Чугун содержание углерода: состав чугуна, каково содержание в нем углерода и железа, сфера использование материала

alexxlab | 02.06.2023 | 0 | Разное

Углеродистая сталь против чугуна

Каталог товаров

Вы наверняка знакомы с чугунной посудой и, вероятно, владеете по крайней мере одним предметом. Она доступна по цене, универсальна, практически неразрушима и отлично подходит для всего — от стейков до выпечки хлеба.

Посуда из углеродистой стали, с другой стороны, менее популярна, несмотря на то, что предлагает большинство (если не все) преимуществ чугуна — не обязательно за меньшие деньги, но, возможно, с меньшими хлопотами.

Давайте взглянем на них обоих, разберем различия и то, для чего они хороши и не очень хороши.

Что такое чугун?

Можно подумать, что чугун сделан из чистого железа, но это не так. Чугун на самом деле представляет собой сплав железа и углерода, как и сталь, с главным отличием в том, что чугун содержит больше углерода.

В то время как сталь требует содержания углерода не более 2%, чугун обычно содержит от 2 до 3,5% углерода.

Именно содержание углерода придает чугуну его шероховатый, слегка неровный вид. Его более высокое содержание углерода делает чугун более хрупким, чем сталь (именно поэтому он должен быть таким тяжелым и толстым — если бы он был тоньше, то сломался бы). И поскольку это плохой проводник, то он сохраняет тепло в течение длительного времени (в то же время требуется больше времени, чтобы нагреться и остыть).

Что такое углеродистая сталь?

Сталь также является сплавом железа и углерода, но чтобы считаться сталью, она должна иметь менее 2 процентов углерода. Нержавеющая сталь содержит 1,2 процента углерода (вместе с хромом, который предотвращает коррозию), тогда как углеродистая сталь содержит 2 процента.

Углеродистая сталь имеет матовую отделку по сравнению с блестящей нержавеющей сталью. Углеродистая сталь намного тверже нержавеющей стали (что делает ее идеальной для изготовления ножей, которые остаются острыми, но также более трудными для заточки), но она подвержена коррозии и может ржаветь, в то время как нержавеющая сталь этого не делает.

Приготовление пищи на чугунных сковородках

Чугунные сковородки прекрасно подходят для использования на кухне благодаря своей долговечности, универсальности, удержанию тепла и доступности. Поскольку они становятся настолько горячими, что могут обжарить стейк за считанные минуты, и они одинаково безопасны на плите и в духовке, можно обжаривать, запекать, тушить и жарить — даже можно использовать их на гриле.

И когда они должным образом выдержаны, они действительно развивают антипригарную поверхность. Тем не менее, они никогда не будут лучшим выбором для приготовления яиц, и они, как правило, слишком тяжелые для обжаривания. Кроме того, если вы попытаетесь кипятить кислую жидкость в чугуне, например, томатный соус, кислота разрушит антипригарный слой и придаст пище металлический привкус.

Уход за чугунной посудой

Антипригарный слой — это нежирный слой масла на поверхности сковороды, что защищает ее от ржавчины, а также придает антипригарные свойства. И хотя сама сковорода чрезвычайно прочна, этот слой можно соскрести, если поцарапать металлической лопаточкой.

Таким образом, уход за чугуном по существу сводится к сохранению антипригарного слоя, что означает сушку его сразу после мытья (чтобы предотвратить ржавчину) и нанесения слоя масла после каждого полоскания мылом и водой. Держите кастрюлю подальше от посудомоечной машины и мойте ее с мылом и водой вручную. Вопреки распространенному мнению, мыло не может удалить антипригарный слой (хотя чрезмерная чистка может).

Эмалированная чугунная посуда

Некоторая чугунная посуда имеет эмалевое покрытие, что облегчает уход, так как эмаль защищает поверхность от ржавчины и коррозии. Недостатком является то, что эмалевое покрытие может треснуть при температурах до 200 градусов, что несколько противоречит назначению чугуна. Оно также может сколоться, если ударить достаточно сильно, и хотя его легче чистить, чем обычный чугун, оно никогда не будет антипригарным, потому что эмаль не может накапливать какое-либо масло.

Приготовление пищи с помощью посуды из углеродистой стали

Одним из больших преимуществ углеродистой стали перед чугуном является то, что посуда из углеродистой стали нагревается гораздо быстрее. И поскольку она более проводящая, чем чугун, то нагревается более равномерно, с меньшим количеством горячих точек. Но даже при этом она все еще способна достигать температуры, достаточной для того, чтобы полностью обжарить стейк, и может также использоваться на плите и в духовке.

Углеродистая сталь, как и чугун, также требует антипригарного слоя. Разница в том, что, скорее всего, придется делать его самостоятельно. Это просто вопрос следования инструкциям производителя, и это не сложно, но это дополнительная работа.

