Применение чугуна: Преимущества чугуна и сферы его применения

alexxlab | 27.02.2023 | 0 | Разное

Характеристики, свойства, виды и применение чугуна

1 Преимущества чугуна

2 Недостатки чугуна

3 Виды чугуна

4 Применение

В идеале сплав чугуна состоит из железа и углерода. Но в него часто входят различного рода присадки, потому что без них сплав был бы ещё более хрупким. Так для увеличения прочности в материал добавляются кремний, марганец, фосфор и серу (не больше 1%).

Наличие в чугуне углерода, процент содержания которого колеблется от 2,14 до 4, способствует исключительной твёрдости материала. Но в то же время именно углерод увеличивает его хрупкость. В практике обычно применяется чугун, содержащий около 3 процентов углерода.

Изделия из чугуна

В некоторые виды чугуна также добавляют специальные примеси, чтобы придать материалу дополнительные свойства. Как правило, это хром, никель и алюминий. Если вам нужно решить вопрос связанный с литьём чугуна, советуем обратиться сюда.

Преимущества чугуна

1) Чугун имеет широкое использование в литейном производстве. У него низкая температура плавления. Она равна примерно 1200 градусов, что ниже показателей стали на 250-300 градусов. Всё потому, что углерод и железо образуют не слишком прочную связь между собой. Благодаря этому, а также плотности 7,2 г/см3 чугун превосходит по литейным свойствам другие материалы, за исключением нескольких разновидностей стали.

2) Ещё одним неоспоримым преимуществом чугуна является его твёрдость. Она достигает 7,5 баллов по шкале Мооса. Этот результат превышает показатели кварца и лишь на 2,5 балла меньше от твёрдости алмаза.

3) Детали из чугуна отличаются долговечностью.

4) Чугун – экологически чистый материал. Поэтому его и применяют для создания посуды, в которой готовится пища. Сплав не включает в себя вредных компонентов и безопасен для здоровья человека.

5) Чугун способен долгое время поддерживать высокую температуру.

Процесс литья чугуна

Недостатки чугуна

1) Из-за значительного части углерода в сплаве материал очень хрупок. А потому он не пригоден для создания деталей, которые будут находиться под давлением.

2) Чугун быстро начнёт покрываться ржавчиной, если на нём длительное время будет собираться вода. Полностью изделие не проржавеет, но может утратить опрятный вид. Поэтому для деталей из чугуна необходимо покрытие для защиты от коррозии.

3) Также изделия всегда отличаются массивностью.

Виды чугуна

1) Белый чугун. Этот сплав приобрёл своё название за светлый оттенок на сколе. Он характеризуется входящим в его состав чрезмерным количеством углерода в виде цементита.

Процент углерода чаще всего выше 3, поэтому белый чугун – материал очень хрупкий и ломкий. Он тяжело плавится и с трудом поддаётся обработке стальными инструментами. В чистом виде его применяют не часто, в основном для деталей, не предназначенных для нагрузок.

Но характеристики материала можно изменить, если добавить в сплав примеси. Обычно для этого используют хром и никель. Полученный материал называется «сормайт», его применяют для нагрева. Основное применение белого чугуна – это отливка ванн.

2) Серый чугун. Эта разновидность чугуна тоже была названа по цвету в месте разлома. Материал используется практически во всех сферах народного хозяйства. Количество углерода в сплаве примерно равно 2,5%. И в отличие от белого, в сером чугуне он содержится также в виде графита.

Применение из чугуна

Материал обладает и пластичностью, и хорошей для чугуна прочностью. Благодаря этому материал применяется в производстве деталей, эксплуатируемых при циклических нагрузках. Из серого чугуна изготавливают втулки, зубчатые шестерёнки, литые конструкции.

3) Ковкий чугун. Для создания этого сплава используют белый чугун. Его подвергают обжигу, что способствует образованию феррита. Этот материал наиболее пластичен. Из него получают шестерни, поршни, подшипники, звенья и ролики конвейерных цепей, муфты, тормозные детали и педали.

