектика (Fe, Сr)3С + А в первичной структуре чугуна заменяется эвтектикой (Fe, Сr)7С3 + А, что вызывает изменения в строении эвтектических колоний и сказывается на физико-механических и эксплуатационных свойствах белого чугуна. В высокохромистых белых чугунах, как и в нелегированном или низкохромистом, процесс эвтектической кристаллизации представляет собой совместный рост кристаллов двух фаз при ведущей роли карбида, однако в высокохромистом чугуне твердый и хрупкий тригональный карбид сильно разветвлен в пластичной аустенитной матрице.
Изменение содержания хрома от 1,0 до 9,5 % не сказывается на особенностях первичной структуры белого чугуна; строение ледебуритных колоний, их дифференцировка и ячеистость заметно не изменяются. При содержании хрома от 0 до 9 % чугун имеет временное сопротивление при растяжении 160…260 МПа, при изгибе — 320…470 МПа, стрелу прогиба — 1,68 мм. При повышении содержания хрома в белом чугуне до 14 % те же характеристики возрастают до 340…450 МПа, 720… 770 МПа и 2,28…3,32 мм соответственно. Более значительное увеличение прочности и других конструкционных свойств белого чугуна достигается при комплексном легировании доэвтектических расплавов.
В белых чугунах, используемых для изготовления быстроизнашивающихся деталей, во избежание графитообразования в толстостенных отливках содержание кремния не должно превышать 0,6…0,9 %, а содержание карбидообразующих элементов повышаться до 16…34 %. В качестве карбидообразующего элемента для высоколегированных чугунов чаще всего используют хром, высокое сродство которого к углероду обусловливает образование не только карбидов цементитного типа, но и устойчивых специальных карбидов типа (Fe, Cr)7C3, (Fe, Cr)23C6, (Fe, Сr)4С и др. Классификация белых чугунов по микроструктуре приведена на рисунке.
При испытании белых чугунов, легированных карбидообразующими элементами, определено, что интенсивность их изнашивания зависит не только от металлической основы, но и от природы и состава карбидов В таблице приведена концентрация карбидообразующих элементов, используемых для легирования белых чугунов. Особенно высокое содержание легирующих элементов имеют отливки, работающие в экстремальных условиях эксплуатации В условиях отсутствия больших ударных нагрузок наилучшим износостойким материалом является белый чугун, состав которого выбирают в зависимости от величины реально действующих напряжений, температуры и характера износа. С увеличением нагрузок содержание углерода и фосфора должно уменьшаться.
Наилучшим критерием износостойкости белого чугуна при абразивном износе в условиях высоких температур является его горячая твердость. Для повышения жаростойкости и жаропрочности такого чугуна наиболее часто используют легирующие элементы: никель, алюминий, хром, ванадий, молибден, вольфрам и др.
Для практических целей по изготовлению литых деталей с повышенной износостойкостью и твердостью могут быть рекомендованы высокохромистые чугуны, содержащие 12… 14 % (мае.) хрома.
При введении в чугуны доэвтектического состава все эти элементы повышают прочность и устойчивость ледебурита и перемещают кривые изотермического превращения аустенита вправо, что обеспечивает повышение устойчивости аустенита в износостойких отливках. Естественно, что химический состав сплава, размеры отливок и условия, в которых осуществляется их охлаждение, в значительной мере предопределяют степень легированности металлической основы чугуна, его физико-механические и эксплуатационные свойства. Кроме того, эти элементы — активные карбидообразующие металлы.
Износостойкость К и твердость HRC белых чугунов (12… 14 % Сr) в зависимости от содержания углерода
Известны диаграммы кристаллизации, учитывающие влияние олова, Марганца, фосфора, серы, алюминия, хрома, никеля, кальция и комплексных добавок. По кинетическим диаграммам кристаллизации белых чугунов можно судить о процессах, происходящих в реальных условиях затвердивания износостойких отливок, построить термокинетические диаграммы, отражающие полную картину процессов формирования литой (структуры легированных и решить проблему синтеза новых чугунов).
Кинетические диаграммы позволяют детально анализировать роль и легирующих элементов и примесей в процессах структурообразования.
Элементы, увеличивающие отбеливаемость чугуна, можно расположить в порядке возрастания эффективности их влияния: марганец, молибден, хром, ванадий и теллур.
Увеличивают склонность к отбеливанию модифицирующие компомагний, церий и другие РЗМ.
При кристаллизации белого чугуна значительное влияние оказывают элементы, обладающие большим, чем железо, сродством к углероду, такие как титан, цирконий, ниобий и ванадий. Вследствие образования карбидов при легировании расплавов доэвтектического состава этими элементами жидкая фаза обедняется углеродом. При микролегировании чугуна на эти элементы преимущественно связываются в нитриды, что практически не влияет на переохлаждение расплава, и только при пониженном содержании азота в чугуне образуются карбиды.
При низком легировании чугунов, т.е. при повышении содержания карбидобразующих элементов до 1…3 %, отмечается появление карбида границах дендритов и карбонитридов на участках цементита.
Микроструктура легированного чугуна характеризуется очень тонким дендритным строением, а междендритные пространства заполнены тонкой цементитной эвтектикой и компактными включениями структурно- свободного цементита.
