Какие бывают чугуны: Контроль структуры и свойств металла

alexxlab | 01.03.1980 | 0 | Разное

Содержание

Виды чугуна их применение и маркировка

Серый чугун маркируют по ГОСТ 1412–85 «Чугун с пластинчатым графитом для отливок. Марки». Марка серого чугуна состоит из букв СЧ (серый чугун) и цифры, показывающей уменьшенное в 10 раз значение (в мегапаскалях) временного сопротивления при растяжении, например СЧ15 (σ_в = 150 МПа), марка СЧ30 указывает, что сплав относится к серым чугунам с пластинчатым графитом и имеет σ_в = 300 МПа. Стандартом предусмотрен следующий ряд марок – СЧ 10, СЧ15, СЧ20, СЧ25, СЧ30, СЧ 35.

Механические свойства серого чугуна зависят от структуры металлической основы и, главным образом, от количества и размеров графитовых включений. Прочность, твердость и износостойкость чугунов растут с увеличением количества перлита в металлической основе, которая по строению аналогична сталям. Однако крупные пластинчатые включения графита создают высокую концентрацию напряжений и действуют как надрезы, ослабляющие металлическую основу. Ферритные чугуны СЧ 10 и СЧ 15 предназначены для слабо- и средненагруженных деталей: маховиков, корпусов редукторов, дисков сцепления и пр. Ферритно-перлитные чугуны СЧ 20 и СЧ 25 применяют для деталей, работающих при повышенных статических и динамических нагрузках: блоков цилиндров, станин различных станков и др. Перлитныечугуны СЧ 30 и СЧ 35 обладают высокими механическими свойствами. Их используют для деталей, работающих при высоких нагрузках, в том числе в тяжелых условиях износа: гильз блоков цилиндров, распределительных валов и т.п.

Ковкий чугун по ГОСТ 1215–79 «Отливки из ковкого чугуна. Общие технические условия» маркируют буквами «КЧ» и двумя числами, которые указывают уменьшенное в 10 раз значение (в мегапаскалях) временного сопротивления при растяжении и относительное удлинение в процентах. Например, КЧ 37–12 означает, что эта марка ковкого чугуна имеет прочность ϭ_в = 370 МПа и относительное удлинение δ =12 %.

По механическим и технологическим свойствам ковкий чугун занимает промежуточное положение между серым чугуном и сталью. Недостатком ковкого чугуна по сравнению с высокопрочным является ограничение толщины стенок для отливки и необходимость длительного дорогостоящего отжига. Отливки из ковкого чугуна применяют для деталей, работающих при ударных и вибрационных нагрузках. Из ферритных чугунов изготавливают картеры редукторов, ступицы, крюки, скобы, хомуты, муфты, фланцы. Из перлитных чугунов, характеризующихся высокой прочностью и достаточной пластичностью, изготавливают вилки карданных валов, звенья и ролики цепей конвейеров, тормозные барабаны и диски.

Чугун с вермикулярным графитом изготавливают по ГОСТ 28394 – 89 четырех марок: ЧВГ 30 с ферритной металлической основой, ЧВГ 35 и ЧВГ 40 с феррито-перлитной, а ЧВГ 45 с перлитной основой. Буквы «ЧВГ» обозначают – «Чугун с вермикулярным графитом», а число – предел прочности при растяжении ϭ_в в МПа, уменьшенное в 10 раз.

Такие чугуны применяют для изготовления деталей, работающих при повышенных циклических нагрузках, при переменных повышенных температурах в общем и энергетическом машиностроении, авто- и дизелестроении. Из них выплавляют базовые детали станков, корпуса газовых турбин, крышки и головки цилиндров, блоки двигателей, корпуса гидроаппаратуры и др.

Высокопрочный чугун маркируют в соответствии с ГОСТ 7293–85 «Чугун с шаровидным графитом для отливок. Марки». Марку обозначают буквами «ВЧ» и числом, которое показывает уменьшенное в 10 раз значение (в мегапаскалях) временного сопротивления при растяжении. Например, маркировка ВЧ 50 означает, что этот чугун является высокопрочным и его = 500 МПа.

По сравнению с другими видами чугунов, механические свойства ВЧ повышаются, что обусловлено отсутствием концентрации напряжений у включений графита шаровидной формы.

Из высокопрочного чугуна изготовляют тонкостенные отливки (поршневые кольца), шаботы ковочных молотов, станины и рамы прессов и прокатных станов, изложницы, резцедержатели, планшайбы. Отливки коленчатых валов массой до 2..3 т, взамен кованых валов из стали, обладают более высокой циклической вязкостью, малочувствительны к внешним концентраторам напряжения, обладают лучшими антифрикционными свойствами и значительно дешевле.

План составления отчета

1. Выполнить краткие теоретические записи, в которых указать: факторы, влияющие на процесс графитизации и условия получения белого, серого, ковкого и высокопрочного чугунов.

2. Описать принципы маркировки чугунов по ГОСТам, свойства и область применения.

3. Выполнить графические построения и зарисовки согласно плану работы.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Лучшие изречения: Для студента самое главное не сдать экзамен, а вовремя вспомнить про него. 9755 – | 7376 – или читать все.

91.146.8.87 © studopedia.ru Не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования. Есть нарушение авторского права? Напишите нам | Обратная связь.

Отключите adBlock!
и обновите страницу (F5)
очень нужно

Чугун – это очень долговечный материал, способный переносить разные климатические условия. Из данного металла изготовляют посуду, радиаторы отопления и многое другое. Его применяют в промышленности, а также иных сферах жизнедеятельности. Существует несколько видов со специфическими особенностями и характеристиками. Далее рассмотрим разновидности, классификацию, расшифровку маркировки и сколько же существует видов чугуна.

Что такое чугун?

Чугун представляет собой сплав из железа и углерода. Как и любой другой металл он имеет свои положительные и отрицательные стороны:

Имеет склонность покрываться ржавчиной при длительном контакте с водой.
Обладает долговечностью, прочностью, качеством, упругостью, надежностью и практичностью.
В зависимости от вида может иметь пониженную пластичность, а также хрупкость.
Экологически чистый и безвредный для человека и животных материал.
Сплав отличается большим сроком службы (более 50-60 лет).
Обладает высоким уровнем гигиеничности, а также высокой стойкостью к кислотно-щелочной среде.
Обладает отличной теплопроводностью.
Схож по качественным характеристикам со сталью, имеет особый уровень прочности.

Свойства

Физические (к ним относятся усадка, удельный вес, коэффициент линейного расширения).
Тепловые (1 кал/см3*оС или 1,5 кал/см3*оС).
Механические (имеют прямую зависимость от формы, размеров и основы графита, входящего в состав – это пластичность и прочность).
Химические (расположение элементов по электродному потенциалу).
Гидродинамические (зависят от количества марганца и серы в сплаве).
Технологические (отвечают за стойкость к вибрации).

Основные черты

Имеет температуру плавления 1200 градусов по Цельсию, что на 300 единиц отличается от стали.
Из-за отсутствия прочной связи углерода и железа в составе такой материал не используется для изготовления различных деталей, так как не выдерживает большую нагрузку.
Металл относится к изделиям черной металлургии.
На свойства очень сильно влияют различные примеси в составе – это марганец, фосфор, сера, кремний, титан, хром, алюминий, никель, медь.

Классификация чугунов

Классификация чугунов определяется в соответствии с установленными техническими нормами ГОСТ 3443-77.Его деление происходит по признакам. По состоянию углерода:

По включению графита:

Хлопьевидный.
Шаровидный.
Вермикулярный.
Пластинчатый.

По матрице:

Ферритный.
Перлитный.
Феррито-перлитный (смешанный).

По химическому составу:

Легированные.
Не легированные.

Разновидности

Белый. Сплав, где углерод содержится в виде цементита. Это позволяет получать белый цвет и металлический блеск изделия. Здесь содержится совсем небольшое количество графита, который выявляется с помощью метода увеличения. Такая разновидность имеет ряд достоинств. Среди них износостойкость, стойкость к коррозии и гниению. С повышением углерода в составе будет увеличиваться твердость материала. Среди недостатков наблюдается плохая механическая обработка, из-за чего его также называют передельным.
Серый. Здесь присутствует углерод (графит пластинчатой формы) и кремний с примесями марганца, серы и фосфора. Внутри имеется оттенок серого цвета. Другой разновидностью является серый чугун с графитом шаровидной формы и магнием, церием в составе. Это отличный вариант для литья. Его также называют литейным. Обладает текучестью, низкой температурой кристаллизации и малой усадкой. Если в составе присутствует графит, то такой металл подходит только для работ на сжатие. Графит придает хрупкость и ломкость, что не позволяет изготавливать из него детали. Как и другие виды он имеет обозначения и пределы прочности (СЧ).
Ковкий. Эту разновидность выделяет особая мягкость и вязкость металла. При его отливке используют белый сплав, который подвергают термической обработке. Такой процесс называют отжигом, где проходит графитизация графита. Имеет особую прочность, сопротивление ударам и повреждениям. Он широко используется для изготовления деталей, особенно автомобильных (тормозные колодки, шаровые, мосты). Имеет обозначения (КЧ) и пределы прочности (указываются рядом с буквами). Данные показатели содержатся в специально разработанных технических регламентах (ГОСТ). Выпуск чугуна определенной разновидности осуществляется исключительно на основании принятых правил.
Высокопрочный. Данная разновидность имеет в составе графит. Он имеет сфероидальную форму. Это позволяет достичь высокой прочности металла. Используется для изготовления труб для различных целей (водоснабжение, водоотведение, нефтепроводы). Они имеют большой срок службы и эксплуатационные свойства.

Маркировка

Обозначение серого чугуна начинается с СЧ 10 и заканчивается СЧ 35. Это указано в ГОСТ 1412-85. Здесь важное значение имеет показатели временного сопротивления.
Высокопрочный вид прописан в ГОСТ 7293-85. Обозначение указывается 2 буквами русского алфавита – ВЧ.
В ГОСТ 1215-79 указано обозначение ковкого вида – КЧ, имеющего разное временное сопротивление и относительное удлинение.
По ГОСТ 1585-85 чугун может быть антифрикционным – АЧ, а также с различными примесями – АЧС-5, АЧС-2.
Износостойкий вид может обозначаться несколькими буквами – ИЧХ4Г7Д, где указывается хром в качестве дополнительного элемента.
Легированный вид указан в ГОСТ 7769-82. Устойчив к коррозии, имеет много положительных качеств. Может обозначаться ЧГ6С3, что указывает на соотношение марганца и кремния в металле.
В различных странах мира различные виды чугуна обозначают латинскими буквами. Это DIN, EN, BS, GJL и другие. К примеру, в Германии будет вот такое название DIN1691.

Области применения

Областей применения чугуна много. Такое положение образовалось благодаря различным видам и классификациям данного металла. Это:

Тяжела промышленность (изготовление деталей и различных предметов в металлургии и станкостроении).
Машиностроение (обычно применяется серый чугун, так как имеет полезные свойства – противостояние колебаниям и вибрациям).
Автомобильная промышленность (используется как металл в чистом виде, так и в смеси с графитом для изготовления цилиндров, коленчатых валов и иных элементов).
Тормозные колодки, используемые в различных сферах жизнедеятельности (мукомольной промышленности, бумагоделательной).
Для производства домашней, бытовой утвари – казанов, сковородок, горшков и иной посуды (не вызывает аллергических реакций, отлично сохраняет тепло и не окисляется).
В искусстве (это выкованные и литые ограждения, ворота, памятники и предметы декора).
В нефтяной промышленности (трубы и иные изделия из чугуна в данной отрасли отличаются долговечностью и отличными эксплуатационными свойствами).
Для изготовления ванн, моек (срок эксплуатации более 50-60 лет).

Выпуск чугуна осуществляется исключительно на основании специальных технических указаний, где прописаны свойства, марки и характеристики.

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

Определение

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

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

Историческая справка

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

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

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

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

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

Особенности

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

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

Технология производства

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

Первый этап производства

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

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

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

Второй этап производства

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

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

Дифференциация

Современная классификация чугунов предусматривает разделение данных сплавов на следующие типы:

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

Давайте рассмотрим каждый вид по отдельности.

Белый чугун

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

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

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

Половинчатый чугун

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

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

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

Самый распространенный машиностроительный материал

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

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

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

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

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

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

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

Обозначение данного чугуна происходит по такому принципу: СЧ 25-52. Две буквы сигнализируют о том, что это именно серый чугун, число 25 – показатель предела прочности при растяжении (в Мпа или кгс/мм 2 ), число 52 – предел прочности в момент изгиба.

Высокопрочный чугун

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

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

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

Марки высокопрочного чугуна бывают различны, но в общем виде обозначение его таково: ВЧ 40-5. Легко догадаться, что ВЧ – это высокопрочный чугун, число 40 – показатель предела прочности при растяжении (кгс/мм 2 ), число 5 – относительно удлинение, выражаемое в процентах.

Ковкий чугун

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

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

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

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

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

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

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

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

Прочие показатели

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

Обычная прочность: σв до 20 кг/мм 2 .
Повышенная прочность: σв = 20 — 38 кг/мм 2 .
Высокая прочность: σв = 40 кг/мм 2 и выше.

По пластичности чугуны разделяются на:

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

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

Сферы применения основных видов чугунов

Передельный чугун является основным компонентом металлошихты для производства стали. От качества чугуна зависит и качество стали.

Сталь получают из железной руды, но сам процесс передела происходит в несколько этапов:

из железной руды получают чугун,
чугун переделывают на сталь.

Основной смысл получения стали заключается в снижении в чугуне содержания углерода и некоторых вредных хим. элементов (фосфор, сера).

Что представляет собой чугун?

Чугун – многокомпонентный железоуглеродистый сплав, который содержит больше 2, 14 процентов углерода, кремния, некоторое количество марганца серы и фосфора.Существуют и специальные чугуны которые обогащают легирующими добавками: никелем, хромом, молибденом, ванадием и другими.

Чугуны могут образовывать эвтектики при затвердевании.

Эвтектики– это тип кристаллизации сплава.
Эвтектика есть пересекания плоскостей поверхности, которые участвуют в кристаллических фазах, и которые состоят в равновесном состоянии с расплавом при min температуре расплавления.

Исходя из диаграммы состояний железо-углерод – чугунный бывают доэвтектическими, эвтектическими, заэвтектическими.

Положение чугуна касательно эвтектической точке характеризуется величиной углеродного эквивалента.
Доэвтектический чугун затвердевает с начальным выделения из расплавов структурно свободного аустенита. Заэвтектический- затвердевает с выделением первичного графита или цементита.

Виды чугунов

Чугуны различают на:

белые
серые
высокопрочные
ковкие
аустенитно-никелевые
высоколегированные хромистые

Применение чугунов

Белый чугун применяют в производстве ковких чугунов.

Серые -обладают высокими литейными свойствами , хорошей обрабатываемостью простыми режущими инструментами ,высокой устойчивостью к износу. Благодаря этим свойствам серые чугуны нашли широкое применение, и являются важнейшим конструкционным материалом.

Высокопрочный чугун получают при отливке , с соблюдением определенной технологии, и с использованием специальный примесей, таких, как магний, редкоземельные элементы, мишметалла и другие.

Ковкие чугуны применяется в разных сферах промышленности, но особо популярны в автотракторном и сельхозмашиностроение. В них содержится более низкое количество углерода, в сравнении с другими чугуна: серый и высокопрочный.
Аустенитно-никелевые чугуны применяются в следующих видах промышленности : химическая, пищевая, нефтяная, текстильная. Из этих чугунов делают насосы, реакторы, котлы, части трубопроводов, вентилей и многих других. Из них также делают детали : клапаны, фитинги, печную арматуру- которые обычно изготавливают из медных сплавов.

Помимо этого, аустенитно-никелевый чугун применяется для коксового, газового, металлургического, энергетического производств – для создания всевозможных деталей, которые обладают высокой жаростойкость и жаропрочность.

Высоколегированный хромистый чугун используют для изготовления износостойких цилиндровых втулок, для деталей подверженных интенсивным абразивному износу. Эти чугуны есть высоко жаростойкими и обладают стойкостью к коррозии.

Опубликовано: 20.04.2016

Графитизированные чугуны

Главное меню a> | Учебная работа

Графитизированные чугуны

В зависимости от формы графитных включений различают серые, высокопрочные, ковкие чугуны и чугуны с вермикулярным графитом.

Серые чугуны получают при меньшей скорости охлаждения отливок, чем белые. Они содержат 1–3 %Si, обладающего сильным графитизирующим действием.

Серый чугун широко применяется в машиностроении. Он хорошо обрабатывается режущим инструментом. Из него производят станины станков, блоки цилиндров, фундаментные рамы, цилиндровые втулки, поршни и т.д.

Серые чугуны согласно ГОСТ 1412–85 маркируются буквами “СЧ” и далее следует величина предела прочности при растяжении (в кГ/мм² ), например СЧ 15, CЧ 20, СЧ 35 (табл. 1).

Графит в сером чугуне наблюдается в виде темных включений на светлом фоне нетравленного шлифа. По нетравленному шлифу оценивают форму и дисперсность графита, от которых в сильной степени зависят механические свойства серого чугуна.