4) Высокопрочный чугун. Это вид серого чугуна, в котором графит решётке имеет шаровидную форму. Округлость графита ослабляет кристаллическую решётку, что улучшает механические свойства материала.

Вследствие этого свойственные чугуну характеристики (прочность, удобство литья) дополняются устойчивостью к трещинам и пластичностью, которые близки к показателям стали. Высокопрочным чугуном даже можно заменить все стальные механизмы. Из материала изготавливаются турбопроводы и другие отопительные аппараты.

Применение

1) Чугун незаменим в машиностроении. Большое количество деталей (поршни, шестерни, электродвигатели) производятся именно из него.
2) Ценен чугун и в металлургической отрасли. Он обладает отличными литейными качествами, а также не дорог в цене.
2) Продолжает чугун широко использоваться для создания канализационных труб и сантехники. Из него изготавливаются ванны, отличающиеся долговечностью, раковины и фитинги. Некоторые радиаторы, приобретённые годы назад, всё ещё продолжают служить своим владельцам.
3) Сплав идёт и на производство посуды. Сковородки из чугуна пользуются особой популярностью.
4) Печи из чугуна не только значительно дешевле аналогов, но и не подвержены деформации при нагреве.
5) Также из чугуна создаются декоративные элементы или художественные элементы: ажурные ограды, ворота и решётки.

В последнее время из-за высокой затратности производства чугуна, его использование значительно сократилось. Чтобы облегчить производство, вместо него стали использовать сплавы более лёгкие для изготовления. Эта тенденция продолжается уже несколько лет, и для многих сейчас чугун кажется пережитком прошлого. Но остались отрасли, в которых он пока не сдаёт позиции и по-прежнему крайне необходим. Поэтому полностью отказаться от использования чугуна не представляется возможным.

Производство чугуна

Производство чугуна сосредоточено в домнах, где при высоких температурах происходит выплавка продукта из исходного сырья. Технология впервые использовалась в Китае, затем постепенно осваивалась в европейских государствах, России.

Содержание

1. Процесс производства чугуна
2. Классификация чугуна
3. Сфера применения
4. Заключение

Процесс производства чугуна

Доменная печь – это сооружение сложной формы с высотой до 80 м. Внутренние стены выложены огнестойким кирпичом, наружная поверхность покрыта стальным кожухом. Части домны имеют специальные названия:

• верхняя половина – это шахта;
• отверстие сверху – колошник;
• широкая средняя часть – распар;
• нижняя – горн.

Исходными материалами в производстве чугуна служат:

• руда с высокой концентрацией оксида железа,
• коксовое сырье,
• флюсы.

Кокс – это хорошее топливо. При его сжигании интенсивно выделяется тепловая энергия, необходимая для получения конечного продукта. Помимо энергии кокс необходим как источник монооксида углерода – восстановителя для руды. Флюсы способствуют образованию из бесполезной породы легкоплавких шлаков.

Исходную смесь для производства чугуна послойно подают в домну через колошники.

Для поддержания горения в горн нагнетают горячий воздушный поток. В результате химических процессов из кокса получается монооксид углерода. Он вместе с углеродом восстанавливает железо из руды. Расплавленная железная масса стекает вниз, где некоторое ее количество, соприкасаясь с горячим коксом, образует цементит (карбид железа). Остальной расплав растворяет в себе цементит, кремниевые, марганцевые, фосфорные компоненты, образует жидкий чугун.

Порода вместе с продуктом прокаливания флюса образует шлак. Горячий поток из чугуна и шлака стекает в горн. Сплав выпускают из печи через нижнее отверстие, а шлак – по каналу, расположенному немного выше.

Классификация чугуна

Существуют разные принципы, согласно которым классифицируют чугун. Для понимания некоторой информации нужна специальная подготовка в области металлургии. Остальное понятно всем. Главный показатель основной классификации – это содержание и состояние углерода в сплаве.

