Чугун характеристики: температура плавления, плотность, удельная теплоемкость, масса

alexxlab | 17.06.1989 | 0 | Разное

Содержание

Что такое чугун? Виды чугуна, свойства и применения

Чугун: краткая справка
Виды чугунов и их применение
- Передельный чугун
- Белый чугун
- Серый чугун
- Высокопрочный (модифицированный) чугун
- Ковкий чугун и его маркировка
- Специальные чугуны
- Как специальные примеси сказываются на структуре чугуна?
Достоинства и недостатки
Пригодность чугунов к сварочным работам
Объемы производства чугуна
Что получают из чугуна и где он используется?

Чугун – это железоуглеродистый сплав, в котором содержание углерода составляет более 2,14%. В нем также могут присутствовать постоянные примеси, а иногда и легирующие компоненты. Его механические свойства зависят от структуры и главным образом от формы, в которой находится углерод, а основными структурными составляющими являются цементит или графит и продукты распада аустенита, которые в зависимости от скорости охлаждения могут быть мартенситом, трооститом, сорбитом, перлитом и ферритом.

Введение различных легирующих элементов позволяет управлять процессом графитизации и по-разному корректировать свойства чугуна.

Чугун: краткая справка

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

Особенности и классификация чугунов

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

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

сера – 0,02-0,2%;

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

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

Основные различия между сталью и чугуном

Основное, чем отличается чугун от стали – это доля углерода в их составе (у стали она находится в диапазоне от 0,025% до 2,14%, у чугуна – свыше 2,14%) и содержание примесей (в чугуне их больше). Это формирует температуру плавления сплавов. Если у чугунов она составляет 1150−1250 градусов, то у сталей этот показатель достигает 1500°С.

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

Производство чугунных отливок

Виды чугунов и их применение

Передельный чугун

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

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

Белый чугун

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

Серый чугун

В серых чугунах углерод представлен пластинчатым графитом. Находится он в свободном виде, благодаря чему излом имеет характерный серый цвет. Такой сплав сравнительно хорошо поддается механической обработке, имеет относительно невысокую прочность и низкую пластичность при растяжении. При этом, благодаря наличию пластинчатого графита, серый чугун обладает хорошими антифрикционными и демпфирующими свойствами, малой чувствительностью к концентраторам напряжения. Внутренняя структура формируется при низких темпах охлаждения.

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

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

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

Высокопрочный (модифицированный) чугун

Особенность этого сплава, получаемого путем добавления в расплав чугуна чистого магния (Mg), аего соединений или других модификаторов-сфероидизаторов(церия, иттрия и пр.), в том, что графит в таком чугуне имеет шаровидную форму. Количество модифицирующего компонента, того же магния, составляет 0,02–0,08%.

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

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

Ковкий чугун и его маркировка

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

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

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

Специальные чугуны

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

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

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

Как специальные примеси сказываются на структуре чугуна?

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

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

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

Достоинства и недостатки

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

Бесспорные преимущества

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

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

Недостатки чугуна, как материала

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

Чугун

Как делают чугун?

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

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

Пригодность чугунов к сварочным работам

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

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

Объемы производства чугуна

Первое место в мире по производству чугуна вот уже несколько лет подряд прочно удерживает Китайская Народная Республика. За первые два месяца 2019 году китайские компании увеличили объемы его выплавки до 126, 59 млн. тонн. Таким образом, более половины мировых объемов чугуна сегодня выплавляется в Поднебесной.

Объемы мирового производства чугуна, тыс. тонн

Кроме Китая, в рейтинг ведущих производителей чугуна входят Индия, Япония, РФ, Южная Корея, Иран, Бразилия, Германия и США. А замыкает ТОП-10 Украина, что стало возможным благодаря стабильной деятельности предприятий Группы Метинвест.

Производство чугуна в мире с 2010 по 2019 год

Регион	Годы
Регион	2010	2011	2012	2013	2014	2015	2016	2017	2018	2019
Евросоюз	94054	93 855	90 493	92 328	95 176	93 596	91 312	93 235	90 787	85 691
Другие страны Европы	9 643	10 184	9 774	10 411	10 876	11 992	12 280	12 741	12 873	12 265
СНГ	77 923	80 174	81 860	81 962	79 452	77 585	82 396	75 952	75 396	73 938
Северная Америка	39 216	42 159	44 328	41 319	41 218	35 859	33 008	32 946	34 886	32 567
Южная Америка	34 531	37 535	30 454	29 992	30 671	31 627	29 439	31 654	31 744	29 087
Африка	6 725	5 564	5 499	5 778	5 252	5 264	5 111	5 152	5 411	4 266
Азия	763 032	826 220	854 111	902 136	917 651	897 875	913 410	927 722	994 748	1 037 317
Средний Восток	2 540	2 242	2 143	2 007	2 782	2 459	2 251	2 293	2 362	2 530
Океания	6 672	5 925	4 381	4 160	3 962	4 272	4 313	4 441	4 561	4 336

Что получают из чугуна и где он используется?

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

Сплавы	Сферы применения
Серые	Производство колонн, маховиков, опорных и фундаментальных плит, шкивов, станин, прокатных станков, канализационных изделий.
Ковкие	Основания под тяжелое оборудование, опоры ж/д и автомобильных мостов, коленвалы для двигателей дизельного транспорта и тракторов.
Легированные белые	Мелющие части оборудования, прессовочные формы для огнеупоров, прокатные валки.
Антифрикционные	Подшипники скольжения, втулки топливных насосов, направляющие клапаны, поршневые кольца автомобилей.
Высокопрочные	Детали турбин, коленчатые валы, двигатели на тракторы и автомобили, изложницы, шестерни, прокатные валки.

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

Чугун. История. Характеристики. – Везувий

Чугун – является сплавом в состав, которого входит железо и углероды. Содержащегося в железе углерода, обычно составляет не менее 2,14%. Углерод собой может представлять цементит или графит. В чугуне содержатся примеси такие как Si, Mn, S, P и легирующие элементы (Cr, Ni, V, Al и др. ) получают в доменных печах из железорудных материалов. Чугун обладает не плохими литейными свойствами и малой способностью к пластической деформации, а так же является важнейшим первичным продуктом чёрной металлургии.

История чугуна начинается с 4—5 вв. до нашей эры, одним из античных металлургов. В 6 веке до нашей эры из высокофосфористых железных руд начали получать чугун в Китае.

Чугун серый – является высокопрочным и содержит в качестве примесей марганец, фосфор, серу. У него низкая температура кристаллизации, текучесть в жидком состоянии, малая усадка. Свойства серого чугуна зависят от свойств металлической матрицы, формы и размеров графитовых включений. Не высокая прочность графита, снижает прочность чугуна. Так же прочность чугуна зависит от графитовых включений, чем их меньше и выше и дисперсность, тем прочнее сам чугун. В зависимости от скорости дальнейшего охлаждения после затвердевания (а значит и от размера отливки) чугун может иметь ферритную, феррито-перлитную и чисто перлитную металлическую основу. С ростом скорости охлаждения возрастает доля перлита, а следовательно и прочность чугуна, но падает его пластичность. Для каждой области применения выбирают марку чугуна с оптимальным для этого случая сочетанием свойств. Он применяется в машиностроении, для отливки станков и механизмов, поршней и цилиндров.

Несмотря на огромное количество марок чугуна, чугун для бани, подобрать не так то просто, потому, что он должен выдерживать длительное нахождение в агрессивной среде. В процессе горения, идёт быстрое окисление и коррозия плюс температура близкая 1000 градусов. Для таких условий необходим особый, специально приспособленный к таким нагрузкам чугун, это чугун марки ЧХ16. ЧХ16 это высоколегированный чугун, обладающий всеми необходимыми свойствами для банной печи:
жаростойкий в воздушной среде до 1173 градусов;
износостойкий при повышенных температурах;
повышенная коррозийная стойкость в воздушной, газовой и щелочной средах.
Чугун для бани марки ЧХ 16, в сочетании с камнями малинового кварцита или талько-хлорита, обеспечит вас лёгким, мелкодисперсионным паром. Чтобы предотвратить распирание стенок печи, укладка чугунины для бани, должна производиться с учётом большого коэффициента расширения при нагревании.

Чугунные печи появились вместе с технологией чугунного литья. Как ни одна другая деталь интерьера, они всегда совмещали в себе функциональность и изысканную красоту, придавая жилью неповторимый шарм. Расцвет моды на чугунные печи пришелся на 19 век, когда их производство в Европе было поставлено на промышленную основу. Француз Жан Батист Годэн первым признал уникальные свойства чугуна и развернул массовое производство чугунных печей на своих литейных предприятиях. Эта инициатива из-за огромной популярности печей была быстро подхвачена другими мастерами из разных стран, и очень скоро печи и камины из чугуна стали предметом быта каждого европейского дома.

Чугун, вытеснив кафель, благодаря своим уникальным качествам, стал самым востребованным печным материалом . Даже в начале 20 века, когда появились стальные печи, чугун не уступил своих позиций, оставшись главным материалом для эксклюзивных печей.

Преимущества таких печей объясняются уникальными свойствами этого материала:

Теплопроводность чугуна выше, чем стали примерно в полтора раза! Это означает, что определенное количество тепла от чугуна передастся в полтора раза быстрее, чем от стали, и помещение будет гораздо быстрее прогрето. Накопленное тепло передается в окружающее пространство тепловым излучением, которое у чугуна почти вдвое выше, чем у стали. Вспомним, какими замечательными качествами обладают чугунные сковородки!

Пористая структура чугуна позволяет долго сохранять тепло, постепенно отдавая его в пространство.

Чугун легко переносит большие температурные перепады, идеально сохраняя форму. Этот материал без малейших изменений способен служить многие десятки лет. Покупка готовой печи из чугуна обойдется хозяину гораздо дешевле, чем строительство каменной дровяной печи.
Чугунная печь быстро разогревается после растопки, примерно за 15-20 минут прогревая помещение, в котором установлена. Конструкции печей позволяют экономно расходовать отопительные материалы. Эксплуатировать и обслуживать чугунную печь очень просто. Современные чугунные печи многофункциональны. Кроме отопления, многие конструкции приспособлены для приготовления пищи, выпечки, сушки (заготовки) продуктов.

Срок эксплуатации чугунных печей составляет не менее 40-50 лет.

Главным достижением компании Везувий является разработка специального сплава чугуна и качественных отливок, которые выдерживают максимальные температурные перепады, т.е. даже при попадании большого количества воды чугунная печь сохраняет свою исключительную целостность и не лопается в отличие от изделий других производителей.

Дата: Понедельник, 27 Марта 2017

температура плавления, плотность, удельная теплоемкость, масса

Чугун состоит из углерода, железа и некоторых примесей. Это один из главных материалов черной металлургии. Чугун используются при изготовлении предметов быта и коммунального хозяйства, деталей машин и в других отраслях. Его применяют в производстве, ориентируясь и учитывая его свойства и характеристики.

Данная статья как раз и призвана рассказать вам о плотности высокопрочного, жидкого, белого и серого чугуна, его температурах плавления и удельная теплоемкость также будут рассмотрены отдельно.

Виды чугуна

Существует несколько видов чугуна. В него добавляют различные легирующие примеси, которые изменяют характеристики цельного материала. Для этого используют алюминий, хром, ванадий или никель. В дополнение к ним идут и другие примеси. Параметры готовых изделий напрямую зависят от состава сплава. Разновидности:

Серый чугун. Считается самым популярным видом. В составе содержится 2,5% углерода, который представляет собой частицу графита или перлита. Обладает высоким показателем прочности. Из серого чугуна делают детали, выдерживающие постоянные нагрузки. Это могут быть зубчатые шестерни, детали корпусов, втулки.
Белый чугун. Углерод, содержащийся в составе, представляет собой частицы карбида. На изломе материала остаётся белый след, что соответствует названию. Содержание углерода в среднем более 3%. Хрупкая и ломкая разновидность материала, из-за чего его используют только в статических деталях.
Половинчатый. Объединяет в себе характеристики двух предыдущих видов чугуна. Частицы графита и карбида насыщают металл углеродом. Его содержание от 3,5 до 4,2%. Износоустойчивый материал, который используется в машиностроении. Выдерживает постоянное трение.
Ковкий чугун. Получается из второй разновидности материала, после проведения отжига. Сплав содержит углерод в виде частиц феррита. Его количество — около 3,5%. Как и половинчатый используется для изготовления деталей в машиностроении.

Чтобы получить высокопрочный материал, частицы графита подвергают обработке, чтобы они приняли шаровидную форму и заполнили кристаллическую решётку. В сплав добавляют магний, кальций или церий.

Тепловые свойства чугуна

Характеристики металла зависят от его тепловых свойств. Они меняются при обработке высокими и низкими температурами. Напрямую зависят от состава сплава.

Теплоемкость

Теплоемкость — обработка металла теплом. Нагревается до тех пор, пока температура заготовки не поднимется на один Кельвин. Этот показатель зависит от наличия дополнительных компонентов в сплаве и температуры. Если она высокая, то и теплоемкость будет больше. Средние показатели теплоемкости:

Твердый металл — 1 кал/см3Г.
Расплавленные материал — 1,5 кал/см3Г.

Из этих показателей высчитывается соотношение теплоемкости и объема вещества.

Теплопроводность

Этот параметр определяет насколько хорошо материал может проводить теплоэнергию. Зависит не только от компонентов в составе сплава, но и структуры металла. Теплопроводность для твердого материала выше, чем для расплавленного. У разных марок стали этот показатель варьируется в пределах 0.08–0.13 кал/см сек оС.

Температуропроводность

Эта физическая величина отображает способность материла изменять температуру тела. При расчёте требуется учитывать такие показатели:

Диапазон теплопроводности для разных марок чугуна. Применимо к твердому материалу.
Для жидкого металла — 0.03 см2/сек.

Дополнительно учитывается показатель теплоемкости.

Что происходит в печи

Итак, давайте посмотрим, как получают чугун в домне. Изнутри печь такой конструкции облицована кирпичом. Принцип ее работы относительно прост. При производстве чугуна, помимо агломерата, используются кокс, известь и флюс. Смесь из этих материалов готовится в определенной пропорции. Она то и называется доменной шихтой. Ее насыпают в специальные подъемники и поднимают на самый верх печи.

Для того чтобы кокс загорелся, необходимо большое количество воздуха, обогащенного кислородом. Он подается в доменную печь снизу, через специальные отверстия, называемые фурменными. Вдувается он в печь под очень большим давлением. Это необходимо для того, чтобы воздух проник через пласт подаваемой сверху шихты. При этом предварительно поток подогревается до 600-800 градусов, иначе температура внутри печи снизится.

Полученный при расправлении шихты чугун стекает вниз и с периодичностью примерно один раз в 40 мин выпускается наружу через специальное отверстие, называемое леткой. Далее он переливается в чаши большой емкости и перевозится в сталеплавильные цеха.

Температура плавления

Чугун считается лучшим металлом для плавки. Высокий показатель жидкотекучести и низкий усадки позволяют эффективнее использовать его при литье. Ниже будут приведены показатели температуры кипения для разных видов этого металла в градусах Цельсия:

Серый чугун — температура плавления достигает 1260 градусов. При заливке в формы поднимается до 1400.
Белый — плавится при 1350 градусах. Заливается в формы при 1450.

Показатели плавления чугуна на 400 градусов ниже, чем у стали. Это снижает затраты энергии при обработке чугуна.

Электрические характеристики

Электропроводность чугуна оценивают с помощью закона Курнакова. Электросопротивление некоторых видов приведено ниже:

белый чугун — 70±20 Мк·ои·см.
серый чугун — 80±40 Мк·ои·см.
ковкий чугун — 50±20 Мк·ои·см.

По ослабевающему действию на электросопротивление элементы твердого чугуна можно расположить так: первый – кремний, второй – марганец, третий- хром, четвертый — никель, пятый – кобальт.

Влияние химических элементов на свойства металла

Чтобы понимать, как влияют примеси на характеристики и свойства чугуна, необходимо разобраться со структурой его отдельных видов:

Белый — форма углерода в этой разновидности представляет собой карбид. На изломе виднеется белый цвет. Считается хрупким и ломким материалом, который редко используется в промышленности без добавок.
Серый чугун. Пластинки графита в этом материале насыщают его углеродом. Чтобы использовать материал при производстве деталей для промышленного оборудования, изменяется форма зерен с помощью плавки.
Ковкий — графитные зерна в этой разновидности металла имеют вид хлопьев.

Высокопрочный чугун получается после добавления в сплав магния. Чтобы улучшить характеристики этого металла, используются примеси.

Примеси

Каждая примесь, добавляемая к железу и углероду, изменяет свойства готового материала. Влияние добавок на качество чугуна:

Магний. Позволяет сделать шаровидные зерна в материале. Это увеличивает показатели прочности и твердости заготовки.
Марганец. Замедляет процесс графитизации. Металл белее на изломах.
Кремний. Увеличивает графитизацию материала. Максимальное количество кремния в заготовке — 3,5%. От его количества зависит показатель прочности.
Сера. Количество этой примеси снижается для улучшения жидкотекучести.
Фосфор. Практически не влияет на процесс графитизации. Улучшает жидкотекучесть. При добавлении фосфора в сплав, улучшается износоустойчивость и прочность.

В чугун могут добавляться легированные материалы.

Примеси

Конечно, этот металл содержит не только железо и углерод. В него входят те же элементы, что и в стальные сплавы – фосфор, марганец, сера, кремний и другие

.
Эти добавки косвенно влияют на особенности сплава – они изменяют ход графитизации
. Именно от этого параметра и зависят качества материала.

Фосфор. Мало влияет на образование графита. Но все равно он нужен, потому как улучшает жидкотекучесть
. Твердые включения фосфора обеспечивают высокую твердость и износостойкость металла.
Марганец. Мешает графитизации, как бы «отбеливает» чугун.
Сера. Как и кремний, способствует отбеливанию металла, да еще и ухудшает жидкотекучесть
.
Количество серы в сплаве ограничивают
. Для мелкого литья не больше 0,08%, для деталей больше – до 0,1-0,12%.
Кремний. Сильно влияет на свойства материала, увеличивая графитизацию
. В металле может содержаться от 0,3-0,5 до 3-5% кремния. Варьируя количество кремния, получают сплав с разными свойствами – от белого до высокопрочного.
Магний. Помогает получить материал с шаровидной формой зерен
.
Градус кипения магния низкий (1107˚С)
. По этой и другим причинам ввод магния в сплав затруднителен. Чтобы избежать его кипения, выплавку материала ведут с применением различных способов ввода магния.

Кроме обычных примесей, чугун может содержать и другие вещества. Это так называемый легированный материал. Хром, молибден, ванадий мешают процессу образования графита
. Медь, никель и большинство других веществ, графитизации способствуют.

Технология самостоятельной плавки

Зная при какой температуре плавится чугун, можно провести самостоятельную плавку. Однако это затратный и трудоемкий процесс. Сделать качественную отливку без специального оборудования невозможно.

В первую очередь, требуется оборудовать отдельное помещение, в котором будет хорошая вентиляция. Процесс плавки производится в печи. Лучший вариант — доменная печь. С ее помощью можно перерабатывать большие объемы расходного материала (железорудного сырья). Используемое топливо — кокс. Однако это промышленно оборудование, которое требуется особых условий использования.

Читать также: Часовой токарный станок своими руками

В собственных мастерских используются индукционные печи. Расплавляется сырьё в тиглях. В процессе плавки необходимо использовать флюс, благодаря которому образуется легкоплавкий шлак. Когда металл расплавлен, мастер переливает его в формы из песка или металла.

Температура плавления чугуна незначительно изменяется в зависимости от вида материала и содержащихся в нём примесей. В домашних условиях крайне сложно обрабатывать этот металл. Требуется оборудовать помещение, позаботиться о вентиляции и пожаробезопасности. После подготовки установить печь и другие приспособления для плавки.

Министерство сельского хозяйства и продовольствия РБ

Белорусский Государственный Аграрно Технический Университет

Реферат на тему:

Выполнил: студент 2 эа гр.

Проверил: Довнар И.В.

Чугуном называется сплав железа с углеродом, содержащий углерода от 2,14 до 6,67%.

Чугун — дешевый машиностроительный материал, обладающий хорошими литейными качествами. Он является сырьем для выплавки стали. Получают чугун из железной руды с помощь топлива и флюсов.

Получение чугуна — сложный химический процесс. Он состоит из трех стадии: восстановления железа из окислов, превращения железа в чугун и шлакообразования. Подробно этот процесс рассматривается в курсе химии.

Чугун, у которого большая часть углерода находится в свободном состоянии в виде графита, называется серым чугуном. Серый чугун мягкий, хорошо обрабатывается режущим инструментом. В изломе имеет серый цвет. Серый чугун обладает малой пластичностью, его нельзя ковать, так как содержащийся в нем графит способствует раскалыванию металла. Серый чугун значительно лучше работает на сжатие, чем на растяжение. Получается серый чугун путем медленного охлаждения после плавления или нагревания. Температура плавления серого чугуна 1100—1250° С.

Обычно серый чугун содержит 2,8—3,6% углерода, 1,6—3,0% кремния, 0,5—1% марганца, 0,2—0,8% фосфора и 0,05—0,12% серы. Сера уменьшает жидкотекучесть и прочность чугуна, увеличивает его литейную усадку и затрудняет его сварку. Фосфор делает чугун более жидкоплавким и улучшает его свариваемость, но повышает твердость и хрупкость.

Если серый чугун быстро охлаждать после плавления, то он отбеливается, т. е. частично превращается в белый, и становится очень хрупким и твердым. Наличие в составе чугуна большого количества кремния способствует получению серого чугуна.

Присутствие в чугуне большого количества марганца способствует отбеливанию чугуна.

Недостатком

серого чугуна является хрупкость, препятствующая его использованию для изготовления деталей машин, подвергающихся ударным нагрузкам.

Марки чугунов, например СЧ12-28, читаются следующим образом: СЧ— серый чугун, первые двухзначные цифры 12, 15, 18 и т. д. — средняя величина предела прочности при испытании на разрыв в кг/мм2, а вторые — 28, 32 и т. д. — то же при изгибе.

чугун серый сплав примесь

Серый чугун наиболее широко применяется в машиностроении для отливок различных деталей машин. Он достаточно хорошо сваривается, особенно с применением предварительного подогрева. Он мало пластичен и вязок, но легко обрабатывается резанием, применяется для малоответственных деталей и деталей, работающих на износ. Серый чугун с высоким содержанием фосфора (0,3—1,2%) жидкотекуч и используется для художественного литья.

Зависят главным образом от содержания в нем углерода и других примесей, неизбежно входящих в его состав: кремния (до 4,3%), марганца (до 2%), серы (до 0,07%) и фосфора (до 1,2%).

Углерод — один из главных элементов в чугуне. В зависимости от количества и состояния входящего в сплав углерода получаются те или иные сорта чугуна. С железом углерод соединяется двояко: в жидком чугуне углерод находится в растворенном состоянии, а в твердом — в химически связанном с железом или в виде механической примеси в форме мелких пластинок графита.

Кремний — важнейший после углерода элемент в чугуне, он увеличивает его жидкотекучесть, улучшает литейные свойства и делает чугун более мягким.

Марганец повышает прочность чугуна.

Сера в чугуне — вредная примесь, вызывающая красноломкость (образование трещин в горячих отливках). Она ухудшает жидкотекучесть чугуна, делая его густым, вследствие чего он плохо заполняет форму.

Фосфор понижает механические свойства чугуна и вызывает хладноломкость (образование трещин в холодных отливках). В зависимости от состояния, в котором углерод находится в чугуне, чугун подразделяется на белый (углерод в химическом соединении с железом в виде цементита FeC) и серый (свободный углерод в виде графита).

Белый чугун очень твердый и хрупкий, плохо поддается отливке, трудно обрабатывается режущим инструментом. Он обычно идет на переплавку в сталь или на получение ковкого чугуна и поэтому называется передельным.

Серый чугун наиболее широко применяется в машиностроении. Он мало пластичен и вязок, но легко обрабатывается резанием, применяется для малоответственных деталей и деталей, работающих на износ.

Легированный чугун наряду с обычными примесями содержит элементы: хром, никель, титан и др. Эти элементы улучшают твердость, прочность, износостойкость. Различают хромистые, титановые, никелевые чугуны. Их применяют для изготовления деталей машин с повышенными механическими свойствами, работающих в водных растворах, в газовых и других агрессивных средах.

Специальный чугун, или ферросплав, имеет повышенное содержание кремния или марганца. К нему относятся ферромарганец, содержащий до 25% марганца, и ферросилиций, содержащий 9—13% кремния и 15—25% марганца. Эти чугуны применяются при плавке стали для ее раскисления, т.е. для удаления из стали вредной примеси — кислорода.

Ковкий чугун получают термообработкой из белого чугуна. Он получил свое название из-за повышенной пластичности и вязкости (хотя обработке давлением не подвергается). Ковкий чугун обладает повышенной прочностью при растяжении и высоким сопротивлением удару. Из ковкого чугуна изготовляют детали сложной формы: картеры заднего моста автомобилей, тормозные колодки, тройники, угольники и т. д.

Читать также: Расчет звездочек цепной передачи онлайн

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

Высокопрочный чугун получают введением в жидкий серый чугун специальных добавок. Он применяется для изготовления более ответственных изделий, заменяя сталь (коленчатых валов, поршней, шестерен и др.). Маркируется высокопрочный чугун также двумя буквами и двумя числами, например ВЧ 450-5. Буквы ВЧ обозначают высокопрочный чугун, а числа имеют то же значение, что и в марках ковкого чугуна

Чугун начали применять много десятилетий назад. Этот материал обладает особыми эксплуатационными характеристиками, которые отличаются от свойственных стали. Производство чугуна, несмотря на появление большого количества различных сплавов, налажено во многих странах. Для того чтобы определить свойства чугуна, следует рассмотреть особенности его химического состава, от чего зависят те или иные физические качества.

Химический состав чугуна является важным фактором, который во многом определяет механические свойства получаемых отливок. Кроме этого, на многие свойства оказывает влияние механизмы первичной и вторичной кристаллизации.

Содержание углерода в чугуне может варьироваться в пределах от 2,14 до 6,67 процентов. Современные технологии производства позволяют с высокой точностью контролировать концентрацию всех элементов в составе, за счет чего снижается показатель хрупкости и увеличиваются другие эксплуатационные характеристики.

Рассматривая химический состав чугуна следует отметить, что в него, кроме железа и углерода, обязательно входят следующие элементы:

Кремний (концентрация не более 4,3%). Данный элемент оказывает благоприятное воздействие на чугун, делая его более мягким и улучшая его литейные свойства. Однако слишком высокая концентрация может сделать материал более восприимчивым к пластичной деформации.
Марганец (не более 2%). За счет добавления этого элемента в состав существенно увеличивается прочность материала. Однако слишком большая концентрация может стать причиной хрупкости структуры.
Сера относится к вредным примесям, который могут существенно ухудшать эксплуатационные качества материала. Как правило, концентрация серы в составе чугуна не превышает показателя 0,07%. Сера становится причиной появления трещин при нагреве состава.
Фосфор содержится в составе в концентрации менее 1,2%. Повышение концентрации фосфора в составе становится причиной появления трещин при охлаждении состава. Кроме этого, данный элемент становится причиной ухудшения других механических качеств.

Как и во многих других составах, наиболее важным из химических элементов чугуна является углерод. От его концентрации и вида зависит разновидность материала. Структура чугуна может существенно различаться в зависимости от применяемой технологии производства.

Отличия от стали

По технологическому процессу чугун является первичным продуктом, получаемый путём литья, а сталь конечным. Молекулярное построение стали содержит углерод в ничтожном объёме

. Материал пластичный, хорошо поддаётся механической обработке.
Изготовление продукции осуществляется ковкой, сваркой, прокаткой на станах
.
Имеет высокую температуру плавления
.
По технологии сталь подлежит закалке
. Качество зависит от приготовленной смеси и от того, какая температура плавления сталей задана.

Скорость превращение стали в жидкое состояние находится в зависимости от различных добавок. Конкретно ответить на вопрос, при какой температуре плавится сталь, можно условно, указав лишь диапазон нагрева

. Переход из твёрдого вещества в жидкую консистенцию происходит при температуре 1450—1600 C° .Приведённый цифровой параметр указывает на отличие стали от чугуна. Это различные температуры плавления.

Чугун не так прочен, как сталь. Отлитые заготовки содержат поры, придающие им хрупкость
.
Именно в процессе литья получают изделия из чугуна
. Наличие микроскопических пустот снижает теплопроводные характеристики металла. Важно задать тепловой режим, зафиксировать, при какой температуре плавится чугун .

Чёрная металлургия производит несколько разновидность первичного продукта. Рассмотрим некоторые из них.

Сероватый чугун

Сплавы, образованные компонентами железа и углерода, изменяют структуру при интеграции хлопьевидного, пластинчатого, волокнистого графита. Производители получают чугун повышенной прочности, добавляя графит глобулярный

.
Присутствие в замесе Mg, Ce (магний, церий) мотивируют его модификацию
.
От того, как быстро расплавленный чугун остывает, он приобретает новые потребительские характеристики
. Получают изделия нужного качества от умелого сочетания конкретных свойств.

Для облегченного поиска нужного материала в каталогах, изделия маркируются аббревиатурой С. Ч. Цифры , следующие после букв, указывают на предел силовой нагрузки в килограммах/на миллиметр квадратный. Металл повышенной прочности имеет буквенное обозначение В
. Ч.
Цифры , показывают величину прочности, а также через дефис — увеличения длины в процентном отношении
. Например, ВЧ60−1

Чугун серый обладает отличными технологическими показателями в процессе его производства:

Кристаллизация не требует запредельных температур, что положительно сказывается на экономии электрической, других видов энергии.
Показывает уникальную жидкостную текучесть.
При разливе демонстрирует оптимальную усадку.

Металл благодаря уникальным свойствам является базовым материалом для производства изделий.

Имеет недостатки в применении. Изготавливают узлы, детали, работающие только на сжатие

. Отливают станины для станков, цилиндры, различные поршни и так далее.
Критичные показатели по хрупкости не позволяют использовать для производства изделий, работающих в условиях силовых воздействий на изгиб
. Температура плавления 2020 — 2020 C°

Цвета отбеленного полотна

Белый чугун содержит железоуглеродистое соединение, называемое цементитом. Обладает колоссальной твёрдостью, исключающую пластичность

. Если произвести разлом металла, то цвет виден на изломе.
Чугун тверже камня и хрупок, как яичная скорлупа
. Подвергают обработке с целью получить ковкое разнообразие.
Температура плавления происходит в диапазоне 2020 — 2020 C °
.
Уместно заметить, что термин ковкий используется условно, поскольку металл не поддаётся пластической обработке
. Ковкий чугун получают в результате термического обжига.

Нагрев материала свыше 900 градусов по Цельсию влияет на его свойства. К такому результату приводит и быстрота остывания графита. Несоблюдение технологических параметров ведёт к усложнению производства сварочных работ, обработке заготовок.

Чугун высокой прочности

В чёрной металлургии высокопрочным материалом называют чугун, имеющий в молекулярной структуре графитные вкрапления, форма которых сфероидальная. Уникальное отношение поверхности шаровидного графита к объёму обеспечивает формирование металлической основы, то есть влияет на прочность. Плавление металла с интеграцией шаровидного графита не допускает трещин

.
Образуются новые свойства металла: становится прочным при силовом воздействии на изгиб
. Кроме этого, демонстрирует:

вязкость при мгновенных ударах;
повышение коэффициента текучести;
небольшое удлинение, которое можно назвать относительным явлением.
уникальную сопротивляемость при сжатии;
износостойкость.

Этот вид поддаётся сварке. Соединение металла осуществляется с помощью флюсов, применяемых в виде пастообразных консистенций.

Сверхпрочный чугунный материал обладает отличными свойствами литья. Прекрасная текучесть в жидком состоянии обеспечивает образцовое наполнение форм
. По некоторым технологическим параметрам материал можно сравнивать со сталью.

Учитывая отличные конструктивные свойства, на заводах производят детали для узлов и систем, если они не испытывают при эксплуатации машин и механизмов силовых нагрузок на растяжение.

Физический свойства

Чугун получил широкое распространение благодаря привлекательным физическим качествам:

Стоимость материала существенно ниже стоимости других сплавов. Именно поэтому его применяют для создания самых различных изделий.
Рассматривая плотность чугуна, отметим, что данный показатель существенно ниже, чем у стали, за счет чего материал становится намного легче.
Температура плавления чугуна может несколько различаться в зависимости от его структуры, в большинстве случаев составляет 1 200 градусов Цельсия. За счет включения в состав различных добавок температура плавления чугуна может существенно повышаться или уменьшаться.
При выборе материала многие уделяют внимание тому, что цвет чугуна может несколько отличаться в зависимости от структуры и химического состава.

Температура кипения чугуна также во многом зависит от химического состава. Для того, чтобы рассмотреть физические свойства материала, следует уделить внимание каждой его разновидности. Иная структура и химический состав становятся причиной придания иных физико-механических качеств.

Технология производства

Выплавка чугуна проводится на протяжении нескольких десятилетий, что связано с его уникальными эксплуатационными качествами. Большое количество разновидностей сплавов определяет применение особых правил маркировки. Маркировка чугунов проводится следующим образом:

Литейные обозначаются буквой Л.
Серый получил широкое распространение, для его обозначения применяется сочетание букв «СЧ».
Ковкий обозначают КЧ.
Предельный или белый обозначают буквой П.
Антифрикционный или серый обозначают АЧС.
Легированные чугуны могут обладать самым различным химическим составом и обозначаются буквой «Ч».

Технология производства чугуна предусматривает проведение нескольких этапов, которые позволяют получить требуемую структуру. Рассматривая процесс получения чугуна, отметим следующие моменты:

Производство проводится в специальных доменных печах.
Легированный и жаростойкий чугун могут получаться при использовании в качестве сырья железной руды.
Технология представлена в восстановлении оксидов железа руды. В результате перестроения кристаллической решетки и изменения структуры на выходе получается материал, который называют чугуном.
Рассматривая способы производства, отметим, что особенности технологии также заключаются в применяемых материалах – коксах. Под коксом подразумевают природный газ или термоантрацит, выступающие в качестве топлива.
Изготовление чугуна предусматривает отпуск железа в твердой форме при применении специальной печи. На данном этапе получается жидкий чугун.

Оборудование для производства чугуна может существенно отличаться. Кроме этого, применяемая технология производства во многом определяет то, какой будет получен материал. Примером можно назвать производство ВЧШГ, которое связано с приданием структуре необычную форму.

Горно-обогатительные комбинаты

Основным сырьем, используемым при производстве чугуна, является железная руда. Добывают ее в карьерах в разных местах нашей страны. Как известно, добытая руда содержит большое количество разного рода примесей. Использовать ее для плавки чугуна в таком «сыром» виде, конечно же, нельзя. Поэтому на первом этапе она поступает на специальные предприятия — горно-обогатительные комбинаты. Здесь из нее удаляют пустые породы и дробят. Затем уже чистую руду грузят в вагоны составов и отправляют на металлургические комбинаты.

Разновидности чугуна

Существует довольно большое количество разновидностей рассматриваемого материала. Классификация чугунов во многом зависит от структуры и химического состава. Выделяют следующие виды чугуна:

Серый. Эта разновидность материала характеризуется низкой пластичностью и высокой вязкостью, а также хорошей обрабатываемостью резанием. В составе углерод содержится в виде графита. Область применения – машиностроение; производство деталей, работающих на износ. Как показывает практика, концентрация фосфора может варьироваться в достаточно большом диапазоне: от 0,3 до 1,2%. За счет особого химического состава материал обладает высокой текучестью и часто применяется в художественном литье. Антифрикционный чугун обходится в относительно невысокую стоимость, что также определяет его широкое распространение.
Белый. За счет того, что в этом составе углерод представлен в качестве цементита, структура характеризуется чрезвычайной хрупкостью и повышенной твердостью, а также низкими литейными свойствами и плохой обрабатываемостью резанием. Стоит учитывать, что белый чугун применяется для переделки в сталь или изготовлении ковкого. Очень часто его называют предельным.
Половинчатый характеризуется повышенной устойчивостью к износу, что связано с распределением углерода на цементитную и свободную основу. Часто эта разновидность материала применяется в машиностроении и станкостроении.
Легированный. Для того чтобы придать особые свойства чугуну также проводится его легирование. Легированный чугун обладает повышенной износостойкостью, коррозионной стойкостью за счет включения в состав никеля и хрома, а также меди. Подобные варианты исполнения чугуна получают свое название в зависимости от того, как легирующий элемент использовался при их изготовлении.
Высокопрочный чугун производится путем введения в состав жидкого серого чугуна различных элементов, к примеру, магния и кальция. В результате легирования меняется форма графита – он напоминает шар и при этом не меняет кристаллическую решетку. Стоит учитывать, что по своим свойствам этот металл напоминает углеродистую сталь, применяется, в основном, при изготовлении различных износостойких деталей.
Ковкий. Получают его при переплавке белого чугуна, который следует нагреть до высокой температуры и выдерживать в подобном состоянии. В некоторых случаях для придания составу особых качеств проводится добавление легирующих элементов. Основными свойствами можно назвать высокую вязкость и повышенную степень пластичности. Получил широкое распространение в машиностроительной промышленности.
Специальный. Представляет собой сплав, в который входит большое количество марганца и кремния. Зачастую применяется для удаления кислорода из стали при его производстве или переплавке, за счет чего понижается температура плавления.

Читать также: Бесцентрово шлифовальный станок 3м182

Каждая разновидность чугуна обладает своей особой структурой и химическим составом, которые и определяют область применения.

Еще о доменном процессе

Кокс, поступающий непосредственно в горн, имеет температуру порядка 1 500 градусов. В результате в зоне горения образуется смесь газов температурой 2 000 градусов. Он поднимается в верх доменной печи и нагревает опускающиеся к горну материалы. При этом температура газа несколько понижается, примерно до 1700-1600 градусов.

Шихта грузится в колошник порционно. Распространение в ДП происходит слоями. Обычно загружают одну порцию в 5 минут. Перерыв нужен для освобождения места в колошнике. Науглероживание проходит еще в твердом состоянии железа, после температура падает до 1 100 градусов. В этот период заканчивается восстановление железа и начинается окисление кремния, марганца и фосфора. В результате мы имеем науглероженное железо, которое содержит не более 4% углерода. Оно плавится и стекает в горн. Туда же попадает и шлак, но так как удельные массы материалов различные, то они не соединяются. Через чугунную летку выпускают чугун, а через шлаковые летки – шлак. В принципе, это и вся технология производства, описанная вкратце. Сейчас рассмотрим еще один интересный вопрос.

Применение

Из-за особых физико-механических качеств применение чугуна стало возможно в самых различных сферах:

Для производства различных деталей в машиностроительной отрасли. На протяжении многих лет именно этот сплав применяется при изготовлении самых различных деталей для двигателя внутреннего сгорания. При этом автопроизводители проводят изменение основных свойств материала путем его легирования, что необходимо для достижения уникальных качеств. Кроме этого, большое распространение получили тормозные колодки из данного сплава.
Изделия из чугуна могут выдерживать воздействие низкой температуры. Поэтому материал применяется при производстве техники и инструментов, которые эксплуатируются в жестких климатических условиях.
Ценится чугун в металлургической области. Это связано с невысокой стоимостью, которая во многом зависит от концентрации углерода и особенностей получаемой структуры. Высокие литейные качества также делают материал более привлекательным. Получаемые изделия характеризуются высокой прочностью и износостойкостью.
На протяжении нескольких последних десятилетий рассматриваемый сплав широко применяется при изготовлении сантехнического оборудования. Это связано с высокими антикоррозионными способностями, а также возможностью получения изделий самой различной формы. Примером можно назвать чугунные ванны и радиаторы, различные трубы, батареи и мойки. Несмотря на появление материалов, которые могли бы заменить чугун, подобные изделия пользуются большой популярностью. Это связано с тем, что они сохраняют первозданный вид на протяжении длительного периода эксплуатации.
Применяется сплав и для изготовления различных декоративных элементов, что связано с высокими литейными качествами. Примером можно назвать решетку для перил, различные статуэтки и многое другое.

Кроме этого, область применения зависит от нижеприведенных свойств рассматриваемого материала:

Некоторые марки обладают высокой прочностью, которая характерна для стали. Именно поэтому материал применяется даже после появления современных сплавов.
Чугунные изделия могут на протяжении длительного периода сохранять тепло. При этом тепловая энергия может равномерно распространяться по материалу. Эти качества стали использоваться при изготовлении отопительных радиаторов или других подобных изделий.
Принято считать, что чугун – экологически чистый материал. Именно поэтому его часто применяют при изготовлении различной посуды, к примеру, казана.
Высокая стойкость к воздействию кислотно-щелочной среды.
Высокая гигиеничность, так как все загрязняющие вещества могут легко удаляться с поверхности.
Рассматриваемый материал характеризуется достаточно длительным сроком службы при условии соблюдения рекомендаций по эксплуатации.
Входящие в состав химические вещества не могут нанести вреда здоровью.

В заключение отметим, что давно открытая технология производства рассматриваемого материала на протяжении многих лет оставалась практически неизменной. Это связано с тем, что при относительно невысоких затратах можно было получить большой объем расплавленного сплава. На сегодняшний день часто проводится производство материала из лома, что позволяет еще в большой степени снизить себестоимость получаемого продукта.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Удаление серы

Вопрос о том, как получить чугун хорошего качества, сводится в том числе и к очистке его от этого нежелательного элемента. Сера является основной вредной примесью, значительно ухудшающей свойства конечного продукта выплавки. Основное ее количество содержится в коксе. Удаляют серу путем повышения содержания в шихте извести (CaO) и увеличения температуры в горне. Реакция в данном случае выглядит так: FeS + CaO = FeO + CaO + Q. Для снижения процента содержания серы в чугуне могут использоваться и другие способы. К примеру, иногда уже выплавленный материал обрабатывается в выпускном желобе или чаше с содой. При этом удаление серы происходит в результате реакции FeS + NaCO3 = FeO + Na2S + CO2.

Чугун против стали | Различия, свойства, преимущества и недостатки

Металлы играют огромную роль в производстве. Кроме того, многие производители используют такие металлы, как железо и сталь, из-за их качеств, начиная от прочности, долговечности и способности сохранять блеск в течение длительного времени.

Несмотря на то, что такие металлы, как чугун и сталь, имеют схожий внешний вид, это не одно и то же. Иными словами, они оба имеют отличительные черты, которые могут быть как преимуществом, так и недостатком производственного процесса.

Итак, вы хотите узнать разницу между чугуном и сталью? Сталь прочнее железа? Читайте дальше, пока мы даем ответы на эти вопросы, а также преимущества и недостатки этих двух металлов.

Что такое чугун? Этот чугун производится путем плавки железоуглеродистых сплавов. Содержание углерода в этом сплаве часто составляет 2-4%. Чтобы уточнить, чугун имеет содержание углерода выше 2%. Кроме того, после процесса плавки кузнец заливает железо в форму вместо того, чтобы обрабатывать железо молотком и инструментами.
Помимо содержания углерода, чугун также содержит 1-3% кремния, что улучшает его литейные характеристики. Кроме того, он содержит следовые количества марганца. Также могут присутствовать примеси, такие как фосфор и сера. Несколько общих механических свойств чугуна включают твердость, эластичность, пластичность и ударную вязкость.
Существуют различные типы этого хрупкого материала, различия между которыми обусловлены различными методами обработки и термической обработкой, применяемыми в процессе. Различные типы чугуна включают:
Серый чугун
Белый чугун
Ковкий чугун
Ковкий чугун
Чугун с уплотненным графитом
Что такое сталь? Сталь — это сплав железа, содержащий незначительный процент углерода, обычно от 0,15 до 2 %. Содержание углерода в стали делает ее прочнее, повышая ее устойчивость к поломке. Он также может включать другие элементы, которые улучшат его свойства, в том числе кремний, марганец, фосфор, серу и кислород. Например, нержавеющая сталь, устойчивая к окислению и коррозии, часто содержит 11% хрома.
Сталь обладает высокой прочностью на растяжение, что позволяет использовать ее в производстве инструментов, транспортных средств, машин, оружия и даже в строительстве инфраструктуры. Он также находит применение при использовании стальных направляющих для изготовления нестандартных прототипов.
Существуют разные виды стали. К ним относятся:
Углеродистая сталь
Легированная сталь
Нержавеющая сталь
Инструментальная сталь
Чугун и сталь: в чем их отличия В чем разница между чугуном и сталью? Спор о чугуне и стали становится более сложным, потому что они совершенно разные, хотя оба металла имеют похожий внешний вид. Итак, давайте рассмотрим другие различия между ними ниже.
.0063
ЧИСТ IRON Сталь
Содержание углерода 2% до 4% Меньше, чем 2%
2500 – 2800 градусов Fahrenheit
Прочность Более прочность на сжатие больше прочности растяжения
Castability Легко поднимается из -за листовой кожи, чем на листовидности, а также от листовиденного поток . имеет низкую текучесть и большую усадку.
Коррозионная стойкость Более устойчивый к коррозии Не такой устойчивый, как чугун
Ударопрочность Более ударопрочный Менее ударопрочный
Стоимость Дешевле из-за меньшей стоимости материалов, труда и энергии, необходимых для производства конечного продукта Дороже чугуна, хотя есть и дешевле альтернативы, такие как сборные стальные формы, такие как; стержни, стержни, балки и трубы.
Области применения Трубопроводная арматура, шайбы, сельскохозяйственное оборудование, детали машин, горнодобывающее оборудование, ручные инструменты и электрическая арматура. Инфраструктура, транспортные средства, электроприборы, ракеты, инструменты и оружие.
Содержание углерода Основное различие между чугуном и углеродистой сталью заключается в содержании углерода. Чугун содержит более 2% углерода, а сталь – менее 2% углерода. Однако сталь также может содержать другие элементы, такие как хром. Добавление этих элементов приводит к получению стали различного качества и марки.
Точка плавления Чугун имеет более низкую температуру плавления, чем сталь. Его температура плавления составляет 2200 градусов по Фаренгейту, а температура плавления стали колеблется в пределах 2500-2800 градусов по Фаренгейту. Низкая температура плавления железа позволяет легко придавать ему любую форму.
Прочность Оба материала прочные, но их прочность различна. Чугун обладает большей прочностью, чем сталь. С другой стороны, сталь обладает большей прочностью на растяжение, чем чугун, что позволяет ей гнуться, не обязательно ломаясь. Чтобы уточнить, прочность на сжатие делает железо очень твердым, что делает его устойчивым к вмятинам и изгибам. С другой стороны, он ломается при чрезмерном давлении.
Возможность литья Чугун легче лить, чем сталь. Причина в том, что он обладает большей текучестью и не дает усадку. С другой стороны, сталь менее текучая, реагирует на материал формы и дает усадку при охлаждении. Чтобы уточнить, сталь имеет относительно высокую вязкость. Легкость литья чугуна делает его идеальным материалом для детальных металлоконструкций.
Коррозионная стойкость Несмотря на то, что оба они похожи, чугун лучше сопротивляется коррозии и ржавчине, чем сталь. Однако эти металлические материалы не подвержены коррозии. Если вы оставите их открытыми и незащищенными, оба материала подвергнутся окислению, что приведет к разложению.
Ударопрочность Сталь лучше сопротивляется ударам, чем чугун. Особенно это касается внезапных ударов. При резких ударах сталь не гнется, не ломается и не деформируется так быстро, как чугун.
Стоимость Чугун дешевле стали из-за более низкой стоимости материала, необходимого для производства чугуна. Кроме того, производство необработанной стали требует больше труда и энергии.
Приложения Оба материала имеют различное применение. Чугун идеально подходит для изготовления трубной арматуры, шайб, сельскохозяйственного оборудования, деталей машин, оборудования для горнодобывающей промышленности, электрической арматуры и ручных инструментов. С другой стороны, сталь идеально подходит для изготовления инструментов, оружия, электроприборов, транспортных средств и объектов инфраструктуры.
Чугун или сталь: что выбрать? При выборе между этими металлами необходимо знать плюсы и минусы обоих металлов. Ниже приведены их преимущества и недостатки.
Преимущества и недостатки чугуна
Преимущества Хорошая литейная способность
Доступен в больших количествах, что делает производство относительно недорогим.
Обладает высокой прочностью на сжатие
Чугуны имеют хорошую обрабатываемость
Хорошие антивибрационные свойства
Обладают отличной износостойкостью
Низкая концентрация напряжений
Высокая устойчивость к деформации
Высокая долговечность
Недостатки
склонны к коррозии и ржавчине
Низкая прочность на растяжение
Высокий удар. Сталь
Преимущества стали Повышенная гибкость конструкции, так как вы можете выбрать элемент сплава, который вы хотите комбинировать со сталью
Увеличенная прочность
, устойчивая к коррозии
Легкая обработка
Недостатки стальной стали более дорогие, чем листовые
Менее устойчивого к Impact
, так, что утюжнее. предпочитать? Увидев преимущества и недостатки обоих типов материалов, тот, который вы в конечном итоге решите использовать, будет зависеть от ваших требований к продукту.
Выберите RapidDirect для услуг по литью металлов Мы считаем, что вы выбрали сторону в споре о чугуне и стали. Тем не менее, получение подходящих услуг по литью металла для прототипирования и производства — это еще одна проблема, которую вам, возможно, придется преодолеть.
RapidDirect — лучший выбор как для прототипирования, так и для производства металлических изделий и деталей. Наши профессиональные услуги по литью под давлением и другие услуги по литью гарантируют, что вы получите оптимальные конечные металлические детали с высокой производительностью и строгими проверками. Более того, мы предлагаем вам на выбор различные металлические материалы, предназначенные для изготовления высококачественных металлических деталей для вашей продукции.
Это все не то! Как только вы загрузите свой проект на нашу платформу, вы получите бесплатное предложение и анализ DFM.
Заключение Чугун и сталь – два популярных металлических материала, используемых в производстве металлических деталей. Между литой сталью и чугуном мы предоставляем вам то, что вам нужно знать выше.
Существуют разные виды чугуна; Белый чугун, ковкий чугун, серый чугун, чугун с уплотненным графитом и ковкий чугун. Сталь также бывает разных типов; инструментальная сталь, нержавеющая сталь, 9Легированная сталь 0290 и углеродистая сталь . Эти типы металлов имеют различное применение и применение, и знание того, какой из них идеально подходит для вашего продукта, является первым шагом в правильном направлении.
Хотите купить металлические детали? RapidDirect — лучшее решение для вас. Благодаря быстрым онлайн-расценкам и бесплатному анализу DFM вы быстрее начнете производство.
Часто задаваемые вопросы Что долговечнее сталь или чугун?
На этот вопрос нет однозначного ответа. Оба материала имеют разную прочность. В то время как чугун обладает прочностью на сжатие, сталь обладает большей прочностью на растяжение. Но в целом сталь более долговечна, чем чугун.
Ржавеет ли чугун?
Чугун, как и любой другой тип, ржавеет при чрезмерном воздействии влаги. Это особенно верно, если на чугуне нет обработки поверхности.
Как определить разницу между чугуном и сталью
Одним из способов определения этих металлов является использование абразивного круга. Отшлифуйте каждый металлический образец с помощью абразивного круга и посмотрите на цвет и рисунок искры. Важно отметить, что в то время как сталь испускает ярко-желтые искры, утюги производят оранжевые или красные искры.
Свойства чугуна при повышенных температурах
Лицензионное соглашение ASTM
ВАЖНО – ВНИМАТЕЛЬНО ПРОЧИТАЙТЕ ЭТИ УСЛОВИЯ ПЕРЕД ЗАГРУЗКОЙ ЭТОГО ДОКУМЕНТА. Загружая документ ASTM, вы заключаете договор и признаете, что у вас есть читать настоящего Лицензионного соглашения, что вы понимаете его и соглашаетесь соблюдать его условия. Если вы не согласны с условиями настоящего Лицензионного соглашения, немедленно покиньте эту страницу. без скачивание документ ASTM.
Пожалуйста, нажмите здесь для просмотра лицензионного соглашения для образовательных учреждений.
Собственность. Этот документ защищен авторским правом ASTM International (ASTM), 100 Барр Харбор Драйв, Западный Коншохокен, Пенсильвания, 19428-2959, США. Все права защищены. Вы (Лицензиат) не имеете прав собственности или других прав на Документ ASTM. Это не продажа; все права, право собственности и интересы в документе ASTM (как в электронном файле и печатная копия) принадлежат ASTM. Вы не можете удалять или скрывать уведомление об авторских правах или другие уведомления, содержащиеся в ASTM. Документ.
Ограниченная лицензия. ASTM предоставляет вам ограниченную лицензию без права передачи следующим образом: Право на загрузку электронного файла настоящего документа ASTM для временного хранения на одном компьютер для просмотра и/или печати одной копии документа ASTM для отдельных использовать. Ни электронный файл, ни одиночная распечатка не могут быть воспроизведены каким-либо образом. Кроме того, электронный файл не может распространяться где-либо еще по компьютерным сетям или в противном случае. То есть электронный файл нельзя отправить по электронной почте, скачать на диск, скопировать на другой жесткий диск. диск или иным образом общий доступ. Одна печатная копия может быть распространена только среди других сотрудники для их внутреннего использования в вашей организации; его нельзя копировать. Этот документ ASTM не может быть продан или перепродан, сдан в аренду, сдан в аренду, одолжен или сублицензия. Абонент будет нести ответственность за весь контроль доступа и безопасность меры, необходимые для того, чтобы IP-адреса Абонента не использовались для получать доступ к журналам, кроме авторизованных Пользователей.
ASTM International предоставляет подписчикам и авторизованным Пользователи у Абонента Авторизованы Сайт , онлайн-доступ к журналу ASTM, для которого Подписчик поддерживает текущую подписка к печатной или онлайн-версии. Этот грант распространяется только на Подписчика и таких Уполномоченных Пользователи индивидуально и не могут быть переданы или распространены на других. Для перепечатки А. журнальную статью, пожалуйста, свяжитесь со службой поддержки клиентов ASTM, 100 Barr Harbour Dr., PO Box C700, West Коншохокен, Пенсильвания 19428, тел.: 610-832-9555; факс: 610-832-9585; Эл. адрес: [email protected]
Проверка: ASTM имеет право проверять соблюдение настоящей Лицензии. Соглашение за свой счет и в любое время в течение обычного рабочего дня. Для этого ASTM привлечет независимого консультанта при условии соблюдения соглашения о конфиденциальности для рассмотрения использование вами документов ASTM. Вы соглашаетесь разрешить доступ к вашей информации и компьютерным системам для этой цели. Проверка будет проводиться с уведомлением не менее чем за 15 дней в обычное время. в рабочее время и таким образом, чтобы необоснованно не мешать вашей деятельности. Если проверка выявляет нелицензионное использование документов ASTM, вы должны возместить ASTM расходы понесенные при проверке и возмещении ASTM за любое нелицензионное использование. Вызывая эту процедуру, ASTM не отказывается от каких-либо прав на обеспечение соблюдения настоящего Соглашения или на защиту своей интеллектуальной собственности. собственности иными способами, разрешенными законом.
Пароли. Вы должны немедленно уведомить ASTM о любом известном или предполагаемом несанкционированное использование вашего пароля или любое известное или предполагаемое нарушение безопасности, в том числе потеря, кража или несанкционированное раскрытие вашего пароля или любой несанкционированный доступ или использование документа ASTM. Вы несете единоличную ответственность за сохранение конфиденциальности ваших пароль и для обеспечения санкционированного доступа и использования документа ASTM.
Определения. Для целей настоящей Лицензии авторизованным сайтом является локализованный сайт (одно географическое местоположение), находящееся под единым управлением в одном месте. Для Подписчик с местонахождением более чем в одном городе, каждый город считается отдельным сайтом. Для Подписчика, имеющего несколько местоположений в одном городе, каждое место считается другой сайт. (Если вам нужен онлайн-доступ к нескольким сайтам, свяжитесь с Кэти Hooper, ASTM International, по адресу [email protected] или по телефону: 610-832-9.634). Авторизованный Пользователь означает только сотрудники, преподаватели, сотрудники и студенты, официально связанные с Подписчиком в Авторизованный сайт, а также лица, имеющие законный доступ к фондам и объектам библиотеки. на Авторизованном сайте, используя IP-адрес в диапазоне, указанном в подписке. Авторизованными пользователями могут быть лица, удаленные от физического местонахождения Абонента, доступ которых администрируемых с Авторизованного объекта, но не лица, находящиеся на удаленных объектах или в кампусах с отдельными администрации. Например, сотрудник Абонента может считаться Авторизованный пользователь при доступе к сети Абонента из дома или во время поездки в другую город; однако сотрудники филиала или объекта в другом городе не считаются Авторизованные пользователи. Подписчик — физическое или юридическое лицо, подписавшееся на журнал ASTM и согласился с условиями этой ограниченной лицензии.
Прекращение. Настоящее Соглашение действует до момента расторжения. Вы можете расторгнуть настоящее Соглашение в любое время путем уничтожение всех копий (печатных, цифровых или на любом носителе) документа ASTM (журнала).
Применимое право, место проведения, юрисдикция. Настоящее Соглашение должно толковаться и толковаться в соответствии с законодательством Содружество Пенсильвании. Лицензиат соглашается подчиняться юрисдикции и месту проведения в штате и федеральные суды Пенсильвании для разрешения любых споров, которые могут возникнуть в связи с настоящим Соглашением. Ты также соглашаетесь отказаться от любых претензий на неприкосновенность, которыми вы можете обладать.
Интеграция. Настоящее Соглашение представляет собой полное соглашение между вами и ASTM в отношении его предмета. Это заменяет все предыдущие или одновременные устные или письменные сообщения, предложения, заявлений и гарантий и имеет преимущественную силу над любыми противоречащими или дополнительными условиями любого цитата, заказ, подтверждение или другое сообщение между сторонами, относящееся к его предмету вопрос в течение срока действия настоящего Соглашения. Никакие изменения настоящего Соглашения не будут иметь обязательной силы, если они не оформлены в письменной форме и не подписаны уполномоченным представителем каждой из сторон.
Отказ от гарантии. Если не указано иное в настоящем Соглашении, все явные или подразумеваемые условия, заявления и гарантии, включая любые подразумеваемые гарантии товарного состояния, пригодности для определенной цели или ненарушение прав, за исключением случаев, когда эти отказы считаются юридически недействительным.
Ограничение ответственности. В той мере, в какой это не запрещено законом, ASTM ни при каких обстоятельствах не будет нести ответственность за любые потери, повреждения, утерю данных или за особый, косвенный, косвенный или штрафной ущерб, независимо от того, теория ответственности, возникающая в связи с использованием или загрузкой ASTM Документ. Ни при каких обстоятельствах ответственность ASTM не будет превышать сумму, уплаченную вами по настоящей Лицензии. Соглашение.
Эти документы защищены авторским правом ASTM International, 100 Barr Harbour Drive, PO Box C700, West. Коншохокен, Пенсильвания 19428-2959 США. Все права защищены.
чугун – Ispatguru
чугун
Satyendra
28 марта 2013 г.
0 Комментарии
Чист Железный, Железный, Железный Железный, Железный, Железный, Железный, Железный, Железный, Железный, Железный, Графт, Графит, Графит, Графит, Графт, Графт, Графт, Графт, Графт, Графт, Графт, Графт, Графт, Графт, Графт, Графт, Графт, Графт, Графт, Графт, Графт, Графт, Графт. матостабильная система, ковкий чугун, чугун с шаровидным графитом, белый чугун,

Чугун
Термин «чугун» обозначает большое семейство ферросплавов. Чугуны представляют собой многокомпонентные сплавы железа, затвердевающие с эвтектикой. Они содержат основные элементы, такие как железо (Fe), углерод (C) и кремний (Si), второстепенные элементы (менее 0,1 %) и часто легирующие элементы (более 0,1 %). Чугун имеет более высокое содержание C и Si, чем сталь. Из-за более высокого содержания углерода структура чугуна, в отличие от стали, содержит богатую углеродом фазу.
Чугун в своей основной форме представляет собой хрупкий материал с очень низкой ударной вязкостью. По сравнению со сталями с низким содержанием углерода она имеет небольшую ударную вязкость или практически не имеет ее. Он имеет часть прочности на растяжение низкоуглеродистых сталей. Когда кусок чугуна выходит из строя, он не деформируется заметным образом и кажется, что он разваливается или ломается в манере, соответствующей щелчку. Нет раннего предупреждения о сбое.
Типичное процентное содержание углерода в чугуне колеблется от 2,5 % до 4 %. Чугун очень хрупок, не поддается деформации. Его легко отливать (из-за более низкой температуры плавления) в сложные формы, и это недорогой материал. С помощью легирования, хорошей литейной практики и термической обработки свойства чугуна можно варьировать в широком диапазоне.
В зависимости от состава, скорости охлаждения и обработки расплава чугун может затвердевать в соответствии с термодинамически метастабильной системой Fe-Fe3C (железо-карбид железа) или стабильной системой железо-графит (рис. 1). При следовании по метастабильному пути богатой фазой C в эвтектике является карбид железа (Fe3C). Когда идет стабильный путь затвердевания, богатой С-фазой является графит.
Рис. 1 Диаграмма железо-углерод, показывающая стабильные и метастабильные фазы
Что касается только бинарной системы Fe-Fe3C или железа-графита, чугун можно определить как сплав железа с углеродом, содержащий более 2 % C. Однако Si и другие легирующие элементы могут значительно изменить максимальную растворимость C в аустенит. Следовательно, в исключительных случаях сплавы с содержанием углерода менее 2 % могут затвердевать с эвтектической структурой и, следовательно, по-прежнему принадлежат к семейству чугунов.
Образование стабильной или метастабильной эвтектики зависит от многих факторов, включая потенциал зародышеобразования жидкости, химический состав и скорость охлаждения. Первые два фактора определяют потенциал графитизации железа. Высокий потенциал графитизации приводит к получению чугунов с графитом в качестве богатой С-фазы, тогда как низкий потенциал графитизации приводит к чугунам с карбидом железа. Схема строения товарных сортов различных чугунов, а также обработки, необходимой для их получения, представлена на рис. 2.
Рис. 2 Основные микроструктуры и обработка для получения товарных чугунов
Два основных типа эвтектики, а именно (i) стабильный аустенит-графит или (ii) метастабильный аустенит-карбид железа (Fe3C), имеют большие различия в их механических свойствах, таких как прочность, твердость, ударная вязкость и пластичность. Следовательно, основной объем металлургической обработки чугуна заключается в управлении типом, количеством и морфологией эвтектики для достижения желаемых механических свойств.
Исторически сложилось так, что первая классификация чугуна основывалась на его изломе. Первоначально были признаны два типа чугуна, а именно (i) белый чугун и (ii) серый чугун.
Белый чугун – имеет белую кристаллическую поверхность излома, так как разрушение происходит вдоль пластин из карбида железа. Это результат метастабильного затвердевания (эвтектика Fe3C).
Серый чугун – имеет серую поверхность излома, так как излом происходит вдоль графитовых пластин (чешуек). Это результат стабильного затвердевания (графитовая эвтектика).
С появлением металлографии и по мере расширения знаний о чугуне стали возможными следующие другие классификации, основанные на микроструктурных особенностях.
Форма графита — По форме графита чугун классифицируется как пластинчатый (чешуйчатый) графит (FG), сфероидальный (шаровидный) графит (SG), уплотненный (вермикулярный) графит (CG) и отпущенный графит (TG). ). Темперированный графит возникает в результате твердофазной реакции (ковку).
Матрица . По матрице чугун подразделяется на ферритный, перлитный, аустенитный, мартенситный и бейнитный (аустенитный).
Эти классификации редко используются литейщиками. Наиболее широко используемой терминологией является коммерческая. Первый дивизион может быть проведен в двух категориях. Первый – это обычные чугуны, которые предназначены для общего применения, и это нелегированные или низколегированные чугуны. Второй – это специальные чугуны, которые предназначены для специальных применений и обычно представляют собой высоколегированные чугуны. Взаимосвязь между классификацией по назначению, микроструктурой и изломом чугуна после окончательной стадии обработки приведена в табл. 1.
Табл. 1 Классификация чугуна по назначению, микроструктуре и излому
Сл. No. Commercial designation Carbon-rich phase Matrix Fracture Final structure after
1 Gray iron Lamellar graphite Pearlite Gray Solidification
2 Ductile iron Spheroidal graphite Ferrite, Pearlite, Austenite Silver gray Solidification or heat treatment
3 Compacted graphite iron Compacted vermicular graphite Феррит, перлит Серый Затвердевание
4 Белое железо Fe3C Pearlite, Martensite white Solidification or heat treatment*
5 Mottled iron Lamellar graphite + Fe3C Pearlite Mottled Solidification
6 Malleable iron Temper графит Феррит, перлит Серебристо-серый Термическая обработка
7 Ковкий чугун с аустенитным отпуском Шаровидный графит Закалка (бейнит) Серебристо-серый Термическая обработка
обычные чугуны, главным образом, в более высоком содержании легирующих элементов (более 3%), которые способствуют микроструктуре, обладающей особыми свойствами для применения при повышенных температурах, коррозионной стойкости и износостойкости. Классификация основных типов специальных чугунов представлена на рис. 3.9.0003
Рис. 3 Классификация специальных высоколегированных чугунов
Металлургические принципы чугуна
Основные факторы, влияющие на структуру чугуна (i) химический состав, (ii) скорость охлаждения, ( iii) жидкостная обработка и (iv) термическая обработка. Кроме того, необходимо учитывать некоторые аспекты комбинированного углерода в чугунах. Они описаны ниже.
При первоначальном охлаждении или последующей термообработке матрица может быть обезуглерожена изнутри или науглерожена путем осаждения графита на существующих участках или путем растворения из них углерода.
В зависимости от содержания Si и скорости охлаждения содержание углерода в перлите чугуна может варьироваться. Это тройная система, и содержание углерода в перлите может составлять всего 0,50 % при 2,5 % Si.
На традиционно измеряемую твердость графитовых чугунов влияет графит, особенно в сером чугуне. Мартенситная микротвердость может достигать 66 HRC, но обычно составляет всего 54 HRC в сером чугуне (58 HRC в ковком чугуне).
На критическую температуру чугуна влияет (повышение) содержание Si, а не содержание C.
Серый чугун (чугун с пластинчатым графитом)
Когда состав чугуна и скорость охлаждения при затвердевании являются подходящими, значительная часть содержащегося углерода выделяется из жидкости с образованием чешуек графита. Путь разрушения такого чугуна следует за чешуйками графита. Поверхность излома этого чугуна кажется серой из-за преобладания обнаженного графита.
Состав серого чугуна должен выбираться таким образом, чтобы удовлетворять трем основным конструктивным требованиям, а именно (i) требуемая форма и распределение графита, (ii) структура без карбида (без отбела) и (iii) необходимая матрица. Для обычного чугуна основными элементами химического состава являются C и Si. На рис. 4 показан диапазон содержания углерода и кремния в сталях и чугунах. Видно, что у чугунов С превышает максимальную растворимость С в аустените, что показано нижней пунктирной линией. Высокое содержание C увеличивает количество графита или Fe3C. Высокое содержание углерода и кремния увеличивает потенциал графитизации чугуна, а также его литейные свойства.
Рис. 4 Диапазоны процентного содержания C и Si в чугунах и сталях
Совместное влияние C и Si на структуру обычно учитывается с помощью CE (углеродного эквивалента), который определяется уравнением CE = % C + 0,3 (% Si) + 0,33 (% P) – 0,027 (% Mn) + 0,4 (% S). Хотя увеличение содержания C и Si улучшает потенциал графитизации и, таким образом, снижает склонность к захолаживанию, это оказывает неблагоприятное влияние на прочность. Это связано с продвижением феррита и укрупнением перлита.
Содержание Mn (марганца) варьируется в зависимости от желаемой матрицы. Как правило, оно может составлять всего 0,1 % для ферритных чугунов и достигать 1,2 % для перлитных чугунов, поскольку Mn является сильным активатором перлита. Из второстепенных элементов наиболее распространены и всегда присутствуют в составе P (фосфор) и S (сера). Эти элементы могут достигать 0,15 % для низкокачественных чугунов и значительно меньше для высококачественных чугунов, таких как ковкий чугун или чугун с уплотненным графитом.
Эффект S уравновешивается эффектом Mn. Без марганца в чугуне на границах зерен образуется нежелательный сульфид железа (FeS). Если содержание S уравновешивается Mn, образуется сульфид марганца (MnS), который безвреден, поскольку распределяется внутри зерен. Оптимальное соотношение между Mn и S для структуры без FeS и максимального количества феррита определяется уравнением % Mn = 1,7 (% S) + 0,15.
Другие второстепенные элементы, такие как Al (алюминий), Sb (сурьма), As (мышьяк), Bi (висмут), Pb (свинец), Mg (магний), Ce (церий) и Ca (кальций), могут существенно изменяют как морфологию графита, так и микроструктуру матрицы. Типовой диапазон составов нелегированных чугунов приведен в табл. 2. 9.0003
Таблица 2 Типовые диапазоны составов нелегированных чугунов
Сл. No. Type of iron Composition in percent
C Si Mn P S
1 Серый (FG) 2,5 – 4 1 – 3 0.2 -1 0.002 – 1 0.02 – 0.25
2 Compacted graphite (CG) 2.5 – 4 1 – 3 0.2 – 1 0.01 – 0.1 0.01 – 0.03
3 Ductile (SG) 3 – 4 1.8 – 2.8 0.1 – 1 0.01 – 0.1 0.01 -0.03
4 White 1. 8 – 3.6 0,5 – 1,9 0.25 – 0.8 0.06 – 0.2 0.06 – 0.2
5 Malleable (TG) 2.2 -2.9 0.9 – 1,9 0.15 – 1.2 0.02 – 0.2 0.02 – 0,2
Как основные, так и второстепенные элементы оказывают непосредственное влияние на морфологию чешуйчатого графита. На рис. 5 показаны типичные формы чешуйчатого графита. Графит типа А встречается в модифицированных чугунах, охлаждаемых при умеренных скоростях. Как правило, это связано с лучшими механическими свойствами, и чугуны с этим типом графита демонстрируют умеренное переохлаждение при затвердевании. Графит типа Б встречается в чугунах с составом, близким к эвтектическому, затвердевающим на ограниченном количестве зародышей. Большой размер эвтектических ячеек и низкие переохлаждения характерны для чугунов с графитом этого типа. Графит типа С возникает в заэвтектических чугунах в результате затвердевания с минимальным переохлаждением. Графит типа D встречается в доэвтектических или эвтектических чугунах, затвердевающих при достаточно высоких скоростях охлаждения, а графит типа E характерен для сильно доэвтектических чугунов. Типы D и E связаны с сильным переохлаждением во время затвердевания. Важна не только форма графита, но и его размер, поскольку он напрямую связан с прочностью.
Рис. 5 Типы чешуйчатого графита
Легирующие элементы могут быть добавлены в обычный чугун для улучшения некоторых механических свойств. Они влияют как на потенциал графитизации, так и на структуру и свойства матрицы. Элементы с высоким положительным потенциалом графитизации (в порядке убывания положительного потенциала): (i) C, (ii) Sn (олово), (iii) P, (iv) Si, (v) Al, (vi) Cu (медь) и (vii) Ni (никель). Fe (железо) имеет нейтральный потенциал графитизации. Элементами с высоким отрицательным потенциалом графитизации (в порядке возрастания отрицательного потенциала) являются (i) Mn, (ii) Cr (хром), Mo (молибден) и V (ванадий). Эта классификация основана на термодинамическом анализе влияния третьего элемента на растворимость C в системе Fe-C-X, где X – третий элемент.
Несмотря на то, что он указан как графитизатор (что верно с термодинамической точки зрения), P также действует как отвердитель матрицы. Выше уровня растворимости (возможно, около 0,08 %) P образует очень твердую тройную эвтектику. Вышеупомянутая классификация также включает S как карбидообразователь, хотя Mn и S могут комбинироваться и нейтрализовать друг друга. Образовавшийся MnS также действует как зародыш для чешуйчатого графита. В промышленных процессах явления зародышеобразования иногда могут перевешивать соображения растворимости. В целом легирующие элементы можно разделить на три категории.
Кремний и алюминий – Эти элементы увеличивают потенциал графитизации как для эвтектических, так и для эвтектоидных превращений и увеличивают количество частиц графита. Они образуют твердые растворы в матрице. Поскольку они увеличивают соотношение феррит/перлит, они снижают прочность и твердость.
Никель, медь и олово – Повышают потенциал графитизации при эвтектическом превращении, но снижают его при эвтектоидном превращении, тем самым повышая соотношение перлит/феррит. Этот второй эффект связан с замедлением диффузии углерода. Эти элементы образуют твердый раствор в матрице. Поскольку они увеличивают количество перлита, они повышают прочность и твердость.
Хром, молибден, вольфрам и ванадий – Снижают потенциал графитизации на обеих стадиях. Следовательно, они увеличивают количество карбидов и перлита. В основном они концентрируются в карбидах, образуя карбиды типа (FeX)nC, но также легируют твердый раствор альфа-Fe. Пока не происходит образования карбида, эти элементы повышают прочность и твердость. Выше определенного уровня любой из этих элементов определяет затвердевание структуры как с графитом, так и с Fe3C (пятнистая структура), которые имеют более низкую прочность, но более высокую твердость.
В легированном сером чугуне типичные диапазоны содержания элементов: Cr – от 0,2 % до 0,6 %, Mo – от 0,2 % до 1 %, V – от 0,1 % до 0,2 %, Ni – от 0,6 % до 1 %, Cu – 0,5 % до 1,5 % и Sn – от 0,04 % до 0,08 %. Влияние состава и скорости охлаждения на предел прочности при растяжении можно оценить с помощью эмпирического уравнения.
Скорость охлаждения, как и химический состав, может существенно повлиять на структуру отливки и, следовательно, на механические свойства. Скорость охлаждения отливки в первую очередь зависит от размера ее сечения. Зависимость структуры и свойств от размера сечения называется чувствительностью сечения. Увеличение скорости охлаждения приводит к (i) уменьшению размера графита и структуры матрицы, что приводит к повышению прочности и твердости, и (ii) увеличению склонности к охлаждению, что может привести к повышению твердости, но может снизить прочность. Таким образом, состав должен быть отрегулирован таким образом, чтобы обеспечить правильный потенциал графитизации для данной скорости охлаждения. При заданном химическом составе и по мере увеличения толщины сечения графит становится грубее, а соотношение перлит/феррит уменьшается, что приводит к снижению прочности и твердости. Более высокий эквивалент C (CE) имеет аналогичные эффекты.
Жидкая обработка чугуна имеет жизненно важное значение при обработке чугуна, поскольку она может резко изменить условия зарождения и роста во время затвердевания. В результате морфология графита и, следовательно, его свойства могут существенно измениться. В практике серого чугуна используемая обработка жидкости называется инокуляцией и состоит из незначительных добавок второстепенных элементов перед заливкой. Обычно в качестве модификаторов используют ферросилиций с добавками Al и Ca или патентованные сплавы.
Основными эффектами модифицирования являются (i) повышенный потенциал графитизации из-за уменьшения переохлаждения во время затвердевания, в результате чего снижается склонность к захолаживанию, и форма графита изменяется с типа D или типа E на тип A, и ( ii) более тонкая структура, т. е. большее количество эвтектических ячеек с последующим увеличением прочности. Прививка также улучшает прочность на растяжение. Это влияние более выражено в чугунах с низким CE.
Термическая обработка может значительно изменить структуру матрицы, хотя форма и размер графита практически не изменяются. Довольно небольшая доля всего производимого серого чугуна подвергается термообработке. Обычная термическая обработка может состоять из снятия напряжения или отжига для уменьшения твердости.
Ковкий чугун (чугун с шаровидным графитом)
Основные эффекты химического состава аналогичны таковым для серого чугуна, с количественными различиями в степени этих эффектов и качественными различиями во влиянии на морфологию графита. КЭ оказывает лишь слабое влияние на свойства и структуру ковкого чугуна, так как значительно меньше влияет на форму графита, чем в случае серого чугуна. Однако, чтобы предотвратить чрезмерную усадку, высокую склонность к захолаживанию, флотацию графита или высокую температуру ударного перехода, необходимо выбирать оптимальные количества C и Si.
Кроме того, второстепенные элементы могут значительно изменить структуру с точки зрения морфологии графита, склонности к закаливанию и структуры матрицы. Незначительные элементы могут способствовать сфероидизации графита или могут оказывать неблагоприятное влияние на форму графита. Говорят, что второстепенные элементы, которые отрицательно влияют на форму графита, ухудшают форму графита. Могут встречаться различные формы графита (рис. 6). Форма графита является наиболее важным фактором, влияющим на механические свойства чугуна.
Рис. 6 Типичные формы графита
На основании общего влияния различных элементов на форму графита их можно разделить на три группы. Сфероидизирующими элементами (группа 1) являются Mg, Ca, редкоземельные элементы, такие как Ce, лантан (La) и т. д., и иттрий (Y). К нейтральным элементам (группа 2) относятся Fe, C и легирующие элементы. Элементами-антисфероидизаторами (группа 3) являются Al, As (мышьяк), Bi (висмут), Te (теллур), (Ti) титан, Pb (свинец), S и Sb (сурьма).
Элементы первой группы, то есть сфероидизирующие элементы, могут изменять форму графита от чешуйчатой до уплотненной до сфероидальной. Наиболее широко используемым элементом для производства шаровидного графита является Mg. Количество остаточного магния, Mg (остаточного), необходимого для производства сфероидального графита, обычно находится в диапазоне от 0,03 % до 0,05 %. Точный уровень зависит от скорости охлаждения. Более высокая скорость охлаждения требует меньше Mg. Количество Mg, добавляемого в чугун, зависит от начального уровня S, S (начального) и извлечения Mg, а также от постоянной «K», зависящей от конкретного используемого процесса. Уравнение соотношения Mg (добавлено) = [0,75 S (исходное) + Mg (остаточное)]/K.
Слишком низкий остаточный уровень Mg приводит к недостаточной шаровидности (т. е. к низкому соотношению между сфероидальным графитом и общим количеством графита в структуре). Это, в свою очередь, приводит к ухудшению механических свойств чугуна. Если содержание Mg слишком велико, карбиды активизируются. Присутствие антисфероидизирующих (вредных) примесей может привести к ухудшению формы графита, вплоть до полного вырождения графита. Следовательно, установлены верхние пределы количества вредных элементов, допустимых в композиции. На эти значения может влиять сочетание различных элементов и присутствие редкоземельных элементов в составе. Кроме того, некоторые из этих элементов могут быть преднамеренно добавлены во время обработки жидкости, чтобы увеличить количество конкреций.
Легирующие элементы в принципе оказывают такое же влияние на структуру и свойства серого чугуна. Поскольку лучшая морфология графита позволяет более эффективно использовать механические свойства матрицы, легирование более распространено в ковком чугуне, чем в сером.
Скорость охлаждения – При изменении скорости охлаждения эффекты, аналогичные описанным в случае серого чугуна, возникают и в ковком чугуне, но чувствительность сечения ковкого чугуна ниже. Это связано с тем, что на сфероидальный графит меньше влияет скорость охлаждения, чем на чешуйчатый графит.
Жидкая обработка ковкого чугуна более сложна, чем обработка серого чугуна. Два этапа жидкостной обработки ковкого чугуна: (i) модификация, которая состоит из обработки расплава сплавом Mg или Mg с целью изменения формы графита с чешуйчатой на сфероидальную, и (ii) модифицирование (обычно после модифицирования , то есть после лечения Mg), чтобы увеличить количество узелков. Увеличение количества конкреций является важной целью, поскольку большее количество конкреций связано с меньшей тенденцией к замерзанию и более высоким соотношением феррит/перлит в литом состоянии.
Термическая обработка – Широко используется при обработке ковкого чугуна, так как можно получить больше преимуществ от матричной структуры, чем при обработке серого чугуна. Обычно применяемые термообработки включают (i) снятие напряжений, (ii) отжиг для получения ферритной матрицы, (iii) нормализацию для получения перлитной матрицы, (iv) закалку для получения структур отпуска и (v) аустенитный отпуск для получения ферритной матрицы. бейнит. Преимущество аустенитного отпуска заключается в том, что в результате получается ковкий чугун с удвоенной прочностью на растяжение при той же ударной вязкости.
Чугуны с уплотненным графитом
Чугуны с уплотненным графитом (CG) имеют форму графита, промежуточную между сфероидальной и чешуйчатой. Обычно компактированный графит выглядит как графит типа IV (рис. 6). Таким образом, большинство свойств чугуна CG находится между свойствами серого и ковкого чугуна. Эффекты химического состава аналогичны эффектам, описанным для ковкого чугуна. CE влияет на прочность менее явно, чем в случае серого чугуна, но больше, чем в случае ковкого чугуна. Форма графита регулируется, как и в случае ковкого чугуна, содержанием примесей. Когда целью является получение компактного графита, с точки зрения управления структурой проще комбинировать сфероидизирующие (Mg, Ca и/или редкоземельные элементы) и антисфероидизирующие (Ti и/или Al) элементы.
Скорость охлаждения меньше влияет на свойства серого чугуна, но больше на свойства ковкого чугуна. Другими словами, углеродистый чугун менее чувствителен к сечению, чем серый чугун. Однако следует избегать высоких скоростей охлаждения из-за высокой склонности чугуна к закалке и большого количества конкреций в тонких срезах.
Обработка жидкостью может иметь две стадии, как и для высокопрочного чугуна. Модификация может быть достигнута с помощью Mg, магния, Mg + Ti, Ce + Ca и так далее. Инокуляцию следует проводить на низком уровне, чтобы избежать чрезмерного образования узлов. Термическая обработка не является обычным явлением для чугунов CG.
Чугуны ковкие
Чугуны ковкие отличаются от видов других чугунов тем, что имеют исходную литейную белую структуру, то есть структуру, состоящую из карбидов железа в перлитной матрице. Эта белая структура затем подвергается термообработке (отжиг при температуре от 800 до 970°С), что приводит к разложению Fe3C и образованию темперированного графита. Основная реакция в твердом состоянии описывается уравнением Fe3C = гамма-железо + графит. Окончательная структура состоит из графита и перлита, перлита и феррита или феррита. Структура матрицы зависит от скорости охлаждения после отжига.
Большая часть ковкого чугуна производится по этой технологии и называется ковким чугуном с черной сердцевиной. Некоторое количество ковкого чугуна получают обезуглероживанием белого чугуна в чистом виде, и его называют ковким чугуном с белой сердцевиной.
Состав ковкого чугуна должен быть выбран таким образом, чтобы получить белую структуру в литом состоянии и обеспечить быстрое время отжига. Хотя более высокие значения C и Si сокращают время термообработки, они должны быть ограничены, чтобы обеспечить отсутствие графита в структуре после затвердевания.
И прочность на растяжение, и относительное удлинение уменьшаются при более высоком CE. Тем не менее, недостаточно контролировать CE. Время отжига зависит от количества ядер графита, доступных для графитизации, что, в свою очередь, зависит, среди прочего, от отношения C/Si. Более низкое отношение C/Si (то есть более высокое содержание Si для постоянного CE) приводит к более высокому содержанию графита в отпуске. Это, в свою очередь, приводит к сокращению времени отжига.
Содержание Mn и соотношение Mn/S должны тщательно контролироваться. Как правило, более низкое содержание Mn используется, когда желательны ферритные, а не перлитные структуры. Правильное соотношение Mn/S можно рассчитать по уравнению «% Mn = 1,7 (% S) + 0,15». Ниже этого значения весь S стехиометрически связан с Mn как MnS. Избыток Mn растворяется в феррите. В диапазоне, ограниченном стехиометрическим соотношением S к Mn и Mn/S = 1, образуется смешанный сульфид (Mn, Fe)S. При отношении Mn/S менее 1 также образуется чистый FeS. Предполагается, что степень уплотнения дрессированного графита зависит от типа сульфидов, встречающихся в чугуне. Когда преобладает FeS, образуется очень уплотненный, шаровидный графит отпуска, но некоторое количество нерастворенного Fe3C может сохраняться в структуре, что приводит к меньшему удлинению. Когда преобладает MnS, хотя графит менее уплотнен, удлинение выше из-за полного отсутствия Fe3C в структуре. Отношение Mn/S также влияет на количество частиц темперированного графита. С этой точки зрения оптимальное отношение Mn/S составляет примерно от 2 до 4.
Легирующие элементы могут использоваться в некоторых сортах перлитных ковких чугунов. Содержание Mn может быть увеличено до 1,2 % или могут быть добавлены Cu, Ni и/или Mo. Следует избегать использования Cr, так как он образует стабильные карбиды, которые трудно разлагаются во время отжига.
Скорость охлаждения – Как и все другие чугуны, ковкие чугуны чувствительны к скорости охлаждения. Однако, поскольку окончательная структура является результатом реакции в твердом состоянии, они являются наименее чувствительными к сечению чугунами.
Жидкая обработка ковкого чугуна увеличивает количество зародышей, доступных для твердофазной реакции графитизации. Это может быть достигнуто двумя различными способами. Первый заключается в добавлении элементов, увеличивающих переохлаждение при затвердевании. Типичными элементами этой категории являются Mg, Ce, Bi и Te. Более сильное переохлаждение приводит к более тонкой структуре, что, в свою очередь, означает большую границу гамма-железо-Fe3C. Поскольку графит зарождается на границе гамма-железо-Fe3C, это означает большее количество мест зарождения графита. Более сильное переохлаждение во время затвердевания также предотвращает образование нежелательного эвтектического графита. Второй – путем добавления в расплав нитритобразующих элементов. Типичными элементами этой категории являются Al, B, Ti и Zr (цирконий).
Термическая обработка – Термическая обработка ковкого чугуна определяет окончательную структуру этого чугуна. Он имеет два основных этапа. На первой стадии Fe3C разлагается на аустенит и графит. На втором этапе аустенит превращается в перлит, феррит или их смесь. Хотя между ферритным и перлитным чугуном есть некоторые различия в составе, основное различие заключается в цикле термообработки.
При изготовлении ферритных конструкций необходима скорость охлаждения в диапазоне от 3 до 10 град С/час за счет эвтектоидного превращения на второй стадии. Это необходимо для обеспечения полной реакции аустенита с ферритом. При производстве перлитных чугунов могут применяться различные схемы. Целью обработки является достижение эвтектоидного превращения по реакции аустенита в перлит. В некоторых ограниченных случаях для ковких чугунов используется закалка-отпуск.
Специальные чугуны
Специальные чугуны представляют собой легированные чугуны, в которых используются радикальные изменения структуры, вызванные довольно большим количеством легирующих элементов. Сопротивление истиранию может быть улучшено за счет увеличения твердости, что, в свою очередь, может быть достигнуто либо за счет увеличения количества карбидов и их твердости, либо за счет создания мартенситной структуры. Самый дешевый материал — белый чугун с перлитной матрицей. Добавление от 3 % до 5 % Ni и от 1,5 % до 2,5 % Cr приводит к получению чугунов с карбидами (FeCr)3C и мартенситной матрицей в литом состоянии. При добавлении от 11 % до 35 % Cr образуются карбиды (CrFe)7C3, более твердые, чем карбиды железа.
Добавить комментарий Отменить ответ
Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *
Комментарий *
Имя *
Email *
Сайт

Рубрики
Винторезные станки
Вопросы и ответы
Карусельные станки
Советы мастера
Станок 1М63
Токарные станки
Фрезерные станки
Разное
2019 © Все права защищены. Карта сайта

	ЧИСТ IRON	Сталь
Содержание углерода	2% до 4%	Меньше, чем 2%
2500 – 2800 градусов Fahrenheit
Прочность	Более прочность на сжатие	больше прочности растяжения
Castability	Легко поднимается из -за листовой кожи, чем на листовидности, а также от листовиденного поток	. имеет низкую текучесть и большую усадку.
Коррозионная стойкость	Более устойчивый к коррозии	Не такой устойчивый, как чугун
Ударопрочность	Более ударопрочный	Менее ударопрочный
Стоимость	Дешевле из-за меньшей стоимости материалов, труда и энергии, необходимых для производства конечного продукта	Дороже чугуна, хотя есть и дешевле альтернативы, такие как сборные стальные формы, такие как; стержни, стержни, балки и трубы.
Области применения	Трубопроводная арматура, шайбы, сельскохозяйственное оборудование, детали машин, горнодобывающее оборудование, ручные инструменты и электрическая арматура.	Инфраструктура, транспортные средства, электроприборы, ракеты, инструменты и оружие.