Характеристика чугуна: температура плавления, плотность, удельная теплоемкость, масса

Содержание

Что такое чугун? Виды чугуна, свойства и применения

Чугун: краткая справка

Сталь и чугун – это общепринятые технические термины для обозначения сплавов железа и углерода. Содержание углерода в чугуне от 2,14% и до 6,67%, остальное – железо, примеси и легирующие добавки. Углерод может быть в виде графитовых или цементитных (Fe3C – цементит, карбид железа) включений. Основные примеси — кремний, сера, марганец и фосфор. Чугун применяется в литейном производстве, а также в качестве сырья используется для выплавки стали.

Особенности и классификация чугунов

Характеристики сплава формируются еще на стадии производства. В зависимости от параметров протекания эвтектического превращения чугуны бывают серыми (углерод в виде графита), белыми (углерод в виде цементита) и половинчатыми.

Размер и конфигурация графитовых вкраплений определяют марки чугуна и их применение. По форме графитных включений они подразделяются на чугуны с пластинчатым, шаровидным, вермикулярным и хлопьевидным графитом, а по виду металлической основы – на перлитные, перлито-ферритные, ферритные, аустенитные, бейнитные и мартенситные. Помимо углерода в чугуне присутствуют:

  • сера – 0,02-0,2%;
  • кремний – 0,5-3,6%;
  • марганец – 0,2-1,5%;
  • фосфор – 0,04-1,5%.

В зависимости от содержания дополнительных добавок чугуны разделяют на нелегированные и легированные. К легированным относятся сплавы, в которые для создания специфических свойств добавлены такие элементы, как никель, хром, медь, алюминий, титан, ванадий, вольфрам, молибден и др. В свою очередь легированные чугуны классифицируют в соответствии с основным легирующим на хромистые, алюминиевые, никелевые и т.д.

Основные различия между сталью и чугуном

Основное, чем отличается чугун от стали – это доля углерода в их составе (у стали она находится в диапазоне от 0,025% до 2,14%, у чугуна – свыше 2,14%) и содержание примесей (в чугуне их больше).

Это формирует температуру плавления сплавов. Если у чугунов она составляет 1150−1250 градусов, то у сталей этот показатель достигает 1500°С.

По внешнему виду сталь будет более светлой, а серые чугуны имеют темный и матовый оттенок. Сталь легче сваривается и куется, но хуже поддается литью. У чугунного продукта теплопроводность несколько выше, чем у стального.

Виды чугунов и их применение

Передельный чугун

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

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

Белый чугун

В нем весь углерод находится в виде цементита. Структура формируется при высокой скорости охлаждения. Отличительная особенность такого вида чугуна – белый отлив в месте излома, а также высокие хрупкость и твердость (НВ 450-550). Продукт практически не поддается механической обработке режущим инструментом. Такие сплавы используют для изготовления литых износостойких деталей (мелющие шары, лопасти шнеков, лопатки дробеметных турбин, прокатные валки), а также в качестве основы при производстве ковких разновидностей чугуна. Износостойкость чугуна увеличивают путем легирования молибденом, никелем, марганцем и другими элементами.

Серый чугун

В серых чугунах углерод представлен пластинчатым графитом. Находится он в свободном виде, благодаря чему излом имеет характерный серый цвет. Такой сплав сравнительно хорошо поддается механической обработке, имеет относительно невысокую прочность и низкую пластичность при растяжении.

При этом, благодаря наличию пластинчатого графита, серый чугун обладает хорошими антифрикционными и демпфирующими свойствами, малой чувствительностью к концентраторам напряжения. Внутренняя структура формируется при низких темпах охлаждения.

Серый чугун имеет хорошую жидкотекучесть, мало склонен к образованию усадочных дефектов по сравнению с другими видами чугуна, поэтому его широко используют для изготовления отливок сложной формы с толщиной стенок вплоть до 500 мм.

Маркировка определена ГОСТ 1412 и обозначает перечень марок от СЧ 10 до СЧ 35.

  • Буквы СЧ – серый чугун;
  • цифры – сведения о временном сопротивлении при растяжении (МПа/10).

Высокопрочный (модифицированный) чугун

Особенность этого сплава, получаемого путем добавления в расплав чугуна чистого магния (Mg), аего соединений или других модификаторов-сфероидизаторов(церия, иттрия и пр.), в том, что графит в таком чугуне имеет шаровидную форму.

Количество модифицирующего компонента, того же магния, составляет 0,02–0,08%.

Свойства чугуна с шаровидным графитом определяет в основном металлическая основа (в отличие от серого чугуна с пластинчатыми графитными включениями). Такой высокопрочный сплав используют при производстве износостойких деталей ответственного назначения, выдерживающих большие статические, циклические и ударные нагрузки в условиях износа, в том числе в агрессивных средах и при высоких температурах.

ГОСТ 7293 регламентирует требования к химическому составу и свойствам сплавов с шаровидным графитом для отливок. В соответствии с данным стандартом выпускают изделия марок ВЧ 35, ВЧ 40, ВЧ 45, ВЧ 50, ВЧ 60, ВЧ 70, ВЧ 80 и ВЧ 100, где «ВЧ» — обозначение высокопрочного чугуна, а цифра – минимальное значение временного сопротивления σв (МПа/10). Так, продукт ВЧ 40 имеет σв не менее 400 МПа. Высокопрочные чугуны бывают на ферритной, феррито-перлитной, перлитной основе.

Ковкий чугун и его маркировка

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

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

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

Специальные чугуны

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

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

Технические условия на легированные специальные чугуны регламентируют стандарты ДСТУ 8851, ГОСТ 7769, ISO 2892 и другие. В них указывается из чего состоит чугун для различных особых применений, какими механическими свойствами он должен обладать и каким образом необходимо его маркировать.

Как специальные примеси сказываются на структуре чугуна?

При производстве отдельных сплавов добавление специальных присадок в чугун меняет его состав и свойства.

  • Кремний является самым важным легирующим элементом в чугуне, который вместе с углеродом влияет на структуру и свойства. Кремний позитивно влияет на выделение графита, улучшает литейные характеристики сплава.
  • Сера уменьшает способность жидкого чугуна заполнять литейные формы, снижает его механические свойства и придает красноломкость.
  • Марганец негативно сказывается на литейных свойствах, противодействует графитизации, но увеличивает твердость и прочность.
  • Фосфор необходим при изготовлении чугунных отливок сложной формы, в том числе тонкостенных, поскольку способствует повышению жидкотекучести сплава. Но при этом теряется прочность, возрастает хрупкость.

Добиться специфических свойств позволяют и другие легирующие добавки, вводимые на этапе выплавки материала. Получается измененная характеристика чугуна с улучшенными износо- или жаростойкостью, коррозийной прочностью или электропроводностью.

Достоинства и недостатки

Первые обнаруженные грубые чугунные отливки датируются серединой XIV столетия. С тех пор существенно изменились технологии, расширилось и применение чугуна. Объективно оценивая этот продукт черной металлургии, нужно назвать как его положительные, так и отрицательные стороны.

Бесспорные преимущества

В первую очередь это экологичность и отменные гигиенические качества. Та же чугунная посуда не разрушается в кислотно-щелочных растворах, хорошо моется и прогревается, долго сохраняя аккумулированное тепло. Следует отметить долговечность и широкую линейку ассортимента, экономичность и относительную несложный процесс производства чугунных изделий.

Варьируя состояние нахождения углерода в сплаве, можно получить белый или серый чугун. Широкий спектр применения объясняется легкой обработкой (ковкой), высокой теплоотдачей и прочностью.