Но, в отличие от чугуна, сковородки из углеродистой стали отлично подходят для приготовления яиц, омлетов и блинов, а также рыбы, которая печально известна своей прилипчивостью. Более гладкая поверхность плюс антипригарный слой — вот что делает углеродистую сталь такой скользкой. А поскольку она легче, можно легко использовать ее для обжаривания. На самом деле, если бы не тот факт, что кислые продукты будут лишать антипригарного слоя точно так же, как с чугуном (а также придавать неприятный вкус), могло бы возникнуть искушение заменить всю посуду  из нержавеющей стали углеродистой сталью.

Уход за посудой из углеродистой стали

Однако уход за углеродистой сталью, которая подвержена коррозии, более сложен, чем уход за нержавеющей сталью, хотя и не намного сложнее, чем уход за чугуном.

Опять же, очистка — это вопрос мягкого мытья, тщательной сушки и нанесения тонкого слоя масла после этого.

Вернуться к списку

Купить в один клик

Заполните данные для заказа

Я согласен на обработку персональных данных.*

Купить в один клик

Закрыть окно

Запросить стоимость товара

Загрузка товара

Заполните данные для запроса цены

Я согласен на обработку персональных данных. *

Запросить цену Закрыть окно

Чем чугун отличается от стали? Сравнительная характеристика

Металлы играют огромную роль в производстве. В нашей работе мы используем чугун и сталь, отдавая им выбор из-за их качеств: прочности, долговечности и способности сохранять блеск в течение длительного времени.

Однако, хотя чугун и сталь имеют схожий внешний вид, они не одинаковы. Они оба имеют отличительные черты, которые могут быть либо преимуществом, либо недостатком производственного процесса, поэтому мы всегда проводим детальный анализ и консультации.

Итак, вы хотите узнать различия между чугуном и сталью? Читайте дальше, мы дадим ответы на все ваши вопросы.

 

Что такое чугун?

Чугун – это железо производимое путем плавки железо-углеродных сплавов. Содержание углерода в этом сплаве составляет 2-4%. После процесса плавки чугун заливается в форму вместо того, чтобы обрабатывать инструментами. Углерод представляется в виде цементита или графита, эти вещества определяют цвет готового чугуна

Помимо содержания углерода, чугун содержит 1-3% кремния, что улучшает его литейные качества. Также могут присутствовать: марганец, фосфор и сера.

К механическим свойствам чугуна принято относить твердость, эластичность, пластичность и прочность.

Существуют различные типы чугуна, различия возникают из-за отличных друг от друга методов термообработки.

 

Что такое сталь?

Сталь – это сплав железа, который содержит мельчайший процент углерода, обычно  0,15-2%. Содержание углерода делает металл сильнее, повышая устойчивость к поломкам. Он также может включать в себя другие элементы, которые улучшают его качества, включая кремний, марганец, фосфор, серу и кислород. Например, нержавеющая сталь часто содержит 11% хрома.

Сталь обладает высокой прочностью на растяжение, что дает ей применение во многих производствах.

Применяется повсеместно – в производстве металлоконструкций, трубопроводов, машин и прочих изделий.

 

Каковы их различия

В чем разница между чугуном и сталью? Дебаты о чугуне и стали становятся все более сложными, потому что они совершенно разные, хотя оба металла имеют почти одинаковый внешний видам. Итак, давайте рассмотрим различия между ними.

 

Свойства	Чугун	Сталь
Содержание углерода	От 2% до 4%	Менее 2%
Температура плавления	2200° по Фаренгейту	2500-2800° по Фаренгейту
Сила	Больше прочности на растяжение	Больше прочности на сжатие
Коррозионная стойкость	Более коррозиеустойчив	Менее коррозиеустойчива
Ударопрочность	Менее ударопрочный	Более ударопрочная
Обработка	Хуже поддается	Лучше поддается
Внешний вид	Темный окрас и матовая поверхность	Светлый оттенок и блестящая поверхность

Сделать заказ конструкций из стали, чугуна или комбинировано и получить консультацию наших специалистов можно по телефону, оставив заявку в чате или по почте zakaz@tandemsnab. ru 

Нажимая кнопку “Отправить”, Вы принимаете условия соглашения о персональных данных

Заявка отправлена! Мы свяжемся с Вами в ближайшее время.

Пожалуйста, заполните поле «Номер телефона».

Содержание углерода

Основное различие между чугуном и сталью заключается в содержании углерода. Чугун содержит более 2% углерода, в то время как сталь содержит менее 2%. Однако сталь может содержать другие элементы, такие как хром. Их добавление дает возможность изготовления стали разных качеств и марок.

