Формула химическая чугуна: определение, формула и структура, виды и классификация

alexxlab | 06.03.1997 | 0 | Разное

Содержание

определение, формула и структура, виды и классификация


Что такое чугун

Это сплав железа и углерода

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

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

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

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

Руды для плавки

Пескобетон для стяжки пола: что это такое, состав смесей

В земной коре довольно много железа, однако в чистом виде оно не встречается, его всегда добывают с горными породами в виде различных соединений. Железной рудой можно называть только те породы, из которых с экономической точки зрения выгодно добывать железо посредством плавления в печи. В природе существуют богатые и бедные железные руды. Если говорить с точки зрения металлургической промышленности, то в руде есть ряд полезных добавок, которые необходимы при получении чугуна, – это хром, никель, марганец и другие. Есть и вредные включения: сера, фосфор, медь и т.п. Кроме того, железная руда может делиться на несколько групп в зависимости от минерала:

  • красный железняк – 70% железа, 30% кислорода;
  • магнитный железняк – 72,4% железа, 27,6% кислорода;
  • бурый железняк – до 60% железа;
  • шпатовый железняк – до 48,3 % железа.

Логично было бы сделать вывод, что доменное производство чугуна должно предусматривать использование руды из второй группы. Но самой распространенной является первая, поэтому ее чаще и применяют.

Виды чугуна

В общепринятой классификации разделяют по форме содержащегося углерода.

Белый

Называется так из-за характерного окраса скола. Углерод C содержится в виде цементита

(формула Fe3C), образующегося при остывании расплава. Твердый тугоплавкий материал.

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

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

Применяется в качестве сырья для получения ковкого.

Серый

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

Свойства и структура сильно зависят от условий остывания после кристаллизации.

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

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

Серый чугун удобен для литых конструкций.

Отличается невысокой температурой отвердения, хорошей жидкотекучестью. Не склонен к образованию раковин.

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

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

Ковкий

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

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

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

Высокопрочный

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

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

Маркируются аналогично ковким, но с обозначением «ВЧ».

Передельный

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

Специальные

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

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

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

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

Характерные черты и свойства чугуна

Что такое напалм? состав и применение напалма
Этот металлический сплав обладает такими свойствами:

  1. Физические свойства: удельный вес, действительная усадка, коэффициент линейного расширения. Например, содержание углерода в чугуне напрямую влияет на его удельный вес.
  2. Тепловые свойства. Теплопроводность обычно рассчитывают по правилу смещения. Для твердого состояния металла объемная теплоемкость составляет 1 кал/см3*оС. Если металл находится в жидком состоянии, то она примерно равна 1,5 кал/см3*оС.
  3. Механические свойства. Примечательно, что на эти свойства влияет как сама основа, так и форма и размеры графита. Серый чугун с перлитной основой является наиболее прочным, а с ферритной — самым пластичным. Пластинчатая форма графита характеризуется максимальным снижением прочности, в то время как у шаровидной формы это снижение минимально.
  4. Гидродинамические свойства. Наличие в составе марганца и серы влияет на вязкость материала. Также она имеет свойство увеличиваться, когда температура сплава переходит точку начала затвердевания.
  5. Технологические свойства. Этому металлу характерны отличные литейные качества, а также стойкость к износу и вибрации.
  6. Химические свойства. По мере убывания электродного потенциала структурные составляющие сплава располагаются в следующем порядке: цементит — фосфидная эвтектика — феррит.

На свойства сплава также оказывают влияние специальные примеси:

  • Добавление серы значительно уменьшает текучесть и снижает тугоплавкость.
  • Фосфор позволяет изготовить изделия разнообразной формы, но при этом уменьшает его прочность.
  • Добавление кремния уменьшает температуру плавления материала, а также заметно улучшает литейные свойства. Содержание кремния в различном процентном соотношении дает возможность получить сплавы разного цвета: от ферритного до чисто белого.
  • Присутствие в сплаве марганца значительно повышает твердость и прочность материала, но при этом ухудшаются его литейные и технологические качества.
  • Кроме этих примесей в состав сплава могут также входить иные компоненты. В таком случае материалы называют легированными. Чаще всего к чугуну примешиваются титан, алюминий, хром, медь и никель.

Достоинства и недостатки материала

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

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

Преимущества:

  1. Умеренная стоимость.

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

  2. Превосходные литейные качества.

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

  3. Изделия прочны, с твердой поверхностью, износостойки.
  4. Используемые в машиностроении составы поддаются обработке резанием.
  5. Долговечны.

    В том числе в сантехнических, канализационных деталях.

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

Недостатки:

  1. Из-за высокого содержания углерода хрупок. Мало пригоден для обработки давлением. Из отдельных марок получают кованые изделия отменного качества. Но это скорее работа штучная и в индустриальных масштабах нерентабельная.
  2. Сварка допускается только в крайних случаях. Технология довольно сложна, велик риск возникновения дефектов.
  3. Изделия всегда массивны. Не получится тонкостенная конструкция, так как не выдержит собственного веса и изготовить не удастся.
  4. Легко окисляется во влажной среде. Насквозь не проржавеет из-за неизбежной монументальности, но вид приобретет неопрятный. Детали, расположенные на открытом воздухе, нуждаются в коррозионно стойком покрытии.

Преимущества и слабые стороны чугуна

Реле рэс-22. определение контактов, содержание драгметаллов

Чугунные сковороды лучше алюминиевых и практичнее стальных. Основные преимущества:

  • Равномерный нагрев – посуда нагревается до одинаковой температуры на разных участках. Это препятствует прилипанию и пригоранию продуктов.
  • Высокая теплоемкость – за счет пористой структуры сковорода долго остается горячей, сохраняя температуру приготовленных блюд.
  • Естественные противопригарные свойства. Даже если ничего не делать, со временем поверхность чугунной посуды становится антипригарной. Поры закрываются жиром, который при высоких температурах меняет свои свойства и превращается в гладкую пленку.
  • Толстое дно – по умолчанию литая чугунная сковорода имеет толстое дно и утолщенные стеки. Тонкого чугуна не бывает. А значит, блюда защищены от сгорания, обогревшей корочки и сырой середины.

К слабым сторонам чугунной кухонной утвари можно отнести:

  • Большой вес – тяжелые сковороды создают сложности не только при готовке, но и при хранении.
  • Хрупкость – изделия с высокой вероятностью разбиваются при падении.
  • Непереносимость температурных контрастов – если налить в раскаленную сковородку холодную воду, она может треснуть.
  • Склонность к образованию ржавчины – если оставить посуду мокрой, она поржавеет.

Чугунные сковороды удобны для приготовления, но в них нельзя хранить приготовленную пищу. Остатки нужно сразу переложить в другую емкость.

Производство чугуна

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

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

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

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

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

.

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

Применение ковкого чугуна

Нашли свое применение детали из ковкого чугуна и в электрической промышленности. Из него изготавливают:

  1. Клеммы;
  2. Крючья изоляторов;
  3. Державки проводов.

Такие изделия прекрасно справляются с силовыми нагрузками, они могут изгибаться при механическом воздействии.

В текстильном машиностроении, ковкий чугун используется при изготовлении:

  1. Шестерен;
  2. Вилок
  3. Спиц;
  4. Деталей, для бумагопрядильных машин.

Иначе говоря, для деталей, испытывающих большие статические нагрузки, подвергающиеся трению и быстрому износу. Для таких изделий применяют антифрикционный ковкий чугун, способный создавать минимальное трение, там, где имеется максимальный контакт деталей.

Ковкий чугун используется и в сантехнических изделиях. Из него изготавливают:

  1. Водопроводные отводы;
  2. Фланцевые переходники;
  3. Задвижки;
  4. Радиаторы отопления.

Эти изделия могут работать длительное время в водной среде.

Газовые системы используют ковкий чугун для изготовления выпуска фитингов, соединяющих трубы, где имеют место всевозможные разветвления.

Самые разные марки ковкого чугуна нашли широкое применение в ландшафтном дизайне, когда происходит формирование декорирующих деталей:

  1. Оригинальные изгороди;
  2. Скамейки;
  3. Ворота;

Применяется такой сплав и в мебельной промышленности, для элементов, на которые могут влиять атмосферные осадки:

  1. Террасная мебель;
  2. Беседки.

Из него изготавливаются детали для бытового оборудования:

  1. Ванн;
  2. Стиральных машин;
  3. Газовых плит;
  4. Сковородок;
  5. Котелков.

Очень много деталей автомобилей сделаны из ковкого чугуна. К ним относятся:

  1. Приводы;
  2. Колесные ступицы
  3. Шестерни;
  4. Картеры;
  5. Кронштейны двигателей;
  6. Катки;
  7. Тормозные колодки;
  8. Накладки;
  9. Балансиры
  10. Карданные валы;
  11. Коллекторы.

Не обходится и судостроение без ковкого чугуна. При изготовлении оборудования для кораблей, КЧ применяется для производства:

  1. Иллюминаторов;
  2. Мачтовых скоб;
  3. Уключин;
  4. Брештук;
  5. Водяной арматуры.

Не забыт ковкий чугун и в железнодорожной промышленности. При строительстве вагонов из него изготавливают:

  1. Запасные части к воздушным тормозам;
  2. Подшипники;
  3. Кронштейны
  4. Тяговые и сцепные системы;
  5. Скобы.

Уже много веков человечество использует чугун, сегодня практически каждый человек имеет дело с таким сплавом. Он отличается высокой прочностью и имеют относительно невысокую стоимость. Единственным недостатком чугунных деталей является их хрупкость. Но, при правильной технологии получения чугуна, этот недостаток минимизируется, поэтому чугунные детали так широко применяются в вышеописанных отраслях промышленности.

https://youtube.com/watch?v=QaZ8bCK4ipE

Получение стали

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

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

.

Лишний углерод удаляется.

Также используются электродуговые и индукционные печи.

Технология получения чугуна

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

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

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

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

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

Свариваемость чугуна

Чугун является трудносвариваемым сплавом. Трудности при сварке чугуна обусловлены его химическим составом, структурой и механическими свойствами, при сварке чугуна необходимо учитывать следующие его свойства: жидкотекучесть, поэтому сварка выполняется только в нижнем положении; малая пластичность, характеризующаяся возникновением в процессе сварки значительных внутренних напряжений и закалочных структур, которые часто приводят к образованию трещин; интенсивное выгорание углерода, что приводит к пористости сварного шва; в расплавленном состоянии чугун окисляется с образованием тугоплавких оксидов, температура плавления которых выше, чем чугуна. Сварка чугуна применяется в основном для исправления литейных дефектов, при ремонте изношенных и поврежденных деталей в процессе эксплуатации и при изготовлении сварных конструкций.

Области применения чугуна. | CNC Motors

Чугун широко используется при производстве изделий различного назначения. Главные качества чугуна – дешевизна, хорошие литейные качества, прочность и твёрдость.

Чугун используется там, где необходимо получить детали сложной формы и достаточной прочности. Например – станины станков, корпусные детали или художественные чугунные ограды.

Всем хорошо известны художественные украшения набережных Санкт-Петербурга, выполненные из чугунного литья. Не менее красиво оформлены ажурные литые ворота Зимнего дворца, а также другие памятники.

В автомобильной промышленности из чугуна получают блоки цилиндров двигателей внутреннего сгорания (на современном производстве используют чугун с вермикулярным графитом), а также коленчатые валы дизельных двигателей.

Чугун широко используется в сантехническом оборудовании – из чугуна делают ванные, раковины и кухонные мойки, а также отопительные радиаторы, трубы и фитинги.

Например, ванные из чугуна очень ценятся знатоками за их надёжность, прочность и неприхотливость в эксплуатации. Такие ванные могут служить десятилетиями, сохраняя первоначальный вид без изменений.

Литьё с последующим фрезерованием

Основная масса изделий из чугуна производится литьём с последующей обработкой резанием (фрезерованием).

Например, массивная станина станка отливается в форму, имеющую невысокую точность. После получения отливки ответственные части станины обрабатываются дополнительно, при помощи фрезерования, для получения высокой точности и отличного качества поверхности.

Такими местами, требующими дополнительной обработки, обычно являются – плоскости, отверстия, посадочные места для присоединения шпинделя и других деталей будущего станка и т.д.

Фрезы для обработки чугуна

Для качественной и производительной обработки чугун должен обрабатываться с соблюдением требуемых режимов резания, качественными фрезами. Какие фрезы и режимы фрезерования выбирать – желательно уточнять у специалистов.

Получить консультацию можно, позвонив по телефону 8 (499) 653-52-64, либо отправив сообщение со специальной страницы нашего сайта. Получение консультации – гарантируется!

Только надёжные концевые фрезы – девиз нашей компании! С наилучшими пожеланиями, компания CNC Motors.

cncmotors.ru

Комплексное влияние химического состава чугуна на структуру отбеленного слоя долота чизельного плуга Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

УДК 621.785.5

КОМПЛЕКСНОЕ ВЛИЯНИЕ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА ЧУГУНА НА СТРУКТУРУ ОТБЕЛЕННОГО СЛОЯ ДОЛОТА ЧИЗЕЛЬНОГО ПЛУГА

IRON CHEMICAL COMPOSITION INTEGRATED INFLUENCE ON CHISEL PLOW BITS BLEACHED LAYER STRUCTURE

Л.В. Костылева, доктор технических наук, профессор Д.С. Гапич, доктор технических наук, доцент В.А. Моторин, кандидат технических наук Д.Б. Курбанов, аспирант

L.V. Kostyleva, D.S. Gapich, V-А. Motorin, D.B. Kurbanov

Волгоградский государственный аграрный университет Volgograd State Agricultural University

Повышение износостойкости рабочих органов почвообрабатывающих машин – актуальная проблема АПК. Приведены результаты экспериментального исследования по влиянию основных компонентов состава – кремния и марганца, на глубину и структуру отбеленного слоя. Выполнен термодинамический анализ влияния на отбеливаемость чугуна всего легирующего комплекса в целом. В данном анализе на основе расчета комплексной характеристики – кремниевого эквивалента эвтектики, были учтены основные факторы формирования эвтектической структуры в условиях неравновесной кристаллизации, такие как: мик-роликвационные процессы, реальное переохлаждение и изменение термодинамической активности углерода в эвтектической жидкости под действием всех компонента состава. Предложено изготовление долота чизельного плуга литьём из нелегированного высокопрочного чугуна с отбеленной рабочей поверхностью и даны рекомендации по оптимальному составу чугуна. Для повышения износостойкости и технического ресурса долота чизельного плуга рекомендуется изготавливать их из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом с содержанием углерода 3,3-3,6 %, кремния 1,20-1,55 % и марганца 0,6…0,9 %, литьем в песчано-глинистые сырые формы с применением металлических (стальных) холодильников или отбеливающих красок на основе теллура.

Increased durability of soil cultivating machines working bodies is an actual problem in Agricultural Industrial Complex. The results of experimental studies on the main composition components – silicon and manganese influence on the depth and structure of the bleached layer are given here. A thermodynamic analysis of the impact on the bleaches iron bridge just dopant complex as a whole was made. This analysis on the basis of calculation of the integrated features – silicon equivalent eutectic, considered the main factors eutectic structure formation in a non-equilibrium crystallization conditions, such as: microsegregation processes, real overcooling and the thermodynamic carbon activity change in eutectic fluid under the influence of all composition components. The chisel plow drill manufacture by casting of non-alloy high-strength iron with bleached worktop was proposed and recommendations on the optimal composition of the cast iron were given. For higher-durability and maintenance of the resource chisel plow drill it is recommended to make them from ductile iron with spherical graphite with a carbon content of 3.3-3.6%, 1.201.55 % silicon and manganese 0.6 … 0 9 %, by casting in sand molds using raw metal (steel) refrigerators or bleaching tellurium based inks.

Ключевые слова: долото чизельного плуга, абразивная износостойкость, высокопрочный чугун, отбеленный слой.

Key words: chisel plough drill, abrasive wear resistance, high strength cast iron, bleached layer.

Введение. В концепции современного землепользования для поддержания высокого плодородия почвы, улучшения влагонакопления, водопроницаемости и аэрации верхних и нижних её слоёв необходимо периодическое разрушение пахотной платформы путем глубокой безотвальной вспашки, для которой используют чизельные плуги, обеспечивающие глубину рыхления до 1,2 м [7].

Твердость и сопротивление почвы движению рыхлителя с увеличением глубины рыхления прогрессивно возрастают, в нижних горизонтах обработки часто встречаются камни, что многократно повышает требования к абразивной износостойкости, прочности и ударостойкости рабочих органов почвообрабатывающих машин. В то же время многие из них имеют крайне малый ресурс. Так, например, в работе [2] показано, что наработка на отказ долот плуга при обработке почв разного вида и физического состояния составляет от 5 до 20 га.

В этой связи исследования, направленные на повышение эксплуатационных характеристик наиболее нагруженной детали чизельного плуга – долота, весьма актуальны и необходимы для развития высокоэффективных агротехнических технологий.

В отечественном и зарубежном сельхозмашиностроении для изготовления долота плуга-рыхлителя используют преимущественно сортовой прокат углеродистой или малолегированной стали. Износостойкость режущих элементов долота, как правило, обеспечивают объёмной или локальной закалкой (при достаточном содержании углерода в стали) или наплавкой различными износостойкими материалами.

В работах отечественных и зарубежных исследователей [6, 9, 5, 1, 8] на интенсивно изнашиваемую поверхность рабочих органов почвообрабатывающих машин рекомендовано нанесение наплавок керамики на основе оксида алюминия, нитрида или карбида кремния; хромистого чугуна; твердых сплавов или сплавов типа Сормайт, которые действительно способны увеличить износостойкость. Но эти наплавки, как правило, очень дороги и многократно увеличивают себестоимость изготовления деталей [3].

В то же время в различных отраслях машиностроения тяжелонагруженные детали, работающие в условиях интенсивного износа и испытывающие ударные нагрузки (лемеха плугов, прокатные, мукомольные и прочие валки, ободья вагонных колёс, носики коромысел клапанов и др.), изготавливают литьем из серого или высокопрочного чугуна с отбелом рабочей поверхности.

Материалы и методы. Конструктивные особенности и условия эксплуатации долота чизельного плуга, предъявляющие повышенные требования преимущественно к абразивной износостойкости материала, позволяют рассматривать изготовление его из высокопрочного чугуна с отбеленной рабочей поверхностью в качестве оптимальной замены стальному долоту с наплавкой.