Недостатки чугуна, как материала

Самыми слабыми сторонами сплавов считаются хрупкость и подверженность ржавлению даже при кратковременном взаимодействии с водой. К тому же изделия из чугуна отличаются большим весом и специфическим набором физико-механических характеристик, требующих особых условий для их транспортировки, сборки и обслуживания.

Как делают чугун?

Сплав выплавляется в доменных печах и вагранках. Основным источником железа служит железорудное сырье – продукт обогащения руды. Применяется топливо – кокс (продукт специальной обработки каменного угля), природный газ, пылеугольное топливо. Высокотемпературная технология плавки чугуна в шахтной печи позволяет запускать восстановительные химические процессы и выделять железо из оксидов.

В результате доменной плавки получается сплав железа и углерода – чугун, а также шлак, содержащий невосстановленные окислы, остатки флюсов, золы топлива и пр.

Пригодность чугунов к сварочным работам

Соединение чугунных деталей при помощи сварки как никогда актуально и требует серьезного подхода. В технологическом аспекте пригодность металла низкая. На это существует ряд причин, и основная из них – очень высокое содержание углерода и примесей. Кроме того, трудно сформировать сварной шов из-за жидкотекучести материала. Возможны непровары – результат образование тугоплавких оксидов в процессе окисления кремния, других компонентов сплава. Интенсивное выделение газа приводит к образованию в шве пор.

Применение чугуна для сваривания с металлами, отличающимися скоростью охлаждения/нагрева приводит к трещинообразованию на сварном шве и его хрупкости. Поэтому, для сварки прибегают к использованию покрытых или угольных электродов, порошковой проволоки, установок газовой сварки. Избежать образования закаленных участков помогает предварительный прогрев свариваемых деталей и правильный выбор режима сварки.

Что получают из чугуна и где он используется?

Материал довольно популярный в машиностроении и других отраслях промышленности. Это главный компонент исходных материалов для выплавки стали в кислородных конвертерах, мартенах и электродуговых печах. Кроме того, чугун – наиболее популярный сплав для изготовления отливок различной формы. Востребованность чугуна в других сферах объясняется высокими прочностными характеристиками и достаточной плотностью. Области применения некоторых марок сведены в таблицу.

Сплавы

Сферы применения

Серые

Производство колонн, маховиков, опорных и фундаментальных плит, шкивов, станин, прокатных станков, канализационных изделий.

Ковкие

Основания под тяжелое оборудование, опоры ж/д и автомобильных мостов, коленвалы для двигателей дизельного транспорта и тракторов.

Легированные белые

Мелющие части оборудования, прессовочные формы для огнеупоров, прокатные валки.

Антифрикционные

Подшипники скольжения, втулки топливных насосов, направляющие клапаны, поршневые кольца автомобилей.

Высокопрочные

Детали турбин, коленчатые валы, двигатели на тракторы и автомобили, изложницы, шестерни, прокатные валки.

Если же вас интересует качественный металлопрокат из сертифицированных материалов, обращайтесь в компанию «Метинвест-СМЦ». В нашем каталоге металлопроката вы найдете любую продукцию из более 200 основных наименований в нужных типоразмерах и по адекватной цене.

 

Характеристика чугуна | Справочник конструктора-машиностроителя

?Чугуном называется сплав железа с углеродом, содержащий углерод от 2 до 6, 67%.
Наряду с углеродом в чугуне содержится кремний, марганец, сера и фосфор.
Содержание серы и фосфора в чугуне больше, чем в стали.
В особые ( легированные ) чугуны вводят легирующие добавки — никель, молибден, ванадий, хром и др.


1

Высокопрочные чугуны получают добавлением в сплав некоторых легирующих элементов ( магния, церия и др. ).
Серый чугун держит в своём составе почти весь углерод в виде графита, поэтому изгиб его имеет серебристо — серый тон.
Серый чугун хорошо обрабатывается режущим инструментом, поэтому он широко применяется как конструкционный материал.
Серый чугун дешевле стали, различается хорошими литейными свойствами, высокой износостойкостью, способностью гасить вибрации, хорошей обрабатываемостью.
Негативными его характеристиками являются пониженная крепость и тонкая хрупкость.

Высокопрочные чугуны получают добавлением в сплав некоторых легирующих элементов ( магния, церия и др. ).
Серый чугун держит в своём составе почти весь углерод в виде графита, поэтому изгиб его имеет серебристо — серый тон.
Серый чугун хорошо обрабатывается режущим инструментом, поэтому он широко применяется как конструкционный материал.
Серый чугун дешевле стали, различается хорошими литейными свойствами, высокой износостойкостью, способностью гасить вибрации, хорошей обрабатываемостью.
Негативными его характеристиками являются пониженная крепость и тонкая хрупкость.


3

Свариваемость чугуна.
Чугун является трудносвариваемым сплавом.
Трудности при сварке чугуна обусловлены его химическим составом, структурой и механическими характеристиками, при сварке чугуна необходимо включать вытекающие его свойства : жидкотекучесть, поэтому сварка выполняется только в тельном положении ;
малая пластичность, характеризующаяся образованием в процессе сварки значительных духовных усилий и закалочных структур, которые нередко приводят к возникновению трещин ;
интенсивное выгорание углерода, что приводит к пористости сварного шва ;
в расплавленном состоянии чугун окисляется с образованием тугоплавких оксидов, температура плавления которых выше, чем чугуна.
Сварка чугуна применяется в главном для исправления литейных дефектов, при ремонте изношенных и сломанных деталей в процессе эксплуатации и при изготовлении сварных конструкций.


moyushie-sr

Процесс выплавки может быть ускорен путем применения в доменных печах кислорода.
При вдувании в доменную печь обогащенного кислородом воздуха предварительный подогрев его становится бесполезным, а значит, отпадает надобность в громоздких и сложных кауперах и целый процесс упрощается.
Совместно с тем производительность печи повышается и уменьшается расход топлива.
Такая доменная печь дает в 1, 5 раза больше железа и требует кокса на ј меньше чем обыкновенная.

Серый чугун — наиболее широко применяемый вид чугуна ( машиностроение, сантехника, строительные конструкции ) — имеет включения графита пластинчатой формы.
Для подробностей из серого чугуна характерны небольшая чувствительность к действию внешних концентраторов напряжений при циклических нагружениях и более высокий коэффициент поглощения колебаний при вибрациях подробностей ( в 2 — 4 раза выше, чем у стали ).
Важная конструкционная особенность серого чугуна — выше, чем у стали, отношение предела текучести к пределу прочности на растяжение.
Наличие графита улучшает условия смазки при трении, что повышает антифрикционные свойства чугуна.
Свойства серого чугуна зависят от структуры металлической основы, фигуры, величины, числа и характера распределения включений графита.
Перлитный серый чугун имеет высокие прочностные свойства и применяется для цилиндров, втулок и др. нагруженных деталей двигателей, лафетов и т.д.
Для менее ответственных деталей используют серый чугун с ферритно — перлитной металлической основой.

Одним из важнейших параметров, определяющих тепловые, а значит и технологические свойства пламени, является его температура.
Она разная в разных его фрагментах как по длине вдоль его оси ( узор 1 ), так и в поперечном сечении.
Она зависит от состава газовой смеси и степени чистоты применяемых газов.
Высшая температура наблюдается по оси пламени, достигая пика в сварочной зоне на расстоянии 2 …
3 мм от края основы.
Эта сварочная зона является основной для расплавления металла.
С наращиванием в наибольшая температура возрастает и смещается к мундштуку горелки.
Это объясняется увеличением скорости горения смеси при излишке кислорода.
При избытке ацетилена ( в менее 1 ) наоборот, максимум температуры удаляется от мундштука и убавляется по величине.