 

Температура плавления

Чугун имеет более низкую температуру плавления, чем сталь. Температура плавления составляет 2200 градусов по Фаренгейту, в то время как температура плавления стали колеблется от 2500 до 2800 градусов. Низкая температура плавления железа позволяет легко формовать изделие любой формы.

Сила

Оба материала прочны, но их прочность варьируется. Чугун обладает большей прочностью, чем сталь. С другой стороны, сталь имеет большую прочность на растяжение, чем чугун, что позволяет ей изгибаться без обязательного разрушения. Прочность на сжатие делает железо очень твердым, что придает устойчивости к вмятинам и изгибам. С другой стороны, он ломается под чрезмерным давлением.

 

Ударопрочность

Сталь лучше сопротивляется ударам, чем чугун. Это особенно верно для внезапных ударов. При внезапных ударах сталь не изгибается, не ломается и не деформируется так быстро, как чугун.

Износостойкость

Чугун обладает большей устойчивостью к механическому износу, чем сталь. Особенно при трении. Высокое содержание графика в чугуне создает графитную сухую смазку, позволяющую твердым поверхностям скользить дург против друга без ухудшения качества.

 

Коррозионная стойкость

Хотя оба похожи, чугун устойчив к коррозии и ржавчине лучше, чем сталь. Однако оба металла оксиляются при взаимодействии с влагой.

Для избежания появления коррозии рекомендуем нанести порошковое покрытие или воспользоваться горячим цинкованием.

 

Кастилируемость

Чугун легче отлить, чем сталь. Причина в том, что он имеет большую плавность и не уменьшается. Простота литья делает его идеальным материалом для детальных металлоконструкций.

Из-за высокого содержания углерода изделия из чугуна бывают только литыми, а из стали коваными и сварными.

 

Внешний вид

На сломе чугунных изделий проявляется темно-серый оттенок с матовой поверхностью,  когда сталь обладает более светлым окрасом и глянцевой текстурой.

Вы можете ознакомиться с чугунными и стальными изделиями в нашем каталоге.

Какой выбрать?

Выбор между этими металлами потребует знания плюсов и минусов обоих металлов. Ниже приведены их преимущества и недостатки. 

 

Преимущества и недостатки чугуна

Преимущества

• – Хорошая способность к литью
• – Высокая прочность на сжатие
• – Хорошее антивибрационное свойство
• – Износостойкость
• – Высокая прочность
• – Нет необходимости в закалке
• – Устойчивость к кислотам и щелочам

Недостатки

• – Низкая прочность на растяжение
• – Хрупкость
• – Высокое соотношение веса к силе

 

Преимущества и недостатки стали

Преимущества

• – Повышенная гибкость и пластичность в дизайне
• – Повышенная прочность
• – Устойчивость к коррозии
• – Стойкость к деформации
• – Возможность повышения качеств засчет закаливания
• – Простая обработка (Сварка, резка, прокатка, ковка)

Недостатки

• – Низкая прочность на сжатие
• – Более высокий удельный вес
• – Слабое сопротивление коррозии в чистом виде.

 

Единственной схожестью у этих сплавов является наличие в составе углерода. Во всем остальном перед нами разными материалы, использующиеся под разные нужды. Любой из них должен выбираться с учетом дальнейшего применения и их физических свойств. 

Независимо от того, заменяете ли вы некоторые светильники или полностью обновляете систему освещения, мы поможем вам найти наилучшее возможное решение с целью энергосбережения, повышения производительности и сохранения гармонии архитектурного ансамбля. Обратитесь к нам за бесплатной консультацией, вместе мы создадим подробный план, разработанный специально для вас.

 

Что такое чугун? | Металлургия для чайников

Чугуны обычно содержат 2-4 мас.% углерода с высокой концентрацией кремния и большей концентрацией примесей, чем стали. Углеродный эквивалент (CE) чугуна помогает различать серый чугун, который при охлаждении превращается в микроструктуру, содержащую графит, и белый чугун, в котором углерод присутствует в основном в виде цементита. Углеродный эквивалент определяется как:

 Высокая скорость охлаждения и низкий углеродный эквивалент способствуют образованию белого чугуна, тогда как низкая скорость охлаждения или высокий углеродный эквивалент способствуют образованию серого чугуна.

Диаграмма фаз FeC

Во время затвердевания основная часть углерода осаждается в виде графита или цементита. Когда затвердевание только что завершилось, выделившаяся фаза внедряется в матрицу аустенита, которая имеет равновесную концентрацию углерода около 2 мас.%. При дальнейшем охлаждении концентрация углерода в аустените уменьшается по мере выделения из твердого раствора большего количества цементита или графита. В обычных чугунах аустенит затем распадается на перлит при эвтектоидной температуре. Однако в серых чугунах, если скорость охлаждения через эвтектоидную температуру достаточно мала, получается полностью ферритная матрица с отложением избыточного углерода на уже существующем графите. Белые чугуны твердые и хрупкие, их трудно обрабатывать.