Преимущества литейной технологии изготовления долота из высокопрочного чугуна с отбелом состоят:

– в достижении высокой износостойкости рабочей поверхности за счет высокого содержания в структуре отбеленного слоя эвтектических карбидов с твердостью > 800 НВ и ударостойкости несущей части отливки со структурой графитизированного чугуна с шаровидным графитом;

– в получении практически готовой детали с упрочненной поверхностью в состоянии после литья, исключающем необходимость в проведении упрочняющей обработки закалки или наплавки, а также не требуещем выполнения сварки для долот с боковым креплением;

– в снижении себестоимости производства.

При этом необходимый уровень общей прочности литого долота в целом, сопротивление ударным нагрузкам и скалыванию отбеленного слоя, которые возникают при эксплуатации, могут быть обеспечены при широкой зоне перехода от структуры чисто белого чугуна упрочненного слоя к структуре графитизированного чугуна основного тела отливки. Получение отбеленных отливок основано на возможности кристаллизации чугуна по стабильной или метастабильной системам в зависимости от состава металла, скорости охлаждения и других факторов, влияющих на состояние жидкого металла, в частности на наличие в нем зародышей графитовых кристаллов.

ИЗВЕСТИЯ’

№ 2 (42), 2016

НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА: НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ

Структуру белого чугуна в локальных зонах отливки получают увеличением скорости охлаждения в этих зонах с помощью установленных в литейную форму металлических холодильников или окрашиванием литейной формы краской с карбидооб-разующими элементами, например, теллуром. Кроме того, отбеленный слой можно получить нагревом до расплавления упрочняемых частей отливки с последующим быстрым охлаждением – Элотерм-процесс [2].

На склонность нелегированного чугуна к отбелу, т. е. на толщину и структуру отбеленного слоя (при фиксированной скорости охлаждения) максимальное влияние оказывает соотношение содержания углерода, кремния и марганца и других элементов в составе металла.

Для выбора оптимального состава чугуна для отливок долота плуга с отбеленным рабочим слоем было выполнено исследование комплексного влияния содержания основных его компонентов – кремния и марганца на глубину и характер отбеленной зоны литых образцов клиновидной формы, залитых в сырую песчано-глинистую форму острым краем на металлическую плиту.

Исследование проводилось на серии опытных плавок чугуна, выплавленного в лабораторной индукционной печи, с фракционной разливкой металла. Содержание углерода выдерживалось на высоком уровне 3,3…3,6 %, чтобы обеспечить образование возможно большего количества эвтектического цементита и высокую твердость отбеленного слоя, содержание серы не превышало 0,05 %.

В ходе каждой плавки, изначально низкомарганцевого и низкокремнистого чугуна варьировали содержание марганца и кремния дробными добавками сначала первого, а затем второго элемента. После каждой добавки отбирали пробу на химический анализ и заливали опытный образец для изучения характера отбела.

Результаты. Твердость отбеленной части образцов в зоне чисто белого чугуна для всех фракций была примерно одинаковой и составляла 60-62,5НЯС. Твердость основного тела отливки (зона графитизированного чугуна) и глубина отбела, измеренная до появления первых включений графитовой эвтектики, показаны на рисунке 1.

Рисунок 1 – Изменение твердости и глубины отбела чугуна при последовательном увеличении содержания марганца (слева), а затем содержания кремния (справа)

На первом этапе опытной плавки по мере увеличения в чугуне содержания марганца, добавляемого в ванну печи, твердость и глубина отбела экспериментальных отливок, залитых из каждой фракции этой плавки, постепенно повышались.

223

Затем, когда в расплав с постоянным повышенным содержанием марганца, достигнутым в конце первого этапа эксперимента, вводили дробными порциями ферросилиций, глубина отбела и твердость постепенно уменьшались. При этом глубина от-бела вернулась практически к исходному значению, а твердость оказалась заметно выше исходной, очевидно за счет легирования феррита кремнием.

Оптимальная для упрочнения долота чизеля глубина отбеленного слоя 18… 22 мм и приемлемый уровень твердости графитизированной части отливки <260 НВ, позволяющий выполнять необходимые операции механической обработки резанием, были получены в чугуне с содержанием кремния 1,21.. .1,53 % и марганца 0,6.. .0,9 %.

Однако на такой важный структурный параметр, как характер переходной зоны, марганец и кремний оказывают разное влияние. На рисунке 2 представлены характерные структуры изломов опытных образцов одной из фракционно легированных плавок.

Рисунок 2 – Изменение структуры изломов образцов чугуна одной фракционно разлитой плавки, в которой с 1-й по 5-ю фракции постепенно увеличивали содержание марганца, а с 6-й по 9-ю – содержания кремния

В чугуне этой плавки содержание марганца от фракции 1 до фракции 5 повышалось с 0,19 до 1,05%, а затем во фракциях с 5-й по 9-ю при постоянном марганце увеличивалось содержание кремния с 1,4% до 2,1%.

Как видно из рисунка 2 глубина отбела неуклонно растет от 1-го до 5-го образца, а затем, начиная с 6-го и по 9-й образец, снижается и доходит практически до исходного уровня. Но при этом отбел чугуна с высоким содержанием кремния (фракции 7-9) характеризуется резким переходом от белого чугуна к графитизированному, что может вызвать растрескивание и скалывание отбеленного слоя.

Влияние химического состава на структурообразование чугуна имеет ряд термодинамических и термокинетических закономерностей, определяющих формирование структуры эвтектики.

Во-первых, первичная дендритная кристаллизация аустенита сопровождается протеканием микроликвационных процессов, под действием которых происходит перераспределение компонентов чугуна между сосуществующими фазами, и поэтому эвтектическая жидкость, химический состав которой, собственно, формирует структуру эвтектики белого или серого чугуна, значительно отличается от исходного расплава.

Особенностью дендритной кристаллизации чугуна является ликвационная поляризация сосуществующих твердой и жидкой фаз по содержанию компонентов противоположно влияющим на термодинамическую активность углерода в растворах, ас: первичный аустенит обогащается графитизирующими элементами, повышающими ас: а жидкость – карбидообразующими (отбеливающими) элементами, которые снижают ас:

Содержание каждого элемента г в эвтектической жидкости, можно рассчитать по формуле [9]:

гэВТ _ С&1 – ^зф/д)

.п=- 0,2).

Просуммировав кремниевые эквиваленты компонентов, которые могут принимать значения как больше, так и меньше 0, получаем комплексную характеристику состава эвтектики, кремниевый эквивалент эвтектики:

г/- ПЭВТ _ 1/Ч/-ЭВТ

— ¿ЛсЧ •

Кремниевый эквивалент эвтектики позволяет оценить влияние изменений состава чугуна к отбелу. Чем меньше кремниевый эквивалент эвтектики, тем больше будет глубина отбела, и тем при меньшей скорости охлаждения в отливке графитизированно-го чугуна появится отбел. В таблице 1 приведены химический состав, результаты расчетов кремниевого эквивалента эвтектики и исследования структуры отбеленной зоны на изломах опытных образцов, отлитых из каждой фракции опытной плавки. При исследовании структуры излома определяли глубину полного отбела со структурой ледебу-ритной эвтектики I и глубину отбела, включающую и переходную зону, Ь.

Таблица – Химический состав, глубина отбелённого слоя и кремниевый эквивалент

эвтектики в образцах, отлитых из опытной плавки чугуна с фракционной разливкой

№ образца Глубина отбела, мм Химический состав чугуна, % Объёмная доля дендритов Кремниевый эквивалент эвтектики

Полного с ледебу-ритной структурой, 1, мм включая переходную зону, Ь, мм Доля переходной зоны,% Мп 81 Мп

1 14 34 59 1,46 0,19 7,68 0,45 0,70

2 16 38 57 1,46 0,41 3,56 0,45 0,64

3 19 40 53 1,46 0,65 2,25 0,48 0,50

4 22 50 56 1,46 0,90 1,62 0,48 0,44

5 24 59 59 1,46 1,05 1,39 0,49 0,37

6 9 37 49 1,73 1,05 1,65 0,44 0,67

7 16 22 27 1,89 1,05 1,80 0,38 0,95

8 11 13 18 2,12 1,05 2,02 0,33 1,26

9 10 11 9 2,40 1,05 2,29 0,28 1,61

Обсуждение. Представленная на рисунке 3 диаграмма изменений глубины полного отбела и кремниевого эквивалента эвтектики во фракциях одной опытной плавки, свидетельствует, что одинаковый уровень глубины отбела может быть получен как при низком, так и при повышенном содержании и Мп в составе чугуна, но при одинаковом значении кремниевого эквивалента эвтектики, например во 2-й и 6-й фракциях.

ИЗВЕСТИЯ’

№ 2 (42), 2016

НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА: НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ

Номер фрашнн

Рисунок 3 – Изменение глубины полного отбела и кремниевого эквивалента эвтектики во фракциях одной опытной плавки

Графическая интерпретация зависимости глубины отбела и характера структуры отбеленной зоны от кремниевого эквивалента эвтектики [Сц\™т, рисунок 4, показывает, что при значениях кремниевого эквивалента эвтектики в пределах 1,05.”растет умеренными темпами от 9 до 30 %.

Рисунок 4 – Зависимость глубины полного отбела (кривая 1) и доли переходной зоны в общей толщине отбеленного слоя (кривая 2) от кремниевого эквивалента эвтектики

При уменьшении кремниевого эквивалента эвтектики с 1,05 до 0,35% глубина полного отбела увеличивается в два раза, достигая величины ~24 мм. При этом резко возрастает ширина переходного слоя, при кремниевом эквиваленте эвтектики <0,7% она составляет 50.60% от общей толщины отбеленного слоя.

Формирование отбеленной части отливки, в которой толщина слоя полного отбела с ледебуритной структурой составляет 20-25 мм и имеет примерно такую же по ширине переходную зону со структурой половинчатого чугуна, наиболее предпочтительно для упрочнения рабочей зоны долота чизельного плуга. Такая толщина износостойкого отбеленного слоя является достаточной для обеспечения необходимого ресурса долота, а плавный переход к основному металлу необходим, чтобы противостоять растрескиванию и скалыванию упрочненного слоя под действием возможных при эксплуатации динамических нагрузок.

Заключение. Таким образом, исходя из условий эксплуатации рабочих органов чи-зельного плуга, которые подвергаются интенсивному абразивному износу и возможным ударным нагрузкам, а также принимая во внимание характер изменения структуры отбеленного и переходного слоя в ходе фракционной плавки (рисунок 2) и результаты анализа изменений термодинамических характеристик чугуна, можно сделать следующие выводы:

– глубина полного отбела может быть одинаковой в отливках из чугуна с различными составами, но при одинаковом воздействии на термодинамическую активность углерода в эвтектическом расплаве всего комплекса содержащихся в нем компонентов, для характеристики которого введена расчётная комплексная величина кремниевый эквивалент

– для формирования оптимальной глубины и структуры износостойкого отбеленного слоя и сердцевины отливок следует использовать низкомарганцевые и низкокремнистые композициии высокопрочного чугуна с низким значением кремниевого эквивалента эвтектики;

– для повышения износостойкости и технического ресурса долота чизельного плуга рекомендуется изготавливать их из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом с содержанием углерода 3,3-3,6%, кремния 1,20-1,55 % и марганца 0,6.0,9 %, литьем в песчано-глинистые сырые формы с применением металлических (стальных) холодильников или отбеливающих красок на основе теллура.

Библиографический список

1. Бернштейн, Д.Б. Износостойкость лемехов, зонально упрочненными твердыми сплавами [Текст]/ Д.Б. Бернштейн, И.В. Лискин // Тракторы и сельскохозяйственные машины. -1988. – №9. – С. 24-26.

2. Иванов, В.Н. Словарь-справочник по литейному производству [Текст]/ В.Н. Иванов.

– М.: Машиностроение, 1990. – 384 с.

3. Иголкин, А.И. Абразивостойкие наплавленные плиты и трубы для горной техники [Текст]/ А.И. Иголкин, Ю.В. Зеленин // Горный журнал. – 2011. – №2. – С. 57-59.

4. Ильинский, В.А. Оценка качества серого чугуна по кремниевому эквиваленту химического состава [Текст]/ В.А. Ильинский // Литейное производство. – 1987. – №4. – С. 3-5.

5. Кожухова, Н. Ю. Наплавочное армирование рабочих органов почвообрабатывающих машин, эксплуатирующихся на тяжелых почвах [Текст] : автореф. дис. канд. техн. наук / Н. Ю. Кожухова. – М., 2011.

6. Новиков, В. С. Обеспечение долговечности рабочих органов почвообрабатывающих машин [Текст] : автореф. докт. техн. наук / В.С. Новиков. – М., 2008.

7. СТБ 1388-2003 Плуги тракторные лемешные общего назначения. Общие технические условия [Текст]. – Минск: Белорусский государственный институт стандартизации и сертификации (БелГИСС), 2003. – 12 с.

8. Хасуи, А. Наплавка и напыление [Текст]: пер. с яп. В.Н. Попова / А. Хасуи, О. Мори-гаки. – М.: Машиностроение, 1988. – 240 с.

9. Dallaire, S. Development of Cored Wires for Improving the Abrasion Wear Resistance of Austenitic Stainless Steel / S. Dallaire and H. Levert // Journal of Thermal Spray Technology. – 1997.

– № 6(4). – P. 456 – 462.

10.Il’inskii V.A. Mechanism of Microsegregation in Iron-Carbon Alloys and New Possibilities in Foundry Technology/ V.A. Il’insrii, A.A. Zhukov, L.V.Kostyleva// Cast Metals, 1990, v.3, №1.

Reference

1. Bernshtejn, D.B. Iznosostojkost’ lemehov, zonal’no uprochnennymi tverdymi splavami [Tekst]/ D.B. Bernshtejn, I.V. Liskin // Traktory i sel’skohozjajstvennye mashiny. – 1988. – №9. – P. 24-26.

2. Ivanov, V.N. Slovar’-spravochnik po litejnomu proizvodstvu [Tekst]/ V.N. Ivanov. – M.: Mashinostroenie, 1990. – 384 p.

3. Igolkin, A.I. Abrazivostojkie naplavlennye plity i truby dlja gornoj tehniki [Tekst]/ A.I. Ig-olkin, Ju.V. Zelenin // Gornyj zhurnal. – 2011. – №2. – P. 57-59.

4. Il’inskij, V.A. Ocenka kachestva serogo chuguna po kremnievomu jekvivalentu himich-eskogo sostava [Tekst]/ V.A. Il’inskij // Litejnoe proizvodstvo. – 1987. – №4. – P. 3-5.

5. Kozhuhova, N. Ju. Naplavochnoe armirovanie rabochih organov pochvoobrabatyvajushhih mashin, jekspluatirujushhihsja na tjazhelyh pochvah [Tekst] : avtoref. dis. kand. tehn. nauk / N. Ju. Kozhuhova. – M., 2011.

6. Novikov, V. S. Obespechenie dolgovechnosti rabochih organov pochvoobrabatyvajushhih mashin [Tekst]: avtoref. dokt. tehn. nauk /V.S.Novikov. – M., 2008.

7. STB 1388-2003 Plugi traktornye lemeshnye obshhego naznachenija. Obshhie tehnich-eskie uslovija [Tekst]. – Minsk: Belorusskij gosudarstvennyj institut standartizacii i sertifikacii (BelGISS), 2003. – 12 p.

8. Hasui A. Naplavka i napylenie [Tekst]/ Per. s jap. V.N.Popova / A.Hasui, O. Morigaki // M.: Mashinostroenie, 1988. – 240 p.

9. Dallaire, S. Development of Cored Wires for Improving the Abrasion Wear Resistance of Austenitic Stainless Steel [Tekst]/ S. Dallaire and H. Levert // Journal of Thermal Spray Technology. -1997. – № 6(4). – P. 456-462.

10. Il’inskii, V.A. Mechanism of Microsegregation in Iron-Carbon Alloys and New Possibilities in Foundry Technology [Tekst]/ V.A. Il’insrii, A.A. Zhukov, L.V. Kostyleva// Cast Metals. -1990. – Vol.3. – №1.

E-mail: [email protected]

УДК 631.6.03:544.6.018.2

МОДЕЛИРОВАНИЕ СОСТОЯНИЯ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИ АКТИВИРОВАННОЙ ВОДЫ И РАСТВОРОВ В СИСТЕМЕ КАПЕЛЬНОГО ОРОШЕНИЯ

ELECTROCHEMICAL ACTIVATED WATER AND SOLUTIONS CONDITIONS MODELING IN DRIP IRRIGATION SYSTEM

С.Я. Семененко, доктор сельскохозяйственных наук М.Н. Лытов, кандидат сельскохозяйственных наук А.Н. Чушкин, научный сотрудник

S.Y. Semenenko, M.N. Lytov, A.N. Chushkin

ФГБНУ Поволжский НИИ эколого-мелиоративных технологий, г. Волгоград

FSBI Volga Research Institute of Ecological and reclamation technologies, Volgograd

Исследования, основные результаты которых приводятся в настоящей работе, проводятся авторами в рамках решения актуальных задач проектирования систем капельного орошения с модулем электрохимической активации оросительной воды. Рабочей гипотезой исследований стало предположение о необходимости при проектировании систем капельного орошения с модулем электрохимической активации учета релаксации электрохимически активированной воды в процессе движения от установки-активатора к капельным водовыпускам. В рамках концепции решения задачи учета релаксационных процессов авторами предлагается использовать разработанную и апробированную модель состояния электрохимически активированной воды в системе капельного орошения. Моделирование состояния электрохимически активированной воды и водных растворов минеральных удобрений в системе капельного орошения проводится на основе имитации двух неразрывно связанных процессов: движения воды в системе напорных водоводов капельного орошения и динамики изменения активационного потенциала электрохимически обработанной воды и приготовленных на ее основе растворов. Синхронизация результатов моделирования указанных процессов позволяет эффективно прогнозировать активационный потенциал электрохимически активированной воды или растворов для любой заданной координаты в системе напорных водоводов капельного орошения. Экспериментальная проверка результатов моделирования показали, что максимальные различия модельных и опытных средних не превышают 1,5 % от уровня активации по окислительно-восстановительному потенциалу и 6,7 % – по водородному показателю.

Research, the results of which are given in on-standing work conducted by the authors in solving of actual problems of design of drip irrigation systems with a module of electrochemical activation of irrigation water. The working hypothesis of the research was the assumption about the necessity in the design of drip irrigation systems with a module of electrochemical activation account for the relax-

Литейный чугун – это… Что такое Литейный чугун?