100_1380

Демпинг ( англ. dumping буквально — сбрасывание ) — бросовый экспорт, продажа товаров на внешних рынках по ценам ниже, чем на внутреннем рынке ( обыкновенно, ниже издержек производства ), одно из средств конкурентной борьбы монополий за внешние рынки.
Разновидность — валютный демпинг : вывоз товаров по уменьшенным ценам из сторон с обесцененной валютой в стороны с более стабильной валютой.
44 Скопин А.Ю. « Экономика России »

Волновые моторы редукторы npfpr.ru.

виды чугунных сплавов, составляющие компоненты и плотность, методы сварки

Для изготовления конструкций используются различные сплавы. Одним из наиболее распространённых материалов является чугун. Многим он знаком по радиаторам отопления, а также ваннам, которые изготавливаются преимущественно из него. Чугун представляет собой сплав, в котором большая часть его состава приходится на углерод и железо.

Составляющие компоненты чугуна

Содержание железа и углерода составляет 2,1%. Кроме них, этот сплав содержит кремний около 3%, а также марганец около 1%. Помимо перечисленных элементов, в состав этого сплава входит также сера и фосфор.

При его производстве в состав вносятся легирующие добавки в виде:

  • никеля;
  • хрома;
  • алюминия.

Если легирующие добавки в составе чугунного сплава отсутствуют, а процесс термообработки он не прошёл, то это приводит к снижению таких его качеств, как:

  1. Прочность.
  2. Твёрдость.
  3. Пластичность.

Виды чугуна

Как было сказано выше, одним из основных компонентов этого сплава является углерод. В этом материале он присутствует в виде цементита и графита.

В зависимости от количества содержащегося в чугуне цементита и формы присутствующего в нём графита, чугунные сплавы могут различаться на следующие виды:

  • Белые.
  • Серые.
  • Ковкие.
  • Половинчатые.
  • Высокопрочные.

Белый чугун — под ним принято понимать сплав, в котором содержащийся углерод представлен в форме цементита. На изломе этот сплав имеет светлый оттенок. Характерной особенностью белого чугуна являются высокие показатели твёрдости.

Поэтому при его использовании обработке режущим инструментом его не подвергают. Обычно белый чугун используют для производства различных видов ковки.

Серый чугун — в его составе углерод представлен в виде графита. На излом это сплав имеет серый оттенок. До этой разновидности чугунного сплава характерны высокие литейные свойства. Этот материал можно подвергать различным видам металлической обработки.

Ковкий чугун — его производят из белого сплава с обязательной термической обработкой. Получаемый материал используется главным образом для изготовления чугунных изделий, используемых в конструкции автомобилей и тракторов.

Углерод присутствует в составе половинчатого чугуна. В нём он представлен в форме графита и цементита. Используют его главным образом в качестве фрикционного материала при изготовлении деталей, от которых требуются высокие показатели износоустойчивости.

Высокопрочный чугун — этот сплав содержит шаровидный графит. Его образование происходит в процессе кристаллизации. Материал высокой плотности применяется для изготовления важных деталей, используемых в машиностроении. Также из него изготавливают элементы высокопрочных труб водопровода, а также составные части газо — и нефтепроводов.

Способность чугуна к свариванию

В технологическом смысле способность чугуна к свариванию очень низкая. Это обусловлено множеством причин:

  • Когда происходит быстрое охлаждение сварного шва, возникают отбелённые участки. Для них характерен высокий уровень твёрдости. Это негативным образом отражается на возможности обработки механическим способом.
  • Если свариваемые материалы нагреваются или охлаждаются неравномерно, то на сварном шве возникают трещины, что связано с высокой хрупкостью чугунного сплава.
  • Так как чугун является жидкотекучим сплавом, то сложной задачей является удержание от вытекания расплавленного металла. Это создаёт трудности для формирования сварного шва.
  • При сварке металла в шве могут возникать поры, что обусловлено интенсивным выделением газов.
  • Выполнение работ по свариванию чугунных изделий приводит к непроварам. Это обусловлено наличием тугоплавких оксидов, которые образуются в результате процессов окисления кремния и ряда других элементов, присутствующих в составе этого сплава.

Характеристики разновидностей чугуна

Основными компонентами этого сплава являются железо и углерод. Кроме них, чугун содержит разнообразные примеси, благодаря которым он приобретает определённые свойства. При производстве чугунного сплава доля углерода в нём не должна превышать 2,14%.

Если это условие не будет выполняться, то материал будет являться не чугуном, а сталью. Благодаря углероду он приобретает высокие показатели твёрдости, но при этом у него снижаются такие характеристики, как ковкость и пластичность.

Это объясняет то, что даже качественный чугун является хрупким материалом. При производстве отдельных марок чугуна в состав вводятся дополнительные присадки. Благодаря им чугун высокой плотности приобретает особые свойства.

Важной характеристикой этого металла является плотность. У него она находится на уровне 7,2 гр. на кубический сантиметр. Для производства деталей и изделий методом литья этот металл является подходящим материалом.

Детали и элементы, изготавливаемые из него, используются в различных отраслях промышленности. В плане плотности чугун лишь немного уступает некоторым маркам стали, которые по этой характеристике превосходят все сплавы железа.

Способы сварки чугунных изделий

Для выполнения сварки материала специалисты прибегают к использованию покрытых или угольных электродов. Кроме этого, применяется порошковая проволока, а также оборудование для газовой сварки.

Если рассматривать процесс сварки чугунных изделий высокой плотности с технологической точки зрения, то нужно выделить три основных направления:

  1. Получение в составе материала качественного сварного шва.
  2. Получение низкоуглеродистого сварного шва.
  3. Получение шва, состоящего из сплавов цветных металлов.

При выполнении сварки чугунных изделий высокой плотности важной задачей является предотвращение возникновения закалённых участков. Во избежание этого выполняется предварительный прогрев деталей, которые будут сваривать. По степени прогрева выделяют следующие виды сварки:

  • горячая — при таком режиме сварки предварительный прогрев изделий осуществляется до температуры 600–650 градусов Цельсия;
  • полугорячая — подготовленное для сварки изделие высокой плотности подогревается до температуры 450 градусов Цельсия;
  • холодная сварка — выполняется без предварительного подогрева.

К использованию первых двух режимов сварки чугуна высокой плотности следует прибегать в тех случаях, когда стоит задача получить сплав высокой плотности в материале сварного шва, который приближен к основному материалу.

Горячая сварка. Когда выполняется этот режим, то подготовленная для сварки холодная деталь прогревается до 650 градусов Цельсия. Это позволяет создать условия равномерного нагрева и медленного охлаждения деталей после завершения работ.

Полугорячая сварка. Когда соединение чугунных изделий производится методом полугорячей сварки, то для решения задачи повышения графитизации прибегают к использованию способа введения графитизирующих веществ. В их качестве выступают алюминий, титан или кремний. Они внедряются в область сварки, а сами детали прогреваются до температуры меньшей, чем при горячей сварке.

Холодный способ сварки чугуна

К такому режиму соединения чугунных изделий высокой плотности прибегают в случаях, если наличие чугуна не предусмотрено в составе сварного шва.

Он также используется в тех случаях, когда необходимо получить чугун высокой плотности в составе материала шва при условии использования во время сварочных работ графитизирующих веществ и допустимости возникновения незначительных дефектов.

Чугун — достаточно популярный материал, который широко применяется в промышленности для изготовления различных деталей, узлов и механизмов. Его отличает высокая прочность и плотность, чем и обусловлена его востребованность.