Чугун производится путем переплавки чугуна, часто вместе со значительным количеством железного и стального лома, и принятия различных мер для удаления нежелательных примесей, таких как фосфор и сера. В зависимости от применения содержание углерода и кремния снижается до желаемого уровня, который может составлять от 2 до 3,5% и от 1 до 3% соответственно. Затем в расплав добавляются другие элементы, прежде чем окончательная форма будет получена путем литья. Железо иногда плавят в специальных доменных печах, известных как вагранки, но чаще плавят в электрических индукционных печах. После завершения плавки расплавленный чугун заливают в раздаточный котел или ковш.

Чугунный шкив

Фосфор и сера нежелательны для содержания в чугуне и стали и должны быть выжжены. К сожалению, желаемый углерод сгорает первым, поэтому его приходится заменять. Предположительно, самая дешевая сталь, используемая производителями бюджетных автомобилей, содержит серу и фосфор. Это последнее утверждение будет коммерческой тайной, однако доказательства чрезмерной коррозии можно найти на свалках по всему миру. Некоторые стали, известные как «атмосферостойкие стали», почти не ржавеют.

Серый чугун, Fe-3,2C-2,5Si мас.%, содержащий чешуйки графита в перлитной матрице. Можно разглядеть пластинчатую структуру перлита, состоящую из чередующихся слоев цементита и феррита. Пятнистые белые области представляют собой фосфидную эвтектику. Травка: нитал 2%

До того, как они стали изготавливаться из мягкой стали, к изделиям из кованого железа относились заклепки, гвозди, проволока, цепи, железнодорожные сцепки, водопроводные и паровые трубы, гайки, болты, подковы, поручни, ремни для дерева. стропильные фермы и декоративные металлоконструкции. Кованое железо больше не производится в промышленных масштабах. Многие изделия, описываемые как кованые, такие как ограждения, садовая мебель и ворота, изготовлены из мягкой стали. Они сохраняют это описание, поскольку изготавливаются (обрабатываются) вручную.

Серый чугун

Серый чугун характеризуется графитовой микроструктурой, из-за которой изломы материала приобретают серый цвет. Это наиболее часто используемый чугун и наиболее широко используемый литой материал в зависимости от веса. Большинство чугунов имеют химический состав от 2,5 до 4,0% углерода, от 1 до 3% кремния, а остальное — железо.

Серый чугун, Fe-3,2C-2,5Si, % масс., содержащий графитовые чешуйки в перлитной матрице. Пятнистые белые области представляют собой фосфидную эвтектику. Травка: Нитал 2%

Серый чугун имеет меньшую прочность на растяжение и ударопрочность, чем сталь, но его прочность на сжатие сравнима с низко- и среднеуглеродистой сталью.

 Белый чугун

При более низком содержании кремния и более быстром охлаждении углерод в белом чугуне выделяется из расплава в виде метастабильной фазы цементита Fe3C, а не графита. Цементит, выделяющийся из расплава, образует относительно крупные частицы, обычно в эвтектической смеси, где другой фазой является аустенит (который при охлаждении может превратиться в мартенсит). Эти эвтектические карбиды слишком велики, чтобы обеспечить дисперсионное твердение (как в некоторых сталях, где выделения цементита могут ингибировать пластическую деформацию, препятствуя движению дислокаций через ферритовую матрицу).

Скорее, они повышают объемную твердость чугуна просто благодаря своей очень высокой твердости и значительной объемной доле, так что объемная твердость может быть аппроксимирована по правилу смесей. В любом случае, они предлагают жесткость за счет жесткости. Поскольку карбид составляет большую часть материала, белый чугун можно с полным основанием отнести к кермету. Белый чугун слишком хрупок для использования во многих конструкционных компонентах, но благодаря хорошей твердости и стойкости к истиранию и относительно низкой стоимости он находит применение в таких областях, как изнашиваемые поверхности (крыльчатка и улитка) шламовых насосов, вкладыши корпуса и подъемные стержни в шарах. мельницы и мельницы самоизмельчения, шары и кольца в угольных измельчителях, а также зубья ковша обратной лопаты (хотя для этого применения чаще используется литая мартенситная сталь со средним содержанием углерода).

