Серый чугун и чугун: Что такое чугун? Виды чугуна, свойства и применения

alexxlab | 12.05.1970 | 0 | Разное

Содержание

Что такое чугун? Виды чугуна, свойства и применения

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

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

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

сера – 0,02-0,2%;

кремний – 0,5-3,6%;

марганец – 0,2-1,5%;

фосфор – 0,04-1,5%.

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

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

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

Виды чугунов и их применение

Передельный чугун

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

передельный чугун для сталеплавильного производства марок П1, П2;

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

Белый чугун

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

Серый чугун

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

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

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

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

Высокопрочный (модифицированный) чугун

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

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

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

Ковкий чугун и его маркировка

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

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

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

Специальные чугуны

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

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

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

Как специальные примеси сказываются на структуре чугуна?

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

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

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

Достоинства и недостатки

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

Бесспорные преимущества

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

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

Недостатки чугуна, как материала

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

Как делают чугун?

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

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

Пригодность чугунов к сварочным работам

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

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

Что получают из чугуна и где он используется?

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

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

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

Серый чугун: свойства, применения, состав, маркировка

Чугун – это сплав железа и углерода. Один из самых широко распространенных видов – это серый чугун. Объем углерода в его составе превышает 2,14% и содержится в диапазоне от 2,4 до 4,2%.

Свое название материал получил по цвету излома, имеющего серый цвет.

По сути, это литьевой чугун с вкраплениями пластинчатого графита. Но и, тем не менее, его продолжают называть серым. Кстати, такой же цвет можно увидеть и на изломе ковкого чугуна. Металлурги установили зависимость между объемом свободного углерода, но не от его формы.

В сером чугуне углерод по мере охлаждения приобретает форму хлопьевидных или пластинчатых вкраплений. Разница между чугуном и сталью заключена в объеме углерода. Углерод абсолютно полностью растворяется в стали и не содержится в виде вкраплений, в сером чугуне содержатся вкрапления углерода называемыми графитом.

Основные характеристики

Чугун широко распространен и востребован черной металлургией. Его производят путем воссоздания железной руды при поддержке углеродного топлива (кокса). В процессе реакции восстановления, полученный расплав получает дополнительную порцию углерода.

Именно, объем углерода, находящийся в свободном состоянии, определяет механические параметры этого чугуна. Одно из свойств, позволяющее применять этот материал не только как передельный металл, но и как литьевой – это довольно высокие литейные качества и малая усадка при застывании отливки. У серого чугуна отмечается высокая текучесть, и это позволяет отливать довольно сложные изделия.

Существует и ограничение на применение изделий полученных из этого чугуна – оно обусловлено тем, этот материал имеет невысокую прочность на изгиб и высокую хрупкость. Но с другой стороны, его отличает высокая прочность на сжатие.

Этот материал отличает и стойкость к износу. Это допускает применять его в узлах, работающих в условиях высокого трения. В таких условиях сильное воздействие оказывают антифрикционные параметры серого чугуна.

Большой объем углерода понижает плотность серого чугуна, она равна от 6,8 до 7,3 тонны на м³.

Включения углерода не позволяют выполнять неразъемные соединения из заготовок, выполненных из серого чугуна, с помощью сварки. Но, тем не менее, разработаны и применяют технологии сварочных работа, которые можно проводить при соблюдении ряд условий. В этот набор входят предварительный нагрев заготовок, применение специализированных электродов с высоким содержанием углерода. Плавное охлаждение шва, это необходимо для удаления напряжений в сварном шве. Но в любом случае, его структура заметно отличается от основного материала.

Маркировка

Металлургические комбинаты производят несколько марок этого материала. Его маркировку осуществляют следующим образом. Две буквы в начале аббревиатуры обозначают тип чугуна, маркировка серого чугуна начинается с СЧ, цифры, которые расположены после букв, говорят о пределе прочности во время растяжения

Принята следующая классификация серого чугуна:

СЧ10 — ферритный;
СЧ15, СЧ18, СЧ20 — ферритно-перлитные чугуны;
начиная с СЧ25 — перлитные чугуны.

Состав серого чугуна и его структура

Параметры и свойства сплава напрямую зависят от режима охлаждения, дело в том, что именно во время охлаждения формируется структура материала.

В процессе медленного охлаждения происходит образование немалых кристаллов железа, а сочетание металла и углерода становится перлитным. В ходе такого охлаждения происходит не только увеличение размера кристаллов металла, но и углеродных включений. Такое сочетание приводит к тому, что перлитный материал имеет не только высокую прочность, но и повышенную хрупкость.

Оценка структуры СЧ определяет:

размеры включений графита, измеряя в микрометрах (МКМ), их распределение, количество (в %), вид структуры металлической основы и при наличии перлита – его дисперсность.