Сварка чугунных деталей – это актуальная проблема, которая требует серьёзного подхода. При соединении заготовок или конструкций необходимо правильно выбрать подходящий режим сварки в зависимости от свойств и качественных характеристик сварного шва, который требуется получить.

Оцените статью: Поделитесь с друзьями!

Что такое чугун — формула, состав, виды и преимущества

Что такое чугун

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

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

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

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

 

Формула чугуна

Типичный состав чугуна имеет следующие составляющие:

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

 

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

 

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

 

Виды чугуна

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

Белый чугун

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

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

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

Серый чугун

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

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

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

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

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

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

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

Маркировка серого чугуна состоит из символов СЧ (серый чугун) и цифры, которая обозначает предельную прочность в кг/мм2: например, СЧ35. В наиболее распространенных чугунах содержание углерода ниже 3,7%.

Ковкий чугун

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

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

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

Высокопрочный чугун

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

Высокопрочные чугуны имеют ценные первичные свойства чугунов (стойкость к сжатию, жидкотекучесть и т. д.), при этом имеют характерные для сталей предел текучести при растяжении, трещиностойкость и пластичность.

Маркируется аналогично ковкому, но с буквами «ВЧ».

Передельный чугун

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

Специальный чугун

К таким видам чугуна относят антифрикционный чугун и легированный чугун.

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

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

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

Достоинства и недостатки чугуна

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

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

Преимущества чугуна:

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

Недостатки чугуна:

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

Серый чугун: свойства, применение, виды, обработка

Серый чугун — это сплав железа с углеродом, который при охлаждении металла образуется в виде хлопьевидных или пластинчатых включений. Содержание углерода в сплаве превышает 2,14%, что выше нормальной растворимости. Этим сплав и отличается от стали, в которой углерод полностью растворен и отсутствует в виде отдельных включений, структура которых определяет их как графит.

Серый чугун

Основные характеристики

Серый чугун лежит в основе черной металлургии, поскольку получается в результате восстановления железных руд при помощи углеродного топлива (кокса). В результате, кроме химической реакции восстановления окислов железа, сплав дополнительно насыщается свободным углеродом.

Высокое содержание углерода в свободном состоянии определяет механические свойства серого чугуна. Одно из основных качеств, которые позволяют использовать серый чугун не только в качестве передельного металла, это его высокие литейные качества и малая усадка при застывании. Расплавленный металл имеет высокую текучесть, поэтому из него можно выполнять отливки сложной формы.

Плиты серого чугуна

Ограничение по использованию изделий из серого чугуна обусловлено тем, что он имеет низкую прочность на изгиб, высокую хрупкость. Вместе с тем прочность серого чугуна на сжатие очень высока.

Несмотря на высокую хрупкость, такая характеристика, как износостойкость чугуна, позволяет использовать его в изделиях, работающих в условиях трения. В данных условиях сильное влияние оказывают антифрикционные свойства сплава.

Наличие большого количества углерода снижает плотность серого чугуна по сравнению с большинством сортов стали и составляет от 6,8 до 7,3 т на м3.

Из-за наличия вкраплений углерода сварка серого чугуна практически невозможна. Существуют технологии сварки при наличии определенных условий. Это предварительный нагрев деталей, использование специальных высокоуглеродистых электродов, но все равно, структура металла шва сильно отличается от основного материала. Свариваемые детали должны медленно охлаждаться для устранения напряжений в зоне шва.

Химический состав и структура

В химический состав сплава, кроме железа и углерода, входит также некоторое содержание кремния. Свойства сплава зависят от условий охлаждения, поскольку время изменения температуры влияет на формирование внутренней структуры материала.

При медленном остывании образуются крупные кристаллы железа, и соединения металла с углеродом приобретают перлитную основу. Медленное остывание вызывает рост геометрических размеров не только кристаллов железа, но и включений углерода, поэтому, перлитный металл имеет высокую прочность, но повышенную хрупкость.

Микроструктура серого чугуна

В условиях быстрого охлаждения углерод не успевает сформировать крупные включения графита, поэтому сплав приобретает ферритную структуру.

Ферритный серый чугун имеет несколько меньшую хрупкость, чем перлитный.

Выбирая режим охлаждения литой заготовки, можно определенным образом влиять на итоговые свойства материала, в зависимости от предъявляемых требований.

Применение

Серый чугун широко применяется при литье изделий, для которых важна высокая прочность на сжатие. Это свойство важно, главным образом, при изготовлении литых станин инструментального парка. Применение материала ограничивается повышенной хрупкостью изделий при наличии значительных изгибающих усилий.

Изделие из серого чугуна

Ранее широко использовались хорошие литейные свойства материала при изготовлении различных изделий бытового и промышленного назначения. Разнообразная кухонная и бытовая утварь – чугунки, сковороды, утюги, изготовленная литьем при минимальной последующей обработке имела низкую себестоимость и легкость в производстве.

В настоящее время при помощи литья изготавливают также высоконагруженные элементы машин, где они не подвергаются изгибающим нагрузкам. Это поршни и цилиндры двигателей внутреннего сгорания.

Детали высокой прочности, отлитые из серого чугуна, имеют минимальную стоимость и высокий срок службы. Без преувеличения можно сказать, что литые станины и корпуса станков являются практически вечными по сравнению с остальными элементами устройства.

Виды чугуна

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

По своим техническим характеристкикам чугун представляет собой достаточно хрупкий материал.

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

— серый;

— белый;

— половинчатый;

— ковкий;

— высокопрочный.

Теперь давайте немного поподробней остановимся на каждом из них.

Серый чугун.

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

Белый чугун

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

Ковкий чугун 

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

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

Половинчатый чугун

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

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

Высокопрочный чугун

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

Главной особенностью всех чугунов является их плохая свариваемость.

Читайте так же:

Серый чугун

Полугорячая сварка чугана

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:

  1. 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.
  2. Сверлением ‒ стальная стружка имеет витую форму, по длине она больше сверла, хорошо гнется. Чугунная стружка крошится при малейшем воздействии.
  3. 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.

типов чугуна | Ресурсы для литья металлов

Посмотреть эту страницу en français

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

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

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

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

Виды железа

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

Кованое железо

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

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

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

Чугун

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

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

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

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

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

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

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

Белый утюг

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

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

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

Ковкий чугун

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

Ковкий чугун (чугун с шаровидным графитом)

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

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

Чугун с компактным графитом

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

Краткое изложение составов чугуна

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

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

Серый

2.5 — 4,0

1,0 — 3,0

0,2 ​​- 1,0

0,02 — 0,25

0,02 — 1,0

Пластичный

3,0 — 4,0

1,8 — 2,8

0,1 — 1,0

0,01 — 0,03

0,01 — 0,1

Компактный графит

2,5 — 4,0

1,0 — 3,0

0,2 ​​- 1,0

0,01 — 0,03

0,01 — 0,1

Гибкий (белый литой)

2.0–2,9

0,9 — 1,9

0,15 — 1,2

0,02 — 0,2

0,02 — 0,2

Белый

1,8 — 3,6

0,5 — 1,9

0,25 — 0,8

0,06 — 0,2

0,06 — 0,2

Механические свойства чугуна

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

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

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

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

Несколько общих механических свойств чугуна включают:

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

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

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

Класс серого чугуна 25

187

29,9 тысяч фунтов / кв. Дюйм

16,1 Msi

Класс серого чугуна 40

235

41,9 тысяч фунтов / кв. Дюйм

18,2 Msi

Высокопрочный чугун марки 60-40-18

130–170

60 тысяч фунтов / кв. Дюйм

24.5 MSI

Ковкий чугун марки 129-90-02

240–300

120 тысяч фунтов / кв. Дюйм

25,5 млн фунтов на квадратный дюйм

Класс CGI 250

179 макс.