Ковкий чугун

Ковкий чугун представляет собой отливку из белого чугуна, которая затем подвергается термообработке при температуре около 900 °C (1650 °F). Графит в этом случае выделяется гораздо медленнее, так что поверхностное натяжение успевает сформировать из него сфероидальные частицы, а не чешуйки. Из-за меньшего соотношения сторон сфероиды относительно короткие и находятся далеко друг от друга, а также имеют меньшее поперечное сечение по отношению к распространяющейся трещине или фонону. Кроме того, они имеют тупые границы, в отличие от чешуек, что облегчает проблемы с концентрацией напряжений, с которыми сталкивается серый чугун. В целом свойства ковкого чугуна больше напоминают мягкую сталь. Существует ограничение на то, насколько большая деталь может быть отлита из ковкого чугуна, поскольку она изготавливается из белого чугуна.

Ковкий чугун

Более поздней разработкой является ковкий чугун с шаровидным графитом. Небольшие количества магния или церия, добавленные к этим сплавам, замедляют рост графитовых отложений, связываясь с краями графитовых плоскостей. Наряду с тщательным контролем других элементов и времени это позволяет углероду отделяться в виде сфероидальных частиц по мере затвердевания материала. Свойства аналогичны ковкому чугуну, но детали можно отливать с большим сечением.

Литой чугун с шаровидным графитом. Узелки графита, перлита (темные островки) и феррита (светлый фон). Травка: Нитал 2%

Свойства чугуна изменяются путем добавления различных легирующих элементов или сплавов. После углерода кремний является наиболее важным сплавом, потому что он вытесняет углерод из раствора. Вместо этого углерод образует графит, что приводит к более мягкому железу, уменьшает усадку, снижает прочность и плотность. Сера при добавлении образует сульфид железа, препятствующий образованию графита и повышающий твердость. Проблема с серой заключается в том, что она делает расплавленный чугун вялым, что вызывает кратковременные дефекты.

Литой чугун с шаровидным графитом. Узелки графита, перлита (темные островки) и феррита (светлый фон). Травитель: нитал 2%

Для противодействия воздействию серы добавляется марганец, так как эти два вещества образуют сульфид марганца вместо сульфида железа. Сульфид марганца легче расплава, поэтому он всплывает из расплава в шлак. Количество марганца, необходимое для нейтрализации серы, составляет 1,7×содержание серы+0,3%. Если добавить больше этого количества марганца, то образуется карбид марганца, который увеличивает твердость и холодостойкость, за исключением серого чугуна, где до 1% марганца увеличивает прочность и плотность.

Чугун с шаровидным графитом, Fe-3,2C-2,5Si-0,05Mg, % масс., содержащий узелки графита в перлитной матрице. Один из узелков окружен ферритом просто потому, что область вокруг узелка обезуглерожена в виде отложений углерода на графите. Травитель: Nital 2%

Никель является одним из наиболее распространенных сплавов, поскольку он очищает перлитную и графитовую структуру, повышает ударную вязкость и выравнивает разницу в твердости в зависимости от толщины среза. Хром добавляют в ковш в небольших количествах для уменьшения количества свободного графита, получения отбела и потому, что он является мощным стабилизатором карбида; никель часто добавляют вместе. Вместо 0,5% хрома можно добавить небольшое количество олова. Медь добавляется в ковш или в печь в количестве от 0,5 до 2,5% для уменьшения отбела, рафинирования графита и повышения текучести.

Молибден добавляется в количестве от 0,3 до 1% для повышения холодообразования и улучшения структуры графита и перлита; его часто добавляют в сочетании с никелем, медью и хромом для получения высокопрочного железа. Титан добавляют в качестве дегазатора и раскислителя, но он также увеличивает текучесть. От 0,15 до 0,5% ванадия добавляют в чугун для стабилизации цементита, повышения твердости и повышения износостойкости и теплостойкости. От 0,1 до 0,3% циркония способствует образованию графита, раскислению и повышению текучести. В расплавы ковкого чугуна добавляют висмут в количестве от 0,002 до 0,01%, чтобы увеличить количество добавляемого кремния. В белый чугун добавляется бор для облегчения производства ковкого железа; он также снижает огрубляющий эффект висмута.

Чугун – tec-science

Введение

До сих пор фазовая диаграмма железо-углерод рассматривалась только до содержания углерода 2,06 %. При превышении этого содержания углерода происходят дальнейшие фазовые превращения. В основном это тоже связано с разной микроструктурой. Железные материалы с содержанием углерода менее 2,06 % состоят из микроструктуры на основе эвтектоидов ( перлита ) и выше 2,06 % из микроструктуры на основе эвтектики (ледебурита).

В принципе, это приводит и к другим свойствам материала. Это различие также отражено в подразделении на стали и чугуны . Например, железосодержащие материалы с содержанием углерода ниже 2,06 % обозначаются как стали , а железосодержащие материалы более 2,06 % — как чугун .

