Сплав железа с углеродом чугун: Чугун — сплав железа с углеродом

Чугун — сплав железа с углеродом

Чугун – самый распространенный литейный сплав. Интересна история его появления. Первоначально железо не плавили, а просто отжигали в горне железную руду с древесным углем, получая губчатое железо – крицу. Для плавления металла было недостаточно температуры, потому что горны были небольшие. Затем крицу ковали. Но в средние века неизвестный металлург сделал большой горн, и металл расплавился и застыл на дне горна. Кузнец попытался его проковать, но разбил на мелкие кусочки. Обруганное свинячье железо (чушка, pig-iron) было непрочным, но прочно заняло место среди литейных сплавов, когда металлурги поняли, что его можно отливать, как тогдашний литейный сплав — бронзу. С тех пор чугунное литье окружает нас в быту и технике.

Чугуны представляют собой сплав железа с углеродом и могут обладать уникальными механическими свойствами которые зависят от количества и формы графита Наряду с углеродом и железом в состав серого чугуна входит кремний, марганец и фосфор. Эти компоненты оказывают существенное воздействие на свойства сплавов и характеристики выполненных из них литейных заготовок. По своей структуре серый чугун может быть ферритным, ферритно-перлитным или перлитным, что следует учитывать при выборе типа сплава для производства отливки.

Серый чугун

Чугун с включениями пластинчатого графита, обладает высокими показателями прочности на сжатие, растяжение и изгиб, а также такими уникальными свойствами, как вибропоглощение и высокая стабильность размеров при изменении температуры окружающей среды, что делает его незаменимым при станкостроении, изготовлении оптических приборов и т.д.

Пластические свойства серых чугунов данной категории достаточно низкие. Это объясняется тем, что плоские включения разграничивают структуру чугуна на отдельные зерна и, тем самым, становятся причиной хрупкости.

Для маркировки металла используются буквы СЧ с двумя числами, где первое указывает на предел прочности при растяжении, а второе – при изгибе.

Высокопрочный чугун

Представляет собой сплав, содержащий включения графита сферической формы. Такой состав обеспечивает максимальную однородность материала, пластичность и ударную вязкость. Высокое содержание углерода гарантирует таким изделиям износостойкость и прочность на сжатие. Заготовки из ВЧ отличаются лучшими характеристиками для механической обработки, но по своим литейным показателям уступают серому чугуну. Усадка литейных заготовок может достигать 1,3-1,8%. Сырьем для производства высокопрочных марок металла служит обычный серый чугун. Улучшенные характеристики материалу обеспечивает добавление в процессе литья 0,5-1% магния (Mg) и РЗМ (Ce и др.).

Металл маркируется буквами ВЧ. Два числа, присутствующие в маркировке, указывают на предел прочности при растяжении и относительное удлинение.

Чугуны со специальными свойствами

Помимо традиционных сплавов используются материалы со специальными свойствами: антифрикционные, износостойкие и жаростойкие чугуны, а также металлы с повышенной устойчивостью к образованию коррозии.

Антифрикционные чугуны.

Сплавы данной категории включают марки металла АЧС-1 – АЧС-6, АЧВ-1, АЧВ-2, АЧК-1, АЧК-2 с перлитной, перлитно-ферритной или аустенитной структурой. Используются такие сплавы для производства деталей, подверженных в процессе эксплуатации трению со смазкой.  Широкое применение они получили при изготовлении изнашиваемых деталей строительной техники, оборудования горнодобывающей и угольной промышленности.

Чугуны, устойчивые к износу, коррозии и высоким температурам.

Для легирования таких металлов используются Al, Si, Cr и другие элементы. Благодаря этому может улучшиться как один, так и несколько показателей сплава. К категории наиболее износостойких сплавов относится белый чугун с высоким содержанием хрома. Такие сплавы активно применяются в металлургии и производстве тяжелой строительной техники. Высокой жаростойкостью обладает чугун, легированный алюминием, а устойчивостью к образованию коррозии в кислотных и щелочных растворах – сплавы с высоким содержанием кремния.