36,2 тыс. Фунтов / кв. Дюйм мин.

3

Класс CGI 450

207–269

65,2 тысяч фунтов / кв. Дюйм мин.

1

Общие области применения чугуна

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

Применение серого чугуна

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

Аппликации для белого железа

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

Твердый никель

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

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

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

Применение ковкого чугуна

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

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

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

Обработка и чистовая обработка

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

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

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

Чугун и будущее

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

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

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

Чугун: свойства, обработка и применение

Чугун — это сплав железа, содержащий 2–4 мас.% Углерода, 1–3 мас.% Кремния и меньшие количества второстепенных элементов [1]. Для сравнения, сталь имеет более низкое содержание углерода до 2 мас.% И более низкое содержание кремния.

Чугун также может быть дополнительно оптимизирован путем легирования небольшими количествами марганца, молибдена, церия, никеля, меди, ванадия и титана перед литьем.

В зависимости от содержания кремния в чугуне он классифицируется как белый чугун или серый чугун и может подвергаться дальнейшей обработке при определенных температурах для получения ковкого или ковкого чугуна.

Общие свойства чугуна

Чугун очень ценится за его способность легко отливать сложные формы в расплавленном состоянии и за его низкую стоимость. Кроме того, его свойства можно легко изменить, регулируя состав и скорость охлаждения без значительных изменений в методах производства.

Его другие основные преимущества перед литой сталью включают простоту обработки, гашение вибрации, прочность на сжатие, износостойкость и коррозионную стойкость [2]. Коррозионная стойкость чугуна повышается за счет добавления второстепенных элементов, таких как кремний, никель, хром, молибден и медь [3].

Виды чугуна и их применение

Чугун можно разделить на серый чугун, белый чугун, ковкий чугун и ковкий чугун, в зависимости от его состава.

Серый чугун

Серый чугун или серый чугун имеет темно-серый цвет излома из-за графитовой микроструктуры. Наличие чешуек графита связано с добавлением кремния, который стабилизирует углерод в виде графита, а не карбида железа. Серый чугун обычно имеет состав 2.5–4,0 мас.% Углерода и 1,0–3,0 мас.% Кремния [1].

Применение серого чугуна

Серый чугун — наиболее распространенная форма чугуна. Он используется в приложениях, где его высокая жесткость, обрабатываемость, гашение вибрации, высокая теплоемкость и высокая теплопроводность являются преимуществом, например, в блоках цилиндров двигателя внутреннего сгорания, маховиках, картерах коробки передач, коллекторах, роторах дисковых тормозов и посуде.

Обычно используемой классификацией серого чугуна является международный стандарт ASTM A48.В соответствии с этой системой серые чугуны классифицируются в соответствии с их пределом прочности на разрыв, например, серый чугун класса 20 имеет минимальную прочность на разрыв 20000 фунтов на квадратный дюйм (140 МПа).

Белый чугун

Белый чугун имеет белый цвет излома из-за присутствия карбида железа или цементита Fe3C. Наличие углерода в этой форме, в отличие от графита, является результатом более низкого содержания кремния по сравнению с серым чугуном. Белый чугун обычно содержит 1,8 мас.% — 3,6 мас.% Углерода, 0,5 мас.% — 1,9 мас.% Кремния и 1,0 мас.% — 2,0 мас.% Марганца.

Белый чугун чрезвычайно износостойкий, но хрупкий. Они обладают высокой твердостью благодаря своей микроструктуре, содержащей крупные частицы карбида железа, и не поддаются механической обработке.

Аппликации из белого чугуна

Белый чугун используется в износостойких деталях, хрупкость которых не вызывает особого беспокойства, таких как футеровка корпуса, шламовые насосы, шаровые мельницы, подъемные штанги, экструзионные форсунки, смесители для цемента, трубопроводная арматура, фланцы, дробилки и рабочие колеса насосов.

Популярный сорт белого чугуна — белые чугуны с высоким содержанием хрома, ASTM A532. Он содержит никель и хром для применения с низким уровнем ударной абразивности [4].

Ковкий чугун

Ковкий чугун получают путем термообработки белого чугуна с медленным отжигом. Это приводит к превращению углерода в форме карбида железа в белом чугуне в графит, а остальная матрица состоит из феррита или перлита [1]. Графит имеет сферическую или узловатую форму.

Ковкий чугун обладает хорошей пластичностью и пластичностью. Из-за более низкого содержания кремния по сравнению с другими чугунами он демонстрирует хорошую вязкость разрушения при низкой температуре.

Применение ковкого чугуна

Благодаря хорошему пределу прочности на разрыв и пластичности ковкий чугун используется для изготовления электрической арматуры и оборудования, ручных инструментов, трубопроводной арматуры, шайб, кронштейнов, сельскохозяйственного оборудования, оборудования для горнодобывающей промышленности и деталей машин.

Распространенная классификация ковкого чугуна — ASTM A47.

Ковкий чугун

Ковкий чугун, также известный как чугун с шаровидным графитом и чугун с шаровидным графитом, характеризуется наличием графита в форме сферических утолщений, как и в ковком чугуне. В отличие от ковкого чугуна, ковкий чугун образуется не путем термообработки белого чугуна, а благодаря определенному химическому составу.

Ковкий чугун содержит 3,2–3,6 мас.% Углерода, 2,2–2,8 мас.% Кремния и 0,1–0,2 мас.% Марганца, а также меньшие количества магния, фосфора, серы и медь.Присутствие марганца определяет сферическую форму включений графита [4].

Применение высокопрочного чугуна

Благодаря своей микроструктуре этот материал более пластичен, чем серый или белый чугун. По этой причине он используется как труба из высокопрочного чугуна для водоснабжения и канализации. Он также может выдерживать термоциклирование и поэтому используется в зубчатых колесах и компонентах подвески транспортных средств, тормозах и клапанах, насосах и гидравлических частях, а также корпусах ветровых турбин.

Ковкий чугун обычно классифицируется как ASTM A536.

Производство и обработка

Для производства чугуна железо должно быть извлечено из железной руды. Руда выплавляется в доменной печи, где она разделяется на чугун и шлак. Печь нагревается примерно до 1800 градусов Цельсия в атмосфере кислорода, и образующийся шлак поднимается вверх и может быть удален.

Расплавленный чугун, представленный ниже, содержит от 3 до 5 мас.% Углерода. Затем он комбинируется с железом, сталью, коксом и известняком.

После селективного удаления примесей из этого железа содержание углерода снижается. На этом этапе может быть добавлен кремний для преобразования содержания углерода в графит или цементит. Затем железо отливают в различные формы.

[1] Р. Эллиотт, Технология чугуна. Баттервортс, 1988, стр. 1

[2] «Чугун против литой стали», Reliance Foundry, май. 17, 2017. [Онлайн]. [Доступ: 8 октября 2018 г.].

[3] С. К. Сарна, «Коррозия чугунов», ispatguru.com, июн.28, 2016. [Online]. [Доступ: 8 октября 2018 г.].

[4] С. К. Сарна, «Применение чугуна, чугунных отливок, сделанных в Китае», Reliance Foundry. [В сети]. [Доступ: 9 октября 2018 г.].

Что такое чугун? — Свойства и использование

Что такое чугун?