Рисунок: Классификация сталей и чугуна на фазовой диаграмме железо-углерод

Сталь имеет перлитную (эвтектоидную) микроструктуру, а чугун – ледебуритную (эвтектическую) микроструктуру!

Эта статья предназначена для предоставления более подробной информации об этой новой микроструктуре чугуна.

Чугун

На приведенной ниже фазовой диаграмме показана полная фазовая диаграмма железо-углерод метастабильной системы, в которой углерод присутствует в микроструктуре в виде цементита. Таким образом, микроструктура метастабильной системы может состоять максимум из 100 % цементита. Поскольку содержание углерода в цементите (\(Fe_3C\)) равно 6,67 %, то на этой концентрации заканчивается диаграмма состояния метастабильного железо-углерод.

Рисунок: Полная диаграмма железо-углерод метастабильной системы

Если рассматривать только область фазовой диаграммы выше содержания углерода 2,06 %, становится очевидной принципиальная разница между сталью и чугуном в процессе затвердевания.

При концентрации углерода менее 2,06 % сталь первоначально затвердевала в виде твердого раствора (гомогенная аустенитная микроструктура) в пределах типичного диапазона линзовидной кристаллизации на диаграмме состояния.

Однако в области чугуна фазовая диаграмма больше не показывает эту линзообразную область затвердевания, а показывает типичную горизонтальную букву «К» смеси кристаллов. Эвтектический состав составляет 4,3 % углерода, где сходятся две линии ликвидуса, идущие слева и справа.

В зависимости от того, затвердевает ли соединение железа с углеродом в виде твердого раствора (содержание углерода < 2,06 %) или в виде кристаллической смеси (содержание углерода > 2,06 %), другие механические свойства материала также проявляются при комнатной температуре. Сплавы, затвердевшие в виде кристаллической смеси, как правило, больше подходят для процессов литья (так называемые литейные сплавы). Однако по сравнению с этим затвердевший твердый раствор можно формовать гораздо лучше, и поэтому они особенно подходят для различных процессов формования, таких как гибка, ковка, прокатка, глубокая вытяжка и т. д. (так называемые деформируемые сплавы).

По этим причинам производственной обработки различают соединения железа с углеродом с содержанием углерода ниже или выше 2,06 %. Ниже 2,06% углерода материал называется сталью . С другой стороны, Свыше 2,06 % углерода говорят о чугуне , так как он особенно подходит для процессов литья. В отличие от этого, стали можно формовать намного лучше, и поэтому они поддаются ковке, в отличие от чугуна. Обратите внимание, что переходы механических свойств на пределе 2,06 % всегда плавные!

Стали первоначально кристаллизуются в виде твердых растворов, тогда как чугун затвердевает в виде кристаллических смесей.

По сравнению со сталью чугун имеет эвтектическую микроструктуру! Причина того, что сталь не образует эвтектику, заключается, в конечном счете, в том, что стали уже затвердевают до того, как остаточный расплав может достичь эвтектического состава. Точно так же, как стали можно разделить на доэвтектоидные и заэвтектоидные стали, чугун можно разделить на доэвтектический и заэвтектический чугун соответственно.

В то время как стали обычно затвердевают в соответствии с метастабильной системой из-за их относительно низкого содержания углерода, чугун может кристаллизоваться как в метастабильной форме ( белый чугун ), так и в стабильной форме ( серый чугун ). Подавляющее большинство чугуна затвердевает по стабильной системе из-за относительно высокого содержания углерода. Вместо осаждения цементита чугун подвергается осаждению графита во время затвердевания или охлаждения.

Осаждение графита вместо цементита влияет на температуры превращения на фазовой диаграмме. Соответственно, необходимо различать стабильную и метастабильную фазовую диаграмму железо-углерод. На приведенной ниже диаграмме сравнивается диаграмма метастабильного состояния (синяя) и диаграмма стабильного состояния (дополненная красным).

Белый чугун

В белом чугуне чугун затвердевает в метастабильной форме и, таким образом, подвержен образованию цементита. Цементит делает поверхность излома чугуна блестящей белой, к которой относится термин «белый» чугун.

В зависимости от содержания углерода белый чугун можно разделить на эвтектический чугун (4,3 % С), доэвтектический чугун (<4,3 % С) и заэвтектический чугун (>4,3 % С). Формирование и преобразование микроструктуры при затвердевании и охлаждении таких чугунов более подробно поясняется ниже.

Эвтектический чугун

Если чугун имеет эвтектический состав с содержанием углерода 4,3 %, расплав затвердевает, как обычно, при термической остановке. Из-за сильного переохлаждения образуется мелкодисперсная смесь аустенита и цементита. Эта эвтектическая микроструктура мелкодисперсного аустенита и цементита также называется 9.Ледебурит 0063-I сразу после затвердевания.