(Giesserei-Roheisen, fonte de moulage, foundry pig). — Чугун, представляющий материал для выделки железа и стали (см. Кричный передел и Литая сталь), применяется также в значительном количестве для изготовления прямо готовых изделий посредством отливки в земляные формы. Для последней цели употребляются так наз. Л. чугуны, которые должны удовлетворять следующим требованиям: быть легкоплавкими, чтобы при сравнительно низких температурах могли точнее выполнять форму; давать плотные и беспузыристые отливки; давать малое изменение объема при застывании изделия. Кроме того, сообразно назначению чугун должен давать отливки, обладающие требуемой твердостью, прочностью и упругостью. Поэтому для получения металла соответствующего качества чаще всего составляют шихту из различных сортов чугуна и переплавляют их в вагранке или пламенной печи. Только в редких случаях пользуются жидким чугуном из доменной печи. Находяшиеся в чугунах примеси углерода, марганца, кремния, фосфора, серы и т. п. сильно влияют на свойства отливок, поэтому литейщик для составления шихты должен знать как химический состав находящихся чугунов, так и влияние его на качество изделия. Самое большое влияние оказывает углерод, находящийся в чугуне в виде графита, карбида или углерода закала (см. Чугун). Каждая из этих трех форм вызывает различные свойства, изменяя структуру, цвет излома и другие качества чугуна. Отношение содержания этих 3-х видоизменений углерода зависит как от общего содержания углерода и совместного присутствия других примесей, так и от условий остывания чугуна при отливке. Медленное остывание жидкого или накаленного добела чугуна вызывает выделение графита и карбида, при быстром же охлаждении углерод преимущественно находится в виде углерода закала. На этом явлении основано получение серого или отбеленного чугуна, отжиг и закалка чугунных изделий. Графит, отлагаясь в виде постороннего рыхлого вещества, разрыхляет чугун, придает ему мягкость и способность легко обрабатываться резцом, но при содержании выше 2,5% графита понижается прочность и вязкость чугуна, и он делается непригодным к отливкам. Иногда чугун и в расплавленном состоянии выделяет графит, который вместе с частичками железа всплывает на поверхность, образуя так наз. спель (Gaarschaum). Такое явление сильно затрудняет отливку, потому что нарушает однородность и чистоту поверхности. Присутствие углерода закала сильно повышает твердость и прочность чугуна, но избыток его (выше 0,7%) влечет за собою понижение прочности и увеличение жесткости и хрупкости. В зависимости от количества карбида в чугуне уменьшается количество углерода закала, поэтому и влияние этого последнего уменьшается; чугун делается мягче и вязче. Кремний вытесняет углерод из соединения с железом и способствует выделению графита. При содержании углерода около 5% самое небольшое количество кремния (около 0,5%) уже в состоянии вызвать выделение графита. При содержании от 3,5-5% кремния и от 3,5-3% углерода почти все его количество превращается в графит. Чем больше кремния в чугуне, тем он меньше насыщается углеродом. Непосредственное действие кремния на чугун подобно действию углерода закала, только оно около 5 раз слабее. Для отливок, которые должны обладать прочностью, Л. чугуны, бедные углеродом, могут заключать больше кремния и наоборот. Это отношение, по Ледебуру, выражается приблизительно формулой: C+(S/1,5)=4,2 до 4,4, где С — полное содержание углерода, а S — кремния при условия, что S)1 и (3. Более высокое содержание кремния в Л. чугуне вредно влияет на прочность. Влияние марганца на соединение углерода с железом противоположно кремнию: оно препятствует образованию графита, следовательно, получению серого чугуна, и способствует большому поглощению углерода железом. Небольшие количества его понижают температуру плавления и увеличивают жидкоплавкость чугуна, большие наоборот. Вообще марганец, возвышая в значительной степени твердость и хрупкость отливок, считается ненужной примесью, однако в некоторых случаях желательно его присутствие в Л. чугуне, потому что он защищает железо и другие примеси при плавлении от окисления. Фосфор сильно влияет на качество чугуна: он увеличивает твердость, заметно уменьшает упругость и вязкость. Обнаруживается это дурное влияние фосфора в изделиях, подвергаемых изгибу, ударам или сотрясениям; такие изделия ломки и хрупки. Степень этого влияния растет с содержанием углерода закала и марганца и уменьшается с содержанием кремния, поэтому кремнистые чугуны менее чувствительны к вредному влиянию фосфора, чем чугуны марганцовистые. Для отливок, от которых требуется высокая прочность, хорошим считается чугун, не заключающий более 0,3% фосфора. Содержание фосфора в значительной степени увеличивает жидкоплавкость чугуна, вследствие чего он точнее выполняет форму изделия и по застывании получает более гладкую поверхность. Поэтому фосфористым чугуном часто пользуются, особенно при отливках изделий, служащих для украшений. Сера уменьшает степень насыщенности углеродом и препятствует выделению графита, т. е. способствует образованию белого чугуна, бедного углеродом. В присутствии серы чугун даже при высоких температурах остается густым и плохо заполняет форму. Поэтому для тонких отливок сернистые чугуны вовсе не употребляются. Содержание серы менее 0,1% увеличивает прочность и упругость. При отливках примеси чугунов часто выделяются и всплывают на поверхность беловатые, очень твердые вещества в виде шариков, которые носят название алмазного чугуна (Diamanteisen). Медь действует наподобие серы, но гораздо слабее.

В зависимости от содержания вышеупомянутых элементов и от влияния их на свойства Л. чугунов они разделяются по виду излома на серые и белые. В Л. деле употребляют главным образом только серый чугун, белые же идут в передел или иногда служат прибавкой к сильно кремнистым чугунам. Серый чугун по виду излома в разных местностях имеет разную нумерацию и разные названия. На юге России коксовый чугун сортируют на 6 номеров; на Урале древесноугольный — на 4 номера. Первые номера соответствуют самым темным и более кремнистым, причем № 1 древесноугольного чугуна соответствует по цвету № 3 коксовому. Таблица показывает химический состав различных сортов Л. чугунов.

——————————————————————————————————————————————————————–

Коксовые чугуны                         | Графита   | Всего            | Кремния   | Марганца   | Фосфора  | Серы    |

|                                                    |                 | углерода       |                 |                   |                 |             |

|——————————————————————————————————————————————————————-|

| Шотландский Coltnes № 1           | 3,30          | 3,50              | 3,50          | 1,58           | 0,98          | 0,02      |

|——————————————————————————————————————————————————————-|

| ” ” № 2                                        | 3,41          | 3,75              | 2,77          | 1,33           | 0,81          | 0,02      |

|——————————————————————————————————————————————————————-|

| ” ” № 3                                        | 2,54          | 2,82              | 2,16          | 0,67           | 0,51          | –           |

|——————————————————————————————————————————————————————-|

| Шотландский Langloan № 1         | 3,40          | 3,86              | 2,93          | 1,62           | 0,75          | 0,07      |

|——————————————————————————————————————————————————————-|

| Английский литейн. Clarance №   | 3,39          | 3,52              | 2,5           | 0,68           | 1,49          | 0,05      |

| 3                                                 |                 |                      |                 |                   |                 |             |

|——————————————————————————————————————————————————————-|

| Рейнский ” ” № 1                         | 3,16          | 3,65              | 2,11          | 0,97           | 0,85          | 0,02      |

|——————————————————————————————————————————————————————-|

| Английский ” Harrington № 1        | 3,75          | 4,10              | 3,22          | 0,16           | 0,07          | 0,05      |

|——————————————————————————————————————————————————————-|

Древесноугольный чугун             |                 |                      |                 |                   |                 |             |

|——————————————————————————————————————————————————————-|

| Уральский юрезанский серый №  | 3,15         | 3,65              | 1,08          | 1,05           | 0,05          | 0,04      |

| 1                                                 |                 |                      |                 |                   |                 |             |

|——————————————————————————————————————————————————————-|

| То же каменский литейный № 1   | 2,68          | 3,27              | 1,04          | 0,46           | 0,12          | –           |

|——————————————————————————————————————————————————————-|

| Шведский пушечный (Финспонг)  | 2,62          | 2,80              | 1,19          | –                 | 0,11          | 0,08      |

|——————————————————————————————————————————————————————-|

| ” литейный марки OGT                | 4,22          | 4,57              | 0,89          | –                 | –               | 0,03      |

|——————————————————————————————————————————————————————-|

| ” завода Сандвикен W. S. 3         | 3,65          | 4,09              | 0,93          | 0,65           | 0,02          | 0,02      |

|——————————————————————————————————————————————————————-|

| Английский ланкаширский           | 0,531        | 2,217             | 0,95          | –                 | –               | 0,015    |

——————————————————————————————————————————————————————–

При составлении шихты важно также знать изменение химического состава чугуна при переплавке его в вагранке или в отражательной печи. Чугун при расплавлении подвергается действию окислительных газов и теряет часть своих примесей, причем в пламенных печах эти потери более значительны, чем в вагранках. Больше всего окисляется марганец и кремний. Сера и фосфор совсем не выгорают, а от общего уменьшения примесей их процентное содержание даже увеличивается. Углерод в присутствии марганца и кремния тоже не окисляется, а, напротив, содержание его увеличивается от происходящей цементации вследствие непосредственного прикосновения плавящегося чугуна с коксом. Выгорание кремния сопровождает уменьшение графита, поэтому чугун после переплавки отбеливается, т. е. становится светлее и жестче. Опыты показали, что марганец защищает кремний от выгорания, как это видно из следующей таблицы, показывающей влияние переплавки чугуна в вагранке на химический состав и прочность чугуна.

————————————————————————————————————————————————————————–

|                     | Химический состав в %                                                                    | Сопртивление изгибу      |

|                     |————————————————————————————————————————————————–|

|                     | Кремния   | Графита   | Всего        | Марганца   | Фосфора  | Серы  | Сопротивл. в  | Прогиб в  |

|                     |                 |                 | углерода   |                   |                 |           | атмосферах  | мм.          |

|————————————————————————————————————————————————————————|

| Чугун до      | 2,30          | 2,35          | 3,10          | 2,00            | 0,29          | 0,06    | –                    | –              |

| переплавки  |                  |                 |                  |                   |                 |           |                      |                |

|————————————————————————————————————————————————————————|

| После 1-й     | 2,42          | 2,73          | 3,38          | 1,09            | 0,31          | 0,04    | 2250              | 22,0         |

|————————————————————————————————————————————————————————|

| ” 2-й             | 2,29          | 2,57          | 3,32          | 0,80            | 0,32          | 0,05    | 2500              | 22,4         |

|————————————————————————————————————————————————————————|

| ” 3-й             | 1,92          | 2,48          | 3,30          | 0,66            | 0,27          | 0,05    | 3010              | 28,1         |

|————————————————————————————————————————————————————————|

| ” 4-й             | 1,38          | 2,54          | 3,34          | 0,44            | 0,30          | 0,10    | 3585              | 27,1         |

|————————————————————————————————————————————————————————|

| ” 5-й             | 1,30          | 2,16          | 3,31          | 0,45            | 0,30          | 0,09    | 2805              | 16,0         |

|————————————————————————————————————————————————————————|

| ” 6-й             | 1,16          | 2,08          | 3,34          | 0,36            | 0,28          | 0,20    | 2100              | 11,7         |

————————————————————————————————————————————————————————–

Для получения отливки определенных размеров важно знать усадку металла, т. е. насколько он уменьшает свой объем при остывании, и сообразно с этим увеличить размеры модели. Чем больше выделяется при остывании графита, тем усадка меньше, и наоборот, углерод закала увеличивает ее. Из этого следует, что при медленном охлаждении усадка будет меньше, при быстром же больше. Она зависит также от того, при какой темп. чугун отливают. С величиною усадки тесно связаны внутренние натяжения, развивающиеся при остывании чугуна и вызывающие надрывы и трещины, особенно в предметах неодинаковой толщины. Поэтому для отливок те сорта чугуна заслуживают наибольшего доверия, которые обладают наименьшей усадкой. С увеличением удельного веса чугуна увеличивается усадка; для серого и белого чугуна удельный вес близок к 7,5. Средняя линейная усадка для серого чугуна равна около 1/96 части линейных размеров модели, для белого же чугуна принимается от 1/551/60. Количество растворенных газов в чугуне имеет также большое значение для отливок, потому что они влияют на плотность отливок. Это количество зависит главным образом от состава чугуна. Опыты показали, что чугуны, богатые содержанием кремния и углерода и бедные марганцем, как, например, серые графитистые чугуны, содержат наименьшее количество газов. Фосфористые чугуны также менее растворяют в себе газов, чем свободные от фосфора. Наконец, содержание серы в чугуне служит часто поводом пузыристости отливок. Зная, таким образом, состав чугуна и влияние составных частей на его свойства, легко подобрать соответствующую смесь разных сортов чугуна для данной отливки. Для этой цели кроме анализа пользуются часто определением свойства чугуна по виду излома, литьем пробных брусков и испытанием их прочности. В первом случае степень пригодности чугуна определяется крупностью зерна. Но так как величина зерна зависит также и от условий остывания, то этот способ не очень точен. Однако у одной и той же марки величина зерна возрастает с содержанием кремния и углерода. Хороший для переплавки Л. чугун имеет излом серого цвета, блестяще-зернистое сложение средней крупности и зерно без всяких проблесток белого чугуна. Более темные, почти черного цвета в изломе чугуны с крупным зерном обладают малою вязкостью — их употребляют только в смеси с чугунным ломом или с более твердыми сортами чугуна. Для более точного испытания смеси чугунов расплавляют, отливают в песок квадратные бруски длиною в 1 метр при стор. кв. 20-30 мм. Затем определяют величину усадки, вид излома и подвергают бруски пробе на изгиб. Для этой цели служат приборы, посредством которых нагрузка на брусок производится плавно, без ударов. Пропадающий при удалении нагрузки изгиб указывает на упругость чугуна, а остающийся — на его вязкость. По величине нагрузки, нужной для излома бруска, определяют прочное сопротивление в кгр. на кв. мм по формуле 4WK=Pl, K=Pl/(4W), где K — напряжение на кгр. на кв. мм, Р — нагрузка, l — расстояние между опорами, W — момент сопротивления сечения изгибу. Если брусок выдерживает меньше 25 кгр. на кв. мм, то это указывает, что к этому чугуну следует прибавить других сортов, увеличивающих прочность. Сопротивление в 35 кгр. указывает на значительную прочность. Сплавляя вместе несколько сортов в наиболее удобной пропорции, всегда можно регулировать свойства чугуна соответственно данной цели. Для мягких, небольших отливок употребляются более графитистые чугуны с содержанием около 2,5% графита и от 3,2-3,5% С. Для крупных, более сложных и медленно остывающих отливок, как, например, воздуходувных или паровых цилиндров, берутся чугуны около 2% Si. Для колонн, кронштейнов и балок и вообще предметов, от которых требуется большая прочность, должны употребляться чугуны с высоким сопротивлением, не заключающие в себе вредных примесей. Для этого употребляются часто сильнокремнистые чугуны с прибавкой хорошего чугунного лома или даже стали в такой пропорции, чтобы содержание кремния было от 1,2 до 1,5%. Прибавляя к серому чугуну ок. 10% стального лома, сопротивление излому можно увеличить от 20 до 25%. Для предметов из закаленного чугуна, как, например, прокатных валов, употребляются малокремнистые чугуны. Чугун, содержащий много кремния, дает крайне незначительную закалку. Вообще металл для производства закаленных отливок должен содержать не более 0,75% кремния, как можно меньше серы и фосфора, от 0,7-0,8% марганца, от 2,5 до 3% графита и около 0,5 до 0,7 соединенного углерода. Следующая таблица показывает зависимость глубины закала и прочность брусков от химического состава чугуна.

————————————————————————————————————————————————————————————————

|                  |                         |                  |                  |                  |            |                   |                  | Сопротивл.   | Прогиб   |

| №№          | Соединенного  | Графита    | Фосфора   | Кремния    | Серы   | Марганца    | Глубина    | изгибу в кгр. | до          |

| брусков     | углерода          |                  |                  |                  |            |                   | закала       | на кв. мм      | излома,  |

|                  |                         |                  |                  |                  |            |                   |                  |                     | в мм      |

|———————————————————————————————————————————————————————————————-|

| 1               | 0,41                 | 3,125         | 0,41          | 1,44          | 0,077   | 0,648          | 5               | 36,4              | 25          |

|———————————————————————————————————————————————————————————————-|

| 2               | 0,603                | 2,89          | 1,36          | 1,36          | 0,08     | 1,27            | 20             | 54,0              | 28          |

|———————————————————————————————————————————————————————————————-|

| 3               | 0,493                | 2,40          | 0,81          | 0,81          | 0,23     | 0,44            | 25             | 45,0              | 26          |

|———————————————————————————————————————————————————————————————-|

| 4               | 0,78                 | 2,84          | 0,60          | 0,60          | 0,08     | 0,99            | 40             | 43,0              | 14          |

|———————————————————————————————————————————————————————————————-|

| 5               | 0,54                 | 2,99          | 0,513         | 0,513         | 0,07     | 0,93            | 40             | 42,2              | 14,5       |

————————————————————————————————————————————————————————————————

3. Производство передельного чугуна, физико-химические основы выплавки передельного чугуна

1. Технологические св-ва ме и сплавов.

Основные свойства металлов и сплавовФизические свойства металлов.Плотность— количество вещества, содержащееся в единице объема.Температура плавления— температура, при которой нагреваемый металл или сплав переходит из твердого в жидкое состояние.Удельная теплоемкость— количество теплоты, которое необходимо для повышения температуры единицы массы металла на 1° С.Теплопроводность— свойство металла проводить теплоту, определяемое коэффициентом теплопроводности.Тепловое расширение– способность металла увеличивать линейные размеры и объем при нагревании, характеризуемая коэффициентами линейного и объемного расширения.Электропроводность— способность металла проводить электрический ток.Удельное электросопротивление— сопротивление металлического проводника, имеющего единицу длины и единицу площади поперечного сечения, прохождению электрического тока.Механические свойства металлов— свойства, определяющие способность металла сопротивляться деформированию и разрушению.Для определения механических характеристик металла образец может быть подвергнут растяжению, сжатию, сдвигу, кручению, изгибу или их совместному воздействию.Нагрузка на металл, возрастающая медленно, называется статической. Нагрузка, прикладываемая к металлу с большой скоростью, называется динамической.Вид назначаемого механического испытания определяется условиями работы детали, в зависимости от которых испытания металла проводятся при пониженной, комнатной или высокой температуре. Основными характеристиками механических свойств металла являются прочность, упругость, пластичность, вязкость, твердость.Пластичность— способность металла деформироваться без разрушения. При растяжении пластические свойства металла характеризуются относительными удлинением и сужением образца, которые взаимосвязаны, так как удлинение образца сопровождается уменьшением площади его поперечного сечения.Относительное удлинение— отношение приращения длины образца после разрыва к его начальной длине, выраженное в процентах.Относительное сужение– отношение уменьшения площади поперечного сечения образца после разрыва к начальной площади поперечного сечения, выраженное в процентах. Для оценки вязкости металла и установления его склонности к переходу в хрупкое состояние выполняют ударные испытания надрезанных образцов на маятниковом копре. Твердость— сопротивление металла вдавливанию в него других, более твердых тел.Твердость по Бринеллю НВ– отношение усилия вдавливания в металл стального закаленного шарика диаметром 2,5; 5 или 10 мм к площади поверхности образовавшейся лунки. Твердость по РоквеллуHRC определяется вдавливанием алмазного конуса с углом при вершине 120° в испытуемый металл.Технологические свойства металлов и сплавов характеризуют способность металлов и сплавов поддаваться различным способам горячей и холодной обработки (заполнять литейную форму, прокатываться, коваться, штамповаться, свариваться, обрабатываться резанием и т. д.).Для определения пригодности для ковки и горячей объемной штамповки металлы испытывают на ковкость, которая оценивается сопротивлением деформированию и пластичностью. Одни металлы обладают хорошей ковкостью в нагретом состоянии, например стали, другие (латунь в однофазном состоянии, алюминиевые сплавы) — в холодном. Для определения технологической пластичности стали используют различные методы, в том числе и метод осадки.Часто технологические пробы проводят с учетом способа обработки давлением. Например, для горячей и холодной высадки выполняют испытания металла на высадку, для гибки — пробы на изгиб (перегиб), для листовой штамповки — испытания на штампуемость по глубине выдавливания лунки до разрушения и т. д.При разработке технологического процесса учитывают совокупность физических, механических и технологических свойств металла.

2.диаграмма состояния Fe3C-C,практическое применение. термическая обработка заготовок на машиностроительных предприятиях

. термическая обработка

Отжиг 1 рода(нет фазовых превращений) имеет 3 разновидности:

1.служит для устранения ликвации в отливках и слитках легированной стали. 1100-1200*С

2.отжиг-рекристализация 0,4Тпл.+(50-100*)

3.отжиг для снятия напряжений применяется для стальных чугунных отливок,если нетребуется измельчение зерна.

Отжиг 2-го рода(имеются фазовые превращения)

бывает полный и неполный.

при неполном нагрев идет вышеА1,но ниже А3.изменяется только дисперсность эвтектоида, происходит смягчающий отжиг. НО-применяется, если в стали нет пороков, их не нужно устранять. при полном отжиге нагрев выше А3 на 20*С.ПО-используется для устранения пороков литья ,сварки ,перегрева .им устраняются внутренние напряжения,снижается твердость до 130-180 НВ,улучшается обрабатываемость. отжиг на зернистый перлитэто отжиг- сфероидизация.используется для заэвтектоидных сталей,тк зернистый перлит более пластичный и легче обрабатывается резанием.изотермический отжиг произоводится путем быстрого охлаждения,а затем дается выдержка до полного распада аустенита.при непрерывном отжиге трудно установить момент окончания нагрева.

нормализацияT=A+35-50*C+охлаждение на воздухе назначение:

1.устранение пороков литья,ковки,перегрева

2.смягчение малоуглеродистой и низколегированной стали

3.упрочнение среднеуглеродистой и высокоулгеродистой стали

нормализация часто предществует окончательной термической обработке.в малоуглеродистых сталях нормализация заменяет смягчяющий отжиг с образованием сорбитообразного перлита в структуре. в средне- и высокоуглеродистых сталях имеет место образование сорбита.

закалка -быстрое охлаждение из аустенитной области для доэвтектоидной и эвтектоидной сталей и аустенитно-цементитной для заэвтектоидной стали.

Отпуск -заключается в нагреве стали после закалки до Т=200*С(низкий)-для повышения вязкости,снятия внутренних напряжений,и до 700*С(высокий)-для снятия твердости,повышения пластичности и обрабатываемости стал(отпуск стали это ее размягчение).

Физико-химические основы восстановительных процессов

Одним из условий получения чугуна в доменной печи является удаление кислорода из оксидов, металлы которых входят в состав чугуна. Процесс отнятия кислорода от оксида и получения из него элемента или оксида с меньшим содержанием кислорода называется восстановлением. Наряду с восстановлением протекает окисление вещества, к которому переходит кислород оксида. Это вещество называется восстановителем. Восстановительные процессы сопровождаются выделением или поглощением тепла. Химическая прочность оксида определяется силами химической связи данного элемента с кислородом.

Восстановление оксидов железа оксидом углерода По степени убывания кислорода оксиды железа располагаются в ряд: Fe2O3, Fe3O4 и FeO, содержащие соответственно 30,06; 27,64 и 22,28 % кислорода. Из трех оксидов железа, взятых в свободном состоянии, наиболее прочным в условиях рабочего пространства доменной печи, а точнее при температуре выше 570( С, является FeO. Восстановление железа из его оксидов протекает ступенчато путем последовательного удаления кислорода и в зависимости от температуры может быть изображено двумя схемами: при температуре выше 570( С Fe2O3 ( Fe3O4 ( FeO ( F при температуре ниже 570( С Fe2O3 ( Fe3O4 (Fe). Ниже 570( С прочность FeO становится меньше прочности Fe3O4 и она превращается в Fe3O4 и Fe. В доменной печи восстановление железа из его оксидов протекает в основном по первой схеме, так как уже через несколько минут после загрузки материалов на колошник они нагреваются до температуры выше 570( С. Большая половина кислорода, связанного в оксиды железа, отбирается оксидом углерода, поэтому основным восстановителем в доменной печи является оксид углерода. Восстановление оксидов железа оксидом углерода при температуре выше 570(С идет по реакциям: 3Fe2O3+ СО ( 2Fe3O4 + СО2 + 37,137 МДж, Fe2O3 + mCO ( 3FeO + (m – 1)CO + СО2 – 20,892 МДж, FeO + nCO ( Fe + (n – 1)CO + СО2 + 13,607 МДж.

2.4 Образование чугуна и шлака Науглераживание железа Восстановленное в доменной печи из руды железо поглощает углерод и другие элементы, образуя чугун. Процесс науглераживания железа начинается с момента его появления в виде твердой губки в зоне умеренных температур. Механизм науглераживания железа сводится к следующему. Свеже восстановленное железо служит катализатором реакций разложения оксида углерода на сажистый углерод и диоксид углерода. Эта реакция протекает на поверхности губки. Обладая повышенной химической активностью, сажистый углерод взаимодействует с атомами железа и образует карбиды железа. Науглераживание губчатого железа уже заметно протекает при 400 – 500( С. По мере науглераживания железа температура плавления его понижается. Если чистое железо плавится при 1539( С, то сплав железа с углеродом, содержащий 4,3 % С, плавится при 1135( С. Однако науглераживание железа в твердом состоянии является лишь начальной стадией этого процесса, способствующей понижению температуры плавления металла. Более интенсивно науглераживание протекает после перехода металла в жидкое состояние. Капли металла, стекая в горн печи, контактируют на поверхности кусков раскаленного кокса с углеродом, в результате чего содержание углерода в сплаве резко возрастает. На горизонте фурм за пределами зон горения содержание углерода в чугуне достигает 3,8 –4,0%. Окончательное науглераживание металла происходит в горне печи. Переход других элементов в чугун (марганца, кремния, фосфора и серы) осуществляется по мере их восстановления на различных горизонтах рабочего пространства печи. Марганец при выплавке передельного чугуна заметно переходит в металл уже в распаре, однако наиболее интенсивное насыщение чугуна марганцем происходит в заплечиках и горне при восстановлении марганца. Основная масса кремния переходит в чугун в нижней части заплечиков и в горне. Содержание фосфора в пробах металла из распара почти такое же, как и в конечном чугуне, а иногда и выше. Это объясняется тем, что в металл из распара, попадает не только фосфор, который восстановился здесь и выше, но и фосфор, возгоняющийся из нижних горизонтов печи. Фосфор начинает переходить в металл уже в нижней части шахты. Окончательное содержание углерода в чугуне не поддается регулированию и зависит от элементов в сплаве. Марганец и хром, являясь корбидообразующими элементами, способствуют увеличению содержания углерода в чугуне. Кремний и фосфор, образуя более прочные с железом соединения, разрушают карбиды железа и понижают содержание углерода в чугуне. Если в передельном маломарганцовистом чугуне содержится 4 – 4,6% углерода, то в зеркальном чугуне, содержащем 10 – 25 % марганца, углерода содержится 5 – 5,5 %, а в 75 %-ом ферромарганце содержание углерода достигает 7 – 7,5 %. Наоборот, в литейном чугуне, содержащем 2,5% кремния, содержание углерода не превышает 3,5 %, а в ферросилиции содержание углерода понижается до 2 % и ниже. Содержание марганца и кремния сильно влияет на структуру чугуна, что имеет очень важное значение при производстве литейного чугуна, используемого в машиностроении. Известно, что углерод в чугуне может находиться в химически связанном состоянии в виде карбида и в свободном состоянии в виде графита. В литейном чугуне благодаря повышенному содержанию кремния значительная часть углерода находится в виде графита, что способствует повышению прочности отливок. В изломе такой чугун имеет серый цвет. Увеличение содержания карбидов железа в чугуне повышает его хрупкость. В изломе такой чугун имеет белый цвет. Качество чугуна для отливок также зависит и от условий выплавки чугуна в доменной печи.

Доменный процесс печи – схема получения чугуна, химические процессы, физика и продукты


Сталями принято считать сплавы железа с углеродом с содержанием последнего до 2,14%. Все, что имеет более высокое содержание углерода – это чугуны. Получают стали на основе двух процессов – доменного (в результате получается передельный чугун) и собственно получения стали, когда из передельного чугуна путем выжигания углерода и добавки легирующих элементов получают стали и сплавы нужной марки и нужного состава.

Сырье

Основой для получения чугуна в доменном процессе служат железные руды. Поскольку железо обладает сравнительно большим сродством к кислороду, оно в чистом виде в земной коре не обнаруживается, а находится в виде соединений с кислородом и диоксидом углерода.

Основные руды железа, которые используются в металлургическом производстве – это окись-закись железа (Fe3O4 – магнетит, магнитный железняк), окись железа (Fe2O3 – красный железняк, 2Fe2O3 * 3H2O – бурый железняк) и карбонат железа FeCO3 . Естественно, что в чистом виде данные вещества не встречаются, а имеют примеси других элементов (чаще всего серы и фосфора) и других веществ в виде сопутствующих пород, не образующих с целевым продуктом химических соединений (обычно SiO2, Al2O3, CaO, MgO).

Кроме того, в больших количествах в виде руд имеется железный колчедан FeS2, но он очень редко применяется в металлургии, так как выплавляемое из него железо получается очень низкого качества из-за большого содержания серы.

В результате проведения специальных технологий дробления руды и флотационного процесса значительную часть пустой породы удается отделить от целевого продукта, в результате чего в ряде случаев удается повысить содержание железа в руде до 63-67%, а иногда до 69-72%.

Однако полностью удалить пустую породу не удается, эта операция осуществляется в самом доменном процессе путем перевода пустой породы в шлаки, которые отделяются от чугуна.

Процесс и схемы

Процесс доменной плавки (процесс получения передельного чугуна) осуществляется в шахтных печах (домнах). Домна, схематический разрез которой дан на рис. 5.1, представляет из себя устройство в виде конуса в верхней части высотой в несколько десятков метров, обложенное изнутри огнеупорным кирпичом и снаружи стянутое железными обручами или окруженное сплошной железной оболочкой. Верхняя часть домны носит название шахты и заканчивается наверху отверстием – колошником, которое закрывается подвижной воронкой – колошниковым затвором. Самая широкая часть домны называется распаром. Нижняя часть домны образует горн. В горне имеются отверстия – фурмы, через которые в печь вдувается горячий воздух.

При запуске доменную печь загружают сначала углем (коксом), а потом послойно смесью руды с флюсом и углем и чистым углем. Нижние слои угля зажигают, после чего горение и необходимая для выплавки температура поддерживаются вдуванием в горн подогретого в рекуператорах тепла воздуха. Последний поступает в кольцевую трубу, расположенную вокруг нижней части печи, а из нее по распределительным трубкам через фурмы в горн. В горне уголь сгорает, превращаясь в углекислый газ, который, поднимаясь вверх и проходя сквозь слой раскаленного угля, превращается в оксид углерода. Этот оксид углерода восстанавливает основную часть руды, превращаясь снова в углекислый газ. Однако такая схема не полностью отражает многообразие химических реакций, протекающих в печи. Порядок превращения руды в чугун и распределение температур изображены на рис. 5.2.

Рис. 5.1. Схематическое изображение шахтной печи для получения чугуна (домны).

Рис.  5.2.  Схема  химических  реакций,  протекающих   по высоте доменной печи.

В  нижней  части  печи,  как  уже  упоминалось,  происходит горение кокса по реакции:

< C > + { O2 } = { CO2 }

Здесь угловыми скобками обозначено твердое состояние, фигурными – газообразное.

Проходя вверх далее через слой раскаленного угля, СО2 превращается в оксид углерода:

{ CO2 } + < C > = 2 { CO }

Монооксид углерода является сильным восстановителем и именно он восстанавливает железо из руд. Реакция идет постадийно, что и отображено на рисунке. В результате образуются крупинки твердого железа.

По мере сгорания угля это железо опускается вниз по печи в ее более горячую часть – распар, и здесь при температуре порядка 1200°С плавится при соприкосновении с углем, отчасти растворяя его и образуя заэвтектический чугун с содержанием углерода 4-4,5%. В то время как чистое железо плавится при 1535°С, чугун в точке эвтектики плавится при 1150°С, поэтому капли жидкого чугуна стекают в нижнюю часть горна. Для того, чтобы сэкономить тепловую энергию отходящих газов и возвратить ее в процесс, отходящие газы из домны направляются в т.н. «кауперы», где газы отдают часть тепла. Сначала эти газы направляются в один из кауперов, в то время как через второй продувается воздух для последующей подачи в домну, где он нагревается. Через определенные промежутки времени потоки меняются местами.

Одновременно с восстановлением железа происходят процессы отделения пустой породы от целевого продукта через образование шлака при взаимодействии примесей с флюсовыми добавками. Конечный шлак на 85-95% состоит из SiO2, Al2O3 и СаО; остальное – MgО (2-10%), FeO (0,2-0,6%), MnО (0,3-2%) и 1,5-2,5% серы в виде CaS. Стремятся создать наиболее легкоплавкий шлак, поэтому, в зависимости от типа примесей в используемой руде в шихту добавляют либо кислые (SiО2), либо щелочные компоненты (оксиды кальция и магния).

Для выпуска жидких продуктов плавки используют раздельно чугунные и шлаковые летки.

Поскольку шлак – многокомпонентная система, кроме того, процесс перехода из твердого в жидкое состояние осуществляется в достаточно большом интервале температур, вязкость шлака определяется не только температурой, но и составом шлака, поэтому у каждого типа шихты свои особенности.

Еще одна проблема, которая наблюдается в доменном процессе и которую решают для каждого типа шихты по-разному – это проблема серы. Сера – вредный элемент, ухудшающий качество металла. Она является причиной  красноломкости стали и ухудшает качество литейных чугунов, увеличивая вероятность образования раковин в отливках. Ограничения по сере для стали и литейного чугуна весьма серьезны – в этих материалах ее не должно быть более нескольких сотых процента. Вместе с тем, если не принимать каких-либо специальных мер, в чугуне может набраться до 0,9% серы. Поскольку серу легче удалять из руд и чугунов, чем из стали, именно на стадии подготовки компонентов шихты и в доменном производстве эти операции и производятся.

Хотя значительное количество серы удаляется при огневой обработке руд (агломерации и обжиге окатышей), очень много серы вносится в доменную печь с коксом и железорудными материалами в виде сернистого железа (пирита FeS2), барита BaSO4 и гипса CaSO4 * h3O.

Часть серы удаляется при проведении технологических процессов естественным путем через образование газов (SO2, H2S и др.), но это лишь небольшая часть, по оценке для обычного доменного процесса порядка 15%. Поэтому основное внимание обращается на перевод соединений серы, растворяющихся в чугуне, в соединения, в нем не растворяющихся, например, по реакции:

FeS + CaO =  CaS + FeO
FeO + C = Fe + CO 


FeS +CaO + C = CaS +Fe + CO

Существуют и другие способы десульфуризации, что позволяет в целом решать эту проблему при использовании самых различных руд.

Конечными продуктами доменной плавки являются чугун (целевой продукт) и шлак и доменные газы (побочные продукты производства). Нас в данном случае интересует только чугун, на нем и остановимся.

Чугун представляет собой многокомпонентный сплав железа с углеродом, кремнием, марганцем и серой. В зависимости от назначения чугуна в нем могут содержаться и другие вещества, содержание которых регламентируется соответствующими стандартами.

Основной вид чугуна, производимый в доменном производстве, – это передельный чугун (до 90% от всего выпускаемого чугуна), который затем используют для получения различных видов сталей.

Производство чугуна имеет и самостоятельное значение, поскольку некоторые виды используют для отливок. Для получения чугунных отливок используется и небольшая часть передельного чугуна. Некоторые типы чугунных изделий можно оцинковывать, но об этом мы поговорим позже.

В зависимости от назначения чугуна последний перевозится от доменных печей чугуновозами в жидком виде либо в сталеплавильные цехи, либо на разливочные машины (при выплавке товарного чугуна).