Сплав железа с 2—4% углерода, обычно хрупкий, 5 (пять) букв

Вопрос с кроссворда

Ответ на вопрос «Сплав железа с 2—4% углерода, обычно хрупкий «, 5 (пять) букв:
чугун

Альтернативные вопросы в кроссвордах для слова чугун

Бессемерованием называют процесс обработки именно его

Сталь — из мартена, а что из домны?

Без какого сплава сталь не сваришь?

Этот сплав содержит от двух до пяти процентов углерода и от девяноста пяти до девяноста восьми процентов железа

Появление в XVI веке этого «ядерного материала» привело к полному пересмотру взглядов на фортификацию

Сплав литой ограды

Определение слова чугун в словарях

Википедия Значение слова в словаре Википедия
Чугун : Чугун — сплав. Чугун — крупный сосуд, горшок из чугуна округлой формы для тушения и варки в русской печи . Небольшой чугун — чугуно́к.

Толковый словарь живого великорусского языка, Даль Владимир Значение слова в словаре Толковый словарь живого великорусского языка, Даль Владимир
м. первая выплавка из железной руды, из коей, перекалкой и отжимкой под кричным молотом, добывается железо. Белый чугун, жесткий и хрупкий; серый и черный, мягкий. Чугун, чугунец, чугунок, чугунчик, чугунища, чугунник, литой чугунный горшок для варки и …

Толковый словарь русского языка. Д.Н. Ушаков

Значение слова в словаре Толковый словарь русского языка. Д.Н. Ушаков
чучгуна, м. только ед. Железо, содержащее нек-рую примесь углерода, получаемое выплавкой из железной руды в доменной печи, более хрупкое и менее ковкое, чем сталь. Горшок, сосуд из такого металла. Пришли бабы, поставили чугуны и принялись за работу. Л. …

Примеры употребления слова чугун в литературе.

Оно училось не за партами, не в мастерских, оно училось, работая наравне со взрослыми у рудных дробилок и промывочных машин, на шихтовке материалов для агломерата, кокса, чугуна, стали, у грохотов и транспортеров, на кранах и под бункерами, у печей всех родов и видов, в литейных дворах, пролетах, канавах и у прокатных станов.

В своей комнате, где стоит кровать и письменный стол с двумя тумбами, Чугунов снял со стены бескурковое ружье, переломил его и посмотрел в стволы на свет.

В 1855 году Бессемер расплавил в керамическом тигле пять килограммов доменного чугуна, а затем продул через полученный расплав воздух, который поступал по вставленной в ванну керамической трубке.

Однако несомненно то, что Генри Бессемер был первым, кому, продувая воздух через чугун удалось превратить его в сталь.

Еще больше был бы удивлен Бессемер, если бы кто-нибудь в тот октябрьский день 1856 года сказал ему, что Роберт Мюшет будет первым инженером, который прокатает из бессемеровской стали, раскисленной зеркальным чугуном, первый железнодорожный рельс.

И хотя еще Бессемер предлагал использовать чистый кислород для окисления примесей чугуна, понадобилось много лет, чтобы технически осуществить процесс вдувания кислорода в конвертор сверху, получивший название ЛД-процесс.

Источник: библиотека Максима Мошкова

Железоуглеродистые сплавы – Металлургия

Машиностроение › Металлургия ›

Описывает железоуглеродистые стальные сплавы, влияние скорости охлаждения на их прочность; Плодоводство и кристалография

Содержание

1. Конституция углеродных сплавов железа
2. Критическая точка
3. Кристаллиновые формы
4. Платеры расщепления. 0012
5. Комментарии к странице

Состав железоуглеродистых сплавов

1. Железо и углерод

Ниже приведены три особенности добавления углерода к железу:

• Сталь представляет собой кристаллическое вещество, содержащее менее 1,5% углерода.
• Углерод придает прочность и твердость, но за счет пластичности.
• Для стали углерод должен присутствовать в виде карбида железа. Свободный углерод присутствует в чугуне.

2. Химические соединения

Карбид железа известен как «ЦЕМЕНТИТ». Это химическое соединение железа и углерода

3. Раствор: «аустенит»

Когда сталь нагревается до определенной температуры, крошечные частицы цементита растворяются или переходят в раствор в железе, и выше этой температуры частицы железа нельзя было наблюдать под микроскопом. Поскольку сталь была твердой, это известно как «твердый раствор» и называется «АУСТЕНИТ». Свойства аустенита сильно отличаются от свойств исходной смеси железа и цементита.