Наиболее высокую твердость (535…712 HV) имеют отливки из белого чугуна, легированного ванадием и титаном. При гидро- и газоабразивном изнашивании такие отливки имеют высокую эксплуатационную стойкость, которая значительно превышает стойкость высокохромистых чугунов. Белые чугуны с содержанием карбидообразующих элементов от 1 до 6 % имеют мелкозернистую структуру и высокое сопротивление истиранию. В отливках с толщиной стенки 30…50 мм временное сопротивление изгибу достигает 750. ..950 МПа, временное сопротивление разрыву 570…720 МПа, твердость — 630…683 МПа. По своему влиянию на механические свойства белого чугуна при введении 3…6 % карбидообразующих элементов наименее эффективен цирконий, который заметно снижает динамическую прочность отливок.
Постоянные примеси белого чугуна — сера и фосфор — образуют с железом химические соединения FeS, FeS2 и FeS3, которые в процессе затвердевания существенно влияют на структурообразование. Сера способствует отбеливанию чугуна, увеличивает его усадку и склонность к образованию трещин и отрицательно влияет на физико-механические свойства. Износостойкость чугуна с повышением содержания серы уменьшается При содержании в белом чугуне доэвтектического состава более 0,2 % серы отмечается охрупчиваемость литых изделий из-за увеличения количества структурно-свободного цементита и укрупнения размеров сульфида марганца. Особенно низкие значения динамической прочности белого чугуна отмечаются при содержании серы от 0,2 до 0,4 %.
Структура, образующаяся в отливках в процессе затвердевания сплавов Fe-P-C, существенно отличается от железоуглеродистых сплавов эвтектического типа. Растворимость фосфора в у-железе при температурах 400…500 °С составляет 0,50…0,54 %. Фосфид Fe3P и кристаллы у-раствора образуют эвтектику. Фосфидная эвтектика при низких температурах обладает высокой твердостью.
Исследования белых чугунов, содержащих 2,0…2,5 % углерода и 0,7…7,0 % фосфора, показали, что вследствие образования легкоплавкой фосфидной эвтектики снижается температура начала кристаллизации, увеличивается переохлаждение и повышается твердость. При этом сопротивление изнашиванию резко уменьшается, так как в процессе абразивного износа отдельные включения фосфидной эвтектики легко выкрашиваются.
Износостойкость чугуна при абразивном воздействии зависит от его микроструктуры (микротвердости, формы, взаимного расположения и количества структурных составляющих).
Основные структурные составляющие чугуна располагаются по возрастанию микротвердости в следующем порядке: графит, феррит, перлит, аустенит, мартенсит, цементит, легированный цементит, специальные карбиды хрома, вольфрама, ванадия и других элементов, бориды.
Износостойкость находится в сложной зависимости от количественного соотношения и распределения твердой и хрупкой фаз, а также сравнительно мягкой и пластичной основы. Металлическая основа должна прочно удерживать твердую составляющую и предотвращать ее хрупкое разрушение.
Микроструктуры доэвтектических износостойких чугунов в отливках, полученных при непрерывно-циклическом литье:
а — наружной зоне литой заготовки; б-в средней зоне; в — во внутренней зоне; г-на расстоянии 3 мм от наружной поверхности заготовки; б — на расстоянии 3 мм от наружной поверхности заготовки из чугуна заэвтектического состава настоящего времени нет однозначного мнения о влиянии на износостойкость аустенита. Представляется, что для выяснения влияния структуры сплава на износостойкость чугуна необходимо определить закономерность влияния каждого фактора одной отдельно взятой системы сплавов.
М.Е. Гарбер показал, что некоторые износостойкие чугуны с нестабильной металлической основой могут в определенных условиях изнашивания обладать такой же износостойкостью, как и мартенситные. Так, закаленные образцы из чугуна марки ИЧХ12М с аустенитной основой имеют износостойкость, величина которой колебалась в значительных пределах (К = 6,5… 10), что соответствует износостойкости чугунов с мартенситной основой. Наличие большого количества остаточного аустенита приводит, как правило, к снижению износостойкости в условиях абразивного износа даже при малых углах атаки и отсутствии значительных ударных нагрузок. При значительных ударных нагрузках и повторяющихся высоких напряжениях предпочтительной является аустенитная металлическая основа.
В белых износостойких чугунах первичный аустенит устойчивей вторичного, получаемого при аустенизации отливок. Понижение устойчивости вторичного аустенита объясняется накоплением дефектов кристаллического строения при фазовых превращениях в твердом состоянии и меньшей концентрацией углерода. Низкоуглеродистые белые чугуны можно подразделить по признаку повышения износостойкости на следующие группы: с уменьшенным объемом бывших аустенитных участков и увеличенным количеством эвтектики; с увеличенной микротвердостью в бывших аустенитных участках; с наиболее высокой твердостью бывших аустенитных участков, максимально приближающейся к твердости цементита и со значительным содержанием вторичных карбидов п уменьшенным количеством эвтектики.
Для получения аустенитно-карбидной структуры в хромистых чугунах требуется более 23 % хрома, а аналогичная структура в марганцевых чугунах достигается при содержании 7… 10 % марганца. Это объясняет, в частности, тенденцию поддерживать в износостойких чугунах (типа 230X28, 260Х28М5, 280X12М и др.) высокие концентрации карбидообразующих элементов. Несмотря на высокое содержание карбидообразующих элементов, эти чугуны характеризуются низкой износостойкостью в условиях абразивного износа.