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

Жидкий чугун отливают или разливают в сырых поросят в виде чушек и закалывают, а затем чушек повторно расплавляют в вагранках с отходами и легирующими элементами для производства широкого спектра продукции. Его можно преобразовать в формы.

Чугун — хрупкий и менее пластичный материал с высокой коррозионной стойкостью. Из-за высокой прочности на сжатие из него делают основу или корпус большинства машин. Чугун также имеет низкую температуру плавления около 1200 градусов по Цельсию, что делает его пригодным для литья.Его называют чугунным из-за его литейных свойств. Он отличается низкими производственными затратами и отличными механическими характеристиками.

В чем разница между чугуном и сталью?

Чугун на самом деле представляет собой сплав железа и углерода, как и сталь, с основным отличием в том, что в чугуне больше углерода. В то время как сталь требует содержания углерода не более 2 процентов, чугун обычно содержит от 2 до 3,5 процентов углерода.

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

В качестве еще одного важного различия между сталью и чугуном мы можем сказать, что углерод в стали находится в форме карбида железа, в то время как чугун имеет углерод в виде графита или карбида железа или того и другого.Кроме того, чугун не содержит стали и обладает отличной текучестью.

Свойства чугуна

Некоторые общие механические свойства чугуна включают:

  • Твердость. Устойчивость материала к истиранию и вдавливанию
  • Вязкость. Способность материала поглощать энергию
  • Пластичность. Способность материала деформироваться без разрушения
  • Эластичность. Способность материала возвращаться к исходным размерам после деформации.
  • Ковкость. Способность материала деформироваться при сжатии без разрыва.
  • Предел прочности. Наибольшее продольное напряжение, которое может выдержать материал без разрыва.
  • Усталостная прочность. Максимальное напряжение, которое материал может выдержать в течение заданного количества циклов без разрушения

Чугун

Чугун также содержит небольшое количество примесей, таких как кремний, сера, марганец и фосфор, медь, никель, хром , которые влияют на его свойства в малом или большом масштабе.Эффект от этих свойств следующий.

  • Кремний: В чугуне частицы кремния составляют до 4 процентов. Он способствует образованию графита, что делает его мягким и легко обрабатываемым, а также повышает прокаливаемость и электрическое сопротивление.
  • Сера: Присутствует до 0,1 процента. Это делает чугун твердым и хрупким.
  • Марганец: Способствует карбидообразованию чугуна, что делает его элитным, твердым и повышает устойчивость к износу и истиранию.Присутствует до 0,75 процента.
  • Хром: Он также способствует образованию карбидов, что повышает прокаливаемость, износостойкость, устойчивость к коррозии и окислению.
  • Никель: Повышает прочность на разрыв.
  • Вольфрам: Повышает жаропрочность и жаропрочность.
  • Молибден: Повышает прокаливаемость.
  • Ванадий: Повышает прокаливаемость и жаропрочность.
  • Алюминий: Работает как раскислитель стали.
  • Титан: Действует как раскислитель стали.
  • Ниобий: Он снижает прокаливаемость и увеличивает пластичность, что приводит к увеличению ударной вязкости.
  • Кобальт: Снижает прокаливаемость и сопротивляется размягчению при повышенных температурах.

Типы чугуна

Существует четыре типа основного чугуна, как объясняется ниже:

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

1.Серый чугун

Серый чугун или серый чугун — это тип чугуна с графитовой микроструктурой. Он назван в честь серого цвета образовавшейся трещины из-за присутствия графита. Это самый распространенный чугун и наиболее широко используемый литой материал в зависимости от веса.

Первый тип чугуна содержит углерод в свободной форме. Он также известен как товарный чугун из-за того, что в основном используется в коммерческих целях.

Он содержит от 3 до 3,5 процентилей углерода и остальное железо.Этот чугун имеет низкую прочность на растяжение, высокую прочность на сжатие и не пластичен. Обладает отличными обрабатываемыми свойствами. Этот металл обозначается буквой FG, за которой следует цифра, показывающая максимальное растягивающее напряжение.

2. Белый чугун

Белый чугун — это тип сплава углерод-железо, который содержит более 2% углерода в виде цементита.

Название «белое литье» происходит от его белой поверхности, которая вызвана примесями карбида, которые допускают образование трещин по всему металлу.При переломе обнаруживается серебристый (белый) перелом.

Чугун, в котором углерод присутствует в комбинированной или карбидной форме, известный как белый чугун. Белый цвет обусловлен образованием карбида. Он твердый и не подходит для механической обработки. Этот утюг имеет высокую прочность на разрыв и низкую прочность на сжатие.

3. Ковкий чугун

Ковкий чугун изготавливается из белого чугуна путем его нагрева и выдержки при 1 500–1 750 ° F (816–954 ° C) с последующим медленным охлаждением в диапазоне температур 1300–1400 °. F (704–760 ° C).

Этот чугун получают из белого чугуна термической обработкой. Чаще всего его получают отжигом белого чугуна.

Обладает повышенной прочностью и пластичностью, как сталь, но легко отливается. Он часто используется для небольшого растяжения, с хорошей прочностью на разрыв и способностью изгибаться без разрушения (пластичность). Используется в электрической арматуре, ручном инструменте, трубной арматуре, шайбах, кронштейнах, заборной арматуре и т. Д.

4. Ковкий чугун

Он также известен как чугун с шаровидным графитом или высокопрочный чугун.Обладает высокой прочностью. Его получают из серого чугуна путем добавления небольшого количества магния на стадии расплава.

Обозначается SG, за которым следуют числа, обозначающие предел прочности при растяжении и относительное удлинение.

5. Пестрый чугун

Чугун с равным количеством свободного углерода и карбида, известный как крапчатый чугун. Имеет промежуточное свойство и цвет серого чугуна и белого чугуна.

6. Охлажденный чугун

Если белый чугун быстро охладился после стадии расплава, полученный чугун известен как охлажденный чугун.

7. Легированный чугун

Легированный чугун, полученный путем добавления в чугун некоторых легирующих элементов, таких как никель, хром, медь и т. Д. Он имеет улучшенные свойства в зависимости от легирующего элемента. Этот чугун производится для того, чтобы получить желаемые свойства чугуна.

Использование чугуна

Чугун может использоваться для многих типов материалов и изготовления различных инструментов и т. Д.

  • Серый чугун: Блоки цилиндров двигателя, маховики, картеры коробки передач, основания станков.
  • Белый чугун: Опорные поверхности.
  • Ковкий чугун: Шестерни, распределительные валы, коленчатые валы, поршневые кольца.
  • Многие виды сантехнической арматуры, такие как канализационные трубы, люки, водопроводные трубы, цистерны, производятся из чугуна.
  • Основание колонны и металлические колонны могут быть изготовлены из чугуна.
  • Литейная форма, используемая для изготовления фонарных столбов, металлических лестниц, ворот и т. Д.
  • Колеса тележки и рельсовые стулья изготовлены из чугуна.
  • Из него можно изготавливать различные виды сельскохозяйственной техники и инвентаря.
  • Из чугуна можно изготавливать различные детали машин
  • Применяется при изготовлении автомобильных деталей
  • Применяется при изготовлении кастрюль, кастрюль и посуды
  • Применяется при изготовлении якорей для судов

Преимущества и недостатки литья Утюг.