4. Диаграмма равновесия железа и углерода (первая часть)

Диаграмма равновесия углерода

• Прежде чем произойдет затвердевание (замерзание), температура должна упасть до точки на линиях AB или BC
• Эвтектика Iron Carbon содержит эквивалент 4,3% углерода.
• «Застывшая» эвтектика имеет состав твердого раствора аустенита (состава Е) и карбида железа.
• Для сплавов с содержанием углерода менее 1,8% каждый сплав имеет диапазон температур, при котором происходит замерзание, но конечная жидкость не достигает эвтектического состава, а структура твердого сплава полностью представляет собой твердый раствор аустенита.
• Критерий содержания углерода 1,8% используется для различения стали и чугуна.
• 1) Если углерод в чугуне находится в форме карбида, мы имеем «белый чугун».

2) Если углерод свободен в виде графита. У нас есть серый чугун.

Диаграмма равновесия железа и углерода (вторая часть)

Это касается изменений, происходящих при охлаждении аустенита.

а) Рассмотрим охлаждение 0,5% углеродного сплава.

1. При «О» Сплав полностью состоит из аустенита.
2. При охлаждении до «Х» по линии АЕ сплав начинает отбраковывать или осаждать практически чистое железо. По мере того как температура продолжает падать, все больше и больше чистого железа откладывается до тех пор, пока не останется только твердый раствор аустенита с 0,82% углерода.
3. Оставшийся аустенит отлагает железо и карбид железа бок о бок, образуя эвтектоид железа.

b) Когда сплав с содержанием углерода 1,25% охлаждается (от Y на линии EB), аустенит начинает откладывать цементит (карбид железа)

Определения

• «ФЕРРИТ» Железо, осажденное из аустенита при его охлаждении. Название не относится к железу эвтектоида.
• «ПЕРЛИТ» Эвтектоидная смесь цементита и феррита.
• «ЦЕМЕНТИТ» Карбид железа. Может осаждаться из аустенита по мере его охлаждения.
• «ЭВТЕКТОИД» Эвтектическое образование, происходящее из твердого раствора в отличие от жидкого.

Критическая точка

Сталь и белый чугун

Это полная схема. Это дополнение к двум предыдущим диаграммам со следующими исключениями. Полная диаграмма стали и белого чугуна 1) Другая горизонтальная линия появляется между пределами 0,1% и 0,5% углерода. Эта линия представляет «ПЕРИТЕКТИЧЕСКУЮ» реакцию железа. Это просто означает, что при этой постоянной температуре происходит реакция между уже осажденным твердым раствором, содержащим 0,1% углерода, и жидкостью, содержащей 0,5%, с образованием нового твердого раствора, содержащего 0,18% углерода. Если исходный жидкий железоуглеродистый сплав содержит менее 0,18% углерода, то вся остаточная жидкость будет израсходована при перитектической температуре, и сплав будет состоять из двух твердых растворов, содержащих 0,1% и 0,18% углерода соответственно. Если, с другой стороны, исходная жидкость содержит более 0,18% углерода, то весь первоначально осажденный твердый раствор используется для получения твердого раствора с содержанием углерода 0,18% масс. , а некоторое количество жидкости, все еще остающейся от 0,5%, теперь охлаждается для осаждения большего количества железа до затвердевания. завершено 2) Твердый раствор представляет собой высокотемпературную форму феррита и твердый раствор аустенита. 3) До сих пор предполагалось, что феррит — это чистое железо. На самом деле это неверно, так как железо растворяет около 0,025% углерода при эвтектоидной температуре.

Точки остановки

На следующем графике показана обратная скорость охлаждения для чистого железа. Вы заметите, что со временем температура не падает равномерно. 1) Поскольку железо чистое, эти точки остановки не могут быть химическими изменениями и должны быть связаны с физическими изменениями в железе. 2) Чтобы перлит сменил аустенит, феррит должен измениться на гамма-железо.