Мартенситно-аустенитную основу в белом чугуне можно получить. при значительно меньших концентрациях хрома, но при условии дополнительного легирования никелем, что широко используется на практике при производстве износостойких отливок из чугунов типа нихард. При содержании в белом чугуне до 2,0 % хрома и до 3,0 % никеля получается мартенситно-аустенитная структура с цементитной эвтектикой, обладающая высокой износостойкостью.
В ряде случаев могут быть рекомендованы износостойкие белые чугуны, содержащие 12,5…24 % хрома и 8,0… 18,5 % марганца, имеющие хорошую прокаливаемость и высокую относительную износостойкость (К = 8,1… 13,0). Испытания хромомарганцевых чугунов в различных условиях изнашивания показали, что их высокая износостойкость в значительной степени зависит от первоначальной структуры, состоящей из большого количества карбидов и ледебурита в вязкой аустенитно мартенситной основе. Благоприятное влияние на структуру и эксплуатационные свойства износостойких отливок оказывают легирующие элементы, которые уменьшают эвтектичность чугуна (титан, цирконий и др.).
Загрузка…Белый чугун — обзор
4.3.4 Износостойкие материалы из чугуна
Из-за абразивной, коррозионной деформации очень часто используется белый чугун. Этот материал, также обозначенный как охлажденное литье или твердое литье, очень устойчив к износу. Исключительная особенность этого материала заключается в том, что содержание углерода химически связано в виде карбида. Поверхность излома белая или серебристая, в отличие от серого чугуна. Существуют различные виды твердого литья, в зависимости от нормы и степени легирования.В зависимости от структуры по нелегированным или низколегированным сортам возникают карбид хрома, карбид молибдена, карбид ниобия или карбид ванадия. Твердость карбидов достигает от 800 по Виккерсу (HV) для цементита, от 1 600 HV для карбида хрома до 2 800 HV для карбида ванадия (см. Таблицу 13).
Таблица 13. Значения твердости чугуна по Виккерсу (HV)
Материал | Твердость по Виккерсу [HV] |
---|---|
Цементит | 800 HV |
Карбид хрома | 1600 HV |
Карбид ванадия | 2 800 HV |
Чугун | 210 HV |
Твердое литье, в котором никель и хром в качестве легирующих компонентов содержатся пропорционально 2: 1, называется торговое название «Ni hard» (напр.грамм. Ni-жесткий 1 или Ni-жесткий 4). Качество можно варьировать, изменяя содержание углерода [38]. Хотя содержание хрома частично очень высокое (> 20%), твердое литье не очень устойчиво к коррозии. Причина в том, что основная доля хрома связана с карбидами и другими легирующими элементами. , таких как никель или молибден, недостаточно высоки. Тем не менее, коррозионная стойкость сильно зависит от химического состава перекачиваемой жидкости.
Такие материалы хорошо наносятся в сильно абразивных средах, таких как смеси песка и воды.Однако, поскольку затраты на легирование относительно высоки, это применение будет подходить в основном для очень специальных решений. Кроме того, для деталей, изготовленных из твердого литья, требуются специальные инструменты для литья.
Последующая обработка (обрезка, нарезание резьбы) отливок возможна только с помощью специальных инструментов.
Например, согласование мощности насоса путем изменения диаметра рабочего колеса путем подгонки затруднено.
MatWeb, ваш источник информации о материалахЧто такое MatWeb? MatWeb’s база данных свойств материалов с возможностью поиска включает паспорта термопластов и термореактивных полимеров, таких как АБС, нейлон, поликарбонат, полиэстер, полиэтилен и полипропилен; металлы, такие как алюминий, кобальт, медь, свинец, магний, никель, сталь, суперсплавы, сплавы титана и цинка; керамика; плюс полупроводники, волокна и другие инженерные материалы. Преимущества регистрации в MatWeb Как найти данные о собственности в MatWebНажмите здесь, чтобы узнать, как войти материалы вашей компании в MatWeb. У нас есть более 150 000 материалы в нашей базе данных, и мы постоянно добавляем к этому количеству, чтобы обеспечить Вам доступен самый полный бесплатный источник данных о собственности материалов в Интернете. Для вашего удобства в MatWeb также есть несколько конвертеров. и калькуляторы, которые делают общие инженерные задачи доступными одним щелчком мыши. кнопки. MatWeb находится в стадии разработки.Мы постоянно стремимся найти лучшее способы служить инженерному сообществу. Пожалуйста, не стесняйтесь свяжитесь с нами с любыми комментариями или предложениями. База данных MatWeb состоит в основном из предоставленных таблиц данных и спецификаций. производителями и дистрибьюторами — сообщите им, что вы видели их данные о материалах на MatWeb. |
|
Что такое белый чугун — белый чугун — определение
Белый чугун твердый, хрупкий и не поддается обработке, тогда как серый чугун с более мягким графитом достаточно прочен и поддается механической обработке.Поверхность излома этого сплава имеет белый цвет, поэтому его называют белым чугуном.