Возможно Вас так же заинтересуют следующие статьи: comments powered by HyperComments

ЧУГУН Физико-химические свойства – Энциклопедия по машиностроению XXL

На заводах-изготовителях на трубы не наносится никакого противокоррозионного покрытия, поэтому изоляцию производят па трубозаготовительных базах строительных организаций или в полевых условиях. Тип изоляции принимают в зависимости от местных гидрологических условий и физико-химических свойств грунта и грунтовых вод. к достоинствам стальных труб следует отнести высокое сопротивление динамическим нагрузкам и изгибающим усилиям выдерживание большого внутреннего давления, меньший вес по сравнению с чугунными трубами меньшее количество стыковых соединений, что упрощает монтаж трубопроводов.  [c.276]
Нелегированный (физико-химическим свойствам соответствуют серому чугуну. До 350° С  [c.46]

Кислотоупорные эмали для чугуна 4 — 387 Кислотоупорный цемент — см. Цемент кислотоупорный Кислотоупоры 4 — 394, 395 – естественные — Физико-химические свойства 4 — 396 Химический состав 4 — 306 Кисти 6—104 Киянки 6—103  [c.98]

Физико-химические свойства 4 — 76 Чугун ковкий отожжённый ферритный —  [c.343]

Влияние физико-химических свойств и способа загрузки реагента на процесс науглероживания. Для получения синтетического чугуна используются различные углеродсодержащие материалы гранулированный уголь, аморф-  [c.68]

В общем случае качественно выполненное сварное соединение из чугуна должно удовлетворять по меньшей мере трем основным требованиям обладать механической прочностью, плотностью, легко обрабатываться обычным режущим инструментом. Однако особенности строения и физико-химических свойств чугуна чрезвычайно усложняют выполнение перечисленных требований.  [c.368]

Как же будет обстоять дело с металлами как конструкционным материалом Не заменят ли их искусственные полимерные и другие неметаллические материалы, не подверженные коррозии, как об этом иногда говорят в последнее время Нет, этого не произойдет. Железо, сталь, чугун, алюминий, медь, титан и другие металлы и сплавы, служащие сейчас основными конструкционными материалами, несомненно, сохранят эту роль на многие годы. Могучие их соперники — пластические массы, полимеры, модифицированная древесина, стекло, керамика, бетон и другие известные и вновь появляющиеся материалы, не вытеснят металлы. Каждому новому конструкционному материалу с полезным набором физических и физико-химических свойств найдется место в народном хозяйстве и развитии техники будущего. Металлы и их многочисленные сплавы, благодаря своим ценным свойствам — высокой прочности и одновременно пластичности, высокой тепло- н электропровод-  [c.7]

Физико-химические свойства чугунов и область их применения  [c.673]

В литейном производстве для изготовления отливок применяют различные металлы и сплавы. Чистые металлы редко применяют для производства отливок. В основном в технике применяют сплавы черных и цветных металлов. Так, в отечественном машиностроении 74% всего литья изготовляют из серого чугуна, 3% из ковкого чугуна, 21% из стали и 2% из легких и тяжелых цветных сплавов. Литейные сплавы, кроме заданных прочностных и физико-химических свойств, должны обладать определенным комплексом технологических литейных свойств, характеризующих пригодность их для заполнения литейных форм и позволяющих получить качественные отливки.  [c.240]


Металлами называются химически простые вещества,, отличающиеся хорошим блеском, высокими тепло- и электропроводностью, непрозрачностью, плавкостью некоторые из металлов обладают способностью коваться и свариваться. Металлы и их сплавы делят на черные и цветные. К черным относят железо и сплавы на его основе — чугун и сталь, а также ферросплавы. Остальные металлы составляют группу цветных. Вся современная индустрия базируется главным образом на применении черных металлов. Из цветных металлов наиболее важное промышленное значение имеют медь, алюминий, свинец, олово, никель, титан и др. Цветные металлы обладают рядом ценных физико-химических свойств, которые делают их незаменимыми в технике. Например, медь и алюминий, имея высокие тепло- и электропроводность, играют важную роль в электротехнической промышленности алюминий благодаря малой плотности используется также в авиационной промышленности олово обладает высокой коррозионной стойкостью, применяется для получения белой жести и лужения котлов, а в сплаве со свинцом используется в производстве подшипников.  [c.5]

Общие сведения об электродах. Покрытые электроды служат для ручной сварки сталей, цветных металлов и их сплавов, чугуна. По объему применения ручная сварка в сварочном производстве стоит на первом месте. Поэтому по объему выпуска покрытые электроды занимают в стране ведущее место. Покрытые электроды представляют собой металлические стержни, на поверхность которых опрессовкой под давлением или просто погружением в раствор наносится покрытие. В настоящее время для нанесения покрытия в основном используется первый способ. В зависимости от материала, из которого изготовлено свариваемое изделие, его назначения к электродам предъявляются определенные требования, которые можно разделить на общие и специальные. Все электроды должны обеспечивать минимальную токсичность при сварке и изготовлении, устойчивое горение дуги, равномерное расплавление электродного стержня и покрытия, хорошее формирование шва, получение металла шва требуемого химического состава и свойств, высокую производительность при небольших потерях электродного металла на угар и разбрызгивание, сохранение технологических и физико-химических свойств в течение определенного времени, получение металла шва, свободного от дефектов, достаточную прочность покрытия, легкую отделимость шлаковой корки от поверхности шва. К специальным требованиям относится получение металла шва с определенными свойствами — окалиностойкость, жаропрочность, коррозионная стойкость, износостойкость, повышенная прочность получение швов с заданной формой — глубокий провар, вогнутая поверхность шва возможность сварки определенным способом — опиранием вертикальных швов сверху вниз, во всех пространственных положениях.  [c.51]

Легированный чугун. Введение в состав чугуна хрома, никеля, меди, титана, молибдена и других легирующих элементов сопровождается улучшением его механических и физико-химических свойств. В ряде случаев можно получать отливки со специальными свойствами.  [c.217]

Легированные чугуны. Эти чугуны наряду с обычными примесями содержат легирующие элементы хром, никель, медь, титан, молибден и др. Легируют главным образом серые чугуны, а в некоторых случаях и белые. Легирующие элементы улучшают механические свойства чугуна и придают ему особые физико-химические свойства. Содержание серы в них допускается не выше 0,03—0,04%, а фосфора до 0,30%. Хром повышает твердость, прочность и износоустойчивость чугуна, никель улучшает обрабатываемость.  [c.72]

Благодаря высоким механическим и физико-химическим свойствам легированные чугуны получили применение в различных отраслях промышленности. Из них делают коленчатые валы, детали компрессоров, поршни двигателей. Чугуны с содержанием хрома 2% и никеля 1% идут на изготовление зубчатых колес, деталей автомобилей, дизелей, штампов, так как имеют высокую прочность. Чугуны с содержанием до 5—6% никеля и 1 —1,5% хрома имеют после закалки высокую твердость (NB 400) и износоустойчивость, они идут на изготовление штампов, поршневых колец.  [c.72]


Кроме конструкционных чугунов, в промышленности применяются чугуны со специальными физико-химическими свойствами износоупорные, химически стойкие, жаростойкие, электромагнитные. Получение этих свойств в чугунных деталях достигается легированием.  [c.109]

Поликристаллы кубического нитрида бора превосходят по теплостойкости алмазы, быстрорежущую сталь, твердый сплав и минералокерамику. Сочетание таких уникальных физико-химических свойств позволяет применять эльбор-Р прп обработке закаленных сталей, чугунов и различных труднообрабатываемых материалов. При этом достигается шероховатость поверхности 7— 10-го классов, точность обработки 1—2-го классов.  [c.37]

Химическими факторами, вызывающими коррозию, являются влага, влажный воздух, газы, испарения кислот, капельки пота, попадающие на обработанную поверхность при касании ее руками, и т. д., при этом происходит окисление металла и превращение его в химическое соединение. Степень интенсивности возникновения коррозии зависит от физико-химических свойств металла. Наиболее интенсивно коррозионному разрушению подвергаются углеродистая сталь и чугун и менее интенсивно-легированные стали, цветные металлы и их сплавы (медь, латунь, бронза и т. д.).  [c.364]

Стали и чугуны различаются в первую очередь содержанием углерода. Сплавы с концентрацией С 2,14 мае. % – чугунами. В результате различного содержания углерода в сплаве образуются разные структуры, что определяет различие в механических и физико-химических свойствах сплавов, а следовательно, и в их применении. Так, стали после затвердевания не содержат хрупкой составляющей – ледебурита, а следовательно, они более пластичные й ковкие. В то же время чугуны по сравнению со сталью обладают значительно Лучшими литейными характеристиками, так как их температуры плавления существенно ниже.  [c.87]

Составы чугунов, обладающих специальными физико-химическими свойствами, приведены в табл. 39.  [c.105]

Составы чугунных отливок со специальными физико-химическими свойствами  [c.106]

В зависимости от физико-химических свойств чугуна и температурного интервала объемная усадка от температуры жидкой ванны до полного охлаждения == О может быть представлена следующей формулой  [c.120]

Рассматриваются важнейшие физико-химические свойства металлов, влияюш,ие на формирование эмалевого покрытия, и эксплуатационные характеристики различных эмалированных изделий. Особое внимание уделяется свойствам черных металлов — стали и чугуну, наиболее широко используемых для эмалирования. Описаны также свойства алюминия и титана, эмалирование которых в настояш,ее время широко осваивается и внедряется. Освещается физико-химическое взаимодействие на границе раздела металл—эмаль, структура сцепляющего слоя и методы подготовки металлических изделий перед эмалированием, обеспечивающие получение высококачественного эмалевого покрытия.  [c.2]

Кроме того, в систему попадают и циркулируют вместе с абразивом измельченное стекло, гипс, применяемый для закрепления листов стекла к столам конвейера, чугун от износа шлифовальных дисков. Эти примеси влияют на физико-химические свойства пульпы в классификаторе.  [c.69]

Растворимость анодных продуктов в электролите, скорость диффузии их в электролит, состав и физико-химические свойства анодной пленки имеют существенное значение для процесса полирования. Поэтому этот процесс у различных материалов происходит неодинаково. У многих металлов и сплавов (медь, никель, алюминий, нержавеющие хромистые и хромоникелевые стали) сглаживание сопровождается появлением блеска на обработанной поверхности. У некоторых сплавов (стали карбидного класса, бронзы, латуни) наблюдается блеск без заметного сглаживания шероховатостей. Ряд металлов и сплавов (олово, свинец, серый чугун, высококремнистые стали) вовсе не полируется. Вместо сглаживания образуется сильно травленая поверхность с толстыми темными пленками.  [c.111]

Физико-механические свойства чугуна зависят не только от его химического состава, но в значительной степени определяются и его структурой, скоростью заливки форм и охлаждения отливок кроме того, они меняются при изменении раз-метров деталей.  [c.181]

Литье из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом, получаемое путем обработки жидкого чугуна магнием или другими элементами, обеспечивает по физико-химическим и технологическим свойствам замену стали и ковкого чугуна и является весьма ценным материалом для изготовления крупных массивных деталей и тонкостенных отливок.  [c.193]

Влияние химического свойства на структуру и физико-механические свойства серого чугуна. Влияние основных элементов на графитизацию чугуна может быть оценено с помощью данных табл. 25.  [c.83]

Этот тип чугуна более известен как коррозионно-стойкий, и подробные данные о химическом составе, физико-механических свойствах приведены на стр. 204.  [c.173]

Обрабатываемость чугунов зависит от многих факторов. Основными из них являются химический состав, структура, физико-механические свойства.  [c.26]

Систематизирован обширный материал по термодинамике высокотемпературных реакций, физико-химическим свойствам металлов н сплавов, жидких стекол, шлаков и штейнов. Описаны наиболее важные физико-химические процессы, происходящие при производст-ве чугуна и стали, восстановлении руд и агломерации, а также высокотемпературная коррозия. Рассмотрены вопросы гетерогенного фазового равновесия, кинетики межфазных реакций, образования и роста зародыйей, тепло- и массопереноса и др.  [c.5]


Кадмий — по своим физико-химическим свойствам весьма сходен с цинком и в природе его сопровождает. Кадмий имеет серебристобелый цвет с синеватым отливом. Обладает хорошими пластическими свойствами. Кадмий технический (ГОСТ 1467—67). поставляют четырех марок КдОО (с содер1жанием не менее 99,997% d и не более 0,003% примесей) КдО (99,95% d) Кд1 (99,93% d) и Кд2 (99,83% d) в виде чушек или прутков (с указанием марки на каждой штуке), завернутых в бумагу. Предназначается для кадмирования изделий из стали, чугуна, меди и медных сплавов и для изготовления аккумуляторов, баббитов, свинцово-оловя-нистых припоев, легкоплавких сплавов и бронз и т. д.  [c.92]

Химический состав чугунных отливок со спзциальным.1 физико-химическими свойствами  [c.110]

При применении новой технологии (с высоконагретым восстановительным газом) и бесконусного загрузочного устройства, а такше при повышении давления газа на колошнике производительность доменных печей может быть увеличена в 3—5 раз. Столь высокая производительность печей требует организации непрерывного выпуска продуктов плавки — чугуна и шлака. При этом большое внимание должно быть уделено и снабжению доменных печей, работаюш их по новой технологии, высококачественным сырьем. Шихта должна состоять из 70—80% окускованного материала (остальное — богатая кусковая калиброванная железная руда). Резкое уменьшение количества кокса в шихте должно компенсироваться увеличением его прочности (однородностью его физико-химических свойств).  [c.110]

Металлургическое производство – это область науки, техники и отрасль промышленности, охватывающая различные процессы получения металлов из руд или других материалов, а также процессы, способствующие улучшению свойств металлов и сплавов. Введение в расплав в определенных количествах легирующих элементов позволяет изменять состав и структуру сплавов, улучшать их механические свойства, получать заданные физико-химические свойства. Оно включает шахты и карьеры по добыче руд и каменных углей горно-обогатительные комбинаты, где обогащают руды, подготавливая их к плавке коксохимические заводы, где осуществляют подготовку углей, их коксование и извлечение из них полезнь[х химических продуктов энергетические цехи для получения сжатого воздуха (для дутья доменных печей), кислорода, очистки металлургических газов доменные цехи для выплавки чугуна и ферросплавов или цехи для производства железорудных металлизованных окатышей заводы для производства ферросплавов сталеплавильные цехи (конвертерные, мартеновские, электросталеплавильные) для производства стали прокатные цехи, в которых слитки стали перерабатывают в сортовой прокат балки, рельсы, прутки, проволоку, лист.  [c.25]

Состояние поверхности металла перед нанесением покрытий связано с рядом факторов. Так, имеющиеся на поверхности загрязнения и их физико-химические свойства”связаны не только с характером окружающей среды, но и с природой самого защищае-мого металла. Одни виды загрязнений и состояние” поверхности характерны” для стального литья, другие — для чугунного, третьи — для алюминиевого.  [c.123]

Дальнейшее развитие физико-химии углеродных кластеров и получения фуллеренов, фуллеритов и фуллериодов будет способствовать созданию новых материалов с особыми физико-химическими свойствами и улучшению механических свойств конструкционных материалов. В этой связи большой интерес представляют результаты недавних исследований, выявившие наличие й железоуглеродистых сплавах (чугуне) фуллереновых структур [8, 9].  [c.100]

Водоприготовительное отделение разработано с учетом приготовления охлаждающей воды двух составов по ее физико-химическим свойствам, что необходимо для удовлетворения требований тепловозов как с чугунными и стальными блоками дизелей, так и алюминиевыми блоками. В отделении устанавливают три бака емкостью по 180 л, из них один для сбора конденсата, другие два — для приготовления и выдачи охлаждающей воды двух составов. В тех эки-пиро вочных пунктах, где потребляется охлаждающая вода одного состава, третий бак может использоваться как резервный, или дополнительная емкость для охлаждающей воды. При отсутствии надобности в этом третий бак может вовсе не устанавливаться.  [c.90]

Кадмий — по своим физико-химическим свойствам весьма сходен с цинком и в природе его сопровождает. Кадмий имеет серебристо-белый цвет с синеватым отливом. Обладает хорошиш пластическими свойствами. Кадмий как конструкционный металл не применяется. Кадмй поставляется по ГОСТ 1467-58 трех марок (табл. 58). Предназначается для кадмирования изделий из стали, чугуна, меди и медных сплавов й для изготовления аккумуляторов, баббитов,, свинцовооловяпистых припоев, легкоплавких сплавов и бронз и т. д.  [c.153]

Механические свойства литых деталей систематически повышаются. Так, предел прочности литых деталей из серого чугуна возрос со 100—120 Мн/м (10—12 кГ/мм ) при относительном удлинении 0,1% до 1000 Мн/м (100 кПмм ) при относительном удлинении до 10%, а предел прочности стальных отливок—от 350 М /ж (35кПмм ) до 2000 Мн/м (200 кГ/мм ). Кроме того, в настояш,ее время освоено производство отливок со специальными физико-химическими свойствами, разработаны специальные методы литья, позволяющие получать отливки с минимальными припусками на механическую обработку.  [c.236]

Жидкотекучесть сплава зависит от его физико-химических свойств и телгпературы в момент заливки. Оловянная бронза, сплав алюминия и кремния (силумин) и чугун обладают хорошей жидкотекучестью. С повышением темнературы заливаемого сплава жидкотекучесть увеличивается.  [c.182]

Для получения специальных чугунных отливок с повышенными механическими или физико-химическими свойствами применяются природно-легирозанные чугуны, содержаш,ие такие элементы, как N1, Сг, V и др. (табл. 46).  [c.110]

В общем случае качественно выполненное сварное соединение из чугуна должно удовлетворять по меньшей мере трем основным требованиям обладать механической прочностью, плотностью и легко обрабатываться обычным режущим инструментом. В зависимости от типа конструкции и условий эксплуатации требования к сварному соединению увеличиваются (ростоустойчивость, жаростойкость и т. п.). Однако особенности строения и физико-химических свойств чугуна чрезвычайно усложняют выполнение перечисленных требований.  [c.360]

Выбор материала колец зависит от физико-химических свойств уплотняемой среды. В ТНА кольца чаще изготавливают из пружинной стали, высокосортного чугуна перлитовой структуры или высокооловянистой бронзы типа Бр010Ф1, БрОС16-5. Кольца в свободном состоянии должны иметь в месте разреза просвет 0,1…0,2 мм. Втулки вала и корпуса, в которых работает упругое кольцо, изготавливают из легированной стали, а их поверхности имеют твердость более 58 HR , что достигается соответствующей термической или химико-термической обработкой.  [c.234]

При магнитной обработке на водные системы действуют в течение долей секунды низкочастотными магнитными полями невысокой напряженности. Физико-химические реакции и процессы протекают после магнитной обработки. В результате воздействия магнитным полем на природную и техническую воду она приобретает качественно новые и часто весьма полезные свойства. Например, в растворе Na l, который циркулировал со скоростью 2 м/с в контуре, проходя 65-70 раз магнитное поле напряженностью 41 к А/м в течение 48 ч, коррозия снизилась у стааи на 88, алюминия на 87 и чугуна на 68 %. Противокоррозионные свойства раствора сохранялись более 1 сут, а затем постепенно снизились.  [c.187]


От редакции. Настояа1ая глава не исчерп . -вает всех данных из области современной химии, применяемых в машиностроении. Ряд дополнительных данных содержится в главах 2-го тома (физико-химические и механические свойства чистых металлов, Теория и расчеты процессов горения) б-го тома (Чугун, Сталь, Цветные металлы и сплавы),5-го тома (Электрические и химико-механические способы размерной обработки металлов. Технология термической и химико-термической обработки металлов, Технология покрытий деталей машин, Технология производства металлоке-рамнческих деталей). Подробные данные по ряду вопросов можно найти в приведенных ниже литературных источниках. Так, например, общие законы химии и свойства химических элементов и их соединений изложены в источнике [29] основные положения органической химии и общие свойства органических соединений — в (9], [38] строение атома, свойства элементарных частиц, теория  [c.315]

Чугун. Что такое чугун? Свойства, состав, получение и применение

На чтение 23 мин Просмотров 373 Опубликовано

Чугуны. Что такое чугун?