Серые чугуны подразделяют по микроструктуре металлической основы в зависимости от полноты графитизации.

Степень или полноту графитизации оценивают по количеству свободно выделившегося (несвязанного) углерода.

Полнота графитизации зависит от многих факторов, из которых главными являются скорость охлаждения и состав сплава. При быстром охлаждении кинетически более выгодно образование цементита, а не графита. Чем медленнее охлаждение, тем больше степень графитизации. Кремний способствует графитизации, а марганец – карбидообразующий элемент – затрудняет графитизацию.

Рис. 3. Схемы микроструктур графитизированных чугунов:
а) серые; б) высокопрочные; в) ковкие; г) с вермикулярным графитом

Если графитизация в твердом состоянии прошла полностью, то чугун содержит две структурные составляющие – графит и феррит. Такой сплав называется серым чугуном на ферритной основе (рис. 3, а). Если же эвтектоидный распад аустенита прошел в соответствии с метастабильной системой

то структура чугуна состоит из графита и перлита. Такой сплав называют серым чугуном на перлитной основе. Наконец, возможен промежуточный вариант, когда аустенит частично распадается по эвтектоидной реакции на феррит и графит, а частично с образованием перлита. В этом случае чугун содержит три структурные составляющие – графит, феррит и перлит. Такой сплав называют серым чугуном на феррито-перлитной основе.

Феррит и перлит в металлической основе чугуна имеют те же микроструктурные признаки, что и в сталях. Серые чугуны содержат повышенное количество фосфора, увеличивающего жидкотекучесть и дающего тройную эвтектику.

В металлической основе серого чугуна фосфидная эвтектика обнаруживается в виде светлых, хорошо очерченных участков.

Высокопрочные чугуны с шаровидным графитом получают модифицированием серого чугуна щелочно-земельными элементами. Чаще для этого используют магний, вводя его в жидкий расплав в количестве 0,02–0,03 %. Под действием магния графит кристаллизуется в шаровидной форме (рис. 3, б). Шаровидные включения графита в металлической матрице не являются такими сильными концентраторами напряжений, как пластинки графита в сером чугуне. Чугуны с шаровидным графитом имеют более высокие механические свойства, не уступающие литой углеродистой стали.

Маркируют высокопрочный чугун согласно ГОСТ 7293–85 буквами “ВЧ” и далее следует величина предела прочности при растяжении (в

кГ/мм²), например ВЧ 40, ВЧ 45, ВЧ 80 (табл. 2). Так же, как и серые чугуны, они подразделяются по микроструктуре металлической основы в зависимости от полноты графитизации и могут быть ферритными, феррито-перлитными и перлитными. Высокопрочный чугун используется во многих областях техники взамен литой и кованой стали, серого и ковкого чугунов. Высокие механические свойства дают возможность широко применять его для производства отливок ответственного назначения, в том числе и в судовом машиностроении: головок цилиндров, турбокомпрессоров, напорных труб, коленчатых и распределительных валов и т.п.

Ковкие чугуны получают путем отжига отливок из белого чугуна. Получение ковкого чугуна основано на том, что вместо неустойчивого цементита белого чугуна при повышенных температурах образуется графит отжига белого чугуна. Мелкие изделия сложной конфигурации, отлитые из белого чугуна, отжигают (получают ковкий чугун) для придания достаточной пластичности, необходимой при их использовании в работе. Ковкий чугун согласно ГОСТ 1215–79 маркируют буквами “КЧ” и далее следуют величина предела прочности при растяжении (в

кГ/мм²) и относительного удлинения (в %), например, КЧ 35-10, КЧ 60-3 (табл. 3).

Графитизация идет путем растворения метастабильного цементита в аустените и одновременного выделения из аустенита более стабильного графита. Чем больше время выдержки при отжиге и меньше скорость охлаждения, тем полнее проходит графитизация. В зависимости от графитизации встречаются те же три основные типа структур, что и в сером чугуне: ковкие чугуны на ферритной, феррито-перлитной и перлитной основах (рис. 3, в). От серых (литейных) чугунов ковкие чугуны отличаются по микроструктуре только формой графита.

Если на шлифах (рис. 3, а) серых чугунов графит имеет форму извилистых прожилок, то в ковких чугунах графит, называемый углеродом отжига, находится в форме более компактных хлопьевидных включений с рваными краями. Более компактная форма графита обеспечивает повышение механических свойств ковкого чугуна по сравнению с серым чугуном с пластинчатым графитом. Обладая механическими свойствами, близкими к литой стали и высокопрочному чугуну, высоким сопротивлением ударным нагрузкам, износостойкостью, обрабатываемостью резанием, ковкий чугун находит свое применение во многих отраслях промышленности. Из него изготавливают поршни, шестерни, шатуны, скобы, иллюминаторные кольца и др.

Чугуны с вермикулярным графитом получают, как и высокопрочные чугуны, модифицированием, только в расплав при этом вводится комплексный модификатор, содержащий магний и редкоземельные металлы. Маркируют чугуны с вермикулярным графитом согласно ГОСТ 28394–89 буквами “ЧВГ” и далее следует цифра, обозначающая величину предела прочности при растяжении (кГ/мм²), например, ЧВГ 30, ЧВГ 45 (табл. 4). Вермикулярный графит подобно пластинчатому графиту виден на металлографическом шлифе в форме прожилок, но они меньшего размера, утолщенные, с округлыми краями (рис. 3, г). Микроструктура металлической основы ЧВГ также как у других графитизированных чугунов может быть ферритной, перлитной и феррито-перлитной.

По механическим свойствам чугуны с вермикулярным графитом превосходят серые чугуны и близки к высокопрочным чугунам, а демпфирующая способность и теплофизические свойства ЧВГ выше, чем у высокопрочных чугунов. Чугуны с вермикулярным графитом более технологичны, чем высокопрочные, и соперничают с серыми чугунами. Для них характерны высокая жидкотекучесть, хорошая обрабатываемость резанием, малая усадка. Чугуны с вермикулярньм графитом широко используются в мировом и отечественном автомобилестроении, тракторостроении, судостроении, дизелестроении, энергетическом и металлургическом машиностроении для деталей, работающих при значительных механических нагрузках в условиях износа, гидрокавитации, переменном повышении температуры. Например, ЧВГ используется для производства цилиндровых крышек и втулок, поршней судовых и тепловозных двигателей, корпусов газовых турбин и компрессоров.

Начало страницы

Виды чугуна их применение и маркировка

Разновидности чугунов:

В зависимости от того, какой формы присутствует углерод в сплавах различают белые, серые, ковкие и высокопрочные чугуны.

Белый чугун – Такое название он получил по виду излома, который имеет матово-белый цвет. Весь углерод в этом чугуне находится в связанном состоянии в виде цементит. Белые чугуны имеют большую твердость (НВ 450-550) и , как следствие этого, они очень хрупкие и для изготовления деталей машин не используются.

Высокая твердость белого чугуна обеспечивает его износостойкость, в том числе и при воздействии агрессивных сред. Это свойство учитывают при изготовлении из него поршневых колец. Однако белый чугун применяют главным образом для отливки деталей на ковкий чугун, поэтому его называют передельным.

Серый чугун – В сером чугуне углерод находится в виде графита пластинчатой формы. Серые чугуны маркируются сочетанием букв «С» – серый, «Ч»- чугун и цифрами, которые обозначают временное сопротивление разрыву при растяжении в Мпа.
Высокопрочный чугун – Отличительной особенностью высокопрочного чугуна являются его высокие механические свойства, так как структура углерода в нем – шаровидный графит. Это повышает прочность чугуна и позволяет получить сплавы с достаточно высокой пластичностью и вязкостью.

Обозначение марки включает буквы «В» – высокопрочный, «Ч» – чугун и цифры, обозначающие временное сопротивление разрыву при растяжении в Мпа.

Ковкий чугун – Ковкими называют чугуны, в которых графит имеет хлопьевидную форму. Несмотря на свое название, они никогда не подвергаются ковке. Конфигурация детали из ковкого чугуна определяется формой отливки. Ковкие чугуны маркируют «К» – ковкий, «Ч» – чугун и цифрами.

Первая группа цифр – показывает предел прочности чугуна при растяжении, МПа:

Вторые – относительное удлинение при разрыве в %.

Что такое чугун?

Имеет склонность покрываться ржавчиной при длительном контакте с водой.
Обладает долговечностью, прочностью, качеством, упругостью, надежностью и практичностью.
В зависимости от вида может иметь пониженную пластичность, а также хрупкость.
Экологически чистый и безвредный для человека и животных материал.
Сплав отличается большим сроком службы (более 50-60 лет).
Обладает высоким уровнем гигиеничности, а также высокой стойкостью к кислотно-щелочной среде.
Обладает отличной теплопроводностью.
Схож по качественным характеристикам со сталью, имеет особый уровень прочности.

Читать также: Катушка для триммера своими руками

Чугуны со специальными свойствами.

В зависимости от назначения различают износостойкие, антифрикционные, жаростойкие и коррозионностойкие чугуны.

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, следующие за ними, соответствуют их процентному содержанию в чугуне.

Жаростойкие чугуны применяют для изготовления деталей контактных аппаратов химического оборудования, работающих в газовых средах при 0 температуре 900-1100 С.

Коррозионностойкие чугуны.

Коррозионностойкие чугуны, обладают высокой стойкостью в газовой, воздушной и щелочных средах. Их применяют для изготовления деталей узлов трения, работающих при повышенных температурах.

Примеры обозначения и расшифровки:

1. СЧ15 – серый чугун, временное сопротивление при растяжении 150Мпа.

2. КЧ45-7 – ковкий чугун, временное сопротивление при растяжении 450Мпа, относительное удлинение 7%.

3. ВЧ70 – высокопрочный чугун, временное сопротивление при растяжении 700 МПА

4. АЧВ – 2 – антифрикционный высокопрочный чугун, номер 2.

5. ЧН20Д2ХШ – жаропрочный высоколегированный чугун, содержащий никеля 20%, 2% меди, 1% хрома, остальное – железо, углерод, форма графита – шаровидная

6. ЧС17 – коррозионностойкий кремниевый чугун, содержащий 17% кремния, остальное –железо, углерод.

Определение :

Сталь – сплав железа с углеродом, содержащий углерода не более 2,14%, а также ряд других элементов.

Классификация:

Для правильного прочтения марки необходимо учитывать ее место в

классификации стали по химическому составу, назначению, качеству, степени раскисления.

– По химическому составу стали подразделяют на углеродистые и легированные.

– Стали по назначению делят на конструкционные, инструментальные и стали специального назначения с особыми свойствами.

– Стали по качеству классифицируют на стали обыкновенного качества, качественные, высококачественные и особо высококачественные.

– Классификация по степени раскисления. Стали по степени раскисления классифицируют на спокойные, полуспокойные и кипящие .

Таблица 1. – Классификация сталей

Стали по химическому составу
Углеродистые			Легированные
низкоуглеродистые (до 0,25% С), среднеуглеродистые (0,25-0,6% С высокоуглеродистые (более 0,6% С)			низколегированную (с суммарным содержанием легирующих элементов до 2,5%), среднелегированную (от 2,5до 10%) и высоколегированную (свыше 10%).
По назначению
инструментальные		конструкционные
По качеству (содержанию вредных примесей)
Обыкновенного качества содержат до 0,06% S и 0,07% Р	Качественные до 0,035% S и 0,035% Р			Высококачествен- ные не более 0,025% S и 0,025% Р	Особо высококачествен- ные не более 0,015% S и 0,025% Р

Конструкционные стали – стали, предназначенные для изготовления различных деталей, узлов механизмов и конструкций.

Инструментальные стали – стали, применяемые для обработки материалов резанием или давлением, а также для изготовления измерительного инструмента.

Специальные стали — это высоколегированные (свыше 10%) стали, обладающие особыми свойствами – коррозионной стойкостью, жаро – стойкостью, жаропрочностью, износостойкостью и др

Углеродистые стали

К углеродистым сталям относят стали, не содержащие специально введенные легирующие элементы.

Конструкционные углеродистые стали.

Стали углеродистые обыкновенного качества (сталь с достаточно высоким содержанием вредных примесей S и P) обозначают согласно ГОСТ 380-94.

Эти наиболее широко распространенные стали поставляют в виде проката в нормализованном состоянии и применяют в машиностроении, строительстве и в других отраслях.

Углеродистые стали обыкновенного качества обозначают буквами:

Ст и цифрами от 0 до 6. Цифры — это условный номер марки. Чем больше число, тем больше содержание углерода, выше прочность и ниже пластичность.

Перед символом Ст указывают группу гарантированных свойств: А, Б,В. Если указание о группе отсутствует, значит предполагается группа А.

Например, СТ3; БСт4; ВСт2.

Сталь обыкновенного качества выпускается также с повышенным содержание марганца (0,8-1,1% Mn)/ В этом случае после номера марки добавляется буква Г. Например, БСТ3Гпс.

После номера марки стали указывают степень раскисления: кп – кипящая, пс – полуспокойная, сп – спокойная сталь.

Например, ВСт3пс.

Таблица 2. – Структура обозначения углеродистых сталей.

Группа стали	Обозначение	Номер стали	Степень раскисления	Категория
А	Ст	0	–	1, 2, 3
		1, 2, 3, 4	кп, пс, сп
		5, 6	пс, сп
Б	БСт	1, 2, 3, 4	кп, пс, сп	1, 2
		5, 6	пс, сп
В	ВСт	1, 2, 3, 4	кп, пс, сп	1, 2, 3, 4, 5
		5	пс, сп

Таблица 3. –Значение букв и цифр, употребляющихся при маркировке сталей обыкновенного качества.

Обозначение	Расшифровка обозначения
А	Группа сталей, поставляемая с гарантированными механическими свойствами. Обычно при обозначении сталей букву А опускают.
Б	Группа сталей, поставляемая с гарантированным химическим составом.
В	Группа сталей, поставляемая с гарантированными химическими и механическими свойствами.
Ст	Сокращенное обозначение термина «сталь»
0 – 6	Условные марки стали.
Г	Наличие буквы Г после номера стали означает повышенное содержание марганца.
Кп	Сталь «кипящая», раскисленная только ферромарганцем.
Пс	Сталь «полуспокойная», раскисленная ферромарганцем и алюминием.
Сп	Сталь «спокойная», то есть полностью раскисленная.

Примеры обозначения и расшифровки:

БСТ2кп – сталь конструкционная углеродистая обыкновенного качества, группы Б, поставляемая с гарантированным химическим составом, номер 2, кипящая.

СТ5Гпс – сталь конструкционная обыкновенного качества , группы , поставляемая с гарантированными механическими свойствами, номер 5, содержание марганца до 1%, полуспокойная.

ВСт3сп – сталь конструкционная углеродистая обыкновенного качества, группы В, поставляемая с гарантированным химическим составом и механическими свойствами, номер 3, спокойная.

Классификация чугунов

По включению графита:

Хлопьевидный.
Шаровидный.
Вермикулярный.
Пластинчатый.

По матрице:

Ферритный.
Перлитный.
Феррито-перлитный (смешанный).

По химическому составу:

Легированные.
Не легированные.

Обозначение углеродистых качественных конструкционных сталей

Качественная конструкционная сталь – сталь с заметно меньшим содержанием серы, фосфора и других вредных примесей. Обозначается согласно ГОСТ 1050-88.

Сталь маркируют двузначными числами, которые обозначают содержание углерода в сотых долях процента, и поставляют с гарантированными показателями химического состава и механических свойств. По степени раскисления сталь подразделяют на кипящую (кп), полуспокойную (пс), спокойную (без указания индекса). Буква Г в марках сталей указывает на повышенное содержание марганца (до 1%).

Примеры обозначения и расшифровки

Сталь 05кп –сталь конструкционная низкоуглеродистая, качественная, содержащая углерода 0,05%, кипящая.

Сталь 25 – сталь конструкционная низкоуглеродистая, качественная содержащая углерода 0,25%, спокойная.
Сталь 60Г – сталь конструкционная среднеуглеродистая, качественная, содержащая углерода 0,6%, арганца 1%, спокойная.

Автоматные стали

Обозначение автоматных сталей

По ГОСТ 1414-75 эти стали маркируют буквой А и цифрами, показывающими среднее содержание углерода в сотых долях процента. Применяют следующие марки автоматной стали: А12,А20, АЗО, А40Г.

Из стали А12 готовят неответственные детали, из стали других марок — более ответственные детали, работающие при значительных напряжениях и повышенных давлениях. Сортамент автоматной стали предусматривает изготовление сортового проката в виде прутков круглого, квадратного и шестигранного сечений. Эти стали не применяют для изготовления сварных конструкций.

Примеры обозначения и расшифровка

АС12ХН – сталь автоматная легированная, низкоуглеродистая, содержащая 0,12 % углерода, 1% хрома и никеля.

Котельные стали.

Стали листовые для котлов и сосудов, работающих под давлением, применяют для изготовления паровых котлов, судовых топок,

камер горения газовых турбин и других деталей. Они должны работать при переменных давлениях и температуре до 450″С. Кроме того, котельная сталь должна хорошо свариваться. Для получения таких свойств в углеродистую сталь вводят технологическую добавку (титан) и дополнительно раскисляют ее алюминием. Выпускают следующие марки углеродистой котельной стали 12К, 15К, 16К, 18K.20K.22Kc содержанием в них углерода от 0,08 до 0,28%.