На рисунке представлена фазовая диаграмма железо – карбид железа (Fe – Fe3C). Процент присутствующего углерода и температура определяют фазу сплава железо-углерод и, следовательно, его физические характеристики и механические свойства. Процент углерода определяет тип сплава черных металлов: чугун, сталь или чугун. Источник: wikipedia.org Läpple, Volker — Wärmebehandlung des Stahls Grundlagen.Лицензия: CC BY-SA 4.0В материаловедении чугуны — это класс черных сплавов с содержанием углерода более 2,14 мас.% . Обычно чугуны содержат от 2,14 мас.% До 4,0 мас.% Углерода и от 0,5 до 3 мас.% кремния . Сплавы железа с более низким содержанием углерода известны как сталь. Разница в том, что чугуны могут использовать преимущества эвтектического затвердевания в бинарной системе железо-углерод. Термин эвтектика по-гречески означает « легко или хорошо плавящийся », а точка эвтектики представляет собой состав на фазовой диаграмме, при котором достигается самая низкая температура плавления .Для системы железо-углерод эвтектическая точка возникает при составе 4,26 мас.% C и температуре 1148 ° C .
См. Также: Типы чугунов
Белый чугун — Белый чугунКак уже писалось, чугуны — один из самых сложных сплавов, используемых в промышленности. Из-за более высокого содержания углерода в структуре чугуна, в отличие от стали, присутствует фаза, богатая углеродом. В зависимости от состава, скорости охлаждения и обработки расплава богатая углеродом фаза может затвердеть с образованием либо стабильной (аустенит-графит), либо метастабильной (аустенит-Fe 3 C) эвтектики.
При более низком содержании кремния (содержащем менее 1,0 мас.% Si — графитизирующего агента) и более высокой скорости охлаждения углерод в чугуне выделяется из расплава в виде цементита метастабильной фазы , Fe 3 C , а не графита. . Продукт этого затвердевания известен как белый чугун (также известный как чугун с охлаждением). Белый чугун — твердый , хрупкий и необрабатываемый , в то время как серый чугун с более мягким графитом достаточно прочен и поддается механической обработке.Поверхность излома этого сплава имеет вид белого цвета , и поэтому его называют белым чугуном. Трудно достаточно быстро охладить толстые отливки, чтобы расплав полностью застыл в виде белого чугуна. Однако быстрое охлаждение можно использовать для затвердевания оболочки из белого чугуна, после чего остаток охлаждается медленнее, образуя сердцевину из серого чугуна. Этот тип отливки, иногда называемый «охлажденной отливкой », имеет более твердую внешнюю поверхность и более жесткий внутренний стержень.
Сводка
Имя | Белый утюг |
Фаза на STP | НЕТ |
Плотность | 7770 кг / м3 |
Предел прочности на разрыв | 350 МПа |
Предел текучести | НЕТ МПа |
Модуль упругости Юнга | 175 ГПа |
Твердость по Бринеллю | 470 BHN |
Точка плавления | 1260 ° С |
Теплопроводность | 15-30 Вт / м · К |
Теплоемкость | 540 Дж / г К |
Цена | 1.5 $ / кг |
Белый чугун слишком хрупок для использования во многих конструктивных элементах, но с хорошей твердостью и стойкостью к истиранию и относительно невысокой стоимостью он находит применение в таких областях, где желательна износостойкость, например, на зубьях экскаваторов, крыльчатках и спиралях. шламовых насосов, гильз и подъемных стержней в шаровых мельницах.
Например, мартенситный белый чугун Ni-Cr-HC (никель-хром-высокоуглеродистый сплав), ASTM A532, класс 1, тип A, представляет собой мартенситный белый чугун, в котором никель является основным легирующим элементом, поскольку на уровне 3 до 5%, он эффективен в подавлении превращения аустенитной матрицы в перлит, обеспечивая тем самым развитие твердой мартенситной структуры при охлаждении в форме.Этот материал также можно назвать Ni-Hard 1. Ni-Hard 1 — это износостойкий материал, используемый в приложениях, где удар также является проблемой в качестве механизма износа.
86%
3,3%
4%
Свойства белого чугуна — Ni-Cr-HC мартенситный белый чугун
Свойства материала — это интенсивные свойства , это означает, что они не зависят от количества массы и могут изменяться от места к месту в системе в любой момент.В основе материаловедения лежит изучение структуры материалов и их соотнесение с их свойствами (механическими, электрическими и т. Д.). Как только ученый-материаловед узнает об этой корреляции структура-свойство, он может перейти к изучению относительных характеристик материала в данном приложении. Основными определяющими факторами структуры материала и, следовательно, его свойств являются составляющие его химические элементы и способ, которым он был переработан в свою окончательную форму.
Механические свойства белого чугуна — Ni-Cr-HC мартенситный белый чугун
Материалы часто выбирают для различных применений, потому что они имеют желаемое сочетание механических характеристик.Для структурных применений свойства материалов имеют решающее значение, и инженеры должны их учитывать.
Прочность белого чугуна — Ni-Cr-HC мартенситный белый чугун
В механике материалов сила материала — это его способность выдерживать приложенную нагрузку без разрушения или пластической деформации. Сопротивление материалов в основном рассматривает взаимосвязь между внешними нагрузками , приложенными к материалу, и результирующей деформацией или изменением размеров материала. Прочность материала — это его способность выдерживать эту приложенную нагрузку без разрушения или пластической деформации.
Предел прочности на разрыв
Предел прочности на разрыв мартенситного белого чугуна (ASTM A532, класс 1, тип A) составляет 350 МПа.