• В белом чугуне этот элемент находится в виде карбида. Массовая доля железа превышает 3 %.Сплав характеризуется высокой хрупкостью, используется в основном после легирования.
• Серая модификация содержит углеродные пластины. Продукт имеет высокую стойкость к трению.
• Ковкая модификация включает в себя углеродные хлопья. Производство чугуна этого вида отличается сложностью, поэтому сплав стоит дороже, используется для изготовления особо важных деталей.

Эксплуатационные возможности металлического продукта определяются его специфическими качествами:

• стойкостью к износу;
• устойчивостью к трению;
• инертностью к коррозии;
• жаростойкостью;
• отсутствием реакции на магнит.

Согласно приведенным признакам чугун подразделяется на группы. Помимо этого сплавы классифицируются по твердости, сопротивлению к растяжению, другим физическим параметрам.

Сфера применения

Большие объемы чугуна, который называется передельным, используются для получения сталей. Литейные чугуны применяются при производстве декоративных и других различных чугунных изделий:

• сантехники;
• деталей машин;
• двигателей;
• гомогенизаторов;
• труб;
• запорной арматуры;
• радиаторов;
• электротехники;
• изоляторов.

Несмотря на обилие новых материалов, чугунные сплавы остаются неизменно востребованными во многих отраслях.

Заключение

Производство чугуна – технологически сложный процесс. Качественный продукт, изготовленный специалистами, обладает полезными эксплуатационными свойствами. Из чугуна производится как массовая, так и эксклюзивная продукция, пользующаяся спросом у потребителей.

Производители изделий из чугуна и промышленное применение

Металлические отливки были частью нашей жизни в каждом здании, в каждом легковом или грузовом автомобиле, в каждой части машинного оборудования, которое мы используем в нашей повседневной жизни. Изделия из чугуна есть везде, от чугунной плиты до наборов посуды на кухонных полках каждого домохозяйства.

Литейные подразделения отливают эти металлы с особой тщательностью в различные сложные формы в соответствии с каждым промышленным использованием. Железо является наиболее часто используемым металлом, поскольку оно имеет право легко принимать различные формы и является обильным доступным устойчивым ресурсом. Индийская литейная промышленность славно стала пионером мирового рынка со своими сложными изделиями из чугуна. Он имеет широкий спектр применения в промышленных секторах, таких как сельское хозяйство, автомобилестроение, железные дороги, аэрокосмическая промышленность, горнодобывающая промышленность, строительство и т. д. Литейный завод Crescent, ведущий производитель изделий из чугуна, заработал надежное имя среди игроков благодаря своей эффективной и качественной продукции.

Чугун

Чугун представляет собой сплав железа с углеродом и кремнием в качестве основных легирующих элементов. Это один из широко используемых сплавов в различных отраслях промышленности для производства прочных и устойчивых к ржавчине компонентов. Как правило, чугуны содержат до 4,0% углерода и до 3% кремния. Сталь – это сплав железа с низким содержанием углерода. Чугун очень предпочтителен из-за его способности отливать сложные формы в расплавленном состоянии и его низкой стоимости. Это предпочтительный выбор по сравнению со сталью из-за его прочности на сжатие, отличного гашения вибрации, коррозионной стойкости, износостойкости и простоты обработки. Коррозионная стойкость чугуна дополнительно повышается за счет добавления кремния, меди, никеля, молибдена и хрома. Кроме того, свойства чугуна можно легко изменить, регулируя скорость охлаждения и состав, не прибегая к каким-либо существенным методам производства. Из-за его высокой текучести в расплавленном состоянии его можно быстро заливать в сложные формы и использовать для создания сложных форм, как больших, так и малых.

Типы чугуна и его применение

Различные типы чугуна производятся с использованием различных технологических процессов и методов термообработки.