Эти стали поставляют в виде листов с толщиной до 200 мм и поковок в состоянии после нормализации и отпуска.

Инструментальные углеродистые стали.

Обозначение инструментальных углеродистых сталей

Инструментальный углеродистые стали, маркируют в соответствии с ГОСТ1435-90.

Инструментальные углеродистые стали выпускают следующих марок:

У7.У8ГА.У8Г, У9, У 10, У 11, У 12 и У 13. Цифры указывают на содержание углерода в десятых долях процента. Буква Г после цифры означает, что сталь имеет повышенное содержание марганца. Марка инструментальной углеродистой стали высокого качества имеет букву А.

Примеры обозначения и расшифровки

У12 – сталь инструментальная, высокоуглеродистая, содержащая 1,2% углерода, качественная.

У8ГА – сталь инструментальная, высокоуглеродистая, содержащая 0,8% углерода, 1% марганца, высококачественная.

3. У9А – сталь инструментальная, высокоуглеродистая, содержащая 0,9% углерода, высококачественная.

Легированные стали.

Легированной называют сталь со специально введенным одним или более легирующим элементом.

Обозначение легированных сталей

Легированные стали маркируются комбинацией цифр и заглавных букв алфавита. В обозначении нет слова «сталь» или символа «Ст». Например, 40Х, 38ХМ10А, 20Х13. Первые две цифры обозначают содержание углерода в сотых долях процента. Следующие буквы являются сокращенным обозначением элемента. Цифры, стоящие после букв, обозначают содержание этого элемента в целых процентах. Если за буквой не стоит цифра, значит содержание этого элемента до 1%.

Таблица 4. – Обозначение элементов марка.

Ю-АI Алюминий	C-Si Кремний	A-N Азот
Р-В Бор	Г- Mn Марганец	Д –Cu Медь
Ф-V Ванадий	М-Мо Молибден	Е-Se Селен
В-W Вольфрам	Н-Ni Никель	Ц-Zr Цирконий
Ж-Fe Железо	T-Ti Титан	Б-Nb Ниобий
К- Co Кобальт	Та – Тантал	Х- хром

Для изготовления измерительных инструментов применяют X, ХВГ.

Стали для штампов: 9Х, Х12М, 3Х2Н8Ф.

Стали для ударного инструмента: 4ХС, 5ХВ2С.

Обозначение быстрорежущих сталей

Все быстрорежущие стали являются высоколегированными. Это стали для оснащения рабочей части резцов, фрез, сверл и т.д.

Маркировка быстрорежущих сталей всегда начинается с буквы Р и числа, показывающего содержание вольфрама в процентах. Наиболее распространенными марками являются Р9, Р18, Р12.

Области применения

Тяжела промышленность (изготовление деталей и различных предметов в металлургии и станкостроении).
Машиностроение (обычно применяется серый чугун, так как имеет полезные свойства – противостояние колебаниям и вибрациям).
Автомобильная промышленность (используется как металл в чистом виде, так и в смеси с графитом для изготовления цилиндров, коленчатых валов и иных элементов).
Тормозные колодки, используемые в различных сферах жизнедеятельности (мукомольной промышленности, бумагоделательной).
Для производства домашней, бытовой утвари – казанов, сковородок, горшков и иной посуды (не вызывает аллергических реакций, отлично сохраняет тепло и не окисляется).
В искусстве (это выкованные и литые ограждения, ворота, памятники и предметы декора).
В нефтяной промышленности (трубы и иные изделия из чугуна в данной отрасли отличаются долговечностью и отличными эксплуатационными свойствами).
Для изготовления ванн, моек (срок эксплуатации более 50-60 лет).

Читать также: Автомат для сварки нержавейки

Белый чугун

Читать также: Формула определения плотности материала

О чугуне – Чугунные печи Гефест

на главную

В технике под металлом понимают вещества, обладающие «металлическим блеском», в той или иной мере присущим всем металлам, и пластичностью. По этому признаку металлы можно легко отличить от неметаллов (например, дерева, камня, стекла или фарфора). «Металлы суть светлые тела, которые ковать можно». Это определение металлов, данное М. В. Ломоносовым, не потеряло своего научного значения и теперь, через 200 лет. М. В. Ломоносов отметил и вторую особенность этих тел — сходство их строения с солями, т. е. кристалличность. В XIX в. была создана научная теория строения тел, согласно которой все твердые тела делятся на две группы: кристаллические и аморфные.

1. Состав и сорт чугунов

Продуктами доменной плавки являются чугун, шлак, и колошниковый газ и колошниковая пыль.

Чугун по назначению делится на три группы: передельный, литейный и доменные ферросплавы. Из всей выплавки более 81% составляют передельные чугуны, которые переплавляются в сталь, и около 19% приходится на долю литейных чугунов и ферросплавов. Из литейного чугуна отливают фасонные детали, а ферросплавы используют в качестве добавок (раскислителей) при выплавке стали.

Чугун представляет собой сложный железоуглеродистый сплав, в котором углерода содержится от 2 до 4,3%, кремния – 0,5-4,25%, марганца – 0,2-2%, серы – 0,02-0,2%, фосфора – 0,1-1,2%. Влияние элементов, входящих в состав чугуна, на его свойства велико. Они определяют структуру и свойства чугуна.

Углерод—важнейшая составляющая чугуна. Углерод находится в чугуне в различных состояниях: в виде химически связанного соединения с железом Fе₃С, называемого карбидом железа (или цементитом), и в свободном состоянии – в виде графита.

Если углерод находится в чугуне в виде цементита, то чугун имеет в изломе белый цвет. Цементит кристаллизуется непосредственно из жидкого сплава. Чем быстрее идет процесс охлаждения (как при переходе чугуна из жидкого состояния в твердое, так и в твердом состоянии), тем больше в нем будет находиться химически связанного углерода.

Чугун, в котором углерод находится в виде цементита, называется белым чугуном.

Если углерод находится в чугуне главным образом в свободном состоянии – в виде графита, то чугун имеет в изломе серый цвет и называется серым чугуном.

Марганец способствует получению белого чугуна, так как образует с углеродом карбиды Мn₃С и этим препятствует графитизации. Поэтому в белых чугунах бывает 2–2,5%, а иногда и 3,5% Мn, а в сером чугуне – не более 1,3%.

Кремний является важнейшей после углерода примесью в чугуне. Кремний увеличивает жидкотекучесть и способствует получению серого чугуна. В сером чугуне кремния содержится от 1,25 до 4,25%, а в белом – от 0,2 до 2%.

Сера – вредная примесь в чугуне. Она ухудшает механические свойства чугуна, понижая его прочность увеличивая хрупкость, и придает чугуну густо-текучесть, пузырчат ость, т. е. ухудшает его литейные свойства. Поэтому содержание серы в чугуне не должно превышать 0,08%.

Фосфор также понижает прочность и увеличивает хрупкость чугуна, но, несмотря на это, он бывает и полезной примесью, так как увеличивает жидкотекучесть серого чугуна. Это качество имеет большое значение при изготовлении художественного и тонкостенного литья. Содержание фосфора в ответственных отливках допускается до 0,1%, а в менее ответственных – до 1,2%.

В доменных печах выплавляют чугун следующих сортов: передельный, литейный, доменные ферросплавы и специальные чугуны.

Передельный чугун делится на 3 класса:

1) мартеновский чугун марок М-1 и М-2, содержащий 1,5–2,5% Мn, 0,3–1,5% Si 0,15–0,2 % P и 0,03-И 0,07% S.

2) бессемеровский чугун марок Б-1 и Б-2, получаемый из малофосфористых руд и содержащий 0,6–1,5% Мn, 0,9-2,0% Si до 0,07% Р и до 0,04% S.

3) томасовский чугун марки Т-1, выплавляемый из фосфористых руд и содержащий 1,6–2% Р, 0,08–1,3% Мn, 0,2–0,6% Si; и 0,08% S.

Передельный чугун идет на переделку в сталь.

Литейный чугун марок ЛК-00, ЛК-0, ЛК-1 и других получают из шихты с достаточным содержанием кремнезема. В зависимости от марки он содержит 1,25–4,25% Si и до 1,3% Мn. Литейный чугун идет на отливку различных деталей. Его классификация приведена в разделе «Литейное производство».

Доменные ферросплавы, т. е. сплавы железа с различными элементами (марганцем, кремнием, фосфором и др.), используют в качестве раскислителей и легирующих добавок в сталеплавильных агрегатах и вагранках. В доменных печах выплавляют преимущественно следующие ферросплавы и специальные чугуны: зеркальный чугун, ферромарганец, ферросилиций, силикошпигель, феррофосфор, ферроманганфосфор.

Специальные чугуны — хромоникелевые, ванадиевые, титанистые.

Хромоникелевые чугуны выплавляют из руд, содержащих хром и никель. Эти чугуны бывают литейные, содержащие до 2,2–3,8% хрома и около 1% никеля, и передельные, содержащие до 1,75% никеля.

Ванадиевые чугуны получают при плавке в доменных печах титаномагнетитовых руд, в которых имеется небольшое количество пятиокиси ванадия (V₂O₅). Применяют также чугуны для передела на сталь для выплавки феррованадия.

Титанистые чугуны получают при производстве в доменных печах высокоглиноземистых шлаков, которые являются в данном случае основным продуктом плавки, а чугун с содержанием титана 0,6–0,7% – побочным продуктом.

Отгружаемые с завода чушковый чугун и ферросплавы маркируют несмываемой краской определенного цвета, присвоенного каждой марке чугуна и ферросплавов, и снабжают сертификатом. В сертификате указывают полный анализ каждого выпуска и подтверждают отделом технического контроля завода, что чугун или ферросплавы отвечают требованиям ГОСТа. Сертификат отправляют заказчику одновременно с отгрузкой чугуна.

2. Оборудование для термической обработки

Для термической обработки применяют оборудование, состоящее из нагревательных печей, закалочных устройств, приборов для контроля тепловых режимов и др.

Печи для термической обработки. Термические печи бывают самых разнообразных конструкций, в зависимости от способа передачи тепла от печи к нагреваемым деталям, метода загрузки печи, способов получения тепла (источника тепла), назначения печи, характера её работы и т. п.

В зависимости от способа передачи тепла нагреваемым деталям печи делятся на камерные, муфельные и печи-ванны.

В камерных печах нагреваемую деталь помещают в то же пространство (камеру), через которое проходят горячие газы. Таким образом, в камерных печах детали нагреваются в результате непосредственного соприкосновения их с пламенем и горячими газами.

В муфельных печах детали, помещенные в специальный ящик под колпак, не соприкасаются ни с пламенем, ни с горячими газами. в расплавленный свинец или в горячее масло, находящиеся в тигле. Печи-ванны применяют для быстрого нагревания мелких деталей.

Печи загружают тремя способами: сбоку, сверху (в шахтных печах) и при помощи выдвижного пода. Нагревают печи топливом или электрическим током. Для нагрева печи топливом приходится устраивать топки или камеры сгорания, ставить форсунки или горелки, делать в кладке печи газовые каналы и дымоходы для отвода горячих газов. При нагреве электрическим током необходимость во всех этих устройствах отпадает. Температура нагрева в электропечах достигает 1350° С; в них обеспечивается точность регулирования температуры,

По назначению различают термические печи для отжига, нормализации, закалки, отпуска, азотирования и цианирования.

По характеру работы различают печи периодического и непрерывного действия. Из печей периодического действия широкое применение (особенно в единичном и мелкосерийном производстве) получили камерные печи с неподвижным подом. Эти печи, имеющие площадь пода от 0,5 до 6 м² и производительность от 70 до 200 кг/м²/час, используют для отжига, закалки, отпуска, цементации и других видов термической обработки. При отжиге и нормализации крупных деталей применяют камерные печи с выдвижным подом. Площадь пода у печей этого типа — от 3 до 20 м², а производительность — от 50 до 250 кг/м²/час.

Для безокислительного нагрева деталей применяют печи с контролируемой атмосферой, характерной особенностью которых является герметичность рабочего пространства. Печи непрерывного действия характеризуются высокой степенью механизации и автоматизации.

В настоящее время в термических цехах широко используются электрические печи с металлическими и неметаллическими (карборундовыми) нагревателями. Наиболее распространены электрические печи с металлическими нагревателями из сплавов, обладающих высоким электросопротивлением. Чаще всего для этой цели используют сплавы никеля с хромом (нихромы), а также сплавы на железной основе (в виде проволоки или ленты), содержащие значительное количество хрома и алюминия. Обычно металлические нагреватели располагают на боковых стенках, на поду или под сводом печи.

Если необходимо получить в печи температуру свыше 1350° С, то применяют металлические нагреватели, которые представляют собой стержни, изготовляемые в основном из карбида кремния. Карборундовые нагреватели выдерживают температуру до 1500° С.

По сравнению с пламенными в электрических печах наиболее полно используется тепло (к. п. д. пламенных термических печей 12—15%, электрических — 50 – 80%). В электрических печах сравнительно легко регулируется температура.

В последние годы все большее распространение получают безмуфельные печи с радиационными трубами, в которых происходит сжигание газа. Стенки радиационных труб нагреваются до высокой температуры и подобно нагревателям в электрических печах являются источником излучения тепла. Диаметр трубы – 80 – 90 мм, толщина стенок – 4–6 мм. Трубы изготовляют из жаропрочной стали. Через конец трубы подают газ и воздух. Продукты горения отводятся в вытяжные трубы. Замена муфелей радиационными трубами позволяет сэкономить дорогостоящую жароупорную сталь.

Измерение температур. Для измерения и контроля температур до 400° С в термических печах применяют термометры, а в печах с рабочей температурой до 1250° С и выше—термоэлектрические и оптические пирометры.

Ртутные и спиртовые термометры применяют в термических цехах для измерения температуры закалочных жидкостей, низкого отпуска и старения стальных деталей при нагреве до 300—400° С, а также при обработке стали холодом при температуре до минус 100—150° С.

Термоэлектрическими пирометрами пользуются для измерения температуры почти при всех видах термической обработки. Они состоят из двух частей: термопары и милливольтметра (гальванометра).

Принцип работы термопары сводится к следующему. Если взять две проволоки а и а₁ из разных металлов, а один конец их А сварить (горячий спай термопары) и поместить в среду, температуру которой нужно измерить, то на свободных концах b и b₁ термопары (холодный спай) появится разность потенциалов, измеряемая в милливольтах. Эта разность будет тем больше, чем больше разность температур горячего и холодного спая термопары.

3. Термическая обработка чугуна

В машиностроении применяют отливки из серого, ковкого и высокопрочного чугунов. Эти чугуны отличаются от белого чугуна тем, что у них весь углерод или большая часть его находится в свободном состоянии в виде графита (у белого чугуна весь углерод находится в виде цементита).

Структура указанных чугунов состоит из металлической основы аналогично стали (перлит и феррит) и неметаллических включений – графита.

Серый, ковкий и высокопрочный чугуны отличаются друг от друга в основном формой графитовых включений. Это и определяет различие механических свойств указанных чугунов.

У серого чугуна при рассмотрении под микроскопом графит имеет форму пластинок.

Графит обладает низкими механическими свойствами. Он нарушает сплошность металлической основы и действует как надрез или мелкая трещина. Чем крупнее и прямолинейнее формы графитовых включений, тем хуже механические свойства серого чугуна.

Основное отличие высокопрочного чугуна заключается в том, что графит в нем имеет шаровидную (округленную) форму. Такая форма графита лучше пластинчатой, так как при этом значительно меньше нарушается сплошность металлической основы.

Ковкий чугун получают длительным отжигом отливок из белого чугуна, в результате которого образуется графит хлопьевидной формы – углерод отжига.

Механические свойства рассматриваемых чугунов можно улучшить термической обработкой, при этом необходимо помнить, что в чугунах создаются значительные внутренние напряжения, поэтому нагревать чугунные отливки при термической обработке следует медленно, чтобы избежать образования трещин.

Отливки из чугуна подвергают следующим видам термической обработки.

Низкотемпературный отжиг. Чтобы снять внутренние напряжения и стабилизировать размеры чугунных отливок из серого чугуна, применяют естественное старение или низкотемпературный отжиг.

Более старым способом является естественное старение, при котором отливка после полного охлаждения претерпевает длительное вылеживание – от 3–5 месяцев до нескольких лет. Естественное старение применяют в том случае, когда нет нужного оборудования для отжига.

Этот способ в настоящее время почти не применяют, а производят главным образом низкотемпературный отжиг. Для этого отливки после полного затвердевания укладывают в холодную печь (или печь с температурой 100–200° С) и медленно (со скоростью 75–100° в час) нагревают до 500–550° С. При этой температуре их выдерживают 2–5 час. и охлаждают до 200° С со скоростью 30–50° в час, а затем – на воздухе.