Предел прочности на растяжение является максимумом на инженерной кривой напряжения-деформации. Это соответствует максимальному напряжению , которое может выдержать конструкция при растяжении. Предел прочности на разрыв часто сокращают до «прочности на разрыв» или даже до «предела».«Если это напряжение приложить и поддерживать, в результате произойдет разрушение. Часто это значение значительно превышает предел текучести (на 50–60 процентов больше, чем предел текучести для некоторых типов металлов). Когда пластичный материал достигает предела прочности, он испытывает образование шейки, где площадь поперечного сечения локально уменьшается. Кривая «напряжение-деформация» не содержит напряжения, превышающего предел прочности. Несмотря на то, что деформации могут продолжать увеличиваться, напряжение обычно уменьшается после достижения предела прочности.Это интенсивное свойство; поэтому его значение не зависит от размера испытуемого образца. Однако это зависит от других факторов, таких как подготовка образца, наличие или отсутствие поверхностных дефектов, а также температура испытательной среды и материала. Предел прочности на разрыв варьируется от 50 МПа для алюминия до 3000 МПа для очень высокопрочных сталей.
Модуль упругости Юнга
Модуль упругости мартенситного белого чугуна Юнга (ASTM A532, класс 1, тип A) составляет 175 ГПа.
Модуль упругости Юнга представляет собой модуль упругости для растягивающего и сжимающего напряжения в режиме линейной упругости при одноосной деформации и обычно оценивается с помощью испытаний на растяжение. С точностью до предельного напряжения тело сможет восстановить свои размеры при снятии нагрузки. Приложенные напряжения заставляют атомы в кристалле перемещаться из положения равновесия. Все атомы смещаются на одинаковую величину и по-прежнему сохраняют свою относительную геометрию. Когда напряжения снимаются, все атомы возвращаются в исходное положение, и остаточная деформация не происходит.Согласно закону Гука , напряжение пропорционально деформации (в упругой области), а наклон равен модулю Юнга . Модуль Юнга равен продольному напряжению, деленному на деформацию.
Твердость белого чугуна — Ni-Cr-HC мартенситный белый чугун
Твердость по Бринеллю серого чугуна, мартенситного белого чугуна (ASTM A532 Class 1 Type A) составляет приблизительно 600 МПа.
В материаловедении твердость — это способность выдерживать вдавливание поверхности ( локализованная пластическая деформация ) и царапина . Твердость , вероятно, является наиболее плохо определенным свойством материала, поскольку оно может указывать на устойчивость к царапинам, сопротивление истиранию, сопротивление вдавливанию или даже сопротивление формованию или локализованной пластической деформации. Твердость важна с инженерной точки зрения, поскольку сопротивление износу в результате трения или эрозии паром, маслом и водой обычно увеличивается с увеличением твердости.
Испытание на твердость по Бринеллю — это одно из испытаний на твердость при вдавливании, которое было разработано для испытания на твердость.При испытаниях по Бринеллю твердый сферический индентор прижимается под определенной нагрузкой к поверхности испытываемого металла. Типичный тест использует шарик из закаленной стали диаметром 10 мм (0,39 дюйма) в качестве индентора с усилием 3000 кгс (29,42 кН; 6614 фунтов силы). Нагрузка поддерживается постоянной в течение определенного времени (от 10 до 30 с). Для более мягких материалов используется меньшее усилие; для более твердых материалов шарик из карбида вольфрама заменяет стальной шарик.
Испытание предоставляет численные результаты для количественной оценки твердости материала, которая выражается числом твердости по Бринеллю — HB .Число твердости по Бринеллю обозначается наиболее часто используемыми стандартами испытаний (ASTM E10-14 [2] и ISO 6506–1: 2005) как HBW (H от твердости, B от твердости по Бринеллю и W от материала индентора, вольфрама ( вольфрам) карбид). В прежних стандартах HB или HBS использовались для обозначения измерений, сделанных со стальными инденторами.
Число твердости по Бринеллю (HB) — это нагрузка, деленная на площадь поверхности вмятины. Диаметр слепка измеряется с помощью микроскопа с наложенной шкалой.Число твердости по Бринеллю рассчитывается по формуле:
Существует множество широко используемых методов испытаний (например, по Бринеллю, Кнупу, Виккерсу и Роквеллу). Существуют таблицы, которые коррелируют значения твердости по различным методам испытаний, где корреляция применима. Во всех шкалах высокое число твердости соответствует твердому металлу.
Тепловые свойства белого чугуна — Ni-Cr-HC мартенситный белый чугун
Термические свойства материалов относятся к реакции материалов на изменения их температуры и на приложение тепла.Поскольку твердое тело поглощает энергию в виде тепла, его температура повышается, а его размеры увеличиваются. Но различных материалов реагируют на приложение тепла по-разному .
Теплоемкость, тепловое расширение и теплопроводность — это свойства, которые часто имеют решающее значение при практическом использовании твердых тел.
Температура плавления белого чугуна — Ni-Cr-HC мартенситный белый чугун
Температура плавления мартенситной стали из белого чугуна (ASTM A532, класс 1, тип A) составляет около 1260 ° C.
В общем, плавление представляет собой фазовый переход вещества из твердой в жидкую фазу. Точка плавления вещества — это температура, при которой происходит это фазовое изменение. Точка плавления также определяет состояние, в котором твердое вещество и жидкость могут существовать в равновесии.
Теплопроводность белого чугуна — Ni-Cr-HC мартенситный белый чугун
Теплопроводность мартенситного белого чугуна (ASTM A532, класс 1, тип A) составляет 15-30 Вт / (м.К).