По строению металлической основы серые чугуны делят на:

перлитные – в составе структуры перлит и графит;
ферритно-перлитные – феррит, перлит и графит;
ферритные – структура состоит из феррита и графита.

Какая основа будет зависит от скорости охлаждения после затвердевания.

Для обозначения частей микроструктуры чугун этого типа используют терминологию определенную в ГОСТ 3443-87, например, пластинчатый графит обозначают буквами ПГ. Углерод включен в материал в следующих формах.

пластинчатая прямолинейная, ее обозначают ПГ_Ф1;
пластинчатая завихреная – ПГ_Ф2;
игольчатая – ПГ_Ф3;
гнездообразная -ПГ_Ф4.

Первоочередную значимость для приобретения требуемых параметров чугунной отливки имеет его структура, именно поэтому при выполнении заготовок требуется тщательное выполнение технологии плавления и заливания сырья. Для обретения требуемых параметров серого чугуна и устранения дефектов применяют операцию модификации.

В составе СЧ, в зависимости от его марки, могут входить следующие вещества:

Основа – Fe (железо), остальное:

C (углерод) – 2,9-3,7%;
Si (кремний) -1,2-2,6%;
Mn (марганец) – 0,5-1,1;
P (фосфор) не больше 0,2-0,3%;
S (сера) не больше 0,12-0,15%.

Допустимо легирование серого чугуна с использованием таких веществ как Cr, Ni, Cu, и некоторыми другими элементами.

Кремний в составе увеличивает графитизацию углерода. Марганец несмотря на то что затрудняет графитизацию, улучшает его механические свойства.

Химический состав СЧ определен в ГОСТ 1412-85. Серый чугун производят во многих странах мира, в США аналогом этого материала считается A48-30B, в Британии BS 200 или 220, в КНР GB HT 20, в Европейском союзе EN-JL1030 FG20.

Применение

Серый чугун нашел свое применение при получении отливок разной формы, для которых требуется высокая прочность при сжатии. Эта характеристика важна в основном при производстве литых станин, предназначенных для изготовления станочного оборудования. Применение этого материала ограничено высокой хрупкостью готовых изделий. Особенно это проявляется при наличии серьезных нагрузок на изгиб.

Не так давно, литейные характеристики серого чугуна были использованы при изготовлении кухонной посуды и иной бытовой утвари, в частности, чугунки, сковородки и пр. Выпущенная, с использованием литья, продукция отличалась простотой в производстве и низкой себестоимостью.

В наши дни с использованием литья производят нагруженные компоненты машин, которые работают без изгибающих нагрузок, например, детали поршневой группы которые установлены в ДВС.

Детали высокой прочности, отлитые из этого материал, обладают небольшой стоимостью и длительным временем эксплуатации. Можно смело сказать, что литые станины и корпуса станочного оборудования – это вечные компоненты станочного оборудования, в сравнении с другими узлами оборудования.

Чугуны марки СЧ15, СЧ18, СЧ20 применяют для слабо нагруженных деталей. Это: фланцы, крышки, маховик, корпус редуктора.

Марки СЧ20 и СЧ25 используют, где требуется повышенная нагрузка на детали. Это: поршни цилиндров, блоки цилиндров двигателя, станина станка.

Марки повышенной прочности и износостойкости СЧ30, СЧ35, СЧ40, СЧ45 использую в зубчатых колесах, гильзах двигателей, распределительных валах, шпинделях, для деталей паровых котлов. Эти марки обладают высокой теплостойкостью.

Оцените статью:

Рейтинг: 0/5 – 0 голосов

Чугун: серый и белый: cвойства, производство, литье, маркировка

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

Чугун

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

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

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

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

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

Физический свойства

Чугун получил широкое распространение благодаря привлекательным физическим качествам:

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

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

Технология производства

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

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

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

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

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

Разновидности чугуна

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

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

Литье чугуна

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

Применение

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

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

: Чугунные сковороды

: Чугунные радиаторы

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

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

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

Серый чугун: свойства, применение, виды, обработка

Серый чугун — это сплав железа с углеродом, который при охлаждении металла образуется в виде хлопьевидных или пластинчатых включений. Содержание углерода в сплаве превышает 2,14%, что выше нормальной растворимости. Этим сплав и отличается от стали, в которой углерод полностью растворен и отсутствует в виде отдельных включений, структура которых определяет их как графит.

Серый чугун

Основные характеристики

Серый чугун лежит в основе черной металлургии, поскольку получается в результате восстановления железных руд при помощи углеродного топлива (кокса). В результате, кроме химической реакции восстановления окислов железа, сплав дополнительно насыщается свободным углеродом.

Высокое содержание углерода в свободном состоянии определяет механические свойства серого чугуна. Одно из основных качеств, которые позволяют использовать серый чугун не только в качестве передельного металла, это его высокие литейные качества и малая усадка при застывании. Расплавленный металл имеет высокую текучесть, поэтому из него можно выполнять отливки сложной формы.

Плиты серого чугуна

Ограничение по использованию изделий из серого чугуна обусловлено тем, что он имеет низкую прочность на изгиб, высокую хрупкость. Вместе с тем прочность серого чугуна на сжатие очень высока.

Несмотря на высокую хрупкость, такая характеристика, как износостойкость чугуна, позволяет использовать его в изделиях, работающих в условиях трения. В данных условиях сильное влияние оказывают антифрикционные свойства сплава.

Наличие большого количества углерода снижает плотность серого чугуна по сравнению с большинством сортов стали и составляет от 6,8 до 7,3 т на м³.

Из-за наличия вкраплений углерода сварка серого чугуна практически невозможна. Существуют технологии сварки при наличии определенных условий. Это предварительный нагрев деталей, использование специальных высокоуглеродистых электродов, но все равно, структура металла шва сильно отличается от основного материала. Свариваемые детали должны медленно охлаждаться для устранения напряжений в зоне шва.

Химический состав и структура

В химический состав сплава, кроме железа и углерода, входит также некоторое содержание кремния. Свойства сплава зависят от условий охлаждения, поскольку время изменения температуры влияет на формирование внутренней структуры материала.

При медленном остывании образуются крупные кристаллы железа, и соединения металла с углеродом приобретают перлитную основу. Медленное остывание вызывает рост геометрических размеров не только кристаллов железа, но и включений углерода, поэтому, перлитный металл имеет высокую прочность, но повышенную хрупкость.

Микроструктура серого чугуна

В условиях быстрого охлаждения углерод не успевает сформировать крупные включения графита, поэтому сплав приобретает ферритную структуру.

Ферритный серый чугун имеет несколько меньшую хрупкость, чем перлитный.

Выбирая режим охлаждения литой заготовки, можно определенным образом влиять на итоговые свойства материала, в зависимости от предъявляемых требований.

Применение

Серый чугун широко применяется при литье изделий, для которых важна высокая прочность на сжатие. Это свойство важно, главным образом, при изготовлении литых станин инструментального парка. Применение материала ограничивается повышенной хрупкостью изделий при наличии значительных изгибающих усилий.

Изделие из серого чугуна

Ранее широко использовались хорошие литейные свойства материала при изготовлении различных изделий бытового и промышленного назначения. Разнообразная кухонная и бытовая утварь – чугунки, сковороды, утюги, изготовленная литьем при минимальной последующей обработке имела низкую себестоимость и легкость в производстве.

В настоящее время при помощи литья изготавливают также высоконагруженные элементы машин, где они не подвергаются изгибающим нагрузкам. Это поршни и цилиндры двигателей внутреннего сгорания.

Детали высокой прочности, отлитые из серого чугуна, имеют минимальную стоимость и высокий срок службы. Без преувеличения можно сказать, что литые станины и корпуса станков являются практически вечными по сравнению с остальными элементами устройства.

Литье серого чугуна | Компания “Металит”

Литье серого чугуна

Что такое серый чугун? Он представляет собой металл, состоящий из:

железа;
углерода (графита в пластинах, хлопьях).

Своим названием металл обязан цвету, который имеет на изломе. Насыщенность оттенка зависит от того, сколько свободного графита находится в сплаве, а не то того, какую форму он имеет.

Существует несколько марок серого чугуна: СЧ35, СЧ 30, СЧ 25, СЧ 20, СЧ 15, СЧ 10. Они отличаются пропорциями составляющих компонентов, а соответственно, некоторыми свойствами и характеристиками.

Цифра в маркировке – это показатель механического напряжения σВ, кгс/мм². Заказать литье из серого чугуна на литейном предприятии «Металит» можно из сплава любой из вышеперечисленных марок.

Составные компоненты сплава, %:

Марка	С	Si	Mn	P	S
СЧ 10	3,5-3,7	1,2-2,6	0,5-1,1	Не более 0,2-0,3	Не более 0,12-0,15
СЧ 35	2,9-3,0	1,2-1,5	0,7-1,1	Не более 0,2	Не более 0,12

Серый чугун, в зависимости от строения металлической основы и ее внутреннего устройства, делится на:

перлитный – является самым прочным из всех серых чугунов вследствие наличия в составе перлита и графита в мелких пластинках, это достаточно дорогой материал, который чаще всего используется для изготовления ответственных узлов и деталей;
феррито-перлитный – обладает достаточно высокой