Чугун — сплав железа с углеродом, содержащий более 2,14% углерода, постоянные примеси. Они мало пластичны, не прокатываются и не куются. Чугуны обладают пониженной температурой плавления и хорошими литейными свойствами. За счет этого из чугунов можно делать отливки значительно более сложной формы, чем из сталей

Что представляет собой

Чугун – это сплав на основе железа. Относится к группе чёрных металлов.

Чёрные металлы – это железо, сплавы на его базе (стали, чугуны, ферросплавы), марганец. По некоторым классификациям в группу зачисляют хром.

По составу чугун – это конгломерат железа, углерода плюс другие металлы. Такие же базовые компоненты могла бы содержать формула стали.

Разница между этими сплавами – в количестве углерода. Если его меньше 2,14% – это сталь. Больше – чугун.

Другие компоненты – лигатуры и примеси (сера, кремний, фосфор, марганец).

Углерод в структуре чугуна представлен включениями графита либо цементита (карбида железа, формула – Fe3C).

Химический состав чугуна

Чугун — это сплав железа и углерода, в котором процентное содержание углерода составляет не менее 2,14%, но не более 4,5%. Углерод входит в состав чугуна в форме цементита либо графита. Если процент содержания углерода составляет меньше 2,14%, такой сплав именуется сталью.

Известно, что чугунный сплав впервые был произведен в Китае в VI веке. В Европу секрет его производства пришел в XIV веке, а в России его состав был доведен до совершенства лишь в XVII. За все это долгое время формула чугуна не изменилась.

Самый качественный материал производился на литейном заводе братьев Демидовых, расположенном на Урале.

По прошествии веков он не только не утратил своей актуальности, но и приобрел еще более обширный спектр применения.

Чугун в качестве структурного материала представлен металлической полостью с графитными включениями. Основными его компонентами выступают перлит, ледебурит и пластичный графит. Интересно, что в различных видах сплавов эти элементы присутствуют в неодинаковых пропорциях либо могут совсем отсутствовать.

По своей структуре чугунный сплав разделяется на следующие разновидности:

  • Перлитный.
  • Ферритный.
  • Ферритно-перлитный.

При этом графит может присутствовать в нем в одной из таких форм:

  1. Шаровидной: графит принимает эту форму при добавлении присадки магния. Обычно она свойственна высокопрочным чугунным изделиям.
  2. Пластичной: графит напоминает форму лепестков (именно в такой форме он присутствует в обычном чугуне). Такой материал характеризуется повышенной пластичностью.
  3. Хлопьевидной: такая форма получается в процессе отжига белого чугуна. Графит в хлопьевидной форме встречается в составе ковкого чугуна.
  4. Вермикулярной: графит в этой форме присутствует в сером чугуне. Она разрабатывалась специально для повышения его пластичных свойств.

История

Технология изготовления чугуна пришла к нам из Китая, где «ходили» чугунные деньги еще в 10 веке нашей эры. Потомки монголов уже в 13 веке готовили котлы из этого сплава. На полях сражений в Столетней войне впервые применялись артиллерийские орудия и боеприпасы, отлитые из данного твердого раствора. В России его широкое применение в изготовлении оружия было налажено в 16 веке после появления доменной печи. В связи с этим, в 1701 году был построен Уральский чугунолитейный завод, который стал началом народного промысла, получившего название «Каслинское литье».

Начиная с 18 века Великобритания занимает пальму первенства по производству чугуна в мире. Благодаря новой технологии Уилкинсона, к середине 19 века в этой стране производилось половина всего мирового объема.

Технология изготовления не стояла на месте, что позволило Соединенным Штатам в конце 19 века вырваться вперед.

В то время из этого сплава начали изготавливать рельсы, водопроводные и канализационные трубы, камины, и такие сложные инженерно-строительные сооружения, как мосты.

Материал характеризуется определенными характеристиками. К ним относятся:


  • Физические. Такие величины, как удельный вес или коэффициент расширения зависят от того, сколько составляет в металле содержание углерода. Материал тяжелый, поэтому из него можно делать чугунные ванны.
  • Тепловые. Теплопроводность позволяет аккумулировать тепло и удерживать, распространяя его равномерно во все стороны. Это используется при изготовлении сковородок или батарей для отопления.
  • Механические. Эти характеристики меняются в зависимости от графитовой основы. Наиболее прочный — серый чугун, имеющий перлитовую основу. Материал с ферритовой составляющей более ковкий.

В зависимости от наличия примесей появляется разница в свойствах материала.

К таким элементам относятся сера, фосфор, кремний, марганец:

  • Сера уменьшает текучесть металла.
  • Фосфор понижает прочность, но позволяет изготавливать изделия сложной формы.
  • Кремний увеличивает текучесть материала, снижая его температуру плавления.
  • Марганец дает прочность, но понижает текучесть.

Маркировка

По Гостам, все существующие марки обозначаются 2 буквами и 2 числами, при этом числа отражают значения временного сопротивления (кгс/мм2) и относительного удлинения (%). К примеру, цифры в марке КЧ-30-6, показывают временное сопротивление — 30 кгс/мм2 и относительное удлинение — 6 %.

Путем введения в состав специальных добавок, модифицируют состав сплава. Тогда к названию марки прибавляется буква М.

Классификация чугунов

Чугун, выплавляемый в доменных печах, по своей физико-химической природе может быть различным в зависимости от перерабатываемой железной руды.
Практика показала, что если железная руда в своем составе имеет высокое содержание марганца, то получается чугун со структурой цементита. Этот чугун получил название белого. Белый чугун является основным сырьем в производстве стали. В связи с этим он получил название передельного чугуна.

Если чугун имеет структуру перлит + ледебурит или ледебурит + цементит, то такой чугун называется половинчатым.

Если переплавляется железная руда с низким содержанием марганца, но с высоким содержанием кремния, то выплавляемый в доменных печах чугун будет иметь структуру феррит + перлит. Такие чугуны получили название литейных серых чугунов.

Белый передельный чугун идет на переработку в сталь в конвертерах, дуговых и индукционных печах, а также мартеновских печах. Из половинчатого чугуна путем длительного отжига получают ковкий чугун. Высокопрочные и специальные чугуны получают путем введения в литейный серый чугун модификаторов, находящихся в расплавленном состоянии. Литейный серый чугун используют в основном при производстве отливок для машиностроения и станкостроения.

Кроме указанных групп чугунов в последнее десятилетие XX в. в России (ОАО «Тулачермет») освоен выпуск чугуна с повышенной чистотой по содержанию вредных примесей и других химических элементов. Этот чугун получил название нодулярного чугуна (например, ПВК-Н — чугун повышенного качества нодулярный).

Белый

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

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

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

Применяется в качестве сырья для получения ковкого.

Серый

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

Свойства и структура сильно зависят от условий остывания после кристаллизации.

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

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

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

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

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

Половинчатый

Промежуточным материалом между двумя первыми разновидностями является половинчатый чугун. Содержащийся в нем углерод представлен в виде графита и карбида приблизительно в равных долях. Кроме того, в таком сплаве могут присутствовать в незначительных количествах лидебурит (не более 3%) и цементит (не более 1%).

Общее содержание углерода в половинчатом чугуне колеблется 3,5 до 4,2%. Данная разновидность применяется для производства деталей, которые эксплуатируются в условиях постоянного трения. К таковым можно отнести автомобильные тормозные колодки, а также валки для измельчительных станков.

Для еще большего повышения износостойкости в сплав добавляют всяческие присадки.

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.

Высокопрочный

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

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

Маркируются аналогично ковким, но с обозначением «ВЧ».

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.

Износостойкие (антифрикционные ) чугуны

Обозначают сочетанием букв АЧС, АЧК, АЧВ. Буквы С, К, В обозначают вид чугуна: серый, ковкий, высокопрочный. Цифра обозначает номер чугуна. Для легирования антифрикционных чугунов применяют хром, никель, медь, титан.

Жаростойкие и жаропрочные чугуны

Обозначают набором заглавных букв русского алфавита и следующими за ними букв. Буква «Ч» — чугун.

Буква «Ш», стоящая в конце марки означает шаровидную форму графита. Остальные буквы означают легирующие элементы, а числа, слежующие за ними, соответствуют их процентному содержанию в чугуне.

Жаростойкие чугуны применяют для изготовления деталей контактных аппаратов химического оборудования, работающих в газовых средах при температуре 900-110000С.

Достоинства и недостатки чугуна

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

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

Преимущества чугуна:

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

Недостатки чугуна:

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

Плюсы и минусы

Чугун, как и любой материал, имеет положительные и отрицательные стороны.

К плюсам чугуна относят:

  • Углерод в чугуне может находиться в разном состоянии. Поэтому этот материал может быть двух видов (серый и белый).
  • Определенные виды чугуна обладают повышенной прочностью, поэтому чугун иногда ставят на одну линию со сталью.
  • Чугун может достаточно долго сохранять температуру. То есть при нагреве тепло равномерно распределяется по материалу и остается в нем длительное время.
  • По экологичности чугун является чистым материалом. Поэтому его часто используют для изготовления посуды, в которой впоследствии готовится пища.
  • Чугун стоек в кислотно-щелочной среде.
  • Чугун обладает хорошей гигиеничностью.
  • Материал отличается достаточно долгим сроком службы. Замечено, что чем продолжительнее используется чугун, тем его качество лучше.
  • Чугун – долговечный материал.
  • Чугун – это безвредный материал. Он не способен нанести организму даже маленького вреда.

К минусам чугуна относят:

  • Чугун покроется ржавчиной, если на нем непродолжительное время будет находиться вода.
  • Чугун – дорогостоящий материал. Однако этот минус оправдан. Чугун очень качественный, практичный и надежный. Предметы, изготовленные из него, так же получаются качественными и долговечными.
  • Для серого чугуна характерна маленькая пластичность.
  • Для белого чугуна характерна хрупкость. Он в основном идет на переплавку.

Особенные черты

Особенность чугуна кроется в процессе его производства. Средняя температура плавления разных видов чугуна составляет 1200ºС. Это значение на 300 градусов меньше, чем у стали. Связано это с очень высоким содержанием углерода. Углерод и атомы железа имеют между собой не очень тесную связь.

Когда идет процесс выплавки, углерод не может полностью внедриться в решетку железа. В результате чугун принимает свойство хрупкости. Его нельзя использовать для изготовления деталей, на которых будет постоянно действовать нагрузка.

Чугун относится к материалам черной металлургии. Его характеристики часто сравнивают со сталью. Изделия из стали или чугуна широко используются в нашей жизни. Их применение является оправданным. Проведя сравнение характеристик, можно сказать следующее об этих двух материалах:

  • Стоимость чугунных изделий ниже стоимости стальных.
  • Материалы отличаются по цвету. Чугун – это темный матовый материал, а сталь – светлый и блестящий.
  • Чугун легче, чем сталь поддается литью. Но сталь легче сваривается и куется.
  • Чугун менее прочный, чем сталь.
  • По весу чугун легче стали.
  • В стали содержание углерода, выше чем в стали.

Влияние примесей на свойства материала

Компоненты, входящие в состав чугуна, оказывают влияние на качество сплава:

  • сера способствует снижению тугоплавкости и текучести чугуна;
  • фосфор уменьшает прочность, но дает возможность варьировать форму готовых изделий;
  • кремний снижает температуру плавления металла и усиливает его литейные качества. Кроме того, этот элемент позволяет получать сплавы разного цвета: от чисто-белого до ферритного;
  • марганец придает чугуну прочность и твердость, но снижает литейные и технологические свойства готового материала;
  • введение в состав титана, алюминия, хрома, никеля или меди позволяет изготавливать легированные сплавы. Они обладают высокими литейными качествами и доказали хорошую механическую обрабатываемость.

Чугун является трудносвариваемым сплавом. Трудности при сварке чугуна обусловлены его химическим составом, структурой и механическими свойствами, при сварке чугуна необходимо учитывать следующие его свойства: жидкотекучесть, поэтому сварка выполняется только в нижнем положении; малая пластичность, характеризующаяся возникновением в процессе сварки значительных внутренних напряжений и закалочных структур, которые часто приводят к образованию трещин; интенсивное выгорание углерода, что приводит к пористости сварного шва; в расплавленном состоянии чугун окисляется с образованием тугоплавких оксидов, температура плавления которых выше, чем чугуна. Сварка чугуна применяется в основном для исправления литейных дефектов, при ремонте изношенных и поврежденных деталей в процессе эксплуатации и при изготовлении сварных конструкций.

Производственные технологии

Как известно, чугун производится в специальных доменных печах. Основным сырьем для его получения служит железная руда. Технологический процесс изготовления состоит в восстановлении оксидов железной руды и получении в результате этого иного материала — чугуна. Для его изготовления используются такие виды топлива, как кокс, термоантрацит, природный газ.

Для производства одной тонны чугуна требуется около 550 килограмм кокса и приблизительно тонна воды. Объемы загружаемой в печь руды будут зависеть от содержания в ней железа. Как правило используют руду, в составе которой содержится железа не менее 70%. Все дело в том, что экономически нецелесообразно использовать меньшую его концентрацию.

Первым этапом производства чугуна является его выплавка. В доменную печь засыпается руда, а затем — коксующийся уголь, который необходим для нагнетания и поддержания требуемой температуры внутри шахты печи. Эти составляющие во время горения принимают активное участие в протекающих химических реакциях в качестве восстановителей железа.

Тем временем в печь погружается флюс, который выступает в роли катализатора. Ускоряя плавку пород, он тем самым поддерживает скорейшее высвобождение железа. Немаловажно знать, что перед загрузкой в печь руда проходит необходимую предварительную обработку. Она измельчается на дробильной установке, поскольку более мелкие частицы плавятся быстрее. Затем ее промывают, чтобы удалить частицы, не содержащие металл. Далее сырье подвергается обжигу, вследствие чего из него извлекается сера и другие инородные компоненты.

На втором этапе производства в заполненную и готовую к эксплуатации печь подается через специальные горелки природный газ. Кокс участвует в разогреве сырья. Происходит выделение углерода, который, соединяясь с кислородом, образует оксид. Он, в свою очередь, способствует восстановлению железа из руды.

При увеличении объема газа в печи снижается скорость протекания химической реакции. Она может и совсем остановиться при достижении определённого соотношения газа. Углерод проникает в сплав и соединяется с железом, при этом образуя чугун. Нерасплавленные элементы остаются на поверхности и вскоре удаляются. Такие отходы называются шлаком. Его используют для изготовления других материалов.

Как отличить чугун от стали?

  1. По плотности изделия. Нужно взвесить предмет и определить, какой водный объем он вытеснит. Плотность стали находится в диапазоне 7,7-7,9 г/см?, серого чугуна — не будет больше 7,2 г/см?. Такой способ не выделяется особенной надежностью, так как белый чугун имеет плотность между 7,6 и 7,8 г/см?.
  2. С помощью магнита. Чугун магнитится хуже, чем сталь. Минус такого способа в том, что стали с большим содержанием никеля почти не привлекают магнит.
  3. Наиболее точным способом считается обозначение чугуна с помощью шлиф машинки и вида появляющеся стружки. Необходимо взять напильник с очень маленькой насечкой и провести по поверхности предмета пару раз. Появившиеся опилки нужно собрать на бумагу, сложить ее в два раза и активно потереть. Чугун ощутимо запачкает бумагу, сталь практически не оставляет следов.

Можно создать выводы про материал по величине, цвету и форме искр, появляющихся при шлифовке. Чем больше углерода, тем ярче и крепче будет сноп светло-жёлтых искр. Как мы уже знаем, чугун имеет углерода больше, чем сталь. Также при сверловке изделия тонким сверлом можно определить материал по виду стружки. Чугунная стружка буквально на глазах превратится в пыль, стальная — приобретет вид витой пружины.

Соответственно c требованиями, предъявляемыми и деталям, чугун может использоваться в качестве ферромагнитного (магнитно-мягкого) или паромагнитного материала.

Магнитные свойства в основном, чем какие-нибудь иные, зависят от структуры металла, что определяет разграничение магнитные параметров на первичные и вторичные. К первичным относятся индукция, изобилие (4?I), проницаемость в крепких полях и температура магнитного превращения. Такие свойства зависят от численности и состава ферромагнитных фаз и не зависят от их формы и распределения. К вторичного типа особенностям относятся гистерезисные характеристики: индукция, изобилие и проницаемость в слабых и средних, полях, коэрцитивная сила, последний магнетизм. Вторичные свойства мало зависят от состава фаз и определяются в основном формой и распределением структурных составляющих.

Ключевыми ферромагнитными составляющими чугуна являются феррит и цементит, характеризующиеся следующими данными.

Коррозионная стойкость

Оба сплава склонны к ржавчины, и плохая эксплуатация помогают ускорению данного процесса.