Обозначение точек задержания

Для удобства точки задержания представлены буквами и цифрами. Таким образом, точка перехода от дельты к гамме известна как а остановка — как точка и т. д.

Кривые нагрева и охлаждения для стали с содержанием углерода 0,2%.

Обратите внимание, что разница в кривых нагрева и охлаждения обусловлена ​​тепловой задержкой или температурным гистерезисом. Этот эффект имеет большое значение при термообработке стали.

Свойства аллотропных форм железа.

1) Альфа-железо мягкое и пластичное. Он присутствует в сталях самого мягкого и пластичного характера, а также в натуральном кованом железе. 2) Бета-железо является немагнитной формой альфа-железа, но в остальном имеет те же свойства. 3) Гамма-железо и его аустенитные твердые растворы также мягкие и пластичные — даже мягче, чем альфа-железо. Вот почему сталь часто нагревают до ее аустенитной области перед механической обработкой.

Кристаллические формы

В своих четырех аллотропных формах железо занимает два разных кристаллических устройства.

1) Гамма Железо

Гранецентрированная кубическая решетка

2) Альфа; Бета; и Delta Iron

Объемно-центрированная кубическая решетка

3) Примечания

а) Вышеупомянутые основные кубические образования идут на построение Кристаллов Железа. Различные образования объясняют, почему происходит сжатие, когда альфа-железо нагревается, чтобы стать гамма-железом. И это несмотря на нормальное тепловое расширение.

б) В каждом отдельном Кристалле ось кубов направлена ​​одинаково, но в разных кристаллах ось, вероятно, будет иметь различное направление. Этот эффект известен как «ориентация».

Плоскости спайности — границы кристаллов

1) В кристаллах правильное кубическое расположение атомов приводит к образованию плоскостей либо параллельных трем осям куба, либо диаметрально расположенных вдоль тех атомов, которые легче всего скользят друг по другу. Эти плоскости известны как «плоскости расщепления» и являются источником слабости.

2) На границах Кристалла всегда есть запасные атомы, не вписывающиеся в закономерное расположение пространственной решетки. Это потому, что не всегда есть точное количество атомов, доступных для завершения кубического расположения. Эти запасные атомы фактически образуют границы Кристалла. т. е. расположение атомов вдоль границ кристалла нерегулярно.

ДЛЯ ЧИСТЫХ МЕТАЛЛОВ И ОДНОРОДНЫХ ТВЕРДЫХ РАСТВОРОВ

3) Вышеизложенное означает, что вдоль границ Кристалла нет плоскостей спайности, и поэтому границы не так легко расщепляются. На самом деле они сильнее самих Кристаллов. Это объясняет, почему трещины легче всего происходят по плоскостям спайности. т.е. Через Кристаллы, а не по границам. Таким образом, чем МЕНЬШЕ кристаллы, тем прочнее материал, поскольку существует больше границ, которые необходимо преодолеть.

4) Если присутствуют примеси, чистый металл будет отбрасывать их и любые другие посторонние атомы в процессе охлаждения. Затем они могут образовать слой или пленку, отделяющую один кристалл исходного материала от другого.

Заключение

Для чистого металла или сплава прочность в значительной степени определяется прочностью границ кристалла. Для чистого металла или однородного твердого раствора эти границы прочнее, чем у кристаллов. Однако если эти границы содержат примеси или другие хрупкие составляющие, по ним может произойти разрушение.

Размер зерна

1. Меньший размер зерна (за исключением особых обстоятельств) всегда ассоциируется с повышенной ударной вязкостью и прочностью.
2. Для стали конечный размер зерна зависит от температуры стали до начала охлаждения. Чем выше температура над точкой, тем больше будет размер зерна.
3. Какими бы неравномерными и шероховатыми ни были стальные зерна, если их нагреть выше точки, крупные зерна разлагаются, образуя более мелкие зерна наилучшего возможного размера.
4. Если сталь «замочить» при температуре свыше в течение значительного времени, зерна будут значительно увеличены.
5. Плоскости спайности железных или стальных кристаллов не все лежат в одном направлении. Если бы они это сделали, планку можно было бы сломать легким постукиванием.