Характеристики теплопередачи твердого материала измеряются с помощью свойства, называемого теплопроводностью , , k (или λ), измеряемой в Вт / м · K . Это мера способности вещества передавать тепло через материал за счет теплопроводности. Обратите внимание, что закон Фурье применяется ко всему веществу, независимо от его состояния (твердое, жидкое или газовое), поэтому он также определен для жидкостей и газов.
Коэффициент теплопроводности большинства жидкостей и твердых тел зависит от температуры.Для паров это также зависит от давления. Всего:
Большинство материалов почти однородны, поэтому обычно можно записать k = k (T) . Подобные определения связаны с теплопроводностью в направлениях y и z (ky, kz), но для изотропного материала теплопроводность не зависит от направления переноса, kx = ky = kz = k.
[/ lgc_column]Ссылки:
Материаловедение: Министерство энергетики США, материаловедение.Справочник по основам DOE, том 1 и 2. Январь 1993 г.
Министерство энергетики США, Материаловедение. Справочник по основам DOE, том 2 и 2. Январь 1993 г.
Уильям Д. Каллистер, Дэвид Г. Ретвиш. Материаловедение и инженерия: введение, 9-е издание, Wiley; 9 издание (4 декабря 2013 г.), ISBN-13: 978-1118324578.
Эберхарт, Марк (2003). Почему вещи ломаются: понимание мира по его разногласиям. Гармония. ISBN 978-1-4000-4760-4.
Гаскелл, Дэвид Р. (1995).Введение в термодинамику материалов (4-е изд.). Издательство Тейлор и Фрэнсис. ISBN 978-1-56032-992-3.
Гонсалес-Виньяс, В. и Мансини, Х.Л. (2004). Введение в материаловедение. Издательство Принстонского университета. ISBN 978-0-691-07097-1.
Эшби, Майкл; Хью Шерклифф; Дэвид Себон (2007). Материалы: инженерия, наука, обработка и дизайн (1-е изд.). Баттерворт-Хайнеманн. ISBN 978-0-7506-8391-3.
Дж. Р. Ламарш, А. Дж. Баратта, Введение в ядерную инженерию, 3-е изд., Прентис-Холл, 2001, ISBN: 0-201-82498-1.
Мы надеемся, что эта статья, «Белый чугун — белый чугун », поможет вам. Если это так, даст нам отметку на боковой панели. Основная цель этого сайта — помочь общественности узнать интересную и важную информацию о материалах и их свойствах.
Белый чугун | Металлургия для чайников
Знаете ли вы белый чугун?
Белый чугун — это нелегированный чугун с низким содержанием углерода и кремния, так что структура представляет собой твердый хрупкий карбид железа без свободного графита.Эти утюги ограничены в применении из-за недостаточной ударопрочности и сложности поддержания структуры в более толстых секциях. В некоторых случаях отливки проектируются и производятся так, чтобы иметь белую структуру в определенных областях и серую или чешуйчатую структуру в других местах для повышения прочности.
Белый чугун
Это железо, поверхность излома которого белая из-за присутствия цементита. 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). 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 собственной очень высокой твердости и значительной объемной доли, так что объемную твердость можно аппроксимировать 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 Белый чугун
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 применения, как износостойкие поверхности (рабочее колесо и спиральная камера) шламовых насосов, гильзы корпуса и подъемные штанги в 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).
Трудно достаточно быстро охладить толстые отливки, чтобы расплав полностью застыл в виде белого чугуна. Однако быстрое охлаждение можно использовать для затвердевания оболочки из белого чугуна, после чего остаток охлаждается медленнее, образуя сердечник из серого чугуна.
Полученная отливка, называемая охлажденной отливкой, имеет преимущества твердой поверхности и несколько более жесткой внутренней части.Сплавы из белого чугуна с высоким содержанием хрома позволяют отливать массивные отливки (например, крыльчатку массой 10 тонн) в песчаные формы, т. Е. Не требуется высокая скорость охлаждения, а также обеспечивают впечатляющую стойкость к истиранию.
Возможно вам понравится
Случайные столбики
- Типы материалов
Металлы — это элементы, которые обычно обладают хорошей электрической и теплопроводностью. Многие металлы обладают высокой прочностью, высокой прочностью … - Металлография
Металлография — это исследование микроструктуры материалов.Анализ металлографической микроструктуры материала помогает в … - Коррозия Нержавеющая сталь
Все «нержавеющие» стали могут подвергаться коррозии в неправильных условиях … - Что такое снятие напряжения?
Снятие напряжения заключается в нагреве стали до температуры ниже критического диапазона для снятия напряжений, возникающих в результате … - Алюминиевая фольга
Алюминиевая фольга изготовлена из алюминиевого сплава, который содержит от 92 до 99 процентов алюминия….
Разница между серым и белым чугуном
Чугун — это чугун, смешанный с небольшим количеством кремния и углерода и отлитый, а не сформированный на месте. Это прочный конструкционный материал, а также хороший проводник тепла, что делает его обычным материалом для изготовления посуды. Существует четыре основных типа чугуна: ковкий, ковкий, белый и серый. Есть несколько отличий в составе и использовании белого и серого чугуна.
Внешний вид интерьера
«Серый» и «белый» в названиях серого и белого чугуна относятся к внешнему виду их интерьеров; в открытом состоянии кусок серого чугуна имеет цвет от бледного до темно-серого, тогда как белый чугун намного светлее.
Плавление
Серый чугун плавится при температуре 1600 градусов Цельсия, после чего он быстро переходит из твердого состояния в полностью жидкое. Белый чугун плавится при несколько более низкой температуре, но более постепенно; он остается в полутвердом состоянии в течение некоторого времени перед переходом в жидкое состояние.
Охлаждение
Белый чугун, если охлаждать его очень медленно от плавления, превратится в серый чугун, поскольку атомы углерода внутри него соединяются вместе. Серый чугун, напротив, сохранит свою форму при медленном охлаждении, но превратится в белый чугун при очень быстром охлаждении.
Твердость и прочность
Белый чугун тверже серого до такой степени, что он довольно хрупкий. Серый чугун, напротив, мягче, но прочнее. Эти два типа иногда комбинируются, что позволяет изготавливать изделие с твердым внешним покрытием из белого железа и прочной сердцевиной из серого.
Химия углерода
Углерод в сером чугуне просто смешан с молекулами железа; в белом чугуне железо и углерод фактически объединены. В химии «сочетание» и «смешение» не означают одно и то же; «Комбинация» подразумевает, что два вещества — в данном случае углерод и железо — химически связаны друг с другом.Общее содержание углерода в сером чугуне составляет от 2 до 4,65 процента, а в белом чугуне — от 3 до 5,75 процента углерода.
Сужение
Когда чугун охлаждается после плавления, он сжимается. Серый чугун сжимается примерно на 1 процент, а белый чугун сжимается на 2–2,5 процента.
Окисление
Окисление — это процесс, при котором кислород соединяется с молекулами металла с образованием ржавчины. Серый чугун ржавеет намного быстрее, чем белый, при низких температурах, тогда как при высоких температурах соотношение меняется на противоположное.
Содержание кремния
Белый чугун содержит от 0,1 до 0,5 процента кремния, а серый чугун — от 0,5 до 3,5 процентов.
Справочник по сварке чугуна
Справочник по сварке чугуна Сварка Цветной Металлы Лечение Сварка Чугун Сварка Железо Металлы 1Продолжение на следующей странице…
СВАРКА ЧУГУНА Чугун — чрезвычайно универсальный материал, используемый в тысячах промышленных товаров. Он твердый, износостойкий, и относительно недорого. Как и сталь, он доступен во многих различных сортах и составах. Хотя мы обычно думаем о чугун как хрупкий (имеющий низкая пластичность), это не относится ко всем чугунам, как мы вскоре увидим. Чугун, как и сталь, представляет собой железоуглеродистый сплав. По составу и структуре, а также по некоторым своим свойствам он вполне отличается от стали.Хотя многие сорта чугуна можно успешно сваривать, не весь чугун поддается сварке, и сварка любого чугуна вызывает проблемы при сварке стали обычно не встречается. Состав и марки литого чугуна железо ни в коем случае не является чистым железом. На самом деле в литье любого сорта железа меньше. железа, чем в низкоуглеродистой стали, который может состоять на 98% из железа. Почти каждый чугун содержит более 2,0% углерода; некоторые содержат целых 4.0% . Кроме того, чугун обычно содержит от 1,2 до 2,5% кремния, от 0,5 до 0,8% марганца, и (как в стали) небольшие проценты серы и фосфора. Это высокий процент углерода, который отличает чугун от стали во многих его свойств. В готовой стали весь углерод соединен с железом в виде карбидов железа, будь то карбиды в зернах перлита, в зернах цементита или в рассеянных мелких частицах карбида.В чугуне, большая часть углерода обычно присутствует в несоединенном виде, как графит. (Графит — одна из двух кристаллических форм углерода; алмаз — другой). Возникают различия между общими типами наиболее широко используемых чугунов. в основном из формы, которая графит принимает в готовом утюг. Серый чугун. Из общих типов чугуна серый чугун безусловно наиболее широко используемый. Термин «серый чугун» был изначально принят, чтобы отличить его, по цвету изломанного металла, из белого чугуна, форма из чугуна, в которой все углерод совмещен.Мы будем Расскажу подробнее о белом железе позже. Здесь мы хотим подчеркнуть указать этот серый железо — очень широкий термин. Все серое утюги содержат графит в виде хлопьев. Это делает серые утюги легко обрабатывается. Все серые утюги почти не обладают пластичностью, опять же из-за чешуйчатой формы графита, который заставляет металл ломаться перед любым произошло заметное постоянное удлинение. Тем не менее, не всеВы слышали о белом чугуне
Чугун 2 мас.процентов-4 мас. процентов углерода, 1 мас. процентов-3 мас. процентов кремния и меньшее количество второстепенных компонентов сплава железа. Напротив, сталь имеет более низкое содержание углерода и более низкое содержание кремния до 2 процентов по массе. За счет легирования ограниченными количествами марганца, молибдена, церия, никеля, меди, ванадия и титана перед литьем можно дополнительно оптимизировать чугун.
Чугун 2 мас. процентов-4 мас. процентов углерода, 1 мас. процентов-3 мас.процентов кремния и меньшее количество второстепенных компонентов сплава железа. Напротив, сталь имеет более низкое содержание углерода и более низкое содержание кремния до 2 процентов по массе. За счет легирования ограниченными количествами марганца, молибдена, церия, никеля, меди, ванадия и титана перед литьем можно дополнительно оптимизировать чугун. Он известен как белый чугун или серый чугун в зависимости от содержания кремния в чугуне и может подвергаться дальнейшей обработке при определенных температурах для создания ковкого или ковкого чугуна.
:: Подробнее: Введение в литье чугуна
Общие свойства белого чугуна
Чугун широко используется из-за его способности легко принимать сложные формы в расплавленном состоянии и из-за его низкого качества. Кроме того, его свойства можно легко изменить, регулируя состав и скорость охлаждения без значительных изменений производственных процессов. Его другими основными преимуществами перед литой сталью являются быстрая обработка, гашение вибрации, прочность на сжатие, износостойкость и коррозионная стойкость.Коррозионная стойкость чугуна повышается за счет добавления второстепенных элементов, таких как кремний, никель, хром, молибден и медь.
Формы чугуна и его применение
Чугун можно разделить на серый чугун, белый чугун, ковкий чугун и ковкий чугун в зависимости от его состава. Серый чугун имеет темно-серый цвет излома из-за графитовой микроструктуры, серого чугуна или серого чугуна. Наличие чешуек графита связано с включением кремния, который, в отличие от карбида железа, помогает стабилизировать углерод в форме графита.Обычно серый чугун имеет состав 2,5 мас. процентов-4,0 мас. процент углерода и 1,0 мас. процентов-3,0 мас. кремний процент.
Применение серого чугуна
Самый распространенный цвет чугуна — серый. Он используется в таких приложениях, как блоки цилиндров двигателя внутреннего сгорания, маховики, корпуса коробок передач, коллекторы, роторы дисковых тормозов и кухонная утварь, где его высокая жесткость, обрабатываемость, демпфирование трения, высокая тепловая мощность и высокая теплопроводность являются полезными.Международный стандарт ASTM A48 — это широко используемая классификация серого чугуна. Серый чугун оценивается в соответствии с его пределом прочности на разрыв по этой схеме, например, серый чугун категории 20 имеет минимальный предел прочности на разрыв 20000 фунтов на квадратный дюйм (140 МПа).
Чугун Белый
Из-за присутствия карбида железа или цементита Fe3C белый чугун имеет белый цвет излома. В отличие от графита присутствие углерода в этой форме является результатом более низкого содержания кремния по сравнению с серым чугуном.Обычно белый чугун включает 1,8 мас. процентов-3,6 мас. процентов биомассы, 0,5 мас. процентов-1,9 мас. Процент кремния и 1,0 мас.% — 2,0 мас.% Марганца. Белый чугун отличается высокой износостойкостью и хрупкостью. Вследствие их микроструктуры, содержащей массивные фрагменты карбида железа, они обладают высокой твердостью и не поддаются механической обработке.
Применение белого чугуна
В стойких к истиранию участках, где хрупкость имеет ограниченное значение, таких как футеровка корпуса, шламовые насосы, шаровые мельницы, подъемные штанги, экструзионные сопла, смесители для цемента, трубопроводная арматура, фланцы, дробилки и рабочие колеса насосов, используется белый чугун.Белый чугун с высоким содержанием хрома, ASTM A532, представляет собой типичный сорт белого чугуна. Сюда входят никель и хром для применений с сильным истиранием с низким эффектом.
Ковкий чугун
Путем термообработки с медленным отжигом белого чугуна получают ковкий чугун. Это приводит к превращению углерода в графит в форме карбида железа в белое железо, при этом феррит или перлит составляют оставшуюся матрицу. Графит присутствует в виде круглой или шаровидной формы.Ковкий чугун демонстрирует высокую ковкость и хорошую пластичность. Он демонстрирует высокую стойкость к растрескиванию при низких температурах из-за меньшего содержания кремния по сравнению с другим чугуном.
Применение ковкого чугуна
Ковкий чугун используется для производства электрической арматуры и оборудования, ручных инструментов, трубопроводной арматуры, шайб, кронштейнов, сельскохозяйственного оборудования, строительного оборудования и деталей машин благодаря его высокой прочности на разрыв и пластичности.ASTM A47 — это общепринятая классификация ковкого чугуна.
Ковкий чугун, литье
Наличие графита в форме сферических утолщений, как и в случае ковкого чугуна, характерно для высокопрочного чугуна, также известного как чугун с шаровидным графитом, и чугуна с шаровидным графитом. В отличие от ковкого чугуна, ковкий чугун образуется за счет определенного химического состава, а не путем термообработки белого чугуна. 3,2 мас. процентов-3,6 мас. процентов углерода, 2,2 мас. процент-2.8 вес. процентов кремния и 0,1 мас. процентов-0,22 мас. % марганца, а также более низкие концентрации магния, мышьяка, меди и серы, сферическая структура включений графита, является причиной существования марганца.
Чугунные ковкие реализации
Эта сталь более пластичная, чем серый или белый чугун из-за своей микроструктуры. С этой целью он используется в качестве трубопровода из ковкого чугуна для инфраструктуры водоснабжения и канализации.Он также способен противостоять термоциклированию и также используется в зубчатых передачах и модулях подвески автомобилей, тормозах и клапанах, насосах и гидравлических частях, а также корпусах ветряных турбин. ASTM A536 широко известен как высокопрочный чугун.
Хранение и производство белого чугуна
Железо необходимо удалить из железной руды для производства чугуна.