Чугун в процессе применения покрывается сверху сухой ржавчиной. Это говоря иначе химическая коррозия. Мокрая (электрохимическая) коррозия действует на чугун очень медленно, чем на сталь. Сначала напрашивается вывод, что антикоррозионные характеристики чугуна намного больше. В действительности оба эти сплава склонны к ржавчины одинаково, просто в отношении изделий из чугуна из-за толстых стен процесс занимает побольше времени. Этим, к примеру, вполне объясним разницу в служебном сроке котлов: стальные — от 5 до пятнадцати лет, чугунные — от 30 лет.

В 1913 году Гарри Бреарли сделал открытие в области металлургии. Он обнаружил, что сталь с большим содержанием хрома имеет прекрасное сопротивление к кислотной ржавчины. Так возникла нержавейка. Она тоже имеет собственную градацию:

  1. Коррозионно-стойкая сталь имеет устойчивость к ржавчины в простых промышленных и бытовых условиях (нефтегазовая, нетяжелая, машиностроительная промышленность, хирургические инструменты, домашняя нержавеющая посуда).
  2. Огнеупорная сталь устойчивая к большим температурам и агрессивным средам (химическая индустрия).
  3. Жаропрочная сталь выделяется очень высокой прочностью к механическим действиям в условиях больших температур.

Определяем происхождение по типу детали

Рассмотрев подробные характеристики этих сплавов, можно уверенно пользоваться знаниями о том, чугун от стали чем отличается. Имея перед собой металлический предмет, сомневаясь в его происхождении, рационально сразу вспомнить главные отличительные технологические свойства. Итак, чугун – это литейный материал. Из него производят простую посуду, массивные трубы, корпусы станков, двигателей, крупные объекты несложной конфигурации. Из стали изготавливают детали всех размеров и сложности, так как для этого применяются ковка, штамповка, волочение, прокатывание и другие способы обработки металла давлением. Таким образом, если стоит вопрос о происхождении арматуры, сомнений быть не может – это сталь. Если интересует происхождение массивного казана – это чугун. Если же необходимо узнать, из чего изготовлен корпус двигателя или коленчатого вала – следует прибегнуть к иным вариантам распознавания, так как возможны оба варианта.

Цветовые особенности и анализ хрупкости

Для того чтобы знать, как отличить чугун от стали на глаз, нужно помнить о главных визуальных отличиях. Для чугуна характерен матовый серый цвет и более шероховатая внешняя текстура. Сталь характеризуется особым для нее серебристым блестящим оттенком и минимальной шероховатостью.

Также важными знаниями о том, как отличить чугун от стали визуально, является информация о пластичности этих материалов. Если исследуемые заготовки или металлические предметы не имеют серьёзной ценности, можно испробовать их на прочность и пластичность, применив ударную силу. Хрупкий чугун раскрошится на кусочки, в то время как сталь только деформируется. При более серьезных нагрузках, направленных на дробление, крошки чугуна получатся мелкой разнообразной формы, а кусочки стали – крупными, правильной конфигурации.

Резать и сверлить

Как отличить чугун от стали в домашних условиях? Необходимо получить из него мелкую пыль или стружку. Так как сталь обладает высокой пластичностью, то и стружка ее имеет извивистый характер. Чугун же крошится, при сверлении образуется мелкая стружка надлома вместе с пылью.

Для получения пыли можно воспользоваться напильником или рашпилем и немного подточить край интересующей детали. Полученную мелкодисперсную стружку рассмотреть на руке или белом листе бумаги. Чугун содержит углерод в большом количестве в виде графитовых включений. Поэтому при растирании его пыли остается черный графитовый «след». В сталях же углерод находится в связанном состоянии, поэтому механическое влияние на пыль не дает никаких видимых результатов.

Нагревать и искрить

Как отличить чугун от стали? Нужно оперировать необходимым оборудованием и небольшим запасом терпения.

В первом случае можно прибегнуть к нагреванию, к примеру, с помощью паяльной лампы, облачившись изначально в специальную защитную одежду и соблюдая правила безопасности в работе. Температуру нужно повышать до начала плавления металла. Уже было сказано, что температура плавления чугуна выше, чем у стали. Однако это касается преимущественно белых и передельных чугунов. Относительно всех промышленных марок — они содержат углерод в количестве не более 4,3 % и плавятся уже при 1000-1200˚С. Таким образом, его расплавить можно значительно быстрее.

Познавательным методом получения информации о том, чугун от стали чем отличается, является использование экспериментального образца на шлифовальном станке или под острым кругом шлифовальной машинки. Анализ осуществляется по характеристикам искр. Для чугуна характерны неяркие искры красного цвета, а для стали – яркие слепящие короткие лучи с бело-желтым оттенком.

Диаграмма состояний железо-углерод

Диаграмма состояний железо-углерод в интервале концентраций от железа до цементита представлена на рис. 1. Линия ABCD является ликвидусом системы, линия AHJECF – солидусом.

Три горизонтальные линии на диаграмме (HJB, ECF и PSK) указывают на протекание трёх нонвариантных реакций. При 14850 (линия HJB) протекает перитектическая реакция LB+ФН→АJ. В результате перитектической реакции образуется аустенит. Реакция эта имеет место только у сплавов, содержащих углерода от 0.1 до 0.5 % [10]. При 11300 (горизонталь ECF) протекает эвтектическая реакция LC→AE+Ц. В результате этой реакции образуется эвтектическая смесь. Эвтектическая смесь аустенита и цементита называется ледебуритом. Реакция эта происходит у всех сплавов системы, содержащих углерода более 2 %. При 7230 (горизонталь PSK) протекает эвтектоидная реакция AS→ФР+Ц. Продуктом превращения является эвтектоидная смесь. Эвтектоидная смесь феррита и цементита называется перлитом.

У всех сплавов, содержащих свыше 0.02 % углерода, т. е. практически у всех промышленных железоуглеродистых сплавов, имеет место перлитное (эвтектоидное) превращение. Таким образом, диаграмма железо – углерод характеризует протекание в этих сплавах эвтектического, эвтектоидного и перитектического превращений.

Внешний вид диаграммы железо – углерод (в своей доцементитной части), т. е. расположение линий на диаграмме, является вполне определённым и устоявшимся. Уточнению подвергаются лишь координаты (т. е. температура и концентрация наиболее характерных точек).

Значения координат точек на диаграмме железо – углерод представлены в таблице 1.

Рис. 1. Диаграмма железо – углерод

Таблица 1.

Характерные точки на диаграмме железо – углерод

Обозначение

точки

Температура в 0СКонцентрация

углерода в %

Обозначение точкиТемпература в 0СКонцентрация

углерода в %

A15350D16006.67
B14850.5G9100
H14850.1P7230.02
J14850.16S7230.8
N14000K7236.67
E11302.0Q6000.01
C11304.3L6006.67
F11306.67

Трудности промышленности

На сегодняшний день литье чугуна имеет сомнительные перспективы. Дело в том, что из-за высокого уровня затрат и большого количества отходов промышленники все чаще отказываются от чугуна в пользу дешевых заменителей.

Благодаря быстрому развитию науки уже давно стало возможным получение более качественных материалов при меньших затратах. Серьезную роль в этом вопросе играет защита окружающей среды, которая не приемлет использование доменных печей.

Чтобы полностью перевести выплавку чугуна на электрические печи, нужны годы, если не десятилетия. Почему так долго? Потому что это очень дорого, и далеко не каждое государство может себе это позволить. Поэтому остается лишь ждать, пока наладится массовый выпуск новых сплавов.

Конечно же, полностью прекратить промышленное применение чугуна в ближайшее время не получится. Но очевидно, что масштабы его производства будут падать с каждым годом. Эта тенденция началась еще 5-7 лет тому назад.

Заключение

Разобравшись с вопросом: «Что такое чугун?», можно сделать несколько выводов. Во-первых, чугун представляет собой сплав из железа, углерода и присадок. Во-вторых, он имеет шесть видов.

В-третьих, чугун весьма полезный и универсальный материал, поэтому долгое время его дорогостоящее производство было целесообразно.

В-четвертых, на сегодняшний день чугун уже считается пережитком прошлого, и планомерно уступает свои позиции более надежным и дешевым материалам.

Источники

  • https://titan-spec.ru/metally/formula-chuguna.html
  • https://jgems.ru/metally/chugun
  • https://InstrumentBaza.ru/materialy/sostav-chuguna.html
  • https://SoproMats.ru/materialyi/metallyi/chugun/
  • https://obrabotkametalla.info/stal/sostava-splava-chuguna-i-otlichie
  • https://molotok34.ru/spravochnik/sostav-chuguna.html
  • https://regionvtormet.ru/metally/chto-takoe-chugun-sostav-chuguna-kakovo-soderzhanie-v-nem-ugleroda-i-zheleza-sfera-ispolzovanie-materiala.html
  • https://metinvest-smc.com/ru/articles/chto-takoe-chugun-kharakteristiki-metalla-osobennosti-proizvodstva-i-primeneniya/
  • https://umlz.com.ua/chto-takoe-chugun-formula-sostav-vidy-i-preimushhestva/
  • https://metallicheckiy-portal.ru/articles/chermet/raznoe/chto-takoe-chugun-sostav-i-soderzhanie-ugleroda-v-splave/
  • https://met-lit.ru/prokat/kak-otlichit-chugun-ot-metalla.html

Кованое железо – обзор

1.2.3 Макрогальваническая коррозия

Mg обладает самой высокой химической активностью среди технических металлов. Поскольку стандартный равновесный потенциал Mg/Mg 2 + столь же отрицателен при −2,4 В -NHE (Song, 2005b; Perrault, 1978), Mg и его сплавы обычно имеют очень отрицательный разомкнутый контур (или коррозию). потенциал (около −1,5 В -NHE ) в нейтральной водной среде). Это означает, что сплавы Mg всегда являются анодом, если они находятся в контакте с другими техническими металлами.

Макрогальваническая коррозия представляет собой анодный процесс растворения анода, ускоренный катодными реакциями на катоде, который находится в электрическом контакте с анодом. Теоретически скорость гальванической коррозии (i g ) определяется формулой (Song et al. , 2004b):

[1.10]ig=Ec-Ea/Ra+Rc+Rs+Rm

Еа – потенциалы холостого хода (коррозии) катода и анода соответственно в данном электролите; Rc и Ra — поляризационные сопротивления катода и анода; Rs и Rm — растворное и электронное сопротивления между анодом и катодом соответственно.

Разность коррозионных потенциалов (Ec-Ea) между анодом и катодом является первой критической переменной, определяющей скорость гальванической коррозии i g . Как показано в Таблице 1.1, коррозионный потенциал Mg в растворе NaCl является наименее благородным среди технических металлов и фактически более чем на 600 мВ более отрицателен, чем у цинка, который занимает второе место в гальваническом ряду. Основываясь на коррозионном потенциале, технические металлы, подвергающиеся воздействию морской воды, можно ранжировать в гальваническом ряду от активных (отрицательных) до пассивных (благородных) (Hack, 1995):

Таблица 1.1. Потенциалы коррозии обычных металлов и сплавов в мас. 3 ~ 6% NaCl Решения (песня, 2007а)

– 0,85, Active

9004 9004

Magnesium → Магниевые сплавы → Цинк → оцинкованная сталь → Алюминий 1100 → Алюминий 6053 → алюминий плакированный → кадмий → алюминий 2024 → мягкая сталь → кованое железо → чугун → нержавеющая сталь 13% Cr, тип 410 (активная) → нержавеющая сталь 18-8, тип 304 (активная) → нержавеющая сталь 18-12-3, тип 316 (активный) → свинцово-оловянные припои → свинец → олово → металл мунц → марганцевая бронза → морская латунь → никель (активный) → сплав 76Ni-6Cr-7Fe (активный) → 60Ni-30Mo-6Fe-1Mn → желтая латунь → адмиралтейская латунь → алюминиевая латунь → красная латунь → медь → кремниевая бронза → медно-никелевый сплав 70:30 → G-бронза → серебряный припой → никель (пассивный) → сплав 76Ni-16Cr-7Fe (пассивный) → нержавеющая сталь 13% Cr, тип 410 ( пассивный) → титан → нержавеющая сталь 18-8, тип 304 (пассивный) → нержавеющая сталь 18-12-3, тип 316 (пассивный) → серебро → гра фит → золото → платина

Mg и его сплавы находятся на самом активном конце в этом ряду, и поэтому они всегда действуют как анод при контакте с другими техническими металлами.Из-за большой разницы между их коррозионными потенциалами (Ec-Ea) склонность к гальванической коррозии всегда значительна между сплавом Mg и другим конструкционным металлом.

Уравнение 1.10 также предполагает, что гальваническая коррозия определяется сопротивлением анодной и катодной поляризации (Ra и Rc). Mg и его сплавы обычно имеют низкое сопротивление анодной поляризации (Song, 2004b, 2009b, Song, et al. , 1997a, 1997b, 2004a), в то время как сопротивление катодной поляризации других металлов в нейтральном растворе в результате диффузионно-контролируемого восстановления кислорода составляет относительно большой.Для конкретного сплава Mg в данном растворе, коррозионный потенциал и анодное сопротивление которого фиксированы, коррозионный потенциал и сопротивление катодной поляризации катодного металла будут иметь решающее влияние на гальваническую коррозию сплава Mg (Song et al. ). , 2004б). Металл с благородным потенциалом и относительно низким сопротивлением катодной поляризации сильно ускорит коррозию сплава Mg. Хорошо известно, что металлы Fe, Co, Ni, Cu, W, Ag и Au намного благороднее сплавов Mg в водном растворе (таблицы 1.1 и 1.2) и имеют относительно низкие перенапряжения выделения водорода (ниже 500 мВ, т.е. низкое сопротивление катодной поляризации). Таким образом, эти металлы в контакте со сплавом Mg могут образовывать пары гальванической коррозии и приводить к серьезному повреждению сплава Mg вследствие гальванической коррозии. Следует избегать такого типа гальванической пары. К сожалению, алюминий, сталь и оцинкованная сталь являются широко используемыми конструкционными материалами и довольно часто используются вместе с магниевыми сплавами. В этом случае сталь наиболее вредна, а алюминий наименее вреден для магниевых сплавов (Avedesian and Baker, 1999; Song et al., 2004b).

Таблица 1.2. Стандартные равновесные потенциалы типичных металлов в водный раствор (Бард и Фолкнер, 1980)

Metal потенциал коррозии (V -Nhe )
мг – 1.73
мг сплавы – 1.67
Мягкая сталь, Zn-Plated – 1.14 – 1.14
ZN – 1.05 – 1.05
Мягкая сталь, CD-Plated – 0,86
AL (99.99%) – 0.85
Al Сплав (12% SI) – 0.83
MILDE ELEE – 0.78
чугуна – 0.73
PB – 0.55
Sn – 0.50 – 0.50
– 0.43 – 0.43
Латунь (60/40) – 0.33
CU – 0.22
Ni − 0.14
Нержавеющая сталь, Passive – 0.13 – 0.13
Au 0.18 0.18
0.18
Zno 2 2 – + 2H 2 – + 2e 2 o + 2e = Zn + 4OH
Реакции Стандартный равновесительный потенциал (V -Nhe )
AU + + E = AU 1.68
PT 2 + + 2E = PT ~ 1.2
PD 2 + + 2E = PD 0.83
AG 7 + + E = AG 0.7996
PTCL2 + 2e = Pt + 4Cl 0.73
CU + + E = CU 0.522
AG 2 O + H 2 O + 2E = 2 AG + 2OH 0.342
CU 2 + + 2e = Cu 0.3402
PB 2 + + 2e = Pb – 0.1263
Sn 2 + + 2e = Sn − 0.1364
NI 2 + + 2e = Ni – 0.23 – 0.23
CO 2 + + 2E = CO – 0.28
PBSO 4 + 2E = PB + так 4 2 – 2 – – 0.356
CD 2 + + 2e = CD – 0.4026
Fe 2 + + 2e = Fe – 0,409
Кр 2 + + 2e = Кр – 0.557
Ni (OH) 2 + 2E = Ni + 2OH – 0.66
ZN 2 + + 2e = Zn – 0,7628
MN 2 + + 2e = Mn – 1.029
– 1.216
AL 3 + + 3e = Al (0,1 М NaOH) − 1,706
Mg + 2e = Mg 2 + − 2.4

В уравнении 1.10 Rm также может существенно влиять на ток гальванической коррозии. Если она достаточно велика (например, в случае, когда анод и катод разделены изолятором), то гальваническая коррозия прекратится. К сожалению, анод и катод обычно электрически соединены, поэтому на практике Rm = 0. Поэтому Rm серьезно не рассматривается во многих исследованиях гальванической коррозии.

Параметры, входящие в уравнение 1.10, могут определять общий ток гальванической коррозии, i g , который представляет собой общую гальваническую коррозию анода (Song, 2009d).Если все параметры уравнения 1.10 измерены, можно оценить общий ущерб от гальванической коррозии. Во многих прикладных исследованиях пытались оценить совместимость различных материалов (включая крепежные детали) с деталями из сплава Mg, используя это уравнение (Starostin et al. , 2000; Gao et al. , 2000; Hawke, 1987; Senf et al.). и др., 2000; Skar, 1999; Boese и др., , 2001).

Однако во многих практических применениях распределение плотности гальванического тока I g по поверхности компонента из магниевого сплава вызывает большую озабоченность, поскольку его нельзя просто предсказать по уравнению 1.10. Распределение плотности гальванического тока тесно связано с параметром Rs, зависящим от геометрической конфигурации пути решения гальванического тока между анодом и катодом. Для простой одномерной гальванической пары, состоящей из сплава Mg и другого металла, возможно аналитическое предсказание распределения плотности гальванического тока (Waber and Rosenbluth, 1955; Kennard and Waber, 1970; Gal-Or et al. ). , 1973; McCafferty, 1976, 1977; Melville, 1979, 1980).Сообщалось, что плотность гальванического тока имеет экспоненциальное распределение (Song et al. , 2004b; Song, 2009d). Это может быть подтверждено экспериментально (см. рис. 1.5) прямым измерением распределения плотности гальванического тока сплава Mg, находящегося в контакте с другим металлом, в стандартных условиях соляного тумана (Song et al. , 2004b).

1.5. Зависимость Ln(Ig) от расстояния до перехода «анодель-катод» (Song et al. , 2006b).