Преимущества чугуна

  • Обладает хорошими литейными свойствами
  • Обладает хорошей чувствительностью
  • Обладает отличной износостойкостью
  • Обладает хорошей обрабатываемостью.
  • Он имеет очень низкую чувствительность к надрезам.
  • Он имеет низкую концентрацию напряжений.
  • Он имеет низкую стоимость.
  • Обладает отличными антивибрационными (или демпфирующими) свойствами, поэтому из него делают рамы машин.
  • Он имеет постоянные механические свойства при температуре от 20 до 350 ° C.
  • Он доступен в больших количествах, следовательно, производится в массовом масштабе.Инструменты, необходимые для процесса литья, относительно дешевы и недороги. Это обуславливает невысокую стоимость ее продукции.
  • Ему можно придать любую сложную форму и размер без дорогостоящих операций механической обработки

Недостатки чугуна

  • Склонен к ржавчине
  • Он имеет плохую прочность на разрыв
  • Он имеет высокое отношение веса к прочности
  • Обладает высокой хрупкостью
  • Обладает плохой ударопрочностью
  • По сравнению со сталью имеет плохую обрабатываемость
  • Его детали чувствительны к сечению; это связано с медленным охлаждением толстых участков.
  • Выход из строя его частей внезапный и в целом не отражает предел текучести.
  • Не обрабатывается (белый чугун).

Часто задаваемые вопросы.

Что такое чугун?

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

Из чего делают чугун?

Чугун производится из чугуна, который является продуктом плавки железной руды в доменной печи.Чугун можно производить непосредственно из расплавленного чугуна или путем переплавки чугуна, часто вместе со значительными количествами чугуна, стали, известняка, углерода (кокса), и принятия различных мер для удаления нежелательных примесей.

Для чего используется чугун?

Обладая относительно низкой температурой плавления, хорошей текучестью, литьем, отличной обрабатываемостью, устойчивостью к деформации и износостойкостью, чугуны стали конструкционным материалом с широким спектром применения и используются в трубах, машинах и деталях автомобильной промышленности, таких как как головки блока цилиндров, цилиндр.

В чем разница между чугуном и сталью?

Чугун на самом деле представляет собой сплав железа и углерода, как и сталь, с основным отличием в том, что в чугуне больше углерода. В то время как сталь требует содержания углерода не более 2 процентов, чугун обычно содержит от 2 до 3,5 процентов углерода.

Каковы свойства чугуна?

Свойства чугуна включают:
1. Твердость — стойкость материала к истиранию и вдавливанию.
2. Прочность — способность материала поглощать энергию.
3. Пластичность — способность материала деформироваться без разрушения.
4. Эластичность — способность материала возвращаться к исходным размерам после деформации.

Для чего нужен чугун?

Применения чугуна:
Используется в производстве труб для транспортировки подходящих жидкостей.
Используется при изготовлении различных машин.
Используется в производстве автомобильных запчастей.
Используется для изготовления кастрюль и посуды.
Применяется при изготовлении якорей для судов.

Читайте также

Нравится:

Нравится Загрузка …

Связанное сообщение

Чугун | Конструкция машины


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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

.

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

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

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

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

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

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

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

Chills позволяют производить отливки с рабочими поверхностями и сердечниками из белого чугуна, которые представляют собой более твердый и более легкий в обработке серый или высокопрочный чугун. Во время охлаждения та часть отливки, которая должна сопротивляться износу, охлаждается металлическим или графитовым теплоотводом (охлаждающим элементом) в кристаллизаторе.Когда расплавленное железо контактирует с холодом, оно затвердевает так быстро, что железо и углерод не могут диссоциировать.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Высоколегированный чугун: Высоколегированный чугун — это ковкий серый или белый чугун, содержащий от 3 до более 30% сплава. Свойства специализированных литейных производств существенно отличаются от свойств нелегированного чугуна. Эти утюги обычно отличаются химическим составом, а также различными механическими свойствами.

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

4 типа чугуна

Чугун, состоящий из железа с более чем 2% углерода, является универсальным металлом, который используется в широком диапазоне потребительских и коммерческих применений. Он существует примерно с V века до нашей эры, когда чугун использовался для изготовления оружия, а также сельскохозяйственных продуктов. С тех пор этот металл становится все более распространенным. Хотя весь чугун имеет содержание углерода более 2%, существует несколько различных типов чугуна, каждый из которых уникален.

# 1) Серый чугун


Самый распространенный вид серого чугуна — графитовая микроструктура, состоящая из множества мелких трещин. Его называют «серым чугуном», потому что наличие этих мелких трещин создает впечатление серого цвета. При производстве серого чугуна трещины открываются, обнажая серый графит под поверхностью. Серый чугун не так прочен, как сталь, и не способен выдерживать такие же удары, как сталь. При этом серый чугун обладает такой же прочностью на сжатие, как и сталь.В результате он стал популярным выбором металла для применений, связанных с прочностью на сжатие.

# 2) Белый чугун


Хотя белый чугун не так распространен, как серый чугун, стоит упомянуть еще один его тип. Он получил свое название от своего не совсем белого цвета, который является результатом соединений железа, известных как цементит. Как и серый чугун, белый чугун имеет множество мелких трещин. Разница в том, что белый чугун содержит цементит под поверхностью, тогда как серый чугун содержит графит под поверхностью.Графит придает вид серого цвета, а цементит — белого цвета. Белый чугун твердый и обладает отличной устойчивостью к истиранию.

# 3) Ковкий чугун


Также известный как чугун с шаровидным графитом, ковкий чугун — это тип мягкого ковкого сплава чугуна с высоким содержанием углерода. Обычно он состоит из следовых количеств других соединений, включая магний и церий. При добавлении эти следы соединений замедляют скорость роста графита, тем самым сохраняя металл мягким и пластичным.Ковкий чугун был изобретен в начале-середине 1940-х годов.

# 4) Ковкий чугун

И, наконец, ковкий чугун, который легко поддается обработке. Обычно он создается с использованием процессов термообработки белого чугуна. Белый чугун нагревается до двух дней, после чего охлаждается. После завершения ковкий чугун можно гнуть и манипулировать им для получения уникальных форм и размеров.

Нет тегов для этого сообщения.

Чугун | Типы, преимущества, недостатки, использование, свойства

Чугун — это сплав черных металлов, содержащий более 2% углерода.Хотя он может иметь любой процент углерода от 2% до 6,67%, но на практике он составляет всего от 2% до 4%.

Свое название получил благодаря отличным литейным качествам. Он твердый и хрупкий.

Между чугуном и сталью есть принципиальная разница. Сталь содержит менее 1% углерода, а чугун — более 2% углерода.

Другие легирующие элементы, которые обычно используются в нем:

  • Марганец : Повышает устойчивость к износу и истиранию
  • Хром : Повышает прокаливаемость, износостойкость, устойчивость к коррозии и окислению
  • Никель : увеличивает прочность на разрыв
  • Вольфрам : повышает жаропрочность и жаропрочность
  • Молибден : Повышает прокаливаемость
  • Ванадий : Повышает прокаливаемость и жаропрочность
  • Кремний : Повышает прокаливаемость и удельное электрическое сопротивление
  • Алюминий : работает как раскислитель стали
  • Титан : работает как раскислитель стали
  • Ниобий : снижает прокаливаемость и увеличивает пластичность, что приводит к увеличению ударной вязкости
  • Кобальт : снижает закаливаемость и сопротивляется размягчению при повышенных температурах

Виды чугуна

В приведенной выше таблице вы можете найти состав различных типов чугунов

Ниже приведены некоторые важные его типы

  • Серый
  • Пластичный
  • Графит плотный
  • Белый
  • Гибкий
  • Устойчивость к истиранию
  • Узловая или сфероидальная
  • аустенитный

Теперь кратко обсудим свойства каждого из них.

  1. Белый чугун

Углерод присутствует здесь в виде карбида железа (Fe 3 C).