Эвтектическая смесь аустенита и цементита сразу после затвердевания называется ледебуритом-I!

Обратите внимание, что в левой части диаграммы состояния чугуна (при 2,06 %) нанесена аустенитная фаза, а в правой части (при 6,67 %) цементитная фаза. Таким образом, эти фазы аустенита и цементита в конечном итоге являются компонентами системы сплавов А/В (А ≙ «аустенит») и (В ≙ «цементит»).

Сразу после затвердевания присутствующие в ледебурите кристаллы аустенита полностью насыщены углеродом при 1147 °С, т. е. показывают максимально возможную концентрацию углерода, растворимого в аустените. Поскольку растворимость постоянно уменьшается в соответствии с пределом растворимости (линия сольвуса) при дальнейшем охлаждении, кристаллы аустенита постоянно осаждают цементит.

Наконец, при 723 °C из аустенита выделяется столько углерода, что он достигает эвтектоидного состава с содержанием углерода 0,8 %. Теперь кристаллы аустенита в эвтектике ледебурита-I начинают переходить в перлит при постоянной температуре. Таким образом, бывшие кристаллы аустенита превратились в перлит. Эта смесь эвтектических фаз перлита и цементита теперь называется ледебурит-II из-за измененной микроструктуры.

Эвтектическая смесь перлита и цементита, присутствующая при комнатной температуре, называется ледебуритом-II!

Доэвтектический чугун

В случае доэвтектического чугуна при достижении линии ликвидуса из расплава выделяются только первичные кристаллы аустенита. Это увеличивает содержание углерода в остаточном расплаве. Как только содержание углерода наконец достигает 4,3 % при 1147 °C, остаточный расплав кристаллизуется при постоянной температуре с образованием эвтектики (ледебурита-I). Сразу после затвердевания микроструктура состоит из эвтектики и предварительно выделившихся первично кристаллов аустенита.

Как первичный аустенит, так и кристаллы аустенита, содержащиеся в ледебурите-I, осаждают цементит по мере охлаждения из-за снижения растворимости углерода. Следовательно, микроструктура в этом состоянии состоит из ледебурита-I и внедренного в него первичного аустенита, а также выделившегося цементита. При 723 °С окончательно достигается эвтектоидный состав в кристаллах аустенита (как в первичных кристаллах, так и в эвтектике).

В то время как ледебурит-I превращается в ледебурит-II, зерна первичного аустенита трансформируются в зерна перлита. Следовательно, микроструктура доэвтектического чугуна состоит из ледебурита-II с внедренными в него зернами перлита и ранее выделенного из кристаллов аустенита цементита.

На микрофотографии ниже показан образец доэвтектического чугуна с 2,7 % углерода. Видны \(\gamma\) твердые растворы, первоначально выросшие дендритно, которые в конце концов превратились в перлит (темные пятна). В качестве примера на рисунке показан дендрит, прорезанный микрофотографией в плоскости. Как обычно, эта перлитная микроструктура состоит из феррита и пластинчатого цементита. Между ветвями перлитных дендритов находится эвтектика, которая также подверглась \(\гамма\)-\(\альфа\)-превращению и поэтому окончательно присутствует в микроструктуре в виде лидебурита-II (темные крапчатые участки).

Рисунок: Микрофотография доэвтектического чугуна с содержанием углерода 2,7 %.

Для сравнения, следующая микроструктура показывает доэвтектический чугун с более высоким содержанием углерода 3,8 %. Обращает на себя внимание значительно большая доля эвтектической матрицы по сравнению с перлитом. В этом случае очень тонкий, пластинчатый цементит больше не может быть растворен при световой микроскопии в перлите — поэтому он выглядит темным, как единая поверхность!

Рисунок: Микрофотография доэвтектического чугуна с содержанием углерода 3,85 %.

Заэвтектический чугун

В заэвтектическом чугуне при затвердевании первоначально кристаллизуется только первичный цементит с полосообразной структурой. За счет попутного выпадения углерода из остаточного расплава содержание углерода в нем снижается. Как только в остаточном расплаве наконец достигается эвтектический состав 4,3% углерода при 1147 ° C, он затвердевает до эвтектического ледебурита-I.

Сразу после затвердевания микроструктура состоит из первичной осажденной полосы цементита, которая внедрена в окружающий ледебурит-I. Аустенит, содержащийся в эвтектике, в конце концов подвергается цементитному осаждению при понижении температуры. Если содержание углерода в аустените упало до 0,8 % при 723 °С, он начинает превращаться в перлит. Таким образом, эвтектический ледебурит-I становится ледебуритом-II.