Серый чугун

Серый чугун является наиболее старым и широко используемым чугуном в литейной промышленности. Он характеризуется формой чешуек молекул графита, присутствующих в металле. Микроструктура графитовых чешуек придает серому чугуну отличные характеристики демпфирования и обрабатываемости, что делает его применимым во многих отраслях промышленности. Его износостойкость и низкая прочность на растяжение делают его одним из самых объемных литых изделий. Некоторые из наиболее распространенных и повседневных применений серого чугуна включают крышки люков, шлакоблоки, корпуса насосов и клапанов, детали автомобильной подвески, противовесы и т. д. Его чрезвычайно высокая теплопроводность и теплоемкость делают его идеальным для производства тормозных дисков и посуды.

Белый чугун

Белый чугун серебристого цвета из-за отсутствия графита. Эта микрокристаллическая структура цементита является твердой и хрупкой. Его ударная вязкость и высокая прочность на сжатие широко используются для изготовления сложных конструкционных промышленных отливок. Он экономичен и обладает хорошей абразивной стойкостью. Он используется в различных областях, таких как футеровка корпуса, мельницы, подъемные штанги, поверхности насосов, кольца и шары угольных измельчителей, шламовые насосы, фланцы, экструзионные сопла и т. д.

Ковкий чугун

Ковкий чугун — это не что иное, как белый чугун, подвергнутый медленной термообработке. Ковкость – это свойство, позволяющее металлу принимать любую форму, не растрескиваясь и не ломаясь. Обладает хорошими антикоррозионными свойствами. Он подвергается термообработке углеродными сплавами и другими химическими элементами, такими как марганец, сера и фосфор, для повышения прочности. Этот тип чугуна используется в отраслях, требующих превосходной твердости и пластичности. Он используется для электрических фитингов, шайб, трубной арматуры, сельскохозяйственного оборудования, деталей машин и оборудования для горнодобывающей промышленности.

Ковкий чугун

Ковкий чугун или чугун с шаровидным графитом — это еще один тип сплавов железа, который широко используется во многих областях в качестве конструкционного материала. К этому расплавленному металлу добавляется небольшое количество магния, чтобы изменить его структуру графита на сферический или шаровидный графит. Подобно ковкому чугуну, ковкий чугун является гибким и может быть отлит в различные размеры и толщину. Благодаря своей уникальной микроструктуре он обладает высокой прочностью, эластичностью, долговечностью и гибкостью. Эти исключительные свойства позволили эффективно использовать его в самых разных областях. Он используется для литья автомобильных компонентов, колес, корпусов насосов, рам машин для ветряных мельниц, инфраструктуры водопроводных и канализационных линий, коробок передач и сельскохозяйственных отливок.

Промышленное применение

Металлическое литье играет жизненно важную роль во многих отраслях промышленности, таких как сельское хозяйство, строительство, горнодобывающая промышленность, автомобилестроение, нефть и газ, здравоохранение, оборона и т. д. Литейщики, такие как Crescent Foundry, изготавливают чугунные изделия сложной формы различных размеров. и толщина с уникальными свойствами материалов для различных промышленных целей. В сельском хозяйстве чугун используется для производства деталей, используемых в сельскохозяйственном оборудовании или транспортных средствах, таких как колеса тракторов, рамы, барабаны, кожухи редукторов, цилиндры и т. д. Без литья разработка качественного оборудования и огнестрельного оружия была бы намного более трудоемкой и дорогостоящей. оборонная промышленность. Автомобильная промышленность и автомобильная промышленность тесно связаны с изделиями из чугуна, так как большинство деталей отливается из этого металла. Строительный и горнодобывающий сектор в значительной степени полагался на изделия из чугуна в качестве фундаментных и архитектурных материалов. Изделия из чугуна всегда выступали в качестве превосходного инженерного материала при строительстве мостов, каркасов зданий, ворот, фонарных столбов, водопроводных труб, канализационных линий и крышек люков.

Для большинства применений чугун является идеальным материалом для литья в песчаные формы в необходимые формы. Они очень твердые и хрупкие, а литье — самый удобный способ приклеивания к промышленным нуждам. Далее он агрегируется с другими сплавами и металлом для различных целей. Он стал универсальным конструкционным материалом с широким спектром применения. Он используется во множестве отраслей, таких как автомобилестроение, горнодобывающая промышленность, сельское хозяйство, железные дороги, нефть и газ, строительство, оборона и т. д. Crescent Foundry предлагает широкий ассортимент изделий из чугуна, отвечающих разнообразным потребностям различных промышленных целей.

Выберите ведущего производителя чугуна для всех промышленных нужд, включая люки аэропортов, маховики, противовесы чемоданов и т. д.

admin

https://crescentfoundry.com/blog

Crescent Foundry является ведущим производителем и экспортером ковких крышек люков, противовесов, а также формованных изделий и готовых изделий по индивидуальному заказу.

Чугун в автомобилестроении – Институт литья металлов

Чугун был основным продуктом нашего общества с тех пор, как США были нацией. Хотя автомобильный сектор является крупным, это не единственный крупный сектор. Применение трубопроводов и сантехники представляет собой очень большой сегмент отрасли, хотя иностранная конкуренция подорвала литейную базу США. Интересно, что сегмент чугунной посуды пользуется отличной репутацией благодаря специальному литью. В то время как иностранные конкуренты также конкурируют за рынок кухонной посуды, компания Lodge Manufacturing расширила свои возможности и пользуется популярностью как в производстве чугунных сковородок и кастрюль с выдержанным, так и эмалированным покрытием.

Применение автомобильных деталей из чугуна несколько снизилось за последние 10 лет, но не прогнозируется, что в следующие 5 лет они сильно изменятся. Вероятно, это связано с тем, что большинство автомобилей по-прежнему будут использовать серый чугун для всех тормозных дисков и некоторых конструкций, связанных с тормозными суппортами.

Общий рост не прогнозируется, однако спрос на чугунную посуду (сковороды, кастрюли, посуду) и сантехнику несколько вырастет. К сожалению, переход автомобилестроения на легкие металлические сплавы для двигателей и автомобильных деталей компенсирует увеличение производства посуды и сантехники. Свойства железа, такие как жесткость, высокая теплопроводность и износостойкость, делают его полезным для посуды.

Изображение предоставлено:
«Отчет об анализе размера рынка металлического литья, доли и тенденций по материалам (алюминий, железо, сталь), по приложениям (автомобилестроение и транспорт, строительство, промышленность), по регионам и сегментным прогнозам, 2019 г. – 2025»
Опубликовано Grand View Research, Inc., август 2019 г.
https://www.grandviewresearch.com/industry-analysis/metal-casting-market

Источник изображения:
Путь вперед: скачок роста содержания алюминия (вебинар по исследованию Ducker, 2017 г.).
https://www.drivealuminum.org/research-resources/the-road-ahead-aluminum-content-growth-surge-2017-ducker-study-webinar/

Automotive Applications

Учитывая, что общий вес автомобиля снизится примерно на 270 фунтов в период с 2015 по 2025 год, прогнозируется, что содержание чугуна по-прежнему будет составлять 8 процентов от общего веса. Таким образом, при сохранении того же пропорционального содержания конструкторы все равно будут уменьшать вес чугунной фурнитуры более чем на 20 фунтов. В некоторых случаях это достигается заменой чугуна алюминием, например, в тормозных суппортах или поворотных кулаках. Другие действия могут быть связаны с отказом от чугунных выпускных коллекторов с новой конструкцией головки блока цилиндров и сборной конструкцией коллектора из нержавеющей стали. В обозримом будущем тормозные диски по-прежнему будут отливать из серого чугуна, особенно с достаточно высоким содержанием углерода, что увеличивает демпфирование внутреннего материала ротора.

Что касается конструкции двигателей, то на сегодняшний день большинство головок цилиндров уже были переделаны в алюминиевые отливки для снижения веса. На момент написания этой статьи появилось новое движение по интеграции выпускного коллектора в алюминиевые головки цилиндров, что позволяет выхлопным газам поступать непосредственно в турбокомпрессор или каталитический блок, содержащийся в корпусе из нержавеющей стали.

Интегрируя традиционный чугунный выпускной коллектор в алюминиевую головку блока цилиндров, конструктор добился снижения веса и повышения производительности.