Его свойства

  • Обладает высокой прочностью на сжатие
  • Сложно обработать
  • Обладает хорошей твердостью
  • Устойчивость к износу
  1. Серый чугун

Углерод здесь в основном в форме графита.Стоит недорого.

Его свойства

  • Обладает хорошей обрабатываемостью
  • Обладает хорошей устойчивостью к истиранию и износу
  • Обладает высокой прочностью на сжатие
  • Хрупкий
  1. Ковкий чугун

Его свойства

  • Обладает высокой пластичностью
  • Обладает высокой прочностью
  1. Ковкий чугун

Они стали пластичными с помощью отжига.Из них изготавливают детали, где ковка стоит дорого, например, опоры тормозов, ступицы колес вагонов и т. Д. Они дорогие.

Его свойства

  • Обладают повышенной пластичностью
  • Они прочнее серого чугуна
  • Их можно перекручивать или сгибать без перелома
  • Отличные возможности обработки

5. Чугун с шаровидным графитом или шаровидным графитом

Здесь графит присутствует в виде сфер или конкреций.

Его свойства

  • Обладают повышенной прочностью на разрыв
  • Обладают хорошими характеристиками удлинения

Преимущества чугуна
  • Обладает хорошими литейными свойствами
  • Он доступен в больших количествах, следовательно, производится массово. Инструменты, необходимые для процесса литья, относительно дешевы и недороги. Это приводит к низкой стоимости ее продукции.
  • Ей можно придать любую сложную форму и размер без дорогостоящих операций механической обработки
  • Она имеет в три-пять раз большую прочность на сжатие по сравнению со сталью
  • .
  • Обладает хорошей обрабатываемостью (серый чугун)
  • Обладает отличными антивибрационными (или демпфирующими) свойствами, поэтому из него делают рамы машин
  • Обладает хорошей чувствительностью
  • Обладает отличной износостойкостью
  • Обладает постоянными механическими свойствами при температуре от 20 до 350 градусов Цельсия
  • Обладает очень низкой чувствительностью к метке
  • Имеет низкую концентрацию напряжений
  • Низкая стоимость
  • Обладает прочностью
  • Устойчивость к деформации

Недостатки чугуна
  • Склонен к ржавчине
  • Имеет низкую прочность на разрыв
  • Его части чувствительны к сечению, это связано с медленным охлаждением толстых сечений.
  • Выход из строя его частей внезапный и полный, у него нет предела текучести.
  • Плохая ударопрочность
  • По сравнению со сталью хуже обрабатывается
  • Обладает высоким соотношением веса к прочности
  • Обладает повышенной хрупкостью
  • Не обрабатывается (белый чугун)

Применения чугуна

Используется для изготовления следующих вещей

  • Используется при производстве труб для транспортировки подходящих жидкостей
  • Используется в производстве различных машин
  • Используется в производстве автомобильных деталей
  • Используется для изготовления кастрюль, сковород и посуды
  • Применяется при постановке якоря для судов.

Источник изображения

Таблица состава

Категория: Наука о производстве

Чугун — обзор

Классификация специальных высоколегированных чугунов

Без графита

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

Таблица 1-7-1. Чугун с графитовым подшипником

Ферритный 5% Si-чугун Термостойкий
Высокий (15%) кремниевый железо Коррозионно-стойкий, как можно найти в ASTM A 518, ASTM Сорт 1, 2 и 3.
Аустенитный 18% Ni (Ni-Resist)
18% Ni, 5% Si
Коррозия и термостойкость, как указано в ASTM A 439
Тепло и коррозия Устойчивый ASTM A 439
Игольчатый Высокопрочный Износостойкий
1.

Перлитный чугун: износостойкий чугун

2.

Мартенситный белый чугун (никелированный): износостойкий

3.

Высокохромистое железо (11–28% Cr) : износостойкость, коррозионная и жаропрочная

Чугуны с высоким содержанием кремния

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

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

Скорость коррозии обычно снижается до очень низкого уровня, обычно менее 5 м / год (0,13 мм / год). Однако, если в окружающей среде содержится горячая кислота в диапазоне от 5% до 55% H 2 SO 4 , то скорость коррозии может возрасти до 20 м / г (0.51 мм / год).

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

Обычно содержание кремния в основном легирующем элементе составляет от 12% до 18%. Как указывалось ранее, наличие кремния выше 14.2% придает материалу характерные свойства коррозионной стойкости. Чугуны с высоким содержанием кремния представляют собой наиболее часто задаваемые коррозионно-стойкие сплавы по умеренной цене.

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

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

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

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

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

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

Чугуны с высоким содержанием хрома (Ni-Hard)

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

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

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

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

Таблица 1-7-2. Типичные химические составы отливок из сплавов

3,3
Класс Тип Обозначение C Mn Si Ni Cr Mo P

1

1 9110

1

1

I A Ni-Cr-Hc 2.8-3,6 2,0 макс 0,8 макс 3,3-5,0 1,4-4,0 1,0 макс 0,3 макс 0,15 макс
I B 9112 Cr3 Ni Lc 2,4-3,0 2,0 макс 0,8 макс 3,3-5,0 1,4-4,0 1,0 макс 0,3 макс. -Cr-GB 2.5-3.7 2,0 макс 0,8 макс 4,0 макс 1,0-2,5 1,0 макс 0,3 макс 0,15 макс
I D Ni- Ni- 3,6 2,0 макс 2,0 макс 4,5-7,0 7,0-11,0 1,5 макс 0,10 макс 0,15 макс
II A 9112 Cr3 -3,3 2.0 макс 1,5 макс 2,5 макс 11,0-14,0 3,0 макс 1,2 макс 0,10 макс 0,06 макс
II B 15% Cr-Mo 2,0 макс 1,5 макс 2,5 макс 14,0-18,0 3,0 макс 1,2 макс 0,10 макс 0,06 макс
II D 9112 Cr-Mo 20 2.0-3,3 2,0 макс 1,0-2,2 2,5 макс 18,0-23,0 3,0 макс 1,2 макс 0,10 макс 0,06 макс
III A 25 2,0-3,3 2,0 макс 1,5 макс 2,5 макс 23,0-30,0 3,0 макс 1,2 макс 0,10 макс 0,06 макс
Irons High-Niel -Resist)

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

Чугуны с высоким содержанием никеля широко используются и обычно известны как чугуны с никелевым резистором. Серый аустенитный чугун содержит от 14% до 30% никеля и устойчив к средам с умеренно окислительной кислотой. Они также устойчивы к H 2 SO 4 при комнатной температуре. По сравнению с нелегированным чугуном высоконикелевый чугун наиболее устойчив к щелочам.

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

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

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

Серый аустенитный чугун

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

Эти отливки производятся путем плавки в различных типах литейных печей, которые могут включать в себя любое из следующего:

Купольная печь

Воздушные печи

Электродуговая дуга индукционные печи

Тигельные печи

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

Углерод

Кремний

Марганец

Никель

000 53
000 53
000 52
9115 9115
000
000
000 9115

Сера

Молибден

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

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

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

21122
Тип отливки Тип Предел прочности (мин) тыс. Фунтов / кв. Дюйм 25 131
Ni-Resist 1B 30 149
Ni-Resist 2 25 118
171
Ni-Resist 3 25 118

Тип 1

9115 9115 9115 9115 9115 9115 9115

Тип 2b

Тип 3

Тип 4

Тип 5

Тип 6

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

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

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

Углерод

Кремний

Марганец

Фосфор

9115 00 00
00

9115

Механическое испытание проводится для подтверждения того, что чугун соответствует требуемым значениям прочности на растяжение, предел текучести, удлинения и твердости.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *