Характеристика чугуна: Характеристика и классификация чугунов | Сварка и сварщик

Характеристика и классификация чугунов | Сварка и сварщик

Чугун

сплав железа с углеродом, содержащий углерода от 2,14 до 6,67%. Наряду с углеродом в чугуне содержится кремний (Si), марганец (Mn), сера (S) и фосфор (Р). Содержание серы (S) и фосфора (Р) в чугуне больше, чем в стали. В специальные (легированные) чугуны вводят легирующие добавки — никель (Ni), молибден (Mo), ванадий (V), хром (Сr) и др.

Чугун делят:

• по структуре — на белый, серый и ковкий;
• по химическому составу — на легированный и нелегированный.

Белый чугун

это такой чугун, в котором большая часть углерода химически соединена с железом в виде цементита Fe₃C. Цементит имеет светлый цвет, обладает большой твердостью и хрупкостью. Поэтому белый чугун также имеет в изломе светло-серый, почти белый цвет, очень тверд, не поддается механической обработке и сварке, поэтому ограниченно применяется в качестве конструкционного материала. Белые чугуны используются для получения ковких чугунов.

Серый чугун

это такой чугун, в котором большая часть углерода находится в свободном состоянии в виде графита. Серый чугун мягок, хорошо обрабатывается режущим инструментом, в изломе имеет темно-серый цвет. Температура плавления серого чугуна 1100-1250°С.

Чем больше в чугуне углерода, тем ниже температура его плавления и выше жидкотекучесть.

Кремний уменьшает растворимость углерода в железе, способствует распаду цементита с выделением свободного графита. При сварке происходит окисление кремния, оксиды кремния имеют температуру плавления более высокую, чем свариваемый металл, и тем самым затрудняют процесс сварки.

Марганец связывает углерод и препятствует выделению графита. Этим самым он способствует отбеливанию чугуна. Марганец образует сернистые соединения (MnS), нерастворимые в жидком и твердом чугунах и легкоудаляемые из металла в шлак. При содержании марганца более 1,5% свариваемость чугуна ухудшается.

Сера в чугунах является вредной примесью, она затрудняет сварку, понижает прочность и способствует образованию горячих трещин. Сера образует с железом химическое соединение — сернистое железо, препятствует выделению графита и способствует отбеливанию чугуна. Верхний предел содержания серы в чугунах 0,15%. Для ослабления вредного влияния серы в чугунах содержание марганца должно быть в три раза больше.

Фосфор в чугуне увеличивает жидкотекучесть и улучшает его свариваемость, но одновременно понижает температуру затвердевания, повышает хрупкость и твердость. Содержание фосфора в серых чугунах не должно превышать 0,3%.

По ГОСТ 1412-79 марку серого чугуна обозначают буквами СЧ и двумя числами, из которых первое обозначает величину временного сопротивления чугуна при растяжении в МН/м², а второе — то же, при изгибе.

Ковкий чугун получают из белого чугуна термической обработкой — длительной выдержкой при температуре 800-850°С. При этом углерод в чугуне выделяется в виде хлопьев свободного углерода, располагающихся между кристаллами чистого железа. В зависимости от режима термической обработки получают ковкий чугун ферритной или перлитной структуры. При нагреве ковких чугунов свыше 900°С в зависимости от скорости охлаждения графит может распадаться и образовывать химическое соединение с железом — цементит (Fe

3C), при этом деталь теряет свойства ковкого чугуна. Это затрудняет сварку ковкого чугуна, так как для получения первоначальной структуры ковкого чугуна его приходится после сварки подвергать полному циклу термообработки.

Ковкий чугун обозначают буквами КЧ и двумя числами: первое — указывает временное сопротивление при растяжении, МН/м, второе — относительное удлинение, %.

Легированные чугуны имеют специальные примеси Сr, Ni, благодаря которым повышаются его кислотостойкость, прочность при ударных нагрузках и др.

Высокопрочный чугун получают из серого чугуна специальной обработкой — введением в жидкий чугун при температуре не ниже 1400°С чистого магния (Mg) или его сплавов. Графит в высокопрочном чугуне имеет сфероидальную форму.

Свариваемость чугуна

Чугун является трудносвариваемым сплавом. Трудности при сварке чугуна обусловлены его химическим составом, структурой и механическими свойствами, при сварке чугуна необходимо учитывать следующие его свойства: жидкотекучесть, поэтому сварка выполняется только в нижнем положении; малая пластичность, характеризующаяся возникновением в процессе сварки значительных внутренних напряжений и закалочных структур, которые часто приводят к образованию 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 основном для исправления литейных дефектов, при ремонте изношенных и поврежденных деталей в процессе эксплуатации и при изготовлении сварных конструкций.

Характеристики и виды чугуна

​В состав чугуна входят железо, углерод и разнообразные примеси, которые придают сплаву определенные свойства. Массовая доля углерода в материале должна быть не менее 2,14%, иначе это будет не чугун, а сталь. Этот элемент придает сплаву повышенную твердость, но снижает его ковкость и пластичность. Поэтому чугун является достаточно хрупким материалом. Из других постоянных примесей стоит выделить кремний, марганец, серу и фосфор. В некоторые марки чугуна вводят дополнительные присадки, которые позволяют придать сплаву дополнительные свойства. В качестве легирующих элементов используются хром, никель, ванадий и алюминий.

Плотность чугуна составляет 7,2 грамма на сантиметр кубический. Это является достаточно высоким показателем для металлов и их сплавов. Чугун отлично подходит для литья при производстве разнообразных изделий для всех отраслей промышленности. По этому показателю он незначительно уступает сталям некоторых марок, превосходя все остальные сплавы железа.

 

 

Температура плавления чугуна составляет 1200 градусов по Цельсию, что на 250-300 градусов ниже, чем необходимо для плавления стали. Это связано с повышенным содержанием углерода и как следствие его менее тесной связью с атомами железа на межмолекулярном уровне. При выплавке чугуна и последующей кристаллизации весь углерод не успевает внедриться в структурную решетку железа, поэтому чугун получается хрупким. Его не используют для производства продукции, которая будет эксплуатироваться под воздействием постоянных динамических нагрузок. Зато он идеально подходит для деталей, к которым предъявляется требование повышенной прочности.

 

Технология получения чугуна

 

Получение чугуна — очень материалоемкий процесс, требующий серьезных затрат. На получение одной тонны сплава уходит около 550 килограмм кокса и 900 литров воды. Затраты руды зависят от содержания в ней железа. Обычно используется сырье с массовой долей элемента не менее 70%, так как обработка более бедных руд экономически неоправданна. Такое сырье сначала проходит процедуру обогащения, а уже потом отправляется на переплавку. Производство чугуна проходит в доменных печах. Лишь около 2% от всего производимого в мире материала выплавляется в электропечи.

 

 

Технологический процесс состоит из нескольких взаимосвязанных этапов. На первом этапе в доменную печь загружают руду, которая содержит так называемый магнитный железняк (соединение двухвалентного и трехвалентного оксидов железа). Также в качестве сырья могут использоваться руды с содержанием водной окиси железа или его солей. Вместе с сырьем в печь загружают коксующиеся угли, которые предназначены для создания и поддержания высокой температуры. Кроме того продукты их горения принимают участие в химических реакциях в качестве восстановителей железа.

Дополнительно в топку подает флюс, который выступает в качестве катализатора и помогает породам быстрее плавиться, освобождаю тем самым железо. Стоит отметить, что перед попаданием в доменную печь руда проходит специальную предварительную обработку. Они измельчается при помощи дробильной установки, так как мелкие частицы быстрее расплавятся. Затем ее промывают, чтобы удалить все лишние элементы, которые не содержать металла. После этого высушенное сырье проходит обжиг в специальных печах, который позволяет удалить из соединений серу и другие чужеродные элементы.

 

 

Когда доменная печь загружена и готова к эксплуатации начинается второй этап производства. После запуска горелок кокс начинает разогревать сырье, выделяя при этом углерод, который, проходя через воздух, реагирует с кислородом и образует оксид. Этот оксид активно участвует в восстановлении железа из соединений, находящихся в руде. При этом, чем больше газа становится в печи, тем слабее протекает химическая реакция. После достижения определенной пропорции она им вовсе прекращается. Избыток газов используется как топливо для поддержания температуры в печи. Такой подход имеет несколько положительных моментов. Во-первых, снижаются затраты ископаемого горючего, что несколько удешевляет производство продукции. А, во-вторых, продукты горения не выбрасываются в атмосферу, загрязняя ее вредными примесями, а продолжают свое участие в технологическом процессе.

 

 

Избыток углерода смешивается с расплавом и, поглощаясь железом, образует чугун. Все не расплавившиеся элементы породы всплывают на поверхность и удаляются из материала. Отходы называют шлаком, который затем пойдет на производство других материалов. После удаления всех лишних частиц в расплав при необходимости добавляют разнообразные присадки. Таким способом получают два вида сплавов: передельный и литейный чугун.

 

Разновидности чугуна

 

Передельный материал используется для производства стали кислородно-конвертерным способом. Этот вид характеризуется низким содержанием марганца и кремния в составе сплава. Литейный чугун идет на производство разнообразной продукции. Он делится на пять разновидностей, который стоит рассмотреть более детально. Белый чугун является сплавом, в котором избыточная часть углерода содержится в виде цементита или карбида. Свое название он получил за характерный белый цвет в районе излома. Массовая доля углерода в нем составляет более 3%. Этот материал характеризуется повышенной ломкостью и хрупкостью, поэтому его использование весьма ограничено.

Применяется данный вид при производстве простых деталей, которые работают в статических условиях и не несут дополнительной нагрузки. Добавление в сплав легирующих присадок позволяет повысить технические характеристики материала. Для этих целей используется никель или хром, реже алюминий и ванадий. Марка данной разновидности, которая носит название «сормайт» используется в качестве нагревательного элемента в различных устройствах. Она обладает хорошими показателями удельного сопротивления и без проблем работает при температурах до 900 градусов по Цельсию. Из белого чугуна изготавливают ванны для бытовых нужд.

 

 

Серый чугун — наиболее распространенная разновидность материала, которая применяется во многих отраслях народного хозяйства. В этом сплаве углерод присутствует в виде графита, перлита или феррито-перлита. Массовая доля углерода находится на уровне 2,5%. Материал обладает высокой для чугуна прочностью, поэтому используется для производства деталей, имеющих циклическую нагрузку определенного уровня. Из него изготавливают втулки, корпуса различного промышленного оборудования, кронштейны, зубчатые шестеренки.

Графит значительно улучшает действие смазки и снижает влияние трения, так что детали обладают повышенной стойкостью к этому виду износа. При необходимости эксплуатации в агрессивных средах в состав серого чугуна вводятся дополнительные элементы, которые позволят выдержать негативное воздействие. К ним можно отнести никель, хром, молибден, бор, сурьму, медь. Эти элементы позволяют защитить чугун от влияния коррозии. Также некоторые из них повышают уровень графитизации свободного углерода в сплаве, что позволяет создать защитный барьер, через который не могут пробиться какие-либо разрушающие элементы.

 

 

Половинчатый чугун является промежуточным материалом между первыми двумя разновидностями. В нем часть углерода содержится в виде графита, а часть — в виде карбида. Также в сплаве могут в незначительных долях присутствовать цементит (до 1%) и лидебурит (до 3%). Массовая доля углерода в материале составляет 3,5-4,2%. Эта разновидность используется для производства деталей, которые будут проходить эксплуатацию в условиях постоянного трения. К ним относятся тормозные колодки для автомобильной промышленности и разнообразные измельчительные валки для станков. Для повышения износостойкости в сплав по традиции вводятся легирующие присадки.

 

 

 

Ковкий чугун является разновидностью белого сплава, который был подвергнут специальному отжигу с целью графитизации свободного углерода в составе материала. Этот вид обладает улучшенными демпфированными свойствами по сравнению со сталью. К тому же он менее чувствителен к надрезам и хорошо проявляет себя в работе при низких температурах. Углерод, массовая доля которого составляет до 3,5%, находится в сплаве в виде феррита, феррито-перлита или зернистого перлита с вкраплениями графита. Используется данный материал в автомобильной промышленности для изготовления деталей, работающих в условиях постоянного трения. Для повышения его эксплуатационных характеристик в сплав добавляют магний, бор и теллур.

Высокопрочный чугун получается в результате образования в сплаве шаровидной формы включения графита в металлическую решетку. Это ослабляет металлическую основу кристаллической решетки и приводит к появлению улучшенных механических свойств. Процесс образования шаровидного графита производится путем введения в сплав магния, церия, иттрия и кальция. По своим техническим характеристикам материал очень близок к высокоуглеродистой стали. Он хорошо поддается литью и способен заменять стальные литые элементы в механизмах. Высокий уровень теплопроводности позволяет использовать данный вид при изготовлении отопительных приборов и трубопроводов.

 

Какие трудности испытывает чугунная промышленность?

 

Перспективы развития чугунной промышленности выглядят не особо радужно. Высокий уровень затрат на производство одной тонны материала и большое количество отходов заставляют промышленников искать более дешевые заменители. Быстрое развитие науки уже сейчас позволяет получать лучшие сплавы при меньших затратах. А в условиях глобальной экологической опасности не обращать внимания на загрязняющий фактор производство недопустимо. Поэтому металлурги по всему миру отказываются от доменных печей в пользу электрического оборудования.

 

 

Но перевести выплавку чугуна на эти рельсы в кратчайшие сроки физически невозможно. Это потребует колоссальных финансовых затрат, которые не потянет ни одно государство. Так что остается лишь ждать, как скоро промышленники сумеют наладить массовый выпуск новых сплавов. Полностью отказаться от чугуна в ближайшие десятилетия, конечно, не получится, но его мировое производство неуклонно будет снижаться. Эта тенденция наблюдается уже в течение последних 5-7 лет.

Чугун ℹ️ определение, формула и структура, виды и классификация, характеристика, химические и физические свойства, основные способы производства и применения

Под понятием «чугун» может подразумеваться как конструкционный материал на основе железа, так и металлический сосуд, округлый горшок для приготовления пищи. Последний попадается редко. Современная посуда теснит.

Совсем устарело слово «чугунка». Так в XIX – начале XX века называли железную дорогу.

Что такое чугун

Это сплав железа и углерода с содержанием последнего от 2,14%. В идеальном случае. На деле помимо указанных всегда есть примеси и легирующие элементы. Так что разграничение «плавает».

В зависимости от содержания углерода относительно эвтектики выделяют разновидности металла. Эвтектика – состав сплава с минимальной температурой плавления. 

Для чугуна содержание углерода ориентировочно составляет 4,3%. Почему «ориентировочно» – уже говорилось. Потому принято подразделять чугун на:

• доэвтектический — 2,14 — 4,3% углерода;

• эвтектический — 4,3% углерода;

• заэвтектический — от 4,3 до 6,67% углерода. 

Виды чугуна

В общепринятой классификации разделяют по форме содержащегося углерода.

Белый

Называется так из-за характерного окраса скола. Углерод C содержится в виде цементита (формула Fe₃C), образующегося при остывании расплава. Твердый тугоплавкий материал.

В доэвтектических сплавах – в составе перлита и ледебурита. В эвтектических – в ледебурите. В заэвтектических – первичный цементит и ледебурит.

В исходном виде такой чугун практически не используется. Не поддается обработке инструментом из «быстрорежущей» стали. Только с насадками из карбидов (ВК), да и то с трудом. 

Применяется в качестве сырья для получения ковкого.

Серый

Также именуется по оттенку на сколе. Содержит фракции графита различной формы. Осаждению углерода способствует добавка кремния. 

Свойства и структура сильно зависят от условий остывания после кристаллизации.

Быстрое охлаждение даст преобладание перлита. Сплава феррита и карбида. Своеобразная «закалка» повысит прочность и твердость. И хрупкость, что не всегда приемлемо.

Щадящее остывание определяет рост содержания феррита. Сплава железа с оксидами, в основном с Fe₂O₃. Улучшится пластичность. Поэтому режимы подбирают исходя из требуемых параметров.

Серый чугун удобен для литых конструкций. Отличается невысокой температурой отвердения, хорошей жидкотекучестью. Не склонен к образованию раковин.

При всем этом, углеродные вкрапления обуславливают низкую трещиностойкость. Материал уверенно воспринимает сжимающие усилия, но совершенно непригоден при растяжении/изгибе.

В маркировке указываются символы СЧ и предельная прочность в кг/мм²: СЧ25. Наиболее распространены чугуны с содержанием C ниже 3,7%.

Ковкий

Для изготовления белый чугун нагревают до нужной температуры, выдерживают достаточное время и медленно остужают («отжиг»). Процесс провоцирует процесс распада Fe₃C с выделением графита и появление феррита.

По форме включения углерода не похожи на аналогичные в сером чугуне. Этим объясняется появление некоторой стойкости к разрыву и ударной вязкости.

Маркируется «КЧ» с добавлением допустимой прочности на растяжение в МПа х 10^-1 и максимального относительного удлинения. Пример: КЧ 35-11.

Высокопрочный

Вид серого чугуна, только графитовые образования по форме напоминают шарики. Округлость включений делает кристаллическую решетку не склонной к образованию трещин.

В результате ценные изначально свойства чугунов (стойкость к сжатию, удобство литья и т. д.) дополняются сравнимым со сталями пределом текучести при растяжении, появляется трещиностойкость, пластичность. 

Маркируются аналогично ковким, но с обозначением «ВЧ».

Передельный

Используется как сырье для выплавки стали. Часто даже не покидает предприятия, где сделан.

Специальные

Выпуск таких марок невелик, до 2% от общего объема. Могут содержать значительное количество легирующих элементов. Предназначены для ограниченных целей и специфических условий. Распространены коррозионно и химически стойкие ферросплавы.

Одна из разновидностей – антифрикционный чугун. Используется для изготовления трущихся деталей. Легируется в первую очередь хромом. Также добавляются никель, титан, медь и прочие.

Отличается высокой твердостью (до HB 300) и низким коэффициентом трения (до 0,8 при отсутствии смазывающих эмульсий).

Базовые материалы: серый, ковкий и высокопрочный чугуны. Маркировки соответственно – АЧС, АЧК, АЧВ. Цифровые составляющие описаны выше.

Достоинства и недостатки материала

Стоит обсуждать в сравнении со сталью, хотя низкокачественная углеродистая сталь – тот же чугун по сути.

По некоторым параметрам (плотность, свойство магнититься, типичные химические реакции) ферросплавы практически идентичны. Существенны отличия в технологии использования.

Преимущества:

1. Умеренная стоимость. Насыщение углеродом – часть процесса выплавки из руды. Снижение его содержания неизбежно удорожает металл.

2. Превосходные литейные качества. Расплав текуч. С низкой усадкой при кристаллизации, что минимизирует дефекты. Относительно низкая температура плавления.

3. Изделия прочны, с твердой поверхностью, износостойки.

4. Используемые в машиностроении составы поддаются обработке резанием.

5. Долговечны. В том числе в сантехнических, канализационных деталях.

6. Ставшие ненужными элементы легко утилизировать. Любой пункт приема с руками оторвет.

Недостатки:

1. Из-за высокого содержания углерода хрупок. Мало пригоден для обработки давлением. Из отдельных марок получают кованые изделия отменного качества. Но это скорее работа штучная и в индустриальных масштабах нерентабельная.

2. Сварка допускается только в крайних случаях. Технология довольно сложна, велик риск возникновения дефектов.

3. Изделия всегда массивны. Не получится тонкостенная конструкция, так как не выдержит собственного веса и изготовить не удастся.

4. Легко окисляется во влажной среде. Насквозь не проржавеет из-за неизбежной монументальности, но вид приобретет неопрятный. Детали, расположенные на открытом воздухе, нуждаются в коррозионно стойком покрытии.

Производство чугуна

Зачатки черной металлургии человек освоили уже во II-ом тысячелетии до н. э. Для получения стали. Но доменные печи появились в Европе только в XIV — XV веках. Чугун был получен как побочный ненужный продукт.

Оценили, когда обратили внимание на выдающиеся литейные качества. Удобен для изготовления пушек-ядер, да и сталь из него получать удобнее.

До России технология осмысленно дошла в XVII веке. Случилось это при Петре I, когда искали материал для оружия.

В качестве сырья обычно используются железняки. Наибольший выход получается из магнитного и красного, обильно содержащие Fe.

Для поддержания температуры используется кокс. Воздух для горения подается принудительно. Флюс (известняк) предназначен для снабжения углекислым газом. Основная реакция:

.

Восстановленное Fe опускается в горн, где насыщается углеродом. Цикл работы печи – непрерывный.

Получение стали

Порядка 85% чугуна уходит на дальнейшее изготовление стали. Для выплавки используется мартеновская печь.

В процессе плавления загруженного сырья образуется значительная масса оксида FeO. По мере разогрева происходит реакция:

.

Лишний углерод удаляется.

Также используются электродуговые и индукционные печи. 

Области применения

В связи с современной тенденцией максимального облегчения оборудования, чугун используют все меньше. 

Но есть области, где он пока незаменим и рентабелен:

1. В машиностроении применяется для крупных корпусных деталей с незначительными нагрузками на растяжение. Станины для станкового оборудования, блоки цилиндров для двигателей внутреннего сгорания. Маховики, шкивы, шестерни, гидроцилиндры, корпуса редукторов, электродвигателей, поршни.

2. Сантехническая фурнитура, канализационные трубы.

3. Декоративные элементы: ограды, решетки, ворота.

4. Печи для домов, бань.

 

Чугун сплав, его свойства, характеристики, виды и применение

 

Сплав железа с углеродом, где процентное содержание углерода варьируется от 2,14% до 6,67%, носит название «чугун». Помимо этих 2-х химических элементов, в состав входят следующие компоненты:

1. Кремний – количество не превышает 4,3% и влияет на пластичность и литейные свойства сплава.
2. Марганец – повышает прочность материала. Исполняет отбеливающую функцию, препятствуя графитизации. Количество составляет не больше 2%.
3. Сера – оказывает негативное воздействие на материал и может стать причиной возникновения трещин. Содержание в сплаве варьируется от 0,07% до 0,15%
4. Фосфор – увеличивает жидкотекучесть чугунного сплава. Примерное количество – 0,03%.

Слиток из чугуна

Углерод делает материал твердым и плотным, при этом снижая его пластичность. Из-за своей хрупкости чугун хорошо поддается только литейной обработке. В производстве сплав железа с углеродом занимает лидирующую позицию, уступая только стали. Количество углерода делит сплав на 3 вида:

1. Доэвтектический – процентная часть углерода составляет от 2,14% до 4,2%.
2. Эвтектический – количество углерода составляет 4,3%.
3. Заэвтектический – содержание углерода варьируется от 4,4% до 6,67%.

По структуре чугунный сплав делится на 5 видов:

1. Белый. На разрезе имеет светлый оттенок и отличительный блеск, из-за содержащегося карбида железа. Цемент придает сплаву твердость и высокую износостойкость. Поэтому, он трудно поддается резке. Из-за своей прочности используется в качестве наружного слоя. Из-за своей плотности белый чугун часто перерабатывается в сталь.
2. Серый. Углерод представлен в виде пластичного графита. От этого, цвет чугуна на разрезе – темно-серый. Твердость металла значительно ниже, чем у белого. Хорошо поддается резной обработке. Материал обладает высоким уровнем вязкости и текучести. Если вам нужны услуги литья серого чугуна, то рекомендуем вам обратиться сюда.
3. Ковкий. Изготавливается из серого чугуна путем литья. Графит в составе принимает хлопьевидную форму, что придает материалу пластичность. Может подвергаться деформации даже при комнатной температуре. Из-за отсутствия внутренних колебаний, изделия из ковкого чугуна не поддаются вибрационным нагрузкам.
4. Высокопрочный. В серый чугун добавляется примесь марганца. Графит представлен шаровидной формой. Увеличивает прочность качества изделий, что приравнивает материал к стальным сплавам. Хорошо поддается литью.
5. Половинчатый. Углерод представлен в составе как графитом, так и карбидом. Используется для производства деталей, которые подвергаются постоянному трению.

Сплав чугуна

По химическому составу выделяют легированный и нелегированный чугун.

1. Нелегированный. В этот вид чугунного сплава не добавляются примеси. Количество марганца не превышает 2%, а кремния – 4%.
2. Легированный. В состав добавляют различные примеси для улучшения качества материала. Например, если ввести в структуру 12% хрома, полученное изделие будет обладать повышенной стойкостью к коррозии. Добавление меди сделает материал плотнее, снизится вероятность появление трещин и улучшатся литейные качества. Так же, в состав добавляют никель, марганец, фосфор. От количества легированных компонентов выделяют низколегированные (меньше 2,5% дополнительных элементов), среднелегированные (от 2,5% до 10%) и высоколегированные (больше 10%) сплавы.

Чугун наделен следующими свойствами:

1. Химические. Химический состав металла влияет на остальные свойства чугунного сплава.
2. Физические. На удельный вес чугунного сплава влияет количество содержащегося углерода. Усадка чугуна, или уменьшения объема во время остывания после литься, зависит от степени графитизации и химического состава.
3. Тепловые. Показатель теплоемкости определяет способность проведения тепла материалом. Различные добавки снижают теплопроводность железа. Интенсивность нагревания увеличивает теплоемкость.
4. Гидродинамические. Высокое содержание марганца и серы делают материал вязким. Это свойство увеличивается при переходе в точку затвердевания.
5. Технологические. Металл обладает стойкостью к внутренней вибрации, а также не дает материалу изнашиваться.
6. Механические. На прочность изделия влияет количество графитных включений. Чем их меньше – тем прочнее готовый материал.

Применение чугуна

Чугунные изделия изготавливаются и используются в различных сферах, благодаря своей прочности и стойкости к низким температурам. Обширное применение металл получил в машиностроении. Из него изготавливают блоки для двигателей внутреннего сгорания, тормозные колодки.

 

Чугунные радиаторы отопления

В металлургической сфере чугунный сплав ценится за свои литейные свойства и низкую цену. Стоимость материала зависит от количества содержащегося углерода в составе сплава. Сантехническое оборудование, изготовленное из чугуна, до сих пор стоит во многих квартирах и исправно служит своим владельцам.

Благодаря своей пластичности, из металла получаются изделия различной формы. Ванны, раковины, радиаторы, трубы – они обладают продолжительном сроком эксплуатации и не подвергаются внешней деформации на протяжении долгого времени.

Заборные решётки из чугуна

Вещи, созданные из высокопрочного металла, можно встретить в архитектуре дворцов, усадеб и домов прошлых столетий. Из чугуна изготавливали решетки на окна, входные ворота, украшения для крыши и сада, памятники.

Металлический сплав может длительное время сохранять тепло. Поэтому, из него изготавливают посуду – казаны, сковородки. Изделия легко очищаются, благодаря хорошей гигиеничности, а химический состав не несет вреда для организма.

Детали водопроводные из чугуна

Изделия из чугунных сплавов уже долгое время считаются надежными, качественными и экологически чистыми. Материал включает в себя множество ценных свойств, благодаря чему большое количество деталей и оборудований активно выпускаются и используются.

 

Чугун основные характеристики.

Железоуглеродистые сплавы делятся на две большие группы в зависимости от содержания углерода. Сплавы, содержащие более 2,03% С, называются чугунами. Чугун состоит из феррита и графита, причем конфигурация графита предопределена формой эвтектического графита. Чугун самый дешевый материал. Обладает хорошими литейными и антифрикционными свойствами, износостойкостью, способностью гасить вибрации, а легированный — также жаростойкостью и коррозионной стойкостью. Различают передельный чугун (используют для передела в сталь) и литейный чугун (для изготовления отливок). В белом чугуне большая часть углерода находится в виде карбитов железа, такой чугун очень хрупок и почти не применяется. В сером чугуне углерод в значительной степени находится в форме пластинчатого графита. Его применяют для изготовления деталей и изделий, работающих в условиях трения. Ковкий чугун по прочности и особенно пластичности превосходит серый чугун, однако сложнее в производстве и дороже. Высокопрочный чугун получают введением в жидкий металл модификатора (магния). по пластичности устпает ковкому чугуну, но дешевле его.Чугун, наряду с цементитом и графитом образует аустенит.Аустенит содер­жит 2,03 или 2,06 % чугуна. При охлаждении в твердом состоянии в этих сплавах происхо­дят фазовые превращения, структура их меняется. В основном это фазовое превра­щение аустенита, его распад, который  рассматривается в данной статье. Наряду с пре­вращением аустенита при мед­ленном охлаждении может идти также распад цементита на железо и углерод. Такой распад в твердом состоянии называется графитизацией. Кроме того, в сером чугуне зародышевое действие эвтек­тического графита приводит к тому, что из аустенита выделяется не цементит, а графит, т. е его рампад соответствует линиям стабильной диаграммы.При температуре ниже 738 °С может появиться ферритно­графитный эвтектоид, а ниже 723 °С — ферритно-цементитный эвтектоид (перлит).Рассмотрим серый доэвтектический чугун, который приме­няется в производстве фасонного литья. Из первичного и эвтек­тического аустенита, окружающего эвтектический графит при медленном охлаждении выделяется вторичный графит и откладывается на уже имеющемся эвтектическом. Когда содержание углерода в аустените уменьшится до 0,69 % (точка S’ на диаграмме равновесия Fe—С), весь аустенит распадется на эвтектоидную смесь феррит-графит, причем этот графит также отложится на уже имеющихся графитовых кристаллах. Образуется структура в которой нельзя различить графит разного происхождения (эвтектический, вторичный и эвтектоидный). В данном случае представление о фазовых иструктурных составляющих совпадает. Чугун состоит из феррита и графита,   причем конфигурация графита предопределена формой эвтектического графита. Что касается структуры чугуна, то о ней можно сказать то же самое с тем лишь добавлением, что количество графита растет пропорционально содержанию в чугуне угле­рода. Предположим, что в доэвтектическом сером чугуне вторич­ный графит выделился не полностью, а настолько, что в аусте­ните сохранилось 0,8. % С и что с этого момента распад идет по метастабильной диаграмме равновесия и весь оставшийся аустенит распадается на эвтектоидную смесь феррита и цемен­тита. В результате получится перлит и графит. Здесь вторичный графит также структурно неотделим от эвтек­тического. Наблюдаются и такие случаи, когда эвтектоидная реакция при температуре ниже 723 °С идет частично как стабильная и частично как метастабильная. В результате графит, выделяю­щийся ниже 723 °С, присоединяется к выпавшему при более высокой температуре, а аустенит, в котором содержание угле­рода снижается до менее 0,80 %, распадается на феррит и пер­лит. Таким образом, серый чугун состоит из металлической ос­новы, ферритной ферритно-перлитной или перлитной и графита. Его классифицируют и называют по металлической основе. Изложенное выше позво­ляет дать общую классификацию чугуна. Металлическая основа представляет собой как бы доэвтектоидную или эвтектоидную сталь с включениями графита. Лучшими механическими свойствами обладает чугун с перлитной основой и небольшим количеством шаровидного графита. Практически такую структуру получают при определенных сочетаниях ско­рости охлаждения и состава чугуна.Один из основных компонентов серого чугуна — кремний, который образует очень нестойкие карбиды и оказывает, графитизирующее действие, особенно при большом содержании углерода (углерод также способствует графитизации). Показано совместное влияние углерода и кремния на структуру серого чугуна при превращений, приводящих к полу­чению перлитно-цементитного серого чугуна, т. е. такого, в металлической основе которого содержатся перлит и вторичный цементит. Однако этот вариант на прак­тике не встречается, его избегают из-за хрупкости такого чугуна. При скоростях охлаждения, приводящих к получению бе­лого чугуна, аустенит эвтектики (ледебурита) или первичный распадается, как заэвтектоидная сталь с 2,06 % С по метастабильной системе. Из аустенита выпадает вторичный цементит и образуется перлит. В подавляющем большинстве случаев вторичный цементит присоединяется к цементиту эвтектики и структурно от него неотделим. Учеными приведена структура белого доэвтектического, заэвтектического и эвтектического чу­гуна. Темные дендриты — это перлит, появившийся в тех ме­стах, где был первичный аустенит. Темные включения в ледебу­рите— это перлит, образовавшийся из аустенита эвтектики. Такой ледебурит называют превращенным. Объем перлита несколько меньше, чем распавшегося аустенита, так как вторичный цементит присоединился к цементиту эвтектики. Серые чугуны в производстве классифицируют по их проч­ности на обычные и высокопрочные.

 

1. Мы предлагаем следующие виды чугуна: чугун литейный, чугун передельный.

Разновидности чугуна

1. Особенности нелегированных чугунов

Характеристики серого чугуна

Получение серого чугуна осуществляется в домне. Исходным материалом является руда. Формирования структуры серого сплава осуществляется только в условиях низких скоростей охлаждения. По своей форме углерод, который состоит в чугуне, напоминает пластинчатый графит. Именно поэтому излом характеризуется серым цветом.

Особенности маркировки

Для маркировки серого чугуна используются буквы СЧ и цифры. Последние из них указывают на то, какой предел прочности имеет материал в период растяжения. Данный материал характеризуется универсальными литейными свойствами – малой усадкой и высокой жидкотекучестью.

Применение

Для материала характерно наличие высокой способности к рассеиванию вибрационных колебаний в условиях переменных нагрузок. Металл характеризуется высокой циклической вязкостью. Именно поэтому из данного материала изготавливают прокатные станки, станины станков. Также из серого сплава производится изготовление маховиков, шкивов, корпусов, поршневых колец и т.д.

Характеристики высокопрочного чугуна

Высокопрочный чугун характеризуется наличием графитовых включений шаровидной формы. Получение этих включений обеспечивается благодаря модифицированию магнием серого чугуна. Благодаря шаровидной форме графита, создание резкой концентрации напряжений не происходит. Именно поэтому данный материал характеризуется высоким уровнем прочности в период растяжения и изгиба.

Высокопрочный чугун характеризуется наличием маркировки ВЧ и цифрами, которые указывают на прочность данного материала. Данный металл характеризуется высокой жидкотекучестью, а также небольшой усадкой.

Если сравнивать свойства чугуна и стали, то они очень похожи между собой. Поэтому из данного материала осуществляется производство деталей турбин, коленчатых валов двигателей для таких транспортных средств, как тракторы и автомобили, звездочек, изложниц, шестерней.

Высокопрочный чугун модифицируется следующим способом: расплав сплава смешивается со специальными добавками – модификаторами, которые берутся в небольшом количестве. Это приводит к тому, что пластины графита измельчаются, и получается графит, необходимой формы. Модифицирование приводит к улучшению механических свойств сплава: возрастание вязкости, прочности и пластичности.

Характеристики чугуна, в состав которого входит вермикулярный графит

В состав данных чугунов входит графит, который имеет вермикулярную форму, а также шаровидный графит (не более сорока процентов). Для того чтобы получить чугун, в состав которого входит вермикулярный графит, его модифицируют, используя церий и магний.

Чугун имеет маркировку буквами ЧВГ, а также цифрами, которые указывают на прочность данного материала. ЧВГ характеризуется малой усадкой, также для него присуща хорошая жидкотекучесть.

Чугун, в состав которого входит вермикулярный графит, если делать оценку его механических свойств, находится между такими материалами, как высокопрочный и серый чугун. Данный материал обладает хорошей теплопроводностью, что позволяет использовать их в средах, которые характеризуются резким перепадом температуры. ЧВГ широко применяется при производстве деталей, работающих при резких перепадах температуры.

Характеристики белого чугуна

Белый чугун является универсальным материалом, производство которого осуществляется в доменной печи с применением руд. Для формирования структуры данного материала необходимо обеспечить высокую скорость охлаждения. Белый чугун характеризуется наличием в своем составе углерода, который образует цементит (Fe3C) с высоким уровнем твердости. Белый чугун невозможно подвергнуть механической обработке. Однако из него можно получить ковкий чугун или подвергнуть его легированию и значительно увеличить его износостойкость.

Характеристики ковкого чугуна

Несмотря на название, ковкий чугун не поддается ковке. Данный материал характеризуется более высоким уровнем пластичности, чем белый чугун. Ковкий чугун характеризуется хлопьевидной формой графитовых включений. Исходным материалом для производства является белый чугун. Чтобы получить ковкий чугун, необходимо нагреть белый до 1000 градусов Цельсия и выдержать 17 – 80 часов при данной температуре, после чего осуществляется медленное охлаждение до нормальных температур. Благодаря изолированной хлопьевидной форме графита обеспечивается высокий уровень прочности и пластичности данного материала.

Для маркировки ковкого чугуна используются буквы КЧ и цифры, которые обозначают прочность материала на растяжение. КЧ обладает максимально низкой жидкотекучестью и большой усадкой.

Если делать оценку механических свойств КЧ, то он занимает промежуточную позицию между сталью и серым чугуном. Ковкий чугун широко применяется для производства литых деталей, работа которых осуществляется в условиях небольших ударных нагрузок – рычагов, педалей. Также данный материал широко применяется при изготовлении трубопроводной арматуры.

 
2. Особенности легированных чугунов

Легированный чугун получается путём введения в состав обычного чугуна легированных компонентов, таких как кремний, хром, алюминий и другие. С помощью легирования чугун получает особые свойства. Легированные чугуны по своим особенностям могут быть:

• Износостойкими;
• Жаростойкими;
• Антифрикционными;
• Жаропрочными.

Маркировка легированных чугунов осуществляется в соответствии с типом стали: Ч является жаропрочным чугуном, ИЧ – износостойким чугуном, АЧ – антифрикционным чугуном, ЖЧ – жаростойким чугуном. После этого могут идти буквы, которые указывают на легирующие элементы. После букв идут цифры, которые рассказывают о примерном содержании легирующих элементов в процентном соотношении. При отсутствии цифры можно судить о наличии примерно одного процента легирующего элемента.

Характеристики износостойкого чугуна

Износостойкость – такое свойство материала, которое позволяет сопротивляться изнашиванию при трении. Для того чтобы обеспечить чугун этим свойством, в белый чугун добавляют хром, никель, титан, вольфрам и молибден.

 Для маркировки износостойкого сплава применяют буквы ИЧ и цифры, указывающие на процентное количество легирующих элементов в них.

Износостойкий чугун характеризуется высоким уровнем стойкости к абразивному износу, что позволяет применять его для производства дисков сцепления, тормозов, деталей для насосов, которыми осуществляется перекачивание абразивных сред, деталей для пескометов.

Характеристики жаростойких чугунов

Жаростойкостью называют характеристику, при которой материал способен сопротивляться окислению в газовой среде при высоких температурах.

Обеспечение жаростойкости осуществляется в результате того, что легируется серый или белый чугун с использованием таких материалов, как кремний, хром, алюминий. На поверхности материала имеются плотные защитные окисные пленки, с помощью которых осуществляется предохранение сплава от окисления в условиях высоких температур.

Маркировка жаростойкого чугуна осуществляется с применением букв ЖЧ. После этого идут цифры, которыми осуществляется обозначение легирующих элементов.

С помощью ЖЧ изготавливаются детали, которые работают в щелочной, газовой, воздушной среде, и способны выдержать температуру до 1100 градусов Цельсия. Их применяют при производстве конструкций для таких печей, как термические, доменные и мартеновские.

Характеристики жаропрочного чугуна

Жаропрочностью называют способность металла к сохранению своих свойств в условиях высоких температур.
Жаропрочность осуществляется, если легируется серый или белый чугун с применением таких материалов, как хром, никель, молибден или медь. Все жаропрочные материалы одновременно являются и жаростойким, однако не все жаростойкие материалы являются жаропрочными. Маркирование жаропрочного сплава осуществляется буквой Ч.

Данный материал широко применяется для производства газовых печей. С его помощью изготавливают детали, установка которых осуществляется в дизельные двигатели компрессорного оборудования. Также детали из этого материала устанавливаются в саунах и банях. Жаропрочным чугуном является материал, который имеет шаровидный графит.

 
Характеристики антифрикционных чугунов

Антифрикционностью называют возможность материала работать в условиях трения. Антифрикционный чугун может быть серым, высокопрочным или ковким чугуном, который характеризуется перлитной или перлитно-ферритной структурой (перлита < 85 %). Для легирования антифрикционных чугунов в большинстве случаев используется хром, медь или титан.

Это приводит к получению мелкодисперсной перлитно-ферритной структуры. Антифрикционный чугун обладает следующими свойствами: высоким уровнем износоустойчивости и достаточно низкой стоимостью. Если сравнивать данный материал с бронзой, то у него ниже уровень трения.

Основой производства данного материала являются серые (АЧС), ковкие (АЧК) и высокопрочные (АЧВ) чугуны. Данный материал очень часто применяется в виде заменителя цветных сплавов. Для того чтобы материал качественно и правильно работал, ему необходимо обеспечить регулярную и качественную смазку. Если наблюдается высокая ударная нагрузка, то это приводит к снижению качества работы антифрикционного чугуна.

Виды чугуна, классификация, состав, свойства, маркировка и применение

Сегодня почти нет ни одной сферы жизни человека, где бы не применялся чугун. Этот материал известен человечеству уже достаточно давно и превосходно зарекомендовал себя с практической точки зрения. Чугунное литье – основа великого множества деталей, узлов и механизмов, а в некоторых случаях даже самодостаточное изделие, способное выполнять возложенные на него функции. Поэтому в данной статье мы уделим самое пристальное внимание данному железосодержащему соединению. Также выясним, какие бывают виды чугуна, их физические и химические особенности.

Определение

Чугун – это поистине уникальный сплав железа и углерода, в котором Fe более 90%, а C — не более 6,67%, но и не менее 2,14%. Также углерод может находиться в чугуне в виде цементита или же графита.

Углерод дает сплаву достаточно высокую твёрдость, однако, вместе с тем, понижает ковкость и пластичность. В связи с этим чугун является хрупким материалом. Также в определенные марки чугуна добавляют специальные присадки, которые способны придать соединению определенные свойства. В роли легирующих элементов могут выступать: никель, хром, ванадий, алюминий. Показатель плотности чугуна равен 7200 килограмм на метр кубический. Из чего можно сделать вывод, что вес чугуна – показатель, который никак нельзя назвать маленьким.

Историческая справка

Выплавка чугуна уже достаточно давно известна человеку. Первые упоминания о сплаве датируются шестым веком до нашей эры.

В Китае в древние времена получали чугун с довольно низкой температурой плавления. В Европе чугун стали получать примерно в 14 веке, когда впервые начали использовать доменные печи. На тот момент такое чугунное литье шло на производство оружия, снарядов, деталей для строительства.

На территории России производство чугуна активно началось в 16 столетии и далее быстро расширялось. Во времена Петра I Российская империя по объему производства чугуна смогла обойти все государства мира, однако уже через сто лет начала снова сдавать свои позиции на рынке черной металлургии.

Чугунное литье использовалось для создания разнообразных художественных произведений ещё в эпоху Средневековья. В частности, в 10 веке китайские мастера отлили поистине уникальную фигуру льва, вес которого превысил 100 тонн. Начиная с 15 века на территории Германии, а после и в других странах литье из чугуна получило широчайшее распространение. Из него делали оградки, решетки, парковые скульптуры, садовую мебель, надгробия.

В последние годы 18 века чугунное литье максимально задействовано в архитектуре России. А 19 столетие так и вообще прозвали «чугунным веком», так как сплав очень активно использовался в зодчестве.

Особенности

Существуют различные виды чугуна, однако средняя температура плавления этого металлического соединения составляет порядка 1200 градусов Цельсия. Этот показатель на 250-300 градусов меньше, чем требуется для выплавления стали. Такая разница связана с достаточно высоким содержанием углерода, что приводит к его менее тесным связям с атомами железа на молекулярном уровне.

В момент выплавки и последующей кристаллизации углерод, содержащийся в чугуне, не успевает полностью проникнуть в молекулярную решётку железа, и потому чугун в итоге получается довольно хрупким. В связи с этим он не применяется там, где имеют место постоянные динамические нагрузки. Но при этом он отлично подходит для тех деталей, которые имеют повышенные требования к прочности.

Технология производства

Абсолютно все виды чугуна производятся в доменной печи. Собственно, сам процесс плавки – довольно трудоемкая деятельность, требующая серьёзных материальных вложений. Одна тонна чугуна требует примерно 550 килограмм кокса и почти тонну воды. Объем загружаемой в печь руды будет зависеть от содержания железа. Чаще всего применяют руду, в которой железа не менее 70%. Меньшая концентрация элемента нежелательна, поскольку ее будет невыгодно экономически использовать.

Первый этап производства

Выплавка чугуна происходит следующим образом. В первую очередь в печь засыпают руду, а также коксующиеся марки угля, которые служат для нагнетания и поддержания требуемой температуры внутри шахты печи. Помимо этого, эти продукты в процессе горения активно принимают участие в протекающих химических реакциях в роли восстановителей железа.

Параллельно в печь отгружается флюс, служащий в качестве катализатора. Он помогает породам быстрее расплавляться, что содействует скорейшему высвобождению железа.

Важно заметить, что руда перед загрузкой в печь подвергается специальной предварительной обработке. Ее измельчают на дробильной установке (мелкие частицы быстрее плавятся). После она промывается с целью удаления частиц, не содержащих металл. После чего сырье обжигают, за счет этого из него удаляется сера и прочие чужеродные элементы.

Второй этап производства

В загруженную и готовую к эксплуатации печь подают природный газ через специальные горелки. Кокс разогревает сырье. При этом выделяется углерод, который соединяется с кислородом и образует оксид. Этот оксид впоследствии принимает участие в восстановлении железа из руды. Отметим, что с увеличением количества газа в печи скорость протекания химической реакции снижается, а при достижении определённого соотношения и вовсе останавливается.

Избыток углерода проникает в расплав и входит в соединение с железом, формируя в конечном счете чугун. Все те элементы, которые не расплавились, оказываются на поверхности и в итоге удаляются. Эти отходы именуют шлаком. Его также можно использовать для производства других материалов. Виды чугуна, получаемые таким образом, называются литейным и передельным.

Дифференциация

Современная классификация чугунов предусматривает разделение данных сплавов на следующие типы:

• Белые.
• Половинчатые.
• Серые с пластинчатым графитом.
• Высокопрочные с шаровидным графитом.
• Ковкие.

Давайте рассмотрим каждый вид по отдельности.

Белый чугун

Таким чугуном называется тот, у которого практически весь углерод химически связан. В машиностроении этот сплав применяется не очень часто, потому что он твёрдый, но очень хрупкий. Также он не поддается механической обработке различными режущими инструментами, а потому используется для отливания деталей, которые не требуют какой-либо обработки. Хотя этот вид чугуна допускает шлифование абразивными кругами. Белый чугун может быть как обыкновенным, так и легированным. При этом сварка его вызывает затруднения, поскольку сопровождается образованием различных трещин во время охлаждения или нагрева, а также по причине неоднородности структуры, формирующейся в точке сварки.

Белые износостойкие чугуны получают за счет первичной кристаллизации жидкого сплава при скоротечном охлаждении. Чаще всего они используются для работы в условиях сухого трения (например, тормозные колодки) или для производства деталей, обладающих повышенной износостойкостью и жаростойкостью (валки прокатных станов).

Кстати, белый чугун получил свое название благодаря тому, что внешний вид его излома – светло-кристаллическая, лучистая поверхность. Структура этого чугуна представляет собой совокупность ледебурита, перлита и вторичного цементита. Если же данный чугун подвергают легированию, то перлит трансформируется в троостит, аустенит или мартенсит.

Половинчатый чугун

Классификация чугунов будет неполной, если не упомянуть об этой разновидности металлического сплава.

Для указанного чугуна характерно сочетание карбидной эвтектики и графита в его структуре. В целом же, полноценная структура имеет следующий вид: графит, перлит, ледебурит. Если же чугун подвергнуть термической обработке или легированию, то это приведет к образованию аустенита, мартенсита или игольчатого троостита.

Этот вид чугуна достаточно хрупок, поэтому его применение весьма ограничено. Само же название сплав получил потому, что его излом – сочетание темных и светлых участков кристаллического строения.

Самый распространенный машиностроительный материал

Серый чугун ГОСТ 1412-85 содержит в своем составе около 3,5% углерода, от 1,9 до 2,5% кремния, до 0,8% марганца, до 0,3% фосфора и менее 0,12% серы.

Графит в таком чугуне имеет пластинчатую форму. При этом не требуется специального модифицирования.

Пластинки графита имеют сильно ослабляющее действие и потому серому чугуну характерны очень низкая ударная вязкость и практически полное отсутствие относительного удлинения (показатель составляет мене 0,5%).

Серый чугун хорошо подвергается обработке. Структура сплава может быть следующей:

• Феррито-графитовой.
• Феррито-перлито-графитовой.
• Перлито-графитовой.

На сжатие серый чугун работает гораздо лучше, нежели на растяжение. Также он довольно хорошо сваривается, но для этого требуется предварительный подогрев, а в качестве присадочного материала следует использовать специальные чугунные стержни с высоким содержанием кремния и углерода. Без предварительного разогрева сварка будет затруднена, поскольку будет происходить отбеливание чугуна в зоне шва.

Из серого чугуна производят детали, работающие при отсутствии ударной нагрузки (шкивы, крышки, станины).

Обозначение данного чугуна происходит по такому принципу: СЧ 25-52. Две буквы сигнализируют о том, что это именно серый чугун, число 25 – показатель предела прочности при растяжении (в Мпа или кгс/мм²), число 52 – предел прочности в момент изгиба.

Высокопрочный чугун

Чугун с шаровидным графитом принципиально отличается от других своих «собратьев» тем, что в нем содержится графит шаровидной формы. Она получается за счет введения в жидкий сплав специальных модификаторов (Mg, Се). Количество графитных включений и их линейные размеры могут быть различными.

Чем хорош шаровидный графит? Тем, что такая форма минимально ослабляет металлическую основу, которая, в свою очередь, может быть перлитной, ферритной или перлитно-ферритной.

Благодаря применению термической обработки или легирования основа чугуна может быть игольчато-трооститной, мартенситной, аустенитной.

Марки высокопрочного чугуна бывают различны, но в общем виде обозначение его таково: ВЧ 40-5. Легко догадаться, что ВЧ – это высокопрочный чугун, число 40 – показатель предела прочности при растяжении (кгс/мм²), число 5 – относительно удлинение, выражаемое в процентах.

Ковкий чугун

Структура ковкого чугуна заключается в наличии в нем графита в хлопьевидной или шаровидной форме. При этом хлопьевидный графит может иметь различную дисперсность и компактность, что, в свою очередь, оказывает непосредственное влияние на механические свойства чугуна.

В промышленности ковкий чугун производится зачастую с ферритной основой, которая обеспечивает большую пластичность.

Внешний вид излома ферритного ковкого чугуна имеет черно-бархатистый вид. Чем выше количество перлита в структуре, тем светлее будет становиться излом.

В целом же, ковкий чугун получается из отливок белого чугуна благодаря длительному томлению в печах, нагретых до температуры 800–950 градусов Цельсия.

На сегодняшний день есть два способа изготовления ковкого чугуна: европейский и американский.

Американский метод заключается в томлении сплава в песке при температуре 800-850 градусов. В этом процессе графит располагается между зернами чистейшего железа. В итоге чугун приобретает вязкость.

В европейском методе отливки томятся в железной руде. Температура при этом составляет около 850-950 градусов Цельсия. Углерод переходит в железную руду, за счет чего поверхностный слой отливок обезуглероживается и становится мягким. Чугун становится ковким, а сердцевина сохраняет хрупкость.

Маркировка ковкого чугуна: КЧ 40-6, где КЧ — это, разумеется ковкий чугун; 40 – показатель прочности при растяжении; 6 – относительное удлинение, %.

Прочие показатели

Что касается разделения чугунов по прочности, то здесь применяется следующая классификация:

• Обычная прочность: σв до 20 кг/мм².
• Повышенная прочность: σв = 20 — 38 кг/мм².
• Высокая прочность: σв = 40 кг/мм² и выше.

По пластичности чугуны разделяются на:

• Непластичные – относительное удлинение менее 1%.
• Малопластичные – от 1% до 5%.
• Пластичные – от 5% до 10%.
• Повышенной пластичности – более 10%.

В заключение также хотелось бы обязательно отметить, что на свойства любого чугуна довольно существенное влияние оказывает даже форма и характер заливки.

Чугун | металлургия | Britannica

Чугун , сплав железа, который содержит 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 разливают или разливают и закаляют в сырые слитки, называемые чушками, а затем чуши переплавляют вместе с ломом и легирующими элементами в вагранках и перерабатывают в формы для производства различных продуктов.

чугун Колесо вагонное чугунное. Длинношерстные

Подробнее по этой теме

Военная техника: Чугунная пушка

В 1543 году английский пастор, работая по королевскому поручению Генриха VIII, усовершенствовал метод литья, достаточно безопасный с точки зрения эксплуатации …

Китайцы производили чугун еще в VI веке до нашей эры, а в Европе к XIV веку производили его спорадически.Он был завезен в Англию около 1500 г .; первый металлургический завод в Америке был основан на реке Джеймс, штат Вирджиния, в 1619 году. В 18-19 веках чугун был более дешевым конструкционным материалом, чем кованое железо, потому что не требовал интенсивной очистки и работы с молотками, но был более дорогостоящим. хрупкие и с низкой прочностью на разрыв. Тем не менее, его несущая способность сделала его первым важным конструкционным металлом, и его использовали в некоторых из самых ранних небоскребов. В 20 веке сталь заменила чугун в строительстве, но чугун по-прежнему находит множество промышленных применений.

Большая часть чугуна — это так называемый серый чугун или белый чугун, цвета показаны трещинами. Серый чугун содержит больше кремния, менее твердый и поддается механической обработке, чем белый чугун. Оба они хрупкие, но ковкий чугун, полученный с помощью длительной термообработки, был разработан во Франции в 18 веке, а чугун, который является пластичным после литья, был изобретен в Соединенных Штатах и ​​Великобритании в 1948 году. основное семейство металлов, которые широко используются для изготовления шестерен, штампов, коленчатых валов автомобилей и многих других деталей машин.

.

Преимущества чугуна — Серый чугун и белый чугун

Типы чугуна Свойства отливки из чугуна могут варьироваться в зависимости от добавленных легирующих элементов. Свойства чугуна можно изменять, варьируя легирующие компоненты. Основными легирующими элементами, добавляемыми в чугун, являются углерод и кремний. По количеству добавленных легирующих элементов чугун можно разделить на серый или белый чугун. Их различают по цвету отливки, когда она сломана.

Белый чугун при разрушении позволяет трещине проходить сквозь отливку. С другой стороны, серый чугун отклоняет трещину, но в то же время вызывает множество других трещин из-за наличия структуры графита. Поскольку серый чугун содержит большое количество кремния, он имеет структуру графита, которая придает характеристики, характерные для чугуна. Белый чугун тверже и поэтому хуже обрабатывается, чем серый чугун. Белый чугун также содержит меньше кремния, чем серый чугун.Белый чугун также имеет примеси карбидов.

Кроме того, чугун также можно разделить на ковкий и ковкий. Когда белый чугун нагревается, его свойства изменяются, и этот улучшенный вид чугуна называют ковким чугунным чугуном. Когда легирующие элементы, такие как магний или церий, добавляются в чугун во время его плавления, они образуют высокопрочный чугун с другой структурой по сравнению с другими чугунами.

Серый чугун имеет хорошие литейные свойства, хорошее гашение вибрации, хорошую износостойкость, хорошую обрабатываемость и низкую чувствительность к надрезам.Однако его прочность на растяжение и удлинение очень низкие, поэтому можно производить только некоторые металлические детали с низкими физическими требованиями, такие как защитная крышка, крышка, масляный поддон, маховики, рама, пол, молоток, небольшая ручка, основание, рама, коробка. , нож, станина, гнездо подшипника, стол, колеса, крышка, насос, клапан, труба, маховик, моторные блоки и т. д. Что касается более высоких марок, серый чугун может выдерживать большую нагрузку и определенную степень герметичности или коррозионной стойкости более важные отливки, такие как цилиндр, шестерня, основание, маховики, станина, блок цилиндров, гильза цилиндра, поршень, коробка передач, тормозное колесо, соединительная пластина, клапан среднего давления и т. д.см. iron-foundry.com.

,

Чугун | Статья о чугуне в The Free Dictionary

железный сплав, содержащий углерод, обычно в количестве более 2 процентов, и ряд примесей — кремний, марганец, фосфор и серу — а иногда и легирующие элементы; он затвердевает, образуя эвтектику.

Чугун — один из важнейших сырьевых продуктов черной металлургии ( см. ЧЕРНАЯ МЕТАЛЛУРГИЯ и СТЕПЕННОЕ ПРОИЗВОДСТВО ), используемый для реконверсии при производстве стали и как компонент шихты, используемой для переплавки. в чугунные отливки.Один из основных конструкционных материалов, он также используется в качестве литейного сплава. Широкое применение чугуна в машиностроении обусловлено его хорошими литейными и прочностными свойствами; некоторые чугуны лишь немного уступают по прочности углеродистым сталям ( см. ИНОКУЛИРОВАННЫЙ ЧУГУН ). На чугун приходится около 75% всего металла, используемого в современном машиностроении. СССР — ведущий производитель чугуна в мире (1976 г.).

История .Первые сведения о чугуне датируются годом до н. Э. Шестым веком. Чугун с содержанием фосфора до 7 процентов и низкой температурой плавления производился в Китае из железных руд с высоким содержанием фосфора и использовался для литья различных изделий. Чугун был известен также греческим и римским металлургам IV и V веков г. до н. Э.

Производство чугуна в Западной Европе восходит к XIV веку, когда появились первые доменные печи (шаровидные печи) для выплавки чугуна из руды ( см. МЕТАЛЛУРГИЯ ).Произведенный чугун использовался либо для превращения в сталь в блюмерах ( см. BLOOMERY CONVERSION ), либо для производства различных конструктивных элементов, таких как столбы, и оружия, такого как пушки и ядра. В России производство чугуна датируется 16 веком. Он неуклонно расширялся, и ко времени правления Петра I Россия превзошла все другие страны по производству чугуна, но спустя столетие отстала от стран Западной Европы.Развитие вагранок ( см. FURNACE, CUPOLA ) во второй половине XVIII века привело к отделению литейных цехов от доменных цехов, т. Е. Инициировало самостоятельное литье чугуна (на машиностроительных заводах). Ковкий чугун впервые был произведен в начале 19 века.

Начало легирования чугуна относится ко второй четверти 20 века ( см. СПЛАВНЫЙ ЧУГУН ). Легирование позволило значительно улучшить свойства чугуна и получить специальные чугуны, устойчивые к износу, коррозии и нагреву.К этому же периоду относится разработка методов производства модифицированного чугуна. В конце 1940-х годов был получен модифицированный чугун с включениями сфер графита вместо обычных графитовых чешуек; такой чугун, называемый высокопрочным чугуном, имеет значительно более высокую прочность (σ _b ), до 500 меганьютон / м ² (50 килограмм-сила / мм ² ) в литом состоянии и 1200 меганьютон / м м ² (120 кгс / мм ² ) после термообработки.Тип чугуна, известный как высокопрочный чугун, обладающий хорошими механическими свойствами, несмотря на наличие чешуек графита, был получен в 1960-х годах в электрических печах из стального лома с добавлением науглероживающего агента ( см. ЖЕЛЕЗО-УГЛЕРОДА СПЛАВЫ ).

Классификация и свойства . Чугун, полученный в доменных печах, характеризуется либо как основной чугун, используемый для переработки в сталь, либо литейный чугун, который служит основным компонентом шихты при отливке чугуна.

До 1970-х годов зеркальный чугун, содержащий от 10 до 25 процентов марганца и используемый в качестве раскислителя при производстве стали и некоторых специальных чугунов, иногда производился в доменных печах. Природные легированные чугуны производятся из железных руд, содержащих хром, никель, титан и другие легирующие элементы. На чугунолитейных заводах используются различные критерии при классификации чугуна, используемого в производстве отливок. Чугун классифицируется как серый, белый или крапчатый в зависимости от степени графитизации, которая определяет тип разрушения.Чугуны также можно классифицировать на основе включений графита, которые могут быть чешуйчатыми, сфероидальными (ковкий чугун), вермикулярными или в форме розеток (ковкий чугун). В зависимости от характера металлической основы чугун можно разделить на перлитный, ферритный, перлитно-ферритный, аустенитный, бейнитный или мартенситный. По применению различают конструкционные и специальные чугуны, а по химическому составу — легированные и нелегированные чугуны.

СЕРЫЙ ЧУГУН . Серый чугун, или просто серый чугун, наиболее распространенная форма чугуна, используемая в машиностроении, сантехнике и строительстве, имеет включения графита в виде хлопьев. Изделия из серого чугуна отличаются стойкостью к воздействию внешних концентраторов напряжений при циклической нагрузке и более высоким коэффициентом поглощения вибрации (в два-четыре раза больше, чем у стали). Важной структурной особенностью серого чугуна является его отношение предела ползучести к пределу прочности при растяжении, которое выше, чем у стали.Наличие графита улучшает условия смазки при трении, что улучшает антифрикционные свойства.

Свойства серого чугуна зависят от структуры металлической основы и от типа, размера, количества и характера распределения графитовых включений. Серый перлитный чугун обладает высокой прочностью и используется для изготовления цилиндров, втулок и других нагруженных деталей двигателей и блоков цилиндров. Серый чугун с металлической основой из феррита и перлита используется для менее ответственных деталей.

БЕЛЫЙ ЧУГУН . Белый чугун или просто белый чугун — это сплав, в котором избыточный углерод, не обнаруженный в твердом растворе железа, присутствует в связанном состоянии в форме карбида железа Fe ₃ C (цементит) или специальных карбидов (в легированные чугуны). Кристаллизация белого железа происходит в метастабильной системе с образованием цементита и перлита. Из-за своих плохих механических свойств и хрупкости белый чугун имеет ограниченное применение для простых изделий, подвергающихся условиям высокого абразивного износа.Легирование белого железа карбидообразующими элементами, такими как хром, вольфрам и молибден, повышает его износостойкость.

КРАСНЫЙ ЧУГУН . В крапчатом чугуне или крапчатом чугуне часть углерода находится в свободном состоянии в виде графита, а часть — в связанном состоянии в виде карбидов. Пестрый чугун используется для производства изделий, работающих в условиях сухого трения (тормозные колодки), и износостойких деталей, таких как валы валковые, бумагоделательные, мукомольные.

ПОДВОДНЫЙ ЧУГУН . Ковкий чугун изготавливается в виде отливки из белого чугуна, а затем подвергается отжигу, при котором происходит графитизация, которая приводит к разложению цементита и образованию чешуек графита. Ковкое железо более устойчиво к ударам и порезам, чем сталь, и удовлетворительно работает при низких температурах. Его механические свойства зависят от структуры металлической основы, количества и плотности графитовых включений.В зависимости от типа термической обработки ковкий чугун может иметь основу из феррита, феррита, перлита или перлита. Ковкий чугун в матрице гранулированного перлита обладает лучшими свойствами и может использоваться вместо литой или кованой стали. Ферритный ковкий чугун используется, когда требуется высокая пластичность. Чтобы ускорить процесс графитации при термообработке, ковкий чугун инокулируют теллуром, бором или магнием.

Ковкое железо используется в основном в производстве автомобилей, тракторов и сельскохозяйственной техники.Существует тенденция, особенно в автомобилестроении, заменять ковкий чугун ковким чугуном с шаровидным графитом, чтобы обеспечить более прочные отливки, сократить время производства и улучшить конечный продукт.

ЧУГУН . Ковкий чугун (также называемый чугуном с шаровидным графитом или чугуном с шаровидным графитом) характеризуется включениями сфероидального или почти сфероидального графита, полученными путем модифицирования жидкого чугуна магнием, церием, иттрием, кальцием или каким-либо другим элементом в чистом виде или в виде компонент сплава.Сфероидальный графит в наименьшей степени ослабляет металлическую матрицу, что приводит к значительному улучшению механических свойств чугуна со структурой перлита или бейнита, свойства которых приближаются к свойствам углеродистых сталей. Высокая пластичность наблюдается у чистой ферритной матрицы в литом или термообработанном состоянии.

Ковкий чугун обладает хорошими литейными и техническими свойствами, такими как текучесть, низкая линейная усадка и хорошая обрабатываемость резанием, но он похож на сталь в отношении концентрированной объемной усадки.Он используется для замены стальных литых и кованых деталей, таких как коленчатые валы двигателей и компрессоров, а также изделий из ковкого или обычного серого чугуна.

Ковкий чугун с включениями вермикулярного графита, которые под микроскопом выглядят как утолщенные, изогнутые пластины со скрученными краями, занимает промежуточное положение между чугуном с шаровидным графитом и чугуном с чешуйками графита. Он имеет хорошие технические свойства, низкую объемную усадку и высокую теплопроводность, почти такую ​​же, как у серого чугуна.Применяется при строительстве дизельных двигателей и другой техники.

ЛИТЕЙНЫЙ ЧУГУН . Легирующие элементы, такие как никель, хром, медь, алюминий, титан, вольфрам, ванадий и молибден, добавляются в чугун для улучшения его прочности и эксплуатационных характеристик или для придания особых свойств, таких как немагнетизм, жаропрочность и устойчивость к износу, нагреву и коррозии. Марганец в количестве более 2 процентов и кремний в количестве более 4 процентов также считаются легирующими элементами.Легированные чугуны можно классифицировать по содержанию основных легирующих элементов, например хрома, никеля или алюминиевого чугуна. Различают низколегированные чугуны с общим содержанием легирующих элементов менее 2,5%, среднелегированные чугуны с содержанием легирующих элементов от 2,5 до 10% и высоколегированные чугуны с содержанием легирующих элементов более 10%. элементы. Низколегированные чугуны имеют матрицу из перлита или бейнита, среднелегированные чугуны обычно находятся в матрице из мартенсита, а высоколегированные чугуны в основном находятся в матрице из аустенита или феррита.

Чугуны с содержанием кремния от 5 до 7 процентов (силалы) используются как жаропрочные материалы. Чугуны с содержанием кремния от 12 до 18 процентов (ферросилиды) проявляют высокую коррозионную стойкость в растворах солей, кислот (кроме соляной кислоты) и щелочей. Такие чугуны, легированные молибденом (антихлором), обладают высокой стойкостью к соляной кислоте. Из всех известных чугунов чугун с содержанием алюминия от 19 до 25 процентов (чугальский или алюминиевый чугун) имеет самую высокую термостойкость на воздухе и в серосодержащих средах.Наиболее распространенные износостойкие чугуны легированы до 2,5% хрома и до 6% никеля (чугуны Nikhard). Аустенитные никелевые чугуны, легированные марганцем, медью и хромом (сплавы Ni-резист), используются как коррозионно-стойкие и жаропрочные материалы.

Маркировка чугунов . В принятой в СССР системе маркировки чугунов используются буквы и цифры. Буквы указывают на основное предполагаемое использование чугуна: P для основного чугуна, используемого в кислородно-конвертерном и мартеновском производстве, и L для литейного чугуна, используемого для литья чугуна.Литейный кокс чугун обозначается LK, а чугун, полученный из древесного угля, — LD. Содержание кремния уменьшается с увеличением числа; например, LK5 содержит меньше кремния, чем LK4. Каждая марка чугуна в зависимости от содержания в нем марганца, фосфора и серы помещается, соответственно, в группу, класс и категорию. Чугуны для литейного производства, как правило, обозначаются буквами, обозначающими основной тип или предполагаемое использование чугуна: СЧ — серый чугун, ВЧ — ковкий чугун, КЧ — ковкий чугун.Чугуны антифрикционные обозначаются буквой А в начале, например, АСЧ, АВЧ, АКЧ.

Цифры в марках нелегированных чугунов указывают на механические свойства чугунов. Стандартизированные значения прочности на растяжение и изгиб приведены для серого чугуна в килограммах-силе / мм ² , например, СЧ31-40. Для ковкого и ковкого чугуна цифры указывают предел прочности (в килограммах-сила / мм ² ) и относительное удлинение (в процентах), например, ВЧ60-2.

Марка легированного чугуна обозначается буквой, обозначающей легирующие элементы, и цифрой сразу после каждой буквы, обозначающей среднее содержание данного легирующего элемента. Если содержание легирующего элемента меньше 1,0 процента, цифры после соответствующей буквы опускаются. Произвольная система обозначений химических элементов такая же, как и для стали ( см. STEEL ). Примером легированного чугуна является ЧН19Х4, который представляет собой чугун, содержащий около 19 процентов никеля и около 3 процентов хрома.Если для легированного чугуна требуется сфероидальный графит, в конце ставится буква Ш, например, ЧН19Х4Ш.

Чугун арт . Чугун использовался в художественных изделиях из железа со времен средневековья; например, замечательная скульптура льва весом 100 тонн, ныне утерянная, была отлита в Китае в X веке. г. н.э. Чугунная скульптура появилась в Германии в 15 веке, а затем и в других европейских странах; в России он появился в конце 17 века.Широкое распространение получило изготовление изделий из чугуна (парковая скульптура, памятники, заборы, стены, садовая мебель). В ХХ веке литье предметов из чугуна почти так же широко распространено, как и литье из бронзы, поскольку чугунные предметы, хотя и более массивные и характеризуются выразительностью большого веса и приглушенными тонами, менее затратны в производстве.

Чугун используется в архитектуре для различных целей (с конца 18 века). Использование чугунных конструктивных элементов было характерно для архитектуры XIX века (эпохи чугуна).

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Гиршович Н.Г. Чугунное письмо . Ленинград-Москва, 1949.
Гиршович Н.Г. Кристаллизация и свойслва чугуна в отливках . Москва-Ленинград, 1966.
Бунин К.П., Я. Н. Малиночка, Ю. Н. Таран. Основы металлографии чугуна . Москва, 1969.

Б.С. М ИЛЬ’МАН , Э.В.К ОВАЛЕВИЧ , В.Т. С ОЛЕНКОВ

.

ЧУГУН | Определение

в кембриджском словаре английского языка ЧУГУН | Определение в кембриджском словаре английского языка Тезаурус: синонимы и родственные слова ,

No related posts.