Авторы изображений:
Шанк, Крис; «Вот почему Camaro V6 2012 года развивает на 11 лошадиных сил больше», Autoblog, 17 мая 2011 г.
https://www.autoblog.com/photos/2012-chevrolet-camaro-components/#slide-1920117

Встроенный выпускной коллектор

Для бензинового двигателя V6 объемом 3,6 л 2012 модельного года инженерам-конструкторам GM удалось снизить вес на 13 фунтов путем интеграции выпускных коллекторов в алюминиевую головку блока цилиндров. Это изменение устранило коллекторы из ковкого чугуна, 12 болтов, пару прокладок и тепловые экраны с собственными еще шестью болтами.

Помимо снижения веса, эти изменения также устраняют вероятность выхода из строя прокладок и повышают эффективность использования топлива.

Головка блока цилиндров Camaro 2012 года выпуска объединяет выпускной коллектор в головку блока цилиндров для повышения эффективности продувки и снижения веса автомобиля.

Авторы изображений:
Шанк, Крис; «Вот почему Camaro V6 2012 года развивает на 11 лошадиных сил больше», Autoblog, 17 мая 2011 г.
https://www.autoblog.com/2011/05/17/heres-why-the-2012-camaro-v6-makes -11-больше-лошадиных сил/#продолжение

Региональные мощности по литью чугуна

Интересным комментарием по применению чугуна является то, что в Северной Америке наблюдается нехватка чугунолитейных заводов. Текущий дефицит мощностей является результатом переноса новых литейных заводов по производству чугунных деталей в Китай в период с 2000 по 2015 год. В тот же период многие предприятия по литью чугуна в Северной Америке были вынуждены закрыться из-за снижения цен и законодательного увеличения затрат, связанного с капитальными проектами, предусмотренными OSHA, направленными на устранение всех переносимых по воздуху частиц кремнезема в литейных цехах. Многие чугунолитейные заводы закрылись, потому что у инвестора не было прибыли, а значит, и возможности продолжать работу.

Однако по мере того, как стоимость доставки из Китая продолжала расти, а котировки китайских литейных заводов также продолжали расти, экономическое обоснование начало меняться в пользу Северной Америки, особенно Мексики (где более строгие предписания OSHA от США не подлежат исполнению). С 2015 года в США и Мексике было запущено несколько новых чугунолитейных заводов, которые отличаются высокой эффективностью и экологичностью. Эти новые литейные цеха уделяют особое внимание эффективному производству выпускных коллекторов и тормозных дисков.

Примеры деталей из чугуна

FCA 3.0L Diesel CGI Block, произведенный Tupy-Brazil с использованием процесса SinterCast

Изображение предоставлено:
Журнал Foundry Management & Technology, «Diesel Options Drive CGI’s Market Gains», Роберт Брукс, автор, 18 февраля 2013 г.
https ://www. foundrymag.com/materials/article/21927771/diesel-options-drive-cgis-us-market-gains

Блок цилиндров Ford 2,7 л CGI — трансформирующая архитектура для бензиновых блоков цилиндров

Изображение предоставлено:
Журнал Car and Driver, «Оставьте железо включенным: Ford хоронит железо нового века в своем алюминиевом F-150 2015», Дон Шерман, автор, Рой Ричи, фотограф, 24 апреля 2014 г.
https://www.caranddriver.com/features/a15109130/leave-the-iron-on-ford-buries-new-age-iron-in-its-aluminum-intensive-2015-f-150/

Изображение предоставлено:
Веб-сайт Georg Fisher Casting Solutions
https://www.gfcs.com/en/market-segments/light-vehicles/wheel-carrier.html

Изображение предоставлено:
CWC-Kautex, подразделение Textron.
https://www.kautex.de/en/automotive/cwc-textron-castings

CWC производит компоненты двигателей (распределительные валы, уравновешивающие валы, крышки подшипников) для различных применений, включая автомобильные, сельскохозяйственные и силовые спортивные двигатели.