Параметры стальной решетки

Аустенит 3.6 Немагнитный

Феррит 2,86 Магнитный

Мартенит (1,4% C) Тетрагональный 2,84 Магнитный 3,04

Отпуск мартенсита

Троостит и сорбит, полученные отпуском, отличаются от тех, что получают медленным охлаждением из аустенита. Все вышеперечисленные продукты имеют небольшие сферы карбида вместо пластинчатых структур перлита и т. д. Ударопрочность закаленных сфероидальных структур лучше, чем у пластинчатых продуктов медленного охлаждения.

Последнее изменение: 3 дек 09 @ 20:42     Страница обработана: 2022-03-14 15:43:24

Понимание чугунов

Home > Советы и факты > Что такое чугун

Термин «чугун » обозначает целое семейство металлов с широким спектром свойств. Это общий термин, как и сталь, который также обозначает семейство металлов. Стали и чугуны состоят в основном из железа с углеродом (C) в качестве основного легирующего элемента. Стали содержат менее 2% и обычно менее 1% углерода, в то время как все чугуны содержат более 2% углерода. Около 2% — это максимальное содержание углерода, при котором железо может затвердевать в виде однофазного сплава со всем содержанием углерода в растворе. в аустените. Таким образом, чугуны по определению затвердевают как гетерогенные сплавы и всегда имеют в своей микроструктуре более одного компонента.

В дополнение к C чугуны также должны содержать заметное количество кремния (Si), обычно от 1 до 3%, и, таким образом, они фактически представляют собой сплавы железа, углерода и кремния. Высокое содержание углерода и кремния в чугунах делает их превосходными литейными сплавами. Их температуры плавления заметно ниже, чем у стали. Расплавленное железо более жидкое, чем расплавленная сталь, и менее вступает в реакцию с формовочными материалами. Образование графита меньшей плотности в чугуне при затвердевании уменьшает изменение объема металла из жидкого в твердое и делает возможным получение более сложных отливок. Однако чугуны не обладают достаточной пластичностью для прокатки или ковки.

Различные типы чугуна не могут быть обозначены химическим составом из-за сходства между типами. В таблице 1 перечислены типичные диапазоны состава для наиболее часто определяемых элементов в пяти основных типах чугуна.

Таблица 1. Ассортимент составов для типичных нелегированных чугунов

Проценты (%)
Тип Железо	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
Ковкий	3,0-4,0	1,8-2,8	0,1-1,0	0,01-0,03	0,01-0,1
Плотный графит	2,5-4,0	1,0-3,0	0,2-1,0	0,01-0,03	0,01-0,1
Ковкий (белоснежный)	2. -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

Существует шестая классификация для коммерческих целей — высоколегированные чугуны. Они имеют широкий диапазон основного состава, а также содержат большое количество других элементов.

Присутствие некоторых второстепенных элементов также жизненно важно для успешного производства каждого типа железа. Например, зародышеобразователи, называемые модификаторами, используются при производстве серого чугуна для контроля типа и размера графита. Следовые количества висмута и теллура используются в производстве ковкого чугуна, а присутствие нескольких сотых процента магния (Mg) вызывает образование сфероидального графита в ковком чугуне.

Кроме того, состав чугуна должен быть адаптирован к конкретным отливкам. Мелкие отливки и крупные отливки из одного и того же сорта железа не могут быть изготовлены из одного и того же состава металла. По этой причине большинство чугунных отливок приобретаются на основе механических свойств, а не состава. Обычное исключение составляют отливки, требующие особых свойств, таких как коррозионная стойкость или стойкость к повышенным температурам.

Различные типы чугуна можно классифицировать по их микроструктуре. Эта классификация основана на форме и форме, в которой большая часть C встречается в железе. Эта система предусматривает пять основных типов: серый чугун, ковкий чугун, ковкий чугун, чугун с уплотненным графитом (CGI) и белый чугун. Каждый из этих типов может быть умеренно легирован или термообработан без изменения его основной классификации. Высоколегированные чугуны, обычно содержащие более 3% добавленного сплава, также могут быть индивидуально классифицированы как серый или ковкий чугун или белый, но высоколегированные чугуны коммерчески классифицируются как отдельная группа.