Графитизирующий отжиг. При отливке изделий возможен частичный отбел серого чугуна с поверхности или даже по всему сечению. Чтобы устранить отбел и улучшить обрабатываемость чугуна, производится высокотемпературный Графитизирующий отжиг с выдержкой при температуре 900–950° С в течение 1–4 час. и охлаждением изделий до 250–300° С вместе с печью, а затем – на воздухе. При таком отжиге в отбеленных участках цементит Fe₃С распадается на феррит и графит, вследствие чего белый или половинчатый чугун переходит в серый.

Нормализация. Нормализации подвергают отливки простой формы и небольших сечений. Нормализация проводится при температуре 850–900° С с выдержкой 1–3 часа и последующим охлаждением отливок на воздухе. При таком нагреве часть углерода (графита) растворяется в аустените. После охлаждения на воздухе металлическая основа получает структуру трооститовидного перлита с более высокой твердостью и лучшей сопротивляемостью износу. Для серого чугуна нормализацию применяют сравнительно редко, более широко применяют закалку с отпуском.

Закалка деталей из серого чугуна. Повысить прочностные свойства серого чугуна можно его закалкой. Она производится с нагревом до 850–900° С и охлаждением в воде. Закалке можно подвергать как перлитные, так и ферритные чугуны. Твердость чугуна после закалки достигает НВ 450–500. В структуре закаленного чугуна имеются мартенсит со значительным количеством остаточного аустенита и выделения графита.

Эффективным методом повышения прочности и износоустойчивости серого чугуна является изотермическая закалка, которая производится аналогично закалке стали.

Высокопрочные чугуны с шаровидным графитом можно подвергать пламенной или высокочастотной поверхностной закалке. Чугунные детали после такой обработки имеют высокую поверхностную твердость, вязкую сердцевину и хорошо сопротивляются ударным нагрузкам и истиранию.

Легированные серые чугуны и высокопрочные магниевые чугуны иногда подвергают азотированию. Поверхностная твердость азотированных чугунных изделий достигает НВ 600—800; такие детали имеют высокую износоустойчивость. Хорошие результаты дает сульфидирование чугуна; так, например, сульфидированные поршневые кольца быстро прирабатываются, хорошо сопротивляются истиранию, и срок их службы повышается в несколько раз.

Отпуск. Чтобы снять закалочные напряжения, после закалки производят отпуск. Детали, предназначенные для работы на истирание, проходят низкий отпуск при температуре 200–250° С. Чугунные отливки, не работающие на истирание, подвергаются высокому отпуску, при температуре 500–600° С. При отпуске закаленных чугунов твердость понижается значительно меньше, чем при отпуске стали. Это объясняется тем, что в структуре закаленного чугуна имеется большое количество остаточного аустенита, а также тем, что в нем содержится большое количество кремния, который повышает отпускоустойчивость мартенсита.

Для отжига на ковкий чугун применяют белый чугун примерно следующего химического состава: 2,5–3,2% С, 0,6–0,9% Si, 0,3–0,4% Мn, 0,1–0,2% Р и 0,06-0,1% S.

Существует 2 способа отжига на ковкий чугун:

графитизирующий отжиг в нейтральной среде, основанный на разложении цементита на феррит и углерод отжига;

обезуглероживающий отжиг в окислительной среде, основанный на выжигании углерода.

Отжиг на ковкий чугун по второму способу занимает 5–6 суток, поэтому в настоящее время ковкий чугун получают главным образом графитизацией. Отливки, очищенные от песка и литников, упаковывают в металлические ящики либо укладывают на поддоне, а затем подвергают отжигу в методических камерных и других отжигательных печах.

Процесс отжига состоит из двух стадий графитизации. Первая стадия заключается в равномерном нагреве отливок до температуры 950–1000° С с выдержкой 10–25 час.; затем температуру понижают до 750– 720° С при скорости охлаждения 70–100° в час. На второй стадии при температуре 750–720° С дается выдержка 15–30 час., затем отливки охлаждаются вместе с печью до 500–400° С и при этой температуре извлекаются на воздух, где охлаждаются с произвольной скоростью.

При таком ступенчатом отжиге в области температур 950–1000° С идет распад (графитизация) первичного, т. е. эвтектического (ледебуритного) цементита, а при температуре 750—720° С распадаются вторичный и эвтектоидный (перлитный) цементиты. В результате отжига по такому режиму структура ковкого чугуна представляет собой зерна феррита с включениями гнезд углерода отжига – графита.

Перлитный ковкий чугун получается в результате неполного отжига: после первой стадии графитизации при температуре 950–1000° С чугун охлаждается вместе с печью; вторая стадия графитизации не проводится. Структура перлитного ковкого чугуна состоит из перлита и углерода отжига.

Чтобы повысить вязкость, перлитный ковкий чугун подвергают сфероидизации при температуре 700–750° С, что создает структуру зернистого перлита.

Для ускорения процесса отжига на ковкий чугун изделия из белого чугуна подвергают закалке, затем проводят графитизацию при температуре 1000–1100° С.

Ускорение графитизации закаленных чугунов при отжиге объясняется наличием большого количества центров графитизации, образовавшихся при закалке. Это дает возможность сократить время отжига закаленных отливок до 15–7 час.

Метод предварительного нагрева и закалки отливок из белого чугуна разработан металлургами А. Д. Ассоновым и В. И. Прядиновым и широко применяется в различных отраслях промышленности.

Термическая обработка ковкого чугуна. Чтобы повысить прочность и износоустойчивость, ковкие чугуны подвергают нормализации или закалке с отпуском. Нормализация ковкого чугуна производится при 850–900°С с выдержкой при этой температуре 1–1,5 часа и охлаждением на воздухе. Если после отливки заготовки имеют повышенную твердость, то их следует подвергать высокому отпуску при температуре 650–680° С с выдержкой 1–2 часа.

Иногда ковкий чугун подвергают закалке, чтобы получить более высокую прочность и износоустойчивость за счет снижения пластичности. Температура нагрева под закалку та же, что и при нормализации; охлаждение производится в воде или масле, а отпуск, в зависимости от требуемой твердости, обычно при температуре 650–680° С.

Быстрое охлаждение может производиться непосредственно после первой стадии графитизации при достижении температуры 850–880° С с последующим высоким отпуском.

Для ковкого чугуна применяют закалку токами высокой частоты или кислородно-ацетиленовым пламенем, при этом может быть достигнута высокая твердость поверхностного слоя при достаточной пластичности основной массы. Метод такой закалки тормозных колодок из ферритного ковкого чугуна заключается в нагреве деталей токами высокой частоты до температуры 1000– 1100° С с выдержкой 1–2 мин. и последующим быстрым охлаждением. Структура закаленного слоя состоит из мартенсита и углерода отжига твердостью НRС 56–60.

Ковкий чугун по сравнению со сталью более дешевый материал; он обладает хорошими механическими свойствами и высокой коррозионной стойкостью. Поэтому детали из ковкого чугуна широко применяются в сельскохозяйственном машиностроении, автотракторной промышленности, станкостроении (для изготовления зубчатых колес, звеньев цепей, задних мостов, кронштейнов, тормозных колодок и пр.) и в других отраслях народного хозяйства.

Ковкие чугуны маркируют буквами КЧ, означающими ковкий чугун, затем идут два числа: первое число показывает предел прочности при растяжении, второе – относительное удлинение.

ГОСТом 1215-59 установлены следующие марки ковких чугунов: КЧЗО-6, КЧЗЗ-8, КЧ35-10. . КЧ37-12, КЧ45-6, КЧ50-4, КЧ56-4, КЧ60-3 и КЧ63-2.

на главную

Чугунное литье

Уральский литейный завод производит отливки из серого чугуна СЧ16 – СЧ35, высокопрочного чугуна ВЧ40-ВЧ120, легированных износостойких и жаропрочных чугунов различных марок.

1. Чугунное литье.

Литье чугуна ПГС – масса отливки до 3000 кг, чугунное литье по ХТС – масса отливки до 12000 кг.

Чугун представляет собой сложный сплав углерода (2% – 4%) с железом и другими примесями и элементами. Чугун бывает легированный, содержащий марганец, никель, хром и другие легирующие элементы и нелегированный.

Разновидности

Различают белый и серый чугун.

Углерод в белом чугуне представлен в виде карбида железа. Если переломить его, то можно увидеть белый отлив. В чистом виде белый чугун не используют. Его добавляют к процессу производства ковкого чугуна.

На изломе серый чугун имеет серебристый отлив. У этого вида чугуна большая сфера использования. Он хорошо поддается обработке резцами.

Кроме этого, чугуны бывают высокопрочные, ковкие и со специальными свойствами.

Высокопрочный чугун используют в целях повышения прочности изделия. Механические свойства такого чугуна позволяют это сделать на отлично. Высокопрочный чугун получают из серого в результате добавление к массе примеси магния.

Ковкий чугун — это разновидность серого. Название не означает, что этот чугун легко подвергают ковке. Он обладает повышенными свойствами пластичности. Его получают помощью отжига из белого чугуна.

Различают так же половинчатый чугун. В нем некоторая часть углерода находится виде графита, а оставшиеся часть в форме цементита.

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.

Свойства и характеристики

Чугун обладает следующими свойствами:

Физическими. К этим характеристикам относятся: удельный вес, коэффициент линейного расширения, действительная усадка. Удельный вес меняется в зависимости от содержания в материале углерода.

Тепловыми. Теплопроводность материала принята рассчитывать по правилу смещения. Для твердого чугуна объемная теплоемкость равна 1 кал/см3*оС. Если чугун жидкий, то она равна примерно 1,5 кал/см3*оС.

Механическими. Эти свойства зависят от самой основы, а так же от размеров и формы графита. Самым прочным считается серый чугун с перлитной основой, а самым пластичным — с ферритной основой. Максимальное снижение прочности наблюдается при форме графита «пластинка», а минимальное – при форме «шар».

Гидродинамическими. Вязкость в чугуне меняется в зависимости от наличия марганца и серы. Так же она резко возрастает когда температура чугуна переходит точку начала затвердевания.

Технологическими. Чугун обладает отличными литейными свойствами, стойкости к износу и вибрации.

Химическими. По электродному потенциалу (по мере убывания) структурные составляющие чугуна располагаются в следующем виде: цементит — фосфидная эвтектика — феррит.

На свойства чугуна влияют специальные примеси.

Так добавление серы позволяет существенно уменьшить жидкотекучесть и снизить тугоплавкость.

Добавление фосфора одновременно дает возможность создать изделие сложной формы, но не дает ему повышенной прочности.

Примесь в виде кремния делает температуру плавления не такой высокой и значительно улучшает свойства литья. Различное процентное содержания кремния позволяет создать разный чугун: от чисто-белого до ферритного.

Марганец ухудшает литейные и технологические свойства, но повышает прочность и твердость.

Состав и формы графита в чугунах

Варьируя химический состав, скорость затвердевания и режимы термической обработки, можно в значительной степени управлять свойствами чугуна. Одним из наиболее важных процессов, определяющих свойства чугуна, является его графитизация. Графитная фаза придает чугуну ряд свойств, которые невозможно встретить в других сплавах.

Чугунами принято называть сплавы железа с углеродом, которые содержат в структуре эвтектику. Помимо углерода и кремния чугуны содержат и другие элементы. Эти примеси разделяют на две группы: 1) технологические или обычные примеси, попадающие в состав чугуна в процессе производства; 2) легирующие и модифицирующие – специально вводимые элементы для регулирования структурообразования и свойств чугуна. К обычным примесям относят фосфор, серу, марганец, газы (водород, азот, кислород). Нелегированным считают чугун, содержащий до 3,5–4,0 % Si, до 1,5-2,0 % Mn, до 0,3 % P, до 0,2-0,3 % S и менее 0,1 % Cr, Ni Cu. Содержание основного компонента – углерода,– составляет около 4 %, и его оптимальное значение зависит от содержания других элементов. Количество фосфора может доходить до 0,8 % при производстве отливок специального назначения, например, для художественного литья (каслинское литье). Возможное содержание газов зависит от способа выплавки чугуна и может изменяться от 10,6 (вагранка) до 7,1 см³/100 г (индукционная печь). Наиболее распространенными легирующими элементами являются хром, никель, алюминий, медь, титан, вольфрам и др. Обычные примеси (марганец, кремний) могут быть легирующими элементами при повышенном их содержании. В качестве модифицирующих добавок в чугуны вводят магний, кальций, церий, лантан, сурьму, висмут и другие элементы. Такие чугуны называют модифицированными.

Для анализа процессов структурообразования в чугунах используют обычно двойную диаграмму состояния Fe – C. Из диаграммы следует, что в двойных сплавах область чугунов начинается для С > 2,03–2,06 %. По содержанию углерода для двойной диаграммы чугуны разделяют на доэвтектические (C 4,3 %). Для затвердевания доэвтектического чугуна характерно то, что кристаллизация начинается с появления дендритов первичного аустенита. При затвердевании же заэвтектического чугуна процесс кристаллизации начинается с появления графитных или цементитных частиц.

Система железо – цементит является термодинамически менее стабильной по сравнению с системой железо – графит. Поэтому выделившийся цементит в определенных условиях, например, при нагреве, распадается с образованием графита. Этот процесс называют графитизацией. Обратное превращение (графит -> цементит) в закристаллизовавшемся чугуне не происходит. По степени графитизации чугун подразделяют на белый (практически не графитизированный), отбеленный или половинчатый (частично графитизированный) и серый (в значительной степени или полностью графитизированный).

Деление чугунов на до–, за– и эвтектические по содержанию углерода достаточно условно. Однако для практики литейного производства эвтектичность имеет особое значение – чугуны эвтектического состава обладают лучшими технологическими свойствами. Они имеют меньшую усадку и максимальную жидкотекучесть (из всех сплавов температура кристаллизации эвтектики минимальна, отсутствует интервал кристаллизации – твердо-жидкого состояния). Поэтому для оценки эвтектичности промышленных чугунов вводят показатели углеродного эквивалента или степени эвтектичности.

Углеродный эквивалент учитывает смещение фигуративной точки сплава на двойной диаграмме железо–углерод под влиянием примесей, чаще всего, кремния и фосфора:

Степень эвтектичности показывает относительное содержание эвтектики в чугуне и определяется как:

Чем ближе С_экв к 4,3 %, тем ближе структура чугуна к эвтектической, тем меньше избыточной фазы (аустенита, графита или цементита). Этому же соответствует S_эвт=1,0. Влияние остальных элементов в указанных выше количествах несущественно. Необходимо учитывать, что углеродный эквивалент и степень эвтектичности являются скорее литейными, чем металлографическими характеристиками. При содержании углерода более 4,3 % S_эвт становится больше 1,0 (100 %), хотя доля эвтектики в сплаве падает. В легированных чугунах углеродный эквивалент будет более сложным образом зависеть от содержания других элементов. Например, многие высокоуглеродистые среднелегированные инструментальные стали по структурному типу являются чугунами (имеют в структуре эвтектику).

В рамках стандартов ведущих промышленных стран мира имеется несколько системных методик, которые позволяют описывать основные градации формы графита по типам. В зависимости от формы графита различают следующие основные типы конструкционного чугуна (рис.1.1): серый чугун с пластинчатым графитом (СЧ), высокопрочный чугун с шаровидным графитом (ВЧШГ), чугун с вермикулярным графитом (промежуточные формы между компактными пластинчатыми формами)(ЧВГ), ковкий чугун (КЧ). При этом структура металлической матрицы может быть различной – от ферритной до аустенитной.

Рисунок 1.1 – Схемы микроструктур чугуна: а – серый чугун на ферритной основе; б – чугун с вермикулярным графитом; в – серый феррито-перлитный чугун; г – серый чугун на перлитной основе; д – высокопрочный феррито-перлитный чугун; е –высокопрочный перлитный чугун; ж – белый чугун (доэвтектический; графит отжига (хлопьевидный).

Включения графита в сером и высокопрочном чугунах обычно окружены небольшой оторочкой металлической основы, обогащенной кремнием. Обычно именно здесь и выделяется в первую очередь структурно-свободный феррит. Небольшое количество такого феррита в сером и высокопрочном чугунах бывает даже полезным для механических свойств металла, так как в этом случае хрупкая фаза (графит) оказывается окаймленной пластичной и вязкой, которая оказывает дополнительное сопротивление к возникновению и распространению микро- и макротрещин при нагружении металла.

Для серых чугунов характерен большой диапазон изменения размеров, формы и количества графитных включений, а также степени их распределения в металлической основе. Согласно ГОСТ 3443-87 «Отливки из чугуна с различной формой графита. Методы определения структуры», графит в структуре чугуна эталонирован по форме (Гф1-Гф5, к серым чугунам при этом относятся ПГф1-ПГф4), размерам включений (ПГд15-ПГд1000, цифра обозначает длину или диаметр включения, видимого на шлифе), характеру распределения только серого чугуна (ПГр1-ПГр9), по количеству (ПГ2-ПГ12, где ПГ2 соответствует содержанию графита до 3% площади шлифа, а ПГ12 – свыше 12%). Аналогичные международные стандарты по контролю структуры чугуна – ASTM A 247-67, DIN EN ISO 945, 1994.

Многие эксплутационные свойства серого чугуна зависят от размеров и количества графитных включений. Очевидно, что сравнительно мелкие включения с завихренными пластинами при их равномерном распределении обеспечивают более высокие эксплутационные свойства чугуна. Крупные пластины графита с относительно прямыми заостренными кромками служат источниками образования трещин, приводя в конечном итоге к разрушению детали или изделия в целом. Во многих крупноразмерных включениях графита наблюдаются характерные внутренние трещины в виде продольных разрывов сплошности, вызванных ростовыми напряжениями. Значительный уровень ростовых напряжений служит также причиной сильно выраженного рыхлого пакетного строения холмиков роста.

Одним из факторов, обеспечивающих управление процессом формообразования графита, является скорость охлаждения металла при затвердевании. Чем она выше, тем больше величина переохлаждения металла и, следовательно, больше возникает центров кристаллизации аустенитной фазы. Однако, при значительном увеличении скорости охлаждения чугуна в результате неравномерного распределения углерода и примесей в отдельных микрообъемах жидкой фазы может начаться образование цементитной эвтектики, что существенно изменяет свойства отливки.

Шаровидный графит в промышленных отливках не имеет идеальной сферической формы. Поверхность шаровидного графита состоит из множества тонколепестковых выступов. Эти лепестки правильной полигональной и неправильной округленной формы в совокупности образуют структуру чередующихся волнообразных гряд. Исследование ионотравленных срезов шаровидного графита позволило выявить следующие типы слоистой структуры: дендритную, дендритно-концентрическую, зигзагообразную и концентрическую. Получение того или иного типа слоистой структуры обычно связывают с условиями охлаждения и химическим составом модификатора.

Литературные данные о химическом и фазовом составе неметаллических включений в шаровидном графите далеко не однозначны. Вместе с тем, по этим данным представляется возможным сделать вывод о том, что роль неметаллических включений в образовании конечных форм роста графита второстепенна. Неметаллические включения, встречающиеся в пластинчатом и шаровидном графите, не содержат углерода и в равной степени встречаются в центральных и периферийных участках. В магниевом чугуне с шаровидным графитом они содержат магний, кремний, кальций, серу и железо. В промышленном магнийцериевом чугуне с шаровидным графитом в центральной части графитовых включений обнаружены частицы диаметром 2…5 мкм переменного состава, содержащие преимущественно оксиды цезия, магния и железа.

В целом же чугун с шаровидным графитом является весьма перспективным конструкционным материалом. Как показывает практика последних десятилетий, чугун с шаровидным графитом, обладая высокими служебными свойствами и высокой экономичностью, вытеснил большое количество изделий из чугуна с пластинчатым графитом и стали. В большинстве промышленно развитых стран мира среди литых железоуглеродистых сплавов чугун с шаровидным графитом занимает второе место по массе выпускаемых отливок после серого чугуна.

Использование чугуна с вермикулярной формой графита в качестве самостоятельного конструкционного материала предложено в середине 50-х годов, а само название “чугун с вермикулярным графитом” впервые встречается у Р. Шелленга. Вермикулярный графит, подобно обычному пластинчатому графиту, формируется посредством ветвления в пределах эвтектической аустенитно-графитной колонии. На первых стадиях затвердевания формируется графит шаровидной формы, который затем трансформируется в вермикулярный. В ряде работ показано, что кончики включений вермикулярного графита в течение всего процесса кристаллизации остаются в контакте с жидким металлом.

Специфика анизотропного микростроения вермикулярного графита заключается в периодическом сочетании микрозон слоисто-блочной структуры, подобной структуре пластинчатого графита, и слоисто-концентрической, характерной для шаровидного графита. При этом кристаллографическая ориентировка слоев роста смежных микрокристаллитов каждого лепестка вермикулярного графита, как правило, сильно различается. Видимо, механизм формирования вермикулярного графита состоит в автономном образовании и послойном зародышевом разрастании составляющих графит микрокристаллитов.

Особое строение и форма вермикулярного графита являются основной причиной более высокого уровня упругих свойств по сравнению с чугуном с пластинчатым графитом. Это объясняется тем, что модуль упругости Е сильно зависит от скорости деформации графитовых включений и, следовательно, от размера и пространственной формы графита. Например, при приблизительно одинаковом химическом составе чугуна модуль упругости в зависимости от формы графита составляет 80*10³ Н/мм² у чугуна с пластинчатым графитом, 157*10³ Н/мм² у чугуна с вермикулярным графитом и 170*10³ Н/мм² у чугуна с шаровидным графитом. Влияние матрицы (ферритная – перлитная) менее существенно.

Не останавливаясь на комплексном рассмотрении основных преимуществ, которые могут быть достигнуты в случае использования в отливках чугуна с вермикулярным графитом по сравнению с чугуном с пластинчатым и шаровидным графитом, отметим лишь, что чугун с вермикулярным графитом высоко экономичен. Это позволяет рекомендовать его для широкого круга отливок сложной конфигурации с различной толщиной стенки и регламентацией по механическим свойствам.

Помимо рассмотренных форм графита в структуре чугунов с шаровидным и вермикулярным графитом встречаются различные вырожденные формы, среди которых наибольший практический интерес представляют графит переохлаждения и шаровидный разорванный (звездообразный). Графит переохлаждения на поверхности шлифа в оптическом микроскопе имеет вид россыпи мелких и мельчайших изолированных обломков. Причины образования и реальная морфология этого графита изучены достаточно слабо. Эта вырожденная форма тонко дифференцированного графита часто встречается в тепловых узлах отливок в условиях модифицирования цериевым мишметаллом.

Разорванный (звездообразный) шаровидный графит соответствует эталону ШГф10 и ШГф11 (ГОСТ 3443-87). Наличие подобного графита также значительно снижает прочностные свойства чугуна с шаровидным и вермикулярным графитом. Разорванный шаровидный графит представляет собой незаполненную секториально-дендритную форму роста. Основной причиной характерной недостроенности такого типа шаровидного графита служит избыток примесей, в том числе сфероидизирующих, на фронте роста призматических плоскостей кристаллической решетки, вызывающий в определенный момент времени углеродо-непроницаемость диффузионного пограничного слоя расплава у этих плоскостей. Характерно, что по размеру разорванный шаровидный графит в 2-3 раза превышает полностью застроенный шаровидный графит.

В целом же комплексные данные о различных формах графита в чугуне способствуют расширению научных представлений о генезисе формообразования графита в процессе затвердевания отливки. Это, в конечном счете, позволит в максимальной степени стимулировать развитие тенденции улучшения качества промышленных отливок, обладающих более высокими эксплуатационными характеристиками при существенном снижении их массы, что, соответственно, повысит конкурентоспособность литых чугунных изделий за счет уменьшения металлоемкости выпускаемой продукции при гарантированном повышении качества.

Формирование структуры чугуна в реальных отливках происходит в неравновесных условиях и зависит от множества факторов, которые не учитываются равновесными двойными диаграммами состояния. Поэтому для определения структуры чугунных отливок и их механических свойств обычно используются различные эмпирические диаграммы и номограммы, широко рассмотренные во многих работах.

На процессы структурообразования чугуна в первую очередь влияют углерод и кремний. В сером чугуне они определяются изменением не только содержания графита, но и структуры матрицы. В целом повышение содержания углерода в чугуне уменьшает прочность, модуль упругости и твердость и увеличивает пластичность и циклическую вязкость. Однако при низком содержании углерода наблюдается сначала некоторая анормальность (повышение прочности и твердости) с увеличением содержания углерода, что, вероятно, является следствием устранения междендритного графита и сопровождающего его феррита.

Различие влияния кремния и углерода заключается в том, что кремний образует твердый раствор с ферритом, тем самым повышает его прочность и твердость и понижает его плотность и вязкость. В серых чугунах к легирующему влиянию кремния добавляется еще и графитизирующее, что может резко изменить те или иные механические свойства. Только в малоуглеродистом и малокремнистом чугуне наблюдается сначала некоторое увеличение прочности вследствие устранения междендритного графита. Однако при содержании кремния сверх определенного количества уменьшается пластичность серого чугуна, что является следствием преобладающего влияния силикоферрита, которое проявляется, несмотря на ферритизацию структуры. Твердость серого чугуна кремний изменяет в противоположном направлении, понижая ее сначала в результате графитизации и увеличивая ее затем вследствие образования силикоферрита.

Достаточно часто влияние углерода и кремния на механические свойства чугуна рассматривают совместно, используя для этого функцию углеродного эквивалента или эвтектичности (см. выше), хотя относительное влияние этих элементов на положение эвтектической точки далеко не всегда соответствует их влиянию на механические свойства.

Влияние марганца проявляется благодаря легированию феррита, измельчению перлита, торможению графитизации, образованию свободных карбидов и некоторому улучшению формы пластинчатого графита. В соответствии с этим, даже в небольших пределах 1-2%, марганец заметно повышает твердость чугуна. Более сильно влияние марганца проявляется при больших его концентрациях, порядка 5-7 %. Прочность, пластичность и вязкость серого чугуна сначала повышаются при увеличении содержания марганца, а затем падают вследствие увеличения неоднородности структуры. Так, падение пластичности и вязкости обычно начинается уже при концентрациях 0,3-0,5 % Mn, а прочности – при 0,8-1,2 % Mn.

По вопросу влияния серы на механические свойства чугуна существуют достаточно противоречивые мнения. С высокой степенью достоверности можно утверждать, что сера и сульфиды железа оказывают весьма неблагоприятное влияние на прочность и пластичность чугуна при одной и той же структуре матрицы, что объясняется ослаблением границ зерен эвтектикой Fe-FeS. Помимо этого, сера способствует перлитизации структуры и может также повысить прочность и твердость ферритного или феррито-перлитного серого чугуна. Вредное влияние серы подавляется марганцем, который в соединении с серой дает сернистый марганец, представляющий собой тугоплавкое соединение, всплывающее в шлак и частично остающееся в отливках в виде неметаллических включений. Обычно, учитывая вредное влияние серы, в практике литейного производства стремятся регламентировать содержание серы на весьма низких уровнях.

Влияние фосфора на механические свойства чугуна следует признать отрицательным с точки зрения изменения его прочностных характеристик. Вследствие наличия фосфора в чугуне происходит легирование феррита, размельчение эвтектического зерна и образование включений фосфидной эвтектики. При этом значительно повышается твердость и понижается пластичность и вязкость чугуна. Общая закономерность изменения прочности чугуна заключается в следующем: сначала происходит возрастание прочностных показателей по мере повышения содержания фосфора, а затем при выделении фосфидной эвтектики они начинают понижаться. Следует дополнительно отметить, что влияние фосфора снижается с увеличением содержания кремния в чугуне.

В практике литейного производства фосфор считается графитизатором. Это – следствие косвенного влияния фосфора на перераспределение элементов в аустените и жидкой фазе и образования тройной эвтектики с очень низкой температурой плавления. Значительное увеличение интервала затвердевания фосфористого чугуна в присутствии участков жидкой фазы до температуры 950 ^оС способствует повышению количества графита.

В ряде случаев для изменения механических и физических свойств чугун легируют. Обычно при легировании чугуна используются те же химические элементы, что и при легировании стали. К элементам, оказывающим положительное влияние на графитизацию, относят алюминий, кремний, никель, медь, кобальт и т.п. Противодействуют выделению графита такие элементы, как хром, ванадий, вольфрам и молибден. Сравнивая имеющиеся в литературе данные, необходимо отметить, что существует определенная аналогия между склонностью чугуна, содержащего хром, молибден и марганец, к отбелу, а также к повышению температуры начала его графитизации. Легирующие элементы, воздействуя на структуру чугуна, оказывают решающее влияние на его механические и эксплутационные свойства. Влияние легирующих элементов в низколегированных чугунах с пластинчатым графитом на структуру приведено в табл.1.1.

Таблица 1.1 – Влияние основных легирующих элементов на структуру чугуна

7 мифов, которые нужно забыть

Если вы не заметили, я большой поклонник чугуна. Когда прошлой весной я собрал свою квартиру и прожил целый месяц, имея только две сковороды на кухне, можете поспорить, что первая, которую я схватил, была моя верная чугунная сковорода.

Я использую его для хрустящего картофельного шашлыка и для безумно хороших стейков. Я использую его для выпечки чесночных узлов, кукурузного хлеба или самой простой, лучшей пиццы на сковороде, которую вы когда-либо испекали (шучу, это может быть самая легкая пицца).Я использую его для полноценного куриного ужина с безумно хрустящей кожицей и для хрустящих кремовых запеканок из макарон.

Дело в том, что это универсальная рабочая лошадка, и никакая другая кастрюля даже близко не приближается к ее лиге.

Но когда дело доходит до чугунных сковородок, существует также таинственная, наполненная мифами история. С одной стороны, есть люди, которые утверждают, что нужно относиться к своей чугунной посуде, как к нежному цветочку. С другой стороны, есть мачо, которые подхватывают свои , мой чугун hella non-stick или , черт возьми, моя сковорода нагревается равномерно!

В мире чугуна есть необоснованные, непроверенные утверждения слева направо и по центру.Пора развеять некоторые из этих мифов. Затем ознакомьтесь с нашим обзором чугунных сковородок, чтобы убедиться, что вы готовите на самой лучшей сковороде.

Миф №1: «Чугун сложно обслуживать».

Теория: Чугун – это материал, который легко ржавеет, скалывается или трескается. Купить чугунную сковороду – все равно что усыновить новорожденного ребенка и щенка одновременно. Вам придется побаловать его на ранних этапах его жизни и соблюдать осторожность при хранении – эта приправа может сколотить!

Реальность: Чугун крепок как гвоздь! Есть причина, по которой 75-летние чугунные сковороды ходят на дворовых распродажах и в антикварных магазинах.Этот материал рассчитан на длительный срок службы, и его очень сложно полностью испортить. Большинство новых сковородок даже бывают предварительно заправленными, а это значит, что самая сложная часть уже сделана за вас, и вы готовы сразу же приступить к приготовлению.

А как его хранить? Если приправы нанесены тонким ровным слоем, как и должно быть, не волнуйтесь. Это не отколется. Я храню свои чугунные сковороды вложенными друг в друга. Угадай, сколько раз я раскалывала их приправы? Попробуйте сделать это со своей сковородой с антипригарным покрытием, не повредив ее поверхность.

Миф № 2: «Чугун действительно нагревается равномерно».

The Theory: Для жарки стейков и картофеля требуется сильный, равномерный нагрев. Чугун отлично подходит для жарки стейков, так что он должен хорошо нагреваться равномерно, верно?

Реальность: На самом деле чугун ужасный при равномерном нагреве. Теплопроводность – мера способности материала передавать тепло от одной части к другой – составляет примерно от трети до четверти, чем у такого материала, как алюминий.Что это значит? Бросьте чугунную сковороду на горелку, и вы в конечном итоге образуете очень чистые горячие точки прямо над пламенем, в то время как остальная часть сковороды останется относительно холодной.

Основным преимуществом чугуна является то, что он имеет очень высокую объемную теплоемкость, а это означает, что когда он горячий, он остается горячим на . Это жизненно важно при обжаривании мяса. Чтобы по-настоящему равномерно нагреть чугун, поместите его над горелкой и дайте ему прогреться не менее 10 минут или около того, время от времени вращая его.Как вариант, нагрейте его в горячей духовке в течение 20-30 минут (но не забудьте использовать прихватку или кухонное полотенце!)

Чтобы узнать больше об этом, ознакомьтесь с этой замечательной статьей Дэйва Арнольда в Cooking Issues.

Другим преимуществом является его высокая излучательная способность, то есть его тенденция отводить много тепловой энергии от своей поверхности в виде излучения. Излучательная способность нержавеющей стали составляет около 0,07. Даже когда очень жарко, вы можете поднести к нему руку и ничего не почувствовать.Нагревается только пища, непосредственно контактирующая с ней.

С другой стороны, чугун имеет колоссальный коэффициент излучения 0,64, что означает, что, когда вы готовите в нем, вы не просто готовите поверхность, контактирующую с металлом, но и готовите много еды. над ним тоже. Это делает его идеальным для приготовления гашиша или запекания курицы и овощей на сковороде.

Миф № 3: «Моя хорошо выдержанная чугунная сковорода не прилипает так же, как и любая другая сковорода с антипригарным покрытием.«

Theory: Чем лучше вы закаляете чугун, тем более антипригарным он становится. Хорошо выдержанный чугун не должен прилипать.

Реальность: Ваша чугунная сковорода (и моя) может быть действительно действительно антипригарным – достаточно антипригарным, чтобы вы могли без проблем приготовить на нем омлет или поджарить яйцо – но давайте серьезно. Это далеко не такой антипригарный материал, как, скажем, тефлон, материал настолько антипригарный, что нам пришлось разработать новые технологии только для того, чтобы заставить его приклеиться к дну сковороды.Можете ли вы бросить холодные яйца в чугунную сковороду, медленно нагреть ее без масла, а затем вытащить эти приготовленные яйца обратно, не оставив после себя ни единого пятна? Потому что это можно сделать в тефлоне.

Ага, так не думала.

Тем не менее, не говоря уже о мачо-позе, если ваша чугунная сковорода хорошо приправлена и вы обязательно хорошо ее нагреете, прежде чем добавлять какую-либо еду, у вас не должно возникнуть никаких проблем с прилипанием.

Миф №4: «НИКОГДА не мыть чугунную сковороду с мылом.«

Theory: Приправа – это тонкий слой масла, которым покрывается внутренняя часть вашей сковороды. Мыло предназначено для удаления масла, поэтому мыло повредит вашу приправу.

Реальность: Приправа на самом деле не тонкий слой масла, это тонкий слой полимеризованного масла , ключевое отличие. В правильно выдержанной чугунной сковороде, которую натерли маслом и неоднократно нагревали, масло уже распалось на пластиковую субстанцию, которая приклеилась к поверхности металла.Это то, что придает хорошо выдержанному чугуну его антипригарные свойства, и поскольку этот материал больше не является маслом, поверхностно-активные вещества в мыле для посуды не должны влиять на него. Идите, намылите его и вычистите.

Единственное, что вам не следует делать ? Дайте ему впитаться в раковину. Постарайтесь свести к минимуму время, которое проходит с момента начала очистки до того, как вы высушите и снова приправите сковороду. Если для этого нужно оставить его на плите, пока ужин не будет готов, пусть будет так.

Миф № 5: «Не используйте металлическую посуду на чугунной сковороде!»

Theory: Приправа в чугунных кастрюлях нежная и может легко отслаиваться или отслаиваться, если использовать металл.Придерживайтесь деревянной или нейлоновой посуды.

Реальность: Приправа из чугуна на самом деле необычайно эластична. Он не просто приклеивается к поверхности, как лента, он фактически химически связан с металлом. Соскребите металлическим шпателем, и если вы на самом деле не выдолбите поверхность металла, вы сможете без проблем продолжать готовить в нем.

Значит, вы иногда видите, как во время готовки из сковороды вылетают черные хлопья? Это , возможно, – это приправа, но вряд ли.Чтобы приправа от моей чугунной сковороды отслаивалась, мне пришлось хранить ее в духовке в течение месяца для циклов нагрева и сушки, не добавляя приправы, прежде чем я начал замечать некоторые накипи.

Скорее всего, эти черные хлопья представляют собой обугленные кусочки пищи, которые прилипли к поверхности сковороды из-за того, что вы отказались отмыть их с мылом в прошлый раз, когда готовили.

Миф № 6: «Современный чугун так же хорош, как и старый чугун. В конце концов, это один и тот же материал.«

Теория: Металл есть металл, чугун есть чугун, новый материал ничем не отличается от старых сковородок Вагнера и Гризвольда начала 20-го века, которые люди фетишируют.

Реальность: Материал может быть таким же, но методы производства изменились. Раньше чугунные сковороды изготавливали путем литья в формы на основе песка с последующей полировкой полученных галечных поверхностей до гладкости. Винтажный чугун обычно имеет атласную гладкую поверхность.К 1950-м годам, когда производство расширилось и было оптимизировано, этот заключительный этап полировки был исключен из процесса. Результат? Современный чугун сохраняет эту неровную галечную поверхность.

Разница более незначительная, чем вы думаете. Если вы правильно приправили сковороду, и винтажный, и современный чугун должен иметь приятную антипригарную поверхность, но ваш современный чугун никогда не будет таким же антипригарным, как винтажный.

Миф № 7: «Никогда не готовьте кислую пищу в чугуне.«

Теория: Кислая пища может реагировать с металлом, заставляя его проникать в вашу пищу, придавая вам неприятный запах и потенциально медленно убивая вас.

Реальность: В хорошо выдержанной чугунной сковороде пища в сковороде должна контактировать только со слоем полимеризованного масла в сковороде, а не с самим металлом. Так что в идеальном мире это не должно быть проблемой. Но никто из нас не совершенен, как и наши сковородки. Независимо от того, насколько хорошо вы приправляете, все же есть большая вероятность, что есть пятна голого металла, и они действительно могут взаимодействовать с кислотными ингредиентами в вашей пище.

По этой причине рекомендуется избегать долго варившихся кислых продуктов, особенно томатного соуса. С другой стороны, немного кислоты не повредит. Я все время обжигаю свою сковороду вином после запекания курицы.

Как следует использовать чугунную сковороду

Это единственные правила, которые вам нужно знать, чтобы иметь успешные отношения со своим чугуном на всю жизнь.

Добавьте сезон, когда получите. Даже предварительно выдержанный чугун может обеспечить некоторую дополнительную защиту.Чтобы приправить сковороду, нагрейте ее на плите, пока она не станет горячей, затем втирайте в нее немного масла и дайте ей остыть. Повторите этот процесс несколько раз, и все готово.
Очищайте его после каждого использования. Тщательно очищайте сковороду после каждого использования, промывая ее водой с мылом и удаляя остатки мусора со дна. Я использую для этого чистую сторону губки.
Заново заправить. Смойте излишки мыла водой, затем поместите сковороду на горелку, установленную на сильный огонь.Когда большая часть воды в сковороде высохнет, добавьте половину чайной ложки нейтрального масла, например растительного, рапсового, льняного или жирного масла. Потрите бумажным полотенцем. Продолжайте нагревать сковороду, пока она не начнет дымиться, затем еще раз хорошо потрите. Дайте остыть, и готово.
Fry and Sear в нем. Как лучше сохранить приправу? Просто много используйте кастрюлю! Чем больше вы будете в нем жарить, обжаривать или запекать, тем лучше получится приправа.
Не позволяйте ему оставаться влажным. Вода – естественный враг железа, и если вы оставите даже каплю воды на вашей кастрюле, когда вы ее уберете, может образоваться пятно ржавчины. Не конец света, но ржавчина потребует небольшой чистки и повторной обработки. Я всегда вытираю сковороду бумажным полотенцем и смазываю ее небольшим количеством масла перед хранением.

Ну вот, это было так сложно? А теперь иди и начинай готовить!

Для получения дополнительной информации о чугуне ознакомьтесь с нашим руководством по покупке, сезону и уходу за чугунной посудой.

различных типов чугуна

При разрушении белого чугуна повсюду видны белые трещины из-за присутствия карбидных примесей. Белый чугун твердый, но хрупкий. Он имеет более низкое содержание кремния и низкую температуру плавления. Углерод, присутствующий в белом чугуне, осаждается и образует крупные частицы, повышающие твердость чугуна. Он устойчив к абразивам, а также экономичен, что делает их полезными в различных областях, таких как подъемные штанги и футеровки в мельницах, изнашиваемые поверхности насосов, шары и кольца угольных измельчителей и т. Д.

Серый – самый универсальный и широко используемый чугун. Присутствие углерода приводит к образованию чешуек графита, которые не пропускают трещины при разрыве материала. Вместо этого по мере разрушения материала графит вызывает многочисленные новые трещины. Расколотый чугун сероватого цвета, что также дало ему название. Благодаря хлопьям графита серый чугун имеет низкую ударопрочность. Они также не обладают эластичностью и имеют низкую прочность на разрыв.

Однако графитовые подделки придают чугуну превосходную обрабатываемость, демпфирующие свойства, а также хорошие смазывающие свойства, что делает их полезными во многих промышленных применениях.Графитовая микроструктура чугуна имеет матрицу, состоящую из феррита, перлита или их комбинации. Расплавленный серый чугун обладает большей текучестью, и они хорошо расширяются во время затвердевания или замерзания чугуна. Это сделало их полезными в таких отраслях, как сельское хозяйство, автомобилестроение, текстильные фабрики и т. Д.

Ковкий чугун – это в основном белый чугун, который подвергается термообработке для преобразования карбида в графит. Полученный чугун имеет свойства, которые отличаются как от серого, так и от белого чугуна.В случае ковкого чугуна структура графита формируется в виде сфероидальных частиц неправильной формы, а не чешуек, которые обычно присутствуют в сером чугуне. Благодаря этому ковкий чугун ведет себя как низкоуглеродистая сталь. Имеется значительная усадка, которая приводит к снижению производства чугуна, а также к увеличению затрат. Ковкий чугун легко отличить по тупым границам.

Ковкий чугун – это еще один тип ферросплавов, который используется в качестве конструкционного материала во многих областях.Для производства высокопрочного чугуна в расплавленный чугун добавляется небольшое количество магния, который изменяет образующуюся структуру графита. Магний вступает в реакцию с кислородом и серой в расплавленном чугуне, что приводит к образованию графита в форме узелков, который получил название чугун с шаровидным графитом. Как и ковкий чугун, ковкий чугун гибок и демонстрирует линейную зависимость напряжения от деформации. Его можно отливать разных размеров и различной толщины.

Как делают чугун?

Сырье

Производство чугуна начинается с комбинации сырья.Железо редко встречается в чистом виде. Только метеориты содержат чистое железо. Железо, используемое веками, представляет собой сочетание железа и других элементов. Эти комбинации известны как оксиды железа. Горная промышленность извлекает большую часть железа из железных руд, которые представляют собой горные породы, обнаруженные на внешних слоях земли, которые содержат железо. Затем эта железная руда превращается в различные типы железа, но сначала ее перерабатывают в доменной печи для производства передельного чугуна. Сам по себе чугун практически не используется из-за его хрупкости.Легированный другими металлами чугун находит новое применение.

Производство чугуна

Термин «чугун» обычно используется для описания серого чугуна, но он также может описывать целую группу сплавов. Цвет поверхности чугуна часто используется для его идентификации. Чугун начинает свою жизнь как чугун, который переплавляют и часто объединяют с большим количеством лома, а иногда и со сталью. Загрязняющие вещества удаляются из расплавленного чугуна, и после плавления чугун отливают.Литье – это процесс заливки чугуна в форму, придающего ему форму. Формы и способы заливки разделяют этот процесс. Формы могут быть изготовлены как одноразовые (песочные), так и одноразовые (металлические). Заливка может происходить под действием силы тяжести, низкого давления или вакуума. Чем сложнее форма, тем важнее становится контроль за процессом разливки.

Затвердевающий чугун

После литья чугуну дают затвердеть. При неправильном выполнении процесс затвердевания может разрушить усилие, и металл затем повторно используется в качестве металлолома, таким образом, перерабатывается и снова превращается в чушковый металл, готовый к литью.Контроль кривой охлаждения очень важен для правильной практики затвердевания и позволяет заметить разницу между высококачественным и средним чугуном. Быстрое охлаждение дает мелкозернистую конструкцию, а медленное охлаждение – крупнозернистую. Чугун, который не охладился равномерно, дает некачественную отливку. Другие проблемы, с которыми сталкиваются во время процесса чугуна, включают загрязнение чугуна, пористость газа (образование пузырьков в чугуне) и проблемы с текучестью металла. Процесс литья – это искусство, которое необходимо изучить и испытать, чтобы полностью понять.

Чугун

Чугуны обычно содержат 2-4 мас.% Углерода с высокой концентрацией кремния и большей концентрацией примесей, чем стали. Углеродный эквивалент (CE) чугуна помогает отличить серый чугун, который остывает до микроструктуры, содержащей графит, и белый чугун, где углерод присутствует в основном в виде цементита. Углеродный эквивалент определяется как:

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

Во время затвердевания большая часть углерода выпадает в осадок в виде графита или цементита. Когда затвердевание только что завершается, осажденная фаза погружается в матрицу аустенита, которая имеет равновесную концентрацию углерода около 2 мас.%. При дальнейшем охлаждении концентрация углерода в аустените уменьшается по мере того, как из твердого раствора выпадает больше цементита или графита. В случае обычных чугунов аустенит затем разлагается на перлит при температуре эвтектоида.Однако в серых чугунах, если скорость охлаждения за счет температуры эвтектоида достаточно мала, то получается полностью ферритная матрица с отложением избыточного углерода на уже существующем графите.

Белый чугун твердый и хрупкий; их нелегко обработать.

Фазовая диаграмма железо-углерод, показывающая эвтектические и эвтектоидные реакции. Воспроизведено с разрешения Jud Ready из Технологического института Джорджии. Объединенное студенческое отделение ASM / TMS.

Серый чугун более мягкий с микроструктурой графита в матрице из преобразованного аустенита и цементита. Чешуйки графита, которые представляют собой трехмерные розетки, имеют низкую плотность и, следовательно, компенсируют сжатие при замерзании, что дает хорошие отливки без пористости.

Чешуйки графита обладают хорошими демпфирующими характеристиками и хорошей обрабатываемостью (потому что графит действует как стружколом и смазывает режущие инструменты. В приложениях, связанных с износом, графит полезен, потому что он помогает удерживать смазочные материалы.Однако чешуйки графита также являются концентраторами напряжений, что снижает ударную вязкость. Таким образом, рекомендуемое прилагаемое растягивающее напряжение составляет лишь четверть его фактического предела прочности на растяжение.

Известно, что сера в чугунах способствует образованию чешуек графита. Графит может быть вызван осаждением сфероидальной формы путем удаления серы из расплава с использованием небольшого количества карбида кальция. За этим следует небольшое количество магния или церия, которые отравляют предпочтительные направления роста и, следовательно, приводят к изотропному росту, что приводит к образованию сфероидов графита.Обработка кальцием необходима перед добавлением магния, поскольку последний также имеет сродство как к сере, так и к кислороду, тогда как его сфероидизирующая способность зависит от его присутствия в растворе в жидком железе. Магний часто добавляют в виде сплава с железом и кремнием (Fe-Si-Mg), а не в виде чистого магния.

Однако магний имеет тенденцию способствовать осаждению цементита, поэтому также добавляют кремний (в форме ферросилиния), чтобы обеспечить осаждение углерода в виде графита.Ферросилиний известен как модификатор .

Чугун с шаровидным графитом обладает превосходной вязкостью и широко используется, например, в коленчатых валах.

Последний прорыв в производстве чугунов заключается в том, что матрица чугуна с шаровидным графитом представляет собой не перлит, а бейнит. Это приводит к значительному повышению ударной вязкости и прочности. Бейнит получают путем изотермического превращения аустенита при температурах ниже той, при которой образуется перлит.

Вы можете щелкнуть изображения, чтобы увеличить их. Также можно загружать изображения с очень высоким разрешением (6 Мбайт каждое), а также кристаллические структуры феррита, цементита, графита и аустенита.


Серый чугун, Fe-3,2C-2,5Si мас.%, Содержащий чешуйки графита в перлитной матрице. Пятнистые белые области представляют собой фосфидную эвтектику.Гравитель: Nital 2%	Серый чугун, Fe-3,2C-2,5Si мас.%, Содержащий чешуйки графита в перлитной матрице. Можно разрешить пластинчатую структуру перлита, которая состоит из чередующихся слоев цементита и феррита. Пятнистые белые области представляют собой фосфидную эвтектику. Гравитель: Nital 2%

Химический состав чугуна аналогичен химическому составу серого чугуна, но с 0.05 мас.% Магния. Все образцы протравлены с использованием 2% ниталя.


Иллюстрация пластичности чугуна с шаровидным графитом. Фотография воспроизведена из журнала Physical Metallurgy of Engineering Materials Э. Р. Петти с разрешения Института материалов.	Чугун с шаровидным графитом, Fe-3,2C-2,5Si-0,05Mg мас.%, Содержащий узелки графита в перлитной матрице.Один из конкреций окружен ферритом просто потому, что область вокруг конкреции обезуглерожена в виде углеродных отложений на графите. Гравитель: Nital 2%

Чугун с шаровидным графитом обычно имеет перлитную матрицу. Однако отжиг вызывает осаждение углерода в перлите на имеющийся графит или образование дополнительных мелких частиц графита, оставляя после себя ферритную матрицу.Это придает утюгу еще большую пластичность. Все образцы протравлены с использованием 2% ниталя.


Графитовые конкреции в ферритной матрице.	Графитовые конкреции в ферритной матрице. Также виден углерод, отложившийся во время отпуска. Гравитель: Nital 2%

Химический состав чугуна – Fe-3.52C-2,51Si-0,49Mn-0,15Mo-0,31Cu мас.%. Все образцы протравлены с использованием 2% ниталя. Цветные микрофотографии получают путем первого травления 2% ниталем с последующей термообработкой металлографического образца на открытом воздухе при 270 ^o ° C в течение 3 часов. Это окисляет образец и дает интерференционные цвета, зависящие от фазы.


Ковкий чугун в литом состоянии. Конкреции графита, перлита (темные островки) и феррита (светлый фон).Гравитель: Nital 2%	Ковкий чугун в литом состоянии. Конкреции графита, перлита (темные островки) и феррита (светлый фон). Гравитель: Nital 2%


Аустенитизированная 950 ° C, аустенитная 350 ° C в течение 64 мин.	Аустенизация при 950 ° C, аустенизация при 350 ° C в течение 64 мин.

Следующие изображения представляют собой автомобильные компоненты из закаленного высокопрочного чугуна, предоставленные Институтом инженеров по литью металлов.Чтобы избежать деформации, коленчатый вал спортивного автомобиля TVR подвергается грубой механической обработке после литья, термообработке для получения бейнитной микроструктуры, а затем соответствующей механической обработке. Сообщается, что он обладает отличными усталостными свойствами; его демпфирующие характеристики из-за графита снижают шум двигателя.

Рычаг подвески Ford Mustang был изготовлен из закаленного высокопрочного чугуна с целью снижения веса, шума и стоимости. Он был разработан с использованием моделирования методом конечных элементов для оптимизации прочности и жесткости.Были рассмотрены алюминиевые сплавы, но от них отказались, поскольку в этом случае компонент занимал бы гораздо больше места из-за их меньшей прочности.

Рычаг подвески прицепа грузовика изначально был изготовлен из сварной стали для использования при транспортировке по суровой австралийской глубинке. Они вышли из строя в сварных швах и были связаны с деформациями, которые привели к ускоренному износу шин. Подвеска, изготовленная из литого высокопрочного чугуна с шаровидным графитом, оказалась намного более прочной.

TVR Tuscan Speed 6, высокопроизводительный спортивный автомобиль с закаленным коленчатым валом из ковкого чугуна.	Коленчатый вал из закаленного высокопрочного чугуна для спортивного автомобиля TVR.
Рычаг подвески из высокопрочного чугуна для Ford Mustang Cobra	Рычаг подвески прицепа грузовика, изготовленный из закаленного высокопрочного чугуна, Steele and Lincoln Foundry.

Чугун Blackheart получают путем нагревания белого чугуна при температуре 900-950 ^o C в течение многих дней перед медленным охлаждением.Это приводит к микроструктуре, содержащей нерегулярные, хотя и равноосные, конкреции графита в ферритной матрице. Термин «черное сердце» происходит от того факта, что поверхность излома имеет серый или черный цвет из-за присутствия графита на поверхности. Целью термической обработки является повышение пластичности чугуна. Однако этот процесс в настоящее время устарел, поскольку сфероидальный графит может быть получен непосредственно при отливке путем модифицирования магнием или церием. Все образцы протравлены с использованием 2% ниталя.


Чугун Черного сердца.	Чугун Blackheart. Гравитель: Nital 2%

Этот чугун используется в случаях, когда желательна очень высокая износостойкость. Например, при сильном дроблении горных пород и полезных ископаемых. Он содержит комбинацию очень прочных карбидообразующих легирующих элементов.Следовательно, его химический состав составляет Fe-2,6C-17Cr-2Mo-2Ni мас.%.

Все образцы травятся с использованием реактива Виллелы, который представляет собой смесь пикриновой кислоты, соляной кислоты и этанола. Материал, из которого были получены эти микрофотографии, был любезно предоставлен доктором Арнольдо Бедолла-Хакуинде из Мексики. Подробная информация о чугуне опубликована в International Journal of Cast Metals Research, 13 (2001) 343-361.


Белая фаза – это богатый хромом карбид, известный как M ₇ C ₃.Матрица состоит из дендритов аустенита, некоторые из которых могли преобразоваться в мартенсит. Также могут быть относительно небольшие количества карбидов других сплавов.	Белая фаза – это богатый хромом карбид, известный как M ₇ C ₃. Матрица состоит из дендритов аустенита, некоторые из которых могли преобразоваться в мартенсит. Также могут быть относительно небольшие количества карбидов других сплавов.

Процесс литья никогда не бывает идеальным, особенно при работе с крупными деталями.Вместо того, чтобы списывать дефектные отливки, их часто можно отремонтировать сваркой. Естественно, очень высокая концентрация углерода в типичных чугунах вызывает трудности из-за введения хрупкого мартенсита в зону термического влияния сварного шва. Поэтому необходимо предварительно нагреть до температуры около 450 ° C с последующим медленным охлаждением после сварки, чтобы избежать растрескивания.

Материалы, используемые в качестве наполнителей при сварке, обычно содержат большие концентрации никеля, поэтому получаемый аустенитный металл сварного шва нечувствителен к улавливанию углерода из чугуна.Отложения мягкие и могут быть обработаны для придания необходимой формы и отделки. Конечно, никель дорог, поэтому при крупном ремонте сварной зазор сначала покрывается («смазывается маслом») наполнителем, богатым никелем, а затем оставшийся зазор заполняется менее дорогим присадочным металлом из мягкой стали.

Первый в мире железный мост 1779 года. Вся конструкция сделана из чугуна. Фотографии любезно предоставлены Ёкота Томоюки и его семьей.

Жетон на полпенни Coalbrookdale, 1792

На фотографиях ниже изображен жетон в полпенни, отчеканенный в 1792 году, на одной стороне которого изображен корабль, проходящий под первым в мире железным мостом. Железная руда и уголь транспортировались по каналу, но металлургический завод в Кетли находился на 22 м выше этого канала. Поэтому была построена «наклонная плоскость» (2-е изображение), чтобы лодки можно было поднимать через люльку и шлюз в верхнюю часть канала, ведущего к металлургическому заводу.

Токен предоставлен Майклом Куком.

III

Чугун имеет «твердое ощущение» и привлекательный внешний вид. Есть много обычных применений чугуна.

Следующие фотографии были любезно предоставлены Беном Деннисом-Смитером, Фрэнком Кларком и Мохамедом Шерифом.

Следующие фотографии были любезно предоставлены Джимом Чарльзом.

Древние украшения из чугуна

Образцы деталей из чугуна и окружающей среды

Фотографии любезно предоставлены Мэтью Питом

Чугун, Буэнос-Айрес, Аргентина

Puerot Madero, Буэнос-Айрес, Аргентина	Пуэрот Мадеро, Буэнос-Айрес, Аргентина.Массивные чугунные причалы украшают берег, сделанные на литейном заводе в Кардиффе, Уэльс, Великобритания	Пуэрот Мадеро, Буэнос-Айрес, Аргентина. Массивные чугунные причалы украшают берег, сделанные на литейном заводе в Кардиффе, Уэльс, Великобритания
Puerot Madero, Буэнос-Айрес, Аргентина	Мост женщины (Пуэнте-де-ла-Мухер), Буэнос-Айрес, Аргентина

Чугунные ворота дворца Гуэля работы Гауди в Барселоне

Следующие фотографии любезно предоставлены Франциской Кабальеро и Карлосом Капдевилой Монтес.

Рецензия на книгу по чугуну, содержащую редкие земли.

Графитизация

Металлография чугунов.

Свариваемость материалов – Чугун

Знание профессии 25

Чугуны – это сплавы на основе железа, содержащие более 2% углерода, от 1 до 3% кремния и до 1% марганца. Поскольку чугуны относительно недороги, очень легко отливают в сложные формы и легко обрабатываются, они представляют собой важную инженерную и конструкционную группу материалов.К сожалению, не все марки пригодны для сваривания, и обычно требуются особые меры предосторожности даже в отношении так называемых свариваемых марок.

Нажмите здесь, чтобы увидеть наши последние подкасты по технической инженерии на YouTube .

Типы материалов

Чугуны можно удобно сгруппировать по структуре, которая влияет на их механические свойства и свариваемость; основные группы общетехнических чугунов представлены на рис. .1 .

Серый чугун

Серый чугун содержит 2,0 – 4,5% углерода и 1 – 3% кремния. Их структура состоит из разветвленных и связанных между собой чешуек графита в матрице, которая представляет собой перлит, феррит или смесь двух (рис. 2а) . Чешуйки графита образуют плоскости слабости, поэтому прочность и ударная вязкость ниже, чем у конструкционных сталей.

Чугуны с шаровидным графитом

Механические свойства серого чугуна можно значительно улучшить, если изменить форму графита для устранения плоскостей слабости.Такая модификация возможна, если жидкий чугун, имеющий состав в пределах 3,2 – 4,5% углерода и 1,8 – 2,8% кремния, перед разливкой обработать добавками магния или церия. Таким образом производятся отливки с графитом сфероидальной формы вместо чешуек, известные как шаровидный, сфероидальный графит (SG) или ковкий чугун (рис. 2b) . Доступны чугуны с шаровидным графитом с перлитными, ферритовыми или перлитно-ферритными матрицами, которые предлагают сочетание большей пластичности и более высокой прочности на разрыв, чем серые чугуны.

Чугун белый

За счет снижения содержания углерода и кремния и быстрого охлаждения большая часть углерода остается в форме карбида железа без хлопьев графита. Однако карбид железа или цементит чрезвычайно твердый и хрупкий, и эти отливки используются там, где требуется высокая твердость и износостойкость.

Ковкий утюг

Их получают путем термообработки тщательно контролируемых составов белого чугуна, которые разлагаются с образованием углеродных агрегатов, диспергированных в ферритной или перлитной матрице.Поскольку компактная форма угля не снижает пластичность матрицы в такой степени, как чешуйки графита, достигается полезный уровень пластичности. Ковкий чугун можно разделить на классы. Чугун Whiteheart, Blackheart и Pearlitic.

Ковкий утюг Whiteheart

Ковкие отливки Whiteheart производятся из высокоуглеродистого белого чугуна, отожженного в обезуглероживающей среде. Углерод удаляется с поверхности отливки, причем потери компенсируются только диффузией углерода изнутри.Отливки Whiteheart неоднородны, имеют обезуглероженную поверхностную оболочку и сердцевину с более высоким содержанием углерода.

Ковкий утюг Blackheart

Ковкий чугун

Blackheart получают путем отжига отливок из белого чугуна с низким содержанием углерода (2,2 – 2,9%) без обезуглероживания. Получающаяся в результате структура углерода в ферритной матрице является однородной с лучшими механическими свойствами, чем у белого железа.

Ковкий перлитный чугун

Они имеют перлитную, а не ферритную матрицу, которая придает им более высокую прочность, но более низкую пластичность, чем ферритные чугуны с черным сердцем.

Свариваемость

Это зависит от микроструктуры и механических свойств. Например, серый чугун по своей природе хрупок и часто не может выдерживать нагрузки, возникающие при остывании сварного шва. Поскольку отсутствие пластичности вызвано крупными чешуйками графита, кластеры графита в ковких чугунах и шаровидный графит в чугунах с шаровидным графитом дают значительно более высокую пластичность, что улучшает свариваемость.

Свариваемость может ухудшиться из-за образования твердых и хрупких микроструктур в зоне термического влияния (ЗТВ), состоящих из карбидов железа и мартенсита.Поскольку чугуны с шаровидным графитом и ковкий чугун с меньшей вероятностью образуют мартенсит, они более легко поддаются сварке, особенно при высоком содержании феррита.

Белый чугун, очень твердый и содержащий карбиды железа, обычно считается несвариваемым.

Сварочный процесс

Во избежание растрескивания часто применяют пайку. Сварка пайкой в Великобритании часто называется «сваркой бронзы». Сварка бронзы – это разновидность сварки пайкой с использованием присадок на основе меди, она регулируется BS 1724: 1990.(Этот стандарт был отозван, но прямой замены не было.) Поскольку оксиды и другие примеси не удаляются плавлением, а механическая очистка будет иметь тенденцию размазывать графит по поверхности, поверхности необходимо тщательно очистить, например, с помощью средства солевой ванны.

При сварке плавлением могут использоваться все процессы кислородно-ацетиленовой сварки, сварки MMA, MIG / FCA. Как правило, условия низкого тепловложения, интенсивный предварительный нагрев и медленное охлаждение обычно являются предварительными условиями для предотвращения растрескивания ЗТВ.

Кислородно-ацетиленовая сварка Из-за относительно низкотемпературного источника тепла для кислородно-ацетиленовой сварки потребуется более высокий предварительный нагрев, чем для сварки MMA. Проникновение и разбавление низкие, но широкая ЗТВ и медленное охлаждение будут давать мягкую микроструктуру. Порошковая сварка, при которой присадочный порошок подается из небольшого бункера, установленного на кислородно-ацетиленовой горелке, представляет собой процесс с очень низким тепловложением и часто используется для смазывания поверхностей перед сваркой.

MMA широко используется при производстве и ремонте чугуна, поскольку интенсивная высокотемпературная дуга обеспечивает более высокие скорости сварки и более низкие уровни предварительного нагрева.Недостатком MMA является большее проплавление сварочной ванны и разбавление основного металла, но использование отрицательной полярности электрода поможет снизить HAZ.

MIG и FCA MIG (перенос погружением) и особенно процессы FCA могут использоваться для достижения высоких скоростей наплавки при ограничении глубины проплавления шва.

Присадочные сплавы

При кислородно-ацетиленовой сварке расходные детали обычно имеют немного более высокое содержание углерода и кремния, что обеспечивает сварной шов с соответствующими механическими свойствами.Наиболее распространенными присадочными стержнями для MMA являются сплавы никель, никель-железо и никель-медь, которые могут выдерживать высокое разбавление углерода из основного металла и создавать пластичный наплавленный металл, поддающийся механической обработке.

При сварке MIG электродные проволоки обычно изготавливаются из никеля или монеля, но могут использоваться медные сплавы. Порошковая проволока, никель-железная и никель-железо-марганцевая проволока также доступна для сварки чугунов. Порошки на основе никеля с добавками железа, хрома и кобальта, что позволяет придать им различную твердость.

Дефекты сварного шва

Потенциальную проблему отложений металла сварного шва с высоким содержанием углерода можно избежать за счет использования никеля или никелевого сплава, который дает мелкодисперсный графит, меньшую пористость и легко поддающийся механической обработке наплавленный материал. Однако отложения никеля с высоким содержанием серы и фосфора из-за разбавления основного металла могут привести к растрескиванию при затвердевании.

Образование твердых и хрупких структур ЗТВ делает чугуны особенно склонными к растрескиванию ЗТВ во время охлаждения после сварки.Риск растрескивания HAZ снижается за счет предварительного нагрева и медленного охлаждения после сварки. Поскольку предварительный нагрев замедляет скорость охлаждения как в наплавленном шве, так и в ЗТВ, мартенситное образование подавляется, а твердость ЗТВ несколько снижается. Предварительный нагрев также может рассеять усадочные напряжения и уменьшить деформацию, уменьшая вероятность растрескивания сварного шва и HAZ.

Таблица 1: Типичные уровни предварительного нагрева для сварки чугунов

Тип чугуна	Температура предварительного нагрева, градусы C
	MMA	MIG	Газ (термоядерный)	Газ (порошок)
Ферритные хлопья	300	300	600	300
Феррит с шаровидным графитом	РТ-150	РТ-150	600	200
Ферритный белый ковкий	РТ *	РТ *	600	200
чешуйки перлитные	300-330	300-330	600	350
Перлитный шаровидный	200-330	200-330	600	300
Перлитный ковкий	300-330	300-330	600	300
RT – комнатная температура * 200 градусов C, если задействована сердцевина с высокой температурой C.

Поскольку растрескивание также может быть результатом неравномерного расширения, особенно вероятно во время предварительного нагрева сложных отливок или когда предварительный нагрев локализован на крупных компонентах, предварительный нагрев всегда следует применять постепенно. Кроме того, отливке всегда следует позволять медленно остывать, чтобы избежать теплового удара.

Альтернативным методом является закалочная сварка больших отливок, предварительный нагрев которых затруднен. Сварной шов выполняется путем нанесения ряда небольших сварных швов стрингера при низком тепловложении, чтобы минимизировать ЗТВ.Эти сварные швы подвергаются закалке молотком в горячем состоянии для снятия усадочных напряжений, а зона сварки закаливается струей воздуха или влажной тканью, чтобы ограничить накопление напряжений.

Ремонт отливок

Из-за возможности дефектов литья и присущей им хрупкости часто требуется ремонт чугунных деталей. Для мелкого ремонта можно использовать процессы MMA, кислородно-ацетиленовой, пайки и порошковой сварки. Для больших площадей можно использовать MMA или порошковую технику для смазывания краев стыка маслом с последующей сваркой MMA или MIG / FCA для заполнения канавки.Это схематично показано на рис. 3 .

а) перекрытие трещины наплавленным валиком из масляных слоев

б) последовательность сварки

Удалите дефектную поверхность предпочтительно шлифованием или фрезой из карбида вольфрама. Если используется воздушная дуга или строжка MMA, компонент должен быть предварительно нагрет на месте, как правило, до 300 ° C.
После строжки подготовленный участок следует слегка отшлифовать, чтобы удалить затвердевший материал.
Разогрейте отливку до температуры, указанной в таблице 1.
Смажьте поверхность канавки MMA с помощью электрода малого диаметра (2,4 или 3 мм); используйте никелевый или монелевый стержень для создания мягкого пластичного «смазанного маслом» слоя; в качестве альтернативы используйте оксиацетилен с порошкообразным расходным материалом.
Удалите шлак и зачистите каждый сварной шов, пока он еще горячий.
Заполните канавку никелевыми (диаметром 3 или 4 мм) или никель-железными электродами для большей прочности.

Наконец, чтобы избежать растрескивания из-за остаточных напряжений, область сварного шва должна быть закрыта, чтобы отливка медленно остыла до комнатной температуры.

Если вам нужна дополнительная информация по любому аспекту чугуна, обращайтесь по адресу [email protected].

Эта статья Job Knowledge была первоначально опубликована в Connect, март 1997 г. Она была обновлена, поэтому веб-страница больше не отражает в точности печатную версию.

Forged vs. Cast Iron: что лучше для вас?

Знайте разницу между кованым чугуном и чугуном, и какой из них лучше всего подходит для вашей игры

Автор Ник Миллер

Когда дело доходит до кованого железа vs.чугуны.

Какая из двух более играбельна? Что предлагает лучшее ощущение? Один лучше другого для людей с высокими гандикапами? Низкие гандикаперы?

Самый полный ответ заключается в том, что это зависит от игрока. Но давайте рассмотрим подробно, сначала разберемся в различиях между кованым и чугунным железом, некоторых общих мифах, связанных с каждым из них, а затем выясним, как узнать, какой тип железа лучше для вашей игры.

Кованые vs.Чугун: как создаются каждый

Кованые утюги

Проще говоря, кованые утюги изготавливаются от начала до конца из цельного куска металла и штампуются в соответствующей форме и лофте. Mizuno, например, использует процесс ковки «Grain Flow», чтобы частицы металла непрерывно текли от пятки к носку клюшки.

Как объясняет Крис Вошалл из Mizuno в видео ниже, иллюстрирующем их процесс создания клюшек, некоторые из преимуществ кованых утюгов включают повышенную стабильность от дубинки к булаве и более истинное ощущение вибрации при ударе – или, другими словами, лучшее «ощущение» удара. клюшка.

Чугун

В отличие от цельного куска металлического кованого чугуна, чугун создается из расплавленного металла, который заливается в предварительно изготовленную форму. Некоторые из преимуществ чугуна включают возможность добавления дополнительных технологических компонентов, таких как утяжеление по периметру, каналы и полости, из-за податливого расплавленного металла, который легче заливать в большое количество предварительно отформованных конструкций по сравнению с кованым чугуном.

Ping Golf славится процессом «литье по выплавляемым моделям», который долгое время использовался для изготовления большинства их утюгов, что на изображении ниже иллюстрирует расплавленный металл, заливаемый в каждую из чугунных форм.

Процесс литья по выплавляемым моделям компании Ping показывает, что расплавленный металл заливают в чугунные формы.

Ковка и чугун: распространенные мифы

1. Кованые булавы для лучших игроков

Типичный вид кованого железа.

По общему мнению, кованые булавы предназначены для лучших игроков, а литые – для игроков с более высокими гандикапами.

В то время как в целом соответствует , это не во всех случаях, и тем более в случае непрерывного технического прогресса, объединяющего положительные преимущества производительности с обеих сторон спектра.Этот распространенный миф о гольфе родился из того факта, что кованые чугуны, как правило, не обладают такой же гибкостью в формовании и распределении веса, как чугуны, и, следовательно, не обладают теми же преимуществами повышения производительности, которые доступны во многих конструкциях из чугуна.

Это означает, что вес кованого железа часто находится ближе к области, в которую мяч попадает при точном ударе, что делает его более точным и, наоборот, ухудшает самочувствие мишитов и их результативность. Это можно сравнить с булавой для актеров, которая часто имеет больший вес, распределяемый по всей клюшке, чтобы улучшить результат по мишитам, но при этом ограничивает некоторую точность при точном ударе.

Вывод: Если вы действительно не новичок в гольф, постарайтесь не слишком увлекаться тем, кованая клюшка или литая. Вместо этого сосредоточьтесь на том, какие весовые характеристики лучше всего подходят для удовлетворения потребностей вашей игры в прощении и работоспособности.

2. Кованые булавы кажутся мягче

Еще один распространенный миф о ковке и литье – это то, что кованые булавы кажутся «мягче».

Очень сложно дать количественную оценку ощущениям, и поэтому очень сложно оспорить это утверждение.Тем не менее, неоднократно доказывалось, что это ощущение почти полностью зависит от геометрии клюшки, а не от материала. Таким образом, ощущение того, что кованая клюшка кажется более мягкой, часто в первую очередь зависит от формы клюшки.

Опять же, поковки обычно имеют компактную, «мускулистую» конструкцию или конструкцию с небольшими полостями, в результате чего большая часть материала и веса больше за мячом для гольфа. Отливки обычно имеют улучшенный дизайн игры, при котором больший вес приходится на периметры, удаленные от центра лица.И именно эта геометрическая разница является причиной различий в ощущениях. Некоторые производители даже проводили испытания клюшек аналогичной формы и дизайна, изготовленные из кованых и литых моделей, с участием лучших игроков в мире, и они часто не могли определить разницу в слепом тесте.

Вывод: Тот факт, что клюшка кованая, не означает, что она будет «чувствовать» лучше – часто это происходит потому, что форма кованой клюшки автоматически поддается такому же ощущению.

3.Кованые клюшки облегчают формирование полета мяча

Часто говорят, что гольфист может чувствовать, что мяч «дольше остается на лице» с помощью кованых утюгов, и что это «прилипание» к лицу обеспечивает больший контроль над ударом и удобство использования (способность изгибать мяч и корректировать траекторию).

В то время как это – это обычно , причина, по которой мяч остается на лицевой стороне дольше, является заблуждением. Как правило, кованая клюшка для гольфа, как уже упоминалось, с учетом ее формы головы и характеристик веса, имеет центр тяжести ближе к лицу.Это атрибут, ориентированный на лучшего игрока, который приносит пользу точным ударам и наносит урон при мишитах. Литая клюшка, наоборот, имеет тенденцию иметь больше дизайна для улучшения игры с более низким и глубоким центром тяжести, который помогает поднять мяч в воздух и помогает ошибкам.

Если мы посмотрим на это с (слегка) технической точки зрения, чем ближе центр тяжести (CG) приближается к лицу (и / или выше), тем больше эффект вертикальной передачи при ударе. Эффект вертикального зубчатого колеса в утюге создает эффект спуска или «укрытия» при ударе.Отсюда и возникает ощущение «прилипания» мяча к лицу.

Вывод: Как упоминалось в п. 2, это ощущение исходит от геометрии головки клюшки, а НЕ от метода, которым была построена клюшка. Если бы литая клюшка была спроектирована так, чтобы ЦТ располагалась ближе к лицу, а большая часть ее массы находилась непосредственно за зоной удара, в результате получилось бы такое же общее «ощущение».

Кованые изделия против чугуна: что лучше для вас?

Мораль этой истории заключается в том, что все играют по-разному и имеют разные потребности в снаряжении для гольфа.Так что не слишком увлекайтесь тем, кованая или литая клюшка, а вместо этого сосредоточьтесь на том, чтобы правильно подобрать голову и конструкцию утяжелителей, которая лучше всего подходит для вашей игры.

Потому что, как только вы найдете правильный дизайн, предлагающий соответствующую комбинацию ощущений, прощения и работоспособности, максимальную для you , вам будет все равно, как были сделаны булавы, и вместо этого просто будьте благодарны, что они у вас в сумке .

Примечание редактора: эта статья представляет собой обновленную версию исходного сообщения от октября.10, 2015.

Хотите найти утюги, подходящие для вашей игры? Запишитесь на TECfit в GolfTEC сегодня!

Нравится наш контент? Подпишитесь на GolfTEC Scramble, чтобы получать самые свежие инструкции, новости, оборудование и многое другое!

Чугун

На рисунке представлена фазовая диаграмма железо – карбид железа (Fe – Fe3C). Процент присутствующего углерода и температура определяют фазу железоуглеродистого сплава и, следовательно, его физические характеристики и механические свойства.Процент углерода определяет тип сплава черных металлов: чугун, сталь или чугун. Источник: wikipedia.org Läpple, Volker – Wärmebehandlung des Stahls Grundlagen. Лицензия: CC BY-SA 4.0

В материаловедении чугуны – это класс черных сплавов с содержанием углерода более 2,14 мас.% . Обычно чугуны содержат от 2,14 мас.% До 4,0 мас.% Углерода и от 0,5 до 3 мас.% кремния . Сплавы железа с более низким содержанием углерода известны как сталь.Разница в том, что чугуны могут использовать преимущества эвтектического затвердевания в бинарной системе железо-углерод. Термин эвтектика по-гречески означает « легко или хорошо плавится », а точка эвтектики представляет собой состав на фазовой диаграмме, при котором достигается самая низкая температура плавления . Для системы железо-углерод эвтектическая точка имеет место при составе 4,26 мас.% C и температуре 1148 ° C .

Чугун , таким образом, имеет более низкую температуру плавления (примерно от 1150 ° C до 1300 ° C), чем традиционная сталь, что облегчает разливку, чем стандартные стали.Благодаря своей высокой текучести в расплавленном состоянии жидкий чугун легко заполняет сложные формы и может образовывать сложные формы. Для большинства применений требуется очень небольшая отделка, поэтому чугуны используются как для самых разных мелких, так и для крупных деталей. Это идеальный материал для литья в песчаные формы сложных форм, таких как выпускные коллекторы, без необходимости дополнительной обработки. Кроме того, некоторые чугуны очень хрупкие, и отливка является наиболее удобной технологией изготовления. Чугун стал конструкционным материалом с широким спектром применения и используется в трубах, машинах и деталях автомобильной промышленности, таких как головки цилиндров, блоки цилиндров и картеры коробок передач. Устойчив к окислению.

Типы чугунов

Серый чугун также обладает отличной демпфирующей способностью, которую дает графит, поскольку он поглощает энергию и преобразует ее в тепло. Большая демпфирующая способность желательна для материалов, используемых в конструкциях, в которых во время работы возникают нежелательные вибрации, таких как основания станков или коленчатые валы.

Чугуны также включают большое семейство различных типов чугуна, в зависимости от того, как образуется богатая углеродом фаза во время затвердевания . Микроструктуру чугунов можно контролировать для получения продуктов с превосходной пластичностью, хорошей обрабатываемостью, отличным гашением вибрации, превосходной износостойкостью и хорошей теплопроводностью. При правильном легировании коррозионная стойкость чугунов может быть равна коррозионной стойкости нержавеющих сталей и сплавов на никелевой основе во многих сферах применения.Для большинства чугунов углерод существует в виде графита, и как микроструктура, так и механические свойства зависят от состава и термообработки. Наиболее распространенные типы чугуна:

Серый чугун . Серый чугун – самый старый и самый распространенный вид чугуна. Серый чугун характеризуется своей графитовой микроструктурой, из-за которой изломы материала приобретают серый цвет. Это связано с наличием в его составе графита. В сером чугуне графит образует чешуйки, приобретая трехмерную геометрию.
Белый чугун . Белый чугун твердый, хрупкий и не поддается обработке, тогда как серый чугун с более мягким графитом достаточно прочен и поддается механической обработке. Поверхность излома этого сплава имеет белый цвет, поэтому его называют белым чугуном.
Ковкий чугун . Ковкий чугун – это белый чугун, прошедший отжиг. Благодаря термообработке с отжигом хрупкая структура при первой отливке преобразуется в пластичную форму. Таким образом, его состав очень похож на белый чугун с немного большим содержанием углерода и кремния.
Ковкий чугун . Ковкий чугун, также известный как чугун с шаровидным графитом, очень похож на серый чугун по составу, но во время затвердевания графит образует зародыши в виде сферических частиц (конкреций) в высокопрочном чугуне, а не в виде хлопьев. Ковкий чугун прочнее и устойчивее к ударам, чем серый чугун. Фактически, высокопрочный чугун по своим механическим характеристикам приближается к характеристикам стали, при этом он сохраняет высокую текучесть в расплавленном состоянии и более низкую температуру плавления.

Затвердевание чугуна

Чугун – один из самых сложных сплавов, используемых в промышленности.Из-за более высокого содержания углерода в структуре чугуна, в отличие от стали, присутствует фаза, богатая углеродом. В зависимости от состава, скорости охлаждения и обработки расплава богатая углеродом фаза может затвердеть с образованием либо стабильной (аустенит-графит), либо метастабильной (аустенит-Fe ₃ C) эвтектики. Цементит (Fe ₃ C) является метастабильным соединением, и при некоторых обстоятельствах его можно заставить диссоциировать или разложиться с образованием α-феррита и графита в соответствии с реакцией:

Fe ₃ C → 3Fe ( α) + C (графит)

Таким образом, может происходить два типа эвтектического затвердевания.Кроме того, существуют различные формы графита в зависимости от химического состава и скорости охлаждения. Образованию графита способствует присутствие кремния в концентрациях более примерно 1 мас.%. Кроме того, более низкие скорости охлаждения во время затвердевания способствуют графитизации (образованию графита).

Свойства чугуна

Свойства материала – это интенсивных свойств , это означает, что они не зависят от количества массы и могут изменяться от места к месту в системе в любой момент.В основе материаловедения лежит изучение структуры материалов и их соотнесение с их свойствами (механическими, электрическими и т. Д.). Как только специалист по материалам узнает об этой корреляции структура-свойство, он может перейти к изучению относительных характеристик материала в данном приложении. Основными определяющими факторами структуры материала и, следовательно, его свойств являются составляющие его химические элементы и способ, которым он был переработан в свою окончательную форму.

Прочность чугуна

В механике материалов прочность материала – это его способность выдерживать приложенную нагрузку без разрушения или пластической деформации. Прочность материалов в основном учитывает взаимосвязь между внешними нагрузками , приложенными к материалу, и результирующей деформацией или изменением размеров материала. Прочность материала – это его способность выдерживать эту приложенную нагрузку без разрушения или пластической деформации.

Предел прочности на разрыв

Предел прочности на разрыв серого чугуна (ASTM A48 Class 40) составляет 295 МПа.

Предел прочности на разрыв мартенситного белого чугуна (ASTM A532, класс 1, тип A) составляет 350 МПа.

Предел прочности на разрыв ковкого чугуна – ASTM A220 составляет 580 МПа.

Предел прочности на разрыв высокопрочного чугуна – ASTM A536 – 60-40-18 составляет 414 МПа (> 60 тыс. Фунтов на квадратный дюйм).

Предел прочности при растяжении является максимумом на инженерной кривой зависимости напряжения от деформации. Это соответствует максимальному напряжению , которое может выдержать конструкция при растяжении. Предел прочности на разрыв часто сокращают до «прочности на разрыв» или даже до «предела».«Если это напряжение приложить и поддерживать, в результате произойдет разрушение.

Модуль упругости Юнга

Модуль упругости Юнга серого чугуна (ASTM A48 класс 40) составляет 124 ГПа.

Модуль упругости Юнга мартенситного белого чугуна (ASTM A532, класс 1, тип A) составляет 175 ГПа.

Модуль упругости Юнга ковкого чугуна – ASTM A220 составляет 172 ГПа.

Модуль упругости высокопрочного чугуна Юнга – ASTM A536 – 60-40-18 составляет 170 ГПа.

Модуль упругости Юнга представляет собой модуль упругости для растягивающего и сжимающего напряжения в режиме линейной упругости при одноосной деформации и обычно оценивается с помощью испытаний на растяжение. С точностью до предельного напряжения тело сможет восстановить свои размеры при снятии нагрузки.

Твердость чугуна

Твердость серого чугуна по Бринеллю (ASTM A48 Class 40) составляет примерно 235 МПа.

Твердость по Бринеллю серого чугуна, мартенситного белого чугуна (ASTM A532, класс 1, тип A) составляет приблизительно 600 МПа.

Твердость ковкого чугуна по Бринеллю – ASTM A220 составляет примерно 250 МПа.

Твердость по Бринеллю высокопрочного чугуна – ASTM A536 – 60-40-18 составляет приблизительно 150 – 180 МПа.

В материаловедении твердость – это способность противостоять вдавливанию поверхности ( локализованная пластическая деформация ) и царапинам . Твердость , вероятно, является наиболее плохо определенным свойством материала, поскольку оно может указывать на устойчивость к царапинам, сопротивление истиранию, сопротивление вдавливанию или даже сопротивление формованию или локализованной пластической деформации.Твердость важна с инженерной точки зрения, потому что сопротивление износу из-за трения или эрозии паром, маслом и водой обычно увеличивается с увеличением твердости.

Термические свойства чугуна

Термические свойства материалов относятся к реакции материалов на изменения их температуры и на приложение тепла. Поскольку твердое тело поглощает энергию в виде тепла, его температура повышается, а его размеры увеличиваются. Но различных материалов реагируют на приложение тепла по-разному, .

Точка плавления чугуна

Точка плавления серого чугуна – сталь ASTM A48 составляет около 1260 ° C.

Температура плавления мартенситного белого чугуна (ASTM A532, класс 1, тип A) составляет около 1260 ° C.

Температура плавления ковкого чугуна – ASTM A220 составляет около 1260 ° C.

Температура плавления высокопрочного чугуна – ASTM A536 – сталь 60-40-18 составляет около 1150 ° C.

В общем, плавление представляет собой фазовый переход вещества из твердой фазы в жидкую.Точка плавления вещества – это температура, при которой происходит это фазовое изменение. Точка плавления также определяет состояние, в котором твердое вещество и жидкость могут существовать в равновесии.

Теплопроводность чугуна

Теплопроводность серого чугуна – ASTM A48 – 53 Вт / (м · К).

Теплопроводность мартенситного белого чугуна (ASTM A532, класс 1, тип A) составляет 15-30 Вт / (м · К).

Теплопроводность ковкого чугуна составляет примерно 40 Вт / (м.К).

Теплопроводность высокопрочного чугуна составляет 36 Вт / (м · К).

Характеристики теплопередачи твердого материала измеряются свойством, называемым теплопроводностью , k (или λ), измеренным в Вт / м · K . Это мера способности вещества передавать тепло через материал за счет теплопроводности. Обратите внимание, что закон Фурье применяется ко всем веществам, независимо от их состояния (твердое, жидкое или газообразное), поэтому он также определен для жидкостей и газов.