Для этих измерений можно использовать специально разработанный гальванический датчик типа «сэндвич» (см. рис. 1.6) (Song et al. , 2004b; Song, 2009d). Измеренная плотность гальванического тока экспоненциально уменьшается с толщиной изолирующей прокладки, что означает, что гальваническая коррозия все еще может быть значительной, даже когда толщина изолирующей прокладки между сплавом Mg и сталью достигает 9 см в условиях соляного тумана. (Song, 2005b, 2006; Song и др., 2004b). Представляется, что введение изолирующей прокладки может уменьшить, но не устранить гальваническую коррозию. Причина в том, что изолирующая прокладка не полностью блокирует путь ионного тока.

1.6. Конфигурация зонда типа «сэндвич», используемого для измерения гальванического тока (Song et al. , 2006b).

Когда геометрия гальванической пары усложняется, экспериментальное измерение скорости гальванической коррозии с использованием описанного выше «сэндвичевого» гальванического датчика будет затруднено.В этом случае возможно компьютерное моделирование (Klingert et al. , 1964; Doig and Flewitt, 1979; Fu, 1982; Sautebin et al. , 1980; Helle et al. , 1981; Kasper and April). , 1983; Munn, 1982; Munn and Devereux, 1991a, 1991b; Miyaska и др. , 1990; Aoki and Kishimoto, 1991; Hack, 1997). Уже проведено несколько успешных исследований гальванической коррозии магниевых сплавов с помощью компьютерного моделирования (Jia et al. , 2004, 2005a, 2005b, 2006, 2007). Тем не менее, экспериментальное измерение поляризационных кривых металлов связи по-прежнему важно для численного анализа и компьютерного моделирования.Кривые поляризации необходимы в качестве граничных условий при компьютерном моделировании. Из-за эффекта отрицательной разницы, эффекта подщелачивания, эффекта «отравления», эффекта «короткого замыкания» и т. д. (Song, 2005b, 2006; Song et al. , 2004b) современные методы компьютерного моделирования не могут при этом времени всесторонне моделировать практический макрогальванический процесс, и довольно часто наблюдаются значительные отклонения между данными компьютерного моделирования и измеренными результатами гальванической коррозии.

Чугун с никелевым сопротивлением

Отливки из никелевого резиста

могут быть изготовлены либо из основного материала из серого чугуна, либо из материала на основе чугуна с шаровидным графитом.Эти материалы были разработаны для обеспечения хорошей устойчивости к морской воде и щелочной коррозии, устойчивости к образованию накипи, тепловому расширению, фрикционному износу, окислению, структурной стабильности, криогенным применениям и эрозии.

Ni Resist также может использоваться в тех случаях, когда требуются ненамагничивающиеся свойства.

Преимущества нирезистивного чугуна:

Стоимость

По сравнению с отливками из нержавеющей стали, отливки из Ni Resist могут предложить ценовые преимущества.Отливки из Ni Resist легче отливок из нержавеющей стали. Их можно отливать почти до окончательной формы

Механическая обработка

Ni Resist легче обрабатывается, чем нержавеющая сталь. Припуски на механическую обработку отливок из никелевого резиста ниже по сравнению с нержавеющей сталью.

Литье

Как и в случае с серым чугуном и чугуном с шаровидным графитом, отливки из никелевого резиста обладают всеми конструктивными преимуществами, присущими отливкам из чугуна. Могут быть использованы сложные формы, будет достигнута превосходная отделка поверхности и могут быть выполнены сложные конструкции.

Ni-резист Спецификация BS 3468 1986

Тип Класс Химический состав
С%макс. Si% Мн% Ni% Cu% Кр% Нб% П%макс. Мг%
Чешуйчатый графит Ф1 3.0 1,5 – 2,8 0,5 – 1,5 13,5 – 17,5 5,5 – 7,5 1,0 – 2,5 0,2
F2 3,0 1,5 – 2,8 0,5 – 1,5 18,0 – 22,0 0,5 макс. 1,5 – 2,5 0.2
Ф3 2,5 1,5 – 2,8 0,5 – 1,5 28,0 – 32,0 0,5 макс. 2,5 – 3,5 0,2
Сфероидальный графит С2 3,0 1,5 – 2,8 0,5 – 1,5 18.0 – 22,0 0,5 макс. 1,5 – 2,5 0,08
С2Б 3,0 1,5 – 2,8 0,5 – 1,5 18,0 – 22,0 0,5 макс. 2,5 – 3,5 0,08
S2C 3.0 1,5 – 2,8 1,5 – 2,5 21,0 – 24,0 0,5 макс. 0,5 макс. 0,08
С2М 3,0 1,5 – 2,5 4,0 – 4,5 21,0 – 24,0 0,5 макс. 0,2 макс. 0.08
S2W 3,0 1,5 – 2,2 0,5 – 1,5 18,0 – 22,0 0,5 макс. 1,5 – 2,2 0,12 – 0,2 0,05 0,06макс.*
С3 2,5 1,5 – 2,8 0,5 – 1,5 28,0 – 32.0 0,5 макс. 2,5 – 3,5 0,08
S5S 2,2 4,8 – 5,4 1,0 макс. 34,0 – 36,0 0,5 макс. 1,5 – 2,5 0,08
С6 3,0 1.5 – 2,8 6,0 – 7,0 12,0 – 14,0 0,5 макс. 0,2 макс. 0,08

Аустенитный чугун Спецификации в соответствии с BS 3468 1986

Тип Марка Прочность на растяжение
(мин) Н/мм2
0,2% Proof Stress (только информация) Удлинение, % (только информация) V-образный вырез по Шарпи при 20°C (J) Твердость по Бринеллю BHN Типичные свойства/использование
Чешуйчатый графит Ф1 170 1 – 2 140 – 220 Хорошая коррозионная и термостойкость в сочетании с хорошими свойствами подшипника.Использование включает морской, печи, насосы и клапаны.
F2 170 1 – 3 140 – 220 Аналогичен F1, но обладает большей устойчивостью к щелочной коррозии. Для использования в насосах для производства мыла, продуктов питания и пластмасс.
Ф3 190 1 – 3 120 – 215 Стойкость к эрозии во влажном паре и солевом шламе.Хорошая стойкость к тепловому удару до 800°С наряду с хорошей коррозионной стойкостью при высоких температурах. Область применения включает коллекторы выхлопных газов, корпуса турбонагнетателей, фильтры, насосы и клапаны.
Сфероидальный графит С2 370 210 7 – 20 4 – 20 140 – 230 Коррозионная и термостойкость аналогична F1, но с более высокими механическими свойствами.Типичные области применения включают выпускные коллекторы для использования до 750c, насосы, клапаны и детали турбонагнетателя.
С2Б 370 210 7 – 20 4 – 10 140 – 230 Лучшая коррозионная стойкость по сравнению с классом S2 из-за присутствия хрома, но более твердого сплава, обеспечивающего отсутствие пористости. Типичные области применения включают выпускные коллекторы для использования при температурах до 750°C, насосы, клапаны и детали турбокомпрессора.
S2C 370 170 20 – 40 20 – 30 130 – 170 Немагнитный материал с хорошими ударными характеристиками до -100°C. Более низкая коррозионная и термостойкость, чем у S1. Типичные области применения включают немагнитные компоненты для генераторных установок, фланцы изолятора и для умеренных криогенных применений.
С2М 420 210 25 – 45 15 – 25 150 – 180 Немагнитный материал с сохранением механических свойств до -150°С.Использование включает криогенные компоненты для использования при температуре жидкого азота.
S2W 370 210 7 – 20 10 – 20 140 – 200 Коррозионная и термостойкость аналогична F1, но с более высокими механическими свойствами. Типичные области применения включают выпускные коллекторы для использования до 750c, насосы, клапаны и детали турбонагнетателя. S2W имеет улучшенную свариваемость по сравнению с маркой S2.
С3 370 210 7 – 18 4 – 20 130 – 200 Аналогичен марке F3, но с улучшенными механическими свойствами. Область применения включает коллекторы выхлопных газов, корпуса турбонагнетателей, фильтры, насосы и клапаны.
S5S 370 210 7 – 20 130 – 180 Очень хорошая устойчивость к росту и шелушению до 850°С в сочетании с хорошей термостойкостью.
1999 г.

В.


1999 г.

А. Привет, Джанартана. Существуют запатентованные решения для чернения, работающие при комнатной температуре, которые можно приобрести у таких поставщиков, как EPI (Electrochemical Products Inc.) [рекламодатель, поддерживающий Finishing.com], Heatbath и некоторых других. Некоторые, если не все, основаны на осаждении соединений селена. У нас есть часто задаваемые вопросы о черном оксиде и холодном чернении.

Однако лучшие из фирменных, после десятилетий проб и ошибок и постепенного совершенствования, по моему личному мнению, все же уступают горячему чернению.


1999 г.

A. Ответ на письмо Рикардо Бастоса:

Информации о чернении стали и чугуна действительно немного. Могу лишь добавить, что это просто и на каждом участке возможно с помощью нового чернения при комнатной температуре. Вам не нужно дорогостоящее оборудование и нет вредных химикатов, нет нагрева, нет выхлопных газов, нет экологических проблем. Это так же просто, как окунуть детали в краску.


1999 г.

Привет, Клаус.Я утверждал выше (как и другие в письмах здесь и в опубликованных статьях), что холодное чернение уступает горячему чернению. Но горячее чернение крайне опасно, поэтому мы все очень заинтересованы в хороших заменителях!

Я никогда не видел опубликованного отчета о холодном чернении, равном горячему чернению в защите от коррозии, эстетике, адгезии к подложке, отсутствии абразивных частиц, которые мешают другим производственным этапам, а также отсутствии серо-черной грязи, которая проникает повсюду .Итак, если вы можете предоставить технические данные по этим вопросам, и независимо от того, предлагаете ли вы чернение на основе селена или нет, и результаты независимого тестирования, мы будем рады услышать больше! Вы также можете заказать платную рекламу здесь или в любом другом месте, но мы не включаем коммерческое продвижение в этот общедоступный форум, который предоставляется всем нам для товарищества и технической информации благодаря поддержке рекламодателей. Спасибо за понимание того, что тратить их щедрые деньги поддержки на размещение рекламы своих конкурентов было бы нелепо.


2001

В. Уважаемый господин,

Я получил степень бакалавра и начал производство в Бангалоре, я занимаюсь чернением материалов.

Ставлю проблемы по чернению материала, т.е. поставка заказчика, сырье после термической обработки и есть окалина, пыль, остаточное масло (метазакалка и т.п.)

Так что, пожалуйста, подскажите мне, что все кислоты моют и в каких концентрациях я должен сделать, чтобы я мог удалить все эти масла, сажу, накипь и т. д.


31 июля 2009 г.

А. Привет, Раджендар. В большинстве случаев черное оксидирование не окажет существенного влияния на твердость, размеры или гладкость. Некоторые закаленные компоненты, такие как стволы винтовок, зачернены.

Но мы можем дать вам более точный и полезный ответ, если вы сможете подробно описать свою конкретную ситуацию; универсальные ответы почти никогда не доступны, и есть дюжина «если, и, и, но», которые применимы к общему случаю, но, вероятно, не к вашему случаю.


“Электролитические и химические конверсионные покрытия”
от Biestek & Weber
из Abe Books
или

Партнерская ссылка
(комиссионные от ваших покупок делают возможным использование Finishing.com)

апрель 2018 г.

А. Привет, Викас. Рамеш Варадан посоветовал нам “едкий натр 625 г/л” , а также добавить 100 г нитрита натрия и 25 г нитрата натрия на литр воды.

В Руководстве по отделке металлов 1998 г. Нат Холл рекомендует использовать щелочь 80 унций/галлон, нитрит калия 30 унций/галлон и нитрат калия 20 унций/галлон.Biestek & Weber «Конверсионные покрытия».
предлагает еще пять вариантов и очень хорошее описание того, как работает фоновая химия. Одна из их формул: 650-700 г/л каустика, 30-35 г/л NaNO3, 16-18 г/л NaNO2, 18-20 г/л NaCl.

Я уверен, что любая из этих формул будет работать, и маловероятно, что небольшие вариации будут основной причиной каких-либо трудностей, с которыми вы столкнетесь. Перепечатывать вариации формул из учебников, наверное, менее полезно, чем люди описывают свою ситуацию и дают нам попробовать помочь им в этом 🙂

Удачи, привет,


Тед Муни, П.

7 апреля 2018 г.

В. Я провел эксперимент с электрочернением стали, 4140 или другого сплава. Я начал с раствора гидроксида натрия и нитрата натрия и смог добиться средне-коричневого цвета. К сожалению, мои химические знания — это только то, что я приобрел в старшей школе и на уроке качественного анализа на первом курсе колледжа… Довольно много лет назад.
Кто-нибудь знает об электролитическом процессе получения черного покрытия Fe3O4?

Недавно я столкнулся с холодным синим процессом с использованием перекиси водорода и хлорида натрия (насыщенный раствор в H3O2), в ходе которого образуется красная ржавчина (полагаю, оксид железа), которая затем превращается в Fe3O4 в ванне с горячей водой.


10 апреля 2018 г.

 Спасибо за информацию, Горан. Я попробую.

В. Желательным является метод холодного воронения/медленной ржавчины, который используется для воронения/чернения стали. Для домашних пользователей он вполне безопасен по сравнению с промышленным едким хот-блю, поэтому для меня он имеет и важность, и актуальность.

Я перефразировал вторую часть моего предыдущего вопроса для ясности.

Недавно я столкнулся с методом холодной синевы или медленной ржавчины с использованием перекиси водорода и хлорида натрия, добавленных до насыщения в h3O2).

Этот раствор используется для быстрого проявления красной ржавчины Fe2O3, которая затем превращается в Fe3O4 в ванне с горячей водой.

Мой вопрос по этому процессу касается хлорида натрия: является ли это лучшей солью для добавления в раствор пероксида, и если да, то какой вклад в процесс окисления вносит ион хлорида? Это аналог ржавчины на железе, вызванной парами HCl? Тот факт, что HCl вызывает образование ржавчины, очевиден, менее очевидным является взаимосвязь хлора и кислорода.


16 апреля 2018 г.

А.Лучший ответ на мой второстепенный вопрос о причине растворения NaCl в перекиси водорода, кажется, был найден на Reddit:

«Это классическая «окислительно-восстановительная» реакция; с высоты 10 000 футов h3O2 отдает кислород с образованием оксида железа, FeO2 и FeO3, более известного как ржавчина. Fe в стали, электроны предпочитают путешествовать в соленой воде (поэтому соленая вода проводит электричество) Электрон перескакивает на h3O2, образуя h3O и O-, которые немедленно захватывают Fe2+/Fe3+ с образованием оксида железа.В отсутствие NaCl электроны с трудом добираются до h3O2, потому что они поглощаются ионами H+ в воде (именно поэтому вы увидите пузырение в отсутствие соли, но не сильное действие)».

Мой комментарий, относящийся к покрытиям огнестрельного оружия:

Преобразование чернения (от красного до черного) выполняется в баке с кипящей водой с использованием того же процесса, который использовался для образования классической «холодной ржавчины», наблюдаемой на многих старых огнестрельных оружиях, датировать эру «потемнения», но предшествовать «горячему синему» с использованием насыщенного раствора NaO/NaNO3 при высокой температуре.


16 мая 2018 г.

A. Моя компания уже много лет использует перенасыщенный водный раствор гидроксида натрия для чернения антикварной стали и чугуна, например, шкивов створки. Без каких-либо других добавок работает очень хорошо. Довольно стойкое покрытие.

Кипятить 20 минут, ок. 280 °F. Используем газовую горелку на подставке СНАРУЖИ. И обращаться очень осторожно, в защитной одежде и с защитой лица. Добавляемая вода может извергаться, поскольку она перегревается под поверхностью.

Питер Триестман
Olek, Inc.
Finishing.com стал возможным благодаря …
этот текст заменяется на bannerText

Отказ от ответственности: На этих страницах невозможно полностью диагностировать проблему чистовой обработки или риски операции. Вся представленная информация предназначена для общего ознакомления и не является профессиональным мнением или политикой работодателя автора. Интернет в значительной степени анонимен и непроверен; некоторые имена могут быть вымышленными, а некоторые рекомендации могут быть вредными.

Если вы ищете продукт или услугу, связанную с отделкой металлов, проверьте следующие каталоги:

О нас/Контакты    –    Политика конфиденциальности    –    © 1995-2022 отделка.com, Пайн-Бич, Нью-Джерси, США

органическая химия — Какова молекулярная структура покрытия на чугунной посуде, известного как приправа?

органическая химия – Какова молекулярная структура покрытия на чугунной посуде, известного как приправа? – Обмен химией
Сеть обмена стеками

Сеть Stack Exchange состоит из 179 сообществ вопросов и ответов, включая Stack Overflow, крупнейшее и пользующееся наибольшим доверием онлайн-сообщество, где разработчики могут учиться, делиться своими знаниями и строить свою карьеру.

Посетите биржу стека
  1. 0
  2. +0
  3. Войти
  4. Зарегистрироваться

Chemistry Stack Exchange — это сайт вопросов и ответов для ученых, ученых, преподавателей и студентов, изучающих химию.Регистрация занимает всего минуту.

Зарегистрируйтесь, чтобы присоединиться к этому сообществу

Любой может задать вопрос

Любой может ответить

Лучшие ответы голосуются и поднимаются на вершину

спросил

Просмотрено 1к раз

$\begingroup$

Когда кусок чугуна неоднократно покрывается жиром и подвергается воздействию тепла, на нем образуется твердое черное антипригарное покрытие, называемое «приправой».

Из чего именно состоит это покрытие на молекулярном уровне? Как он связан с чугунной подложкой? Какой химический процесс превращает жидкий жир в это покрытие? И что, если какие-либо характеристики используемых жирных кислот или триглицеридов влияют на конечное покрытие или на то, насколько хорошо оно связывается с железом?

спросил 27 июля 2012 г. в 5:41

Майк ДекМайк Дек

20911 серебряный знак44 бронзовых знака

$\endgroup$ 1 $\begingroup$

Некоторые подсказки:

  • если вы имеете в виду что “что именно” в первоначальном смысле слова, тогда ответ таков: никто не знает и никогда не узнает.

  • Если вас устроит более расплывчатый ответ, то посмотрите на химию пиролиза происходящего при 150 °C жиры, белки и крахмал/сахара, и все такое сразу. Это обширная область химии, и все дает опытному химику представление о структурах этого покрытия.

  • Связи с железом не будет, во-первых, потому что на чугуне и на стальных кастрюлях всегда есть слой оксида железа, на чугуне вы найдете глазурь, образованную сплавлением финишный слой форм (часто содержащий графит и глину)