Таким образом, микроструктура охлажденного заэвтектического чугуна состоит при комнатной температуре из первично осажденных цементитных полос, которые залегают в эвтектике ледебурита-II.

На приведенной ниже микрофотографии показан заэвтектический чугун с 5,5 % углерода. Эвтектика ледебурита-II (мелкоузорчатая) и первично выделившиеся цементитные иглы, которые из-за травления при изготовлении образца выглядят как белые удлиненные полосы.

Рисунок: Микрофотография заэвтектического чугуна с содержанием углерода 5,5 %

Серый чугун

Чугун с пластинчатым графитом (серый чугун)

Без какой-либо серьезной обработки расплава графит обычно кристаллизуется в пластинчатой ​​форме. Это известно как отливка из пластинчатого графита . Поскольку это «обычный» тип чугуна, его просто называют серым чугуном .

На приведенной ниже микрофотографии показан серый чугун с 3,5 % углерода. Можно увидеть пластинчатый графит (темные, большие области), окруженный микроструктурой на основе перлита (темные, тонкие полосы).

Рисунок: Микроструктура чугуна с пластинчатым графитом (серый чугун)

Чугун с пластинчатым графитом обладает превосходными литейными свойствами и поэтому имеет широкий спектр применения. Кроме того, отливки из пластинчатого графита обладают очень хорошей обрабатываемостью, так как графит также служит твердой смазкой. Кроме того, графитовые ламели в литой конструкции обладают особым эффектом гашения вибрации. Вот почему литье из пластинчатого графита используется, среди прочего, в качестве материала для компонентов, подвергающихся высоким вибрационным нагрузкам, таких как станины машин или судовые дизельные двигатели.

Однако графитовые ламели отрицательно влияют на предел прочности при растяжении, поскольку они действуют как выемки («заданные точки разрыва») в структуре отливки. Поэтому отливки из пластинчатого графита должны подвергаться не растяжению, а давлению. Прочность на сжатие составляет ок. В 4 раза выше предела прочности!

Однако во многих случаях литейный материал должен выдерживать высокие растягивающие нагрузки. Поскольку пластинки графита, очевидно, оказывают мешающее воздействие, необходимо специально предотвращать осаждение пластинчатого графита в процессе затвердевания или охлаждения. Альтернативой литью из пластинчатого графита является литье из шаровидного графита, как описано ниже.

Чугун с шаровидным графитом (чугун с шаровидным графитом)

Чтобы гарантировать, что графит в сером чугуне не осаждается в виде пластин, а сферически, расплав должен быть специально обработан добавками, такими как алюминий, перед затвердеванием. Осадок графита в сферической форме тогда называется чугуном с шаровидным графитом или чугуном с шаровидным графитом .

На приведенной ниже микрофотографии показана микроструктура чугуна с шаровидным графитом с содержанием углерода 3,6 %. Можно увидеть сферически осажденный графит (темные, округлые области), который сжался из непосредственно окружающих областей. Окружающие области состоят из почти не содержащего углерода железа (феррита), поэтому они выглядят белыми.

Рисунок: Микроструктура чугуна с шаровидным графитом (чугун с шаровидным графитом, ковкий чугун)

Эффект надреза шаровидного графита значительно уменьшен благодаря округлой форме по сравнению с пластинчатым графитом. Следовательно, прочность на растяжение чугуна с шаровидным графитом значительно выше. Поскольку чугун с шаровидным графитом более пластичен, чем «обычный» серый чугун, этот тип чугуна также называют ковким чугуном .

Чугун с вермикулярным графитом (чугун с уплотненным графитом)

Чугун с вермикулярным графитом предлагает (также известный как чугун с уплотненным графитом ) компромисс свойств между чугуном с пластинчатым и шаровидным графитом. Графит осаждается в виде червя, при этом сферический графит также может образовываться в микроструктуре в определенной степени.

На микрофотографии (к сожалению, пока нет!) показан чугун с вермикулярным графитом. Можно увидеть графит (черный), который осаждается в виде червя, часть которого все еще осаждается в сферической форме. Углерод был удален из окружающих областей, которые поэтому выглядят белыми (феррит).

Благодаря хорошей стойкости к тепловому удару отливка из вермикулярного графита особенно подходит для изготовления двигателей.

Чугун с пластинчатым графитом (ковкий чугун)

В так называемом чугуне с пластинчатым графитом (или ковком чугуне ) углерод формируется в виде отдельных чешуек графита. Чтобы получить эту чешуйчатую микроструктуру, предварительная стадия ковкого чугуна сначала затвердевает без графита. Микроструктура этого так называемого 9Поэтому белый чугун 0063 содержит только цементит вместо графита. Только после последующей термической обработки, отжига , метастабильный цементит распадается на чешуйчатый графит и затем относится к группе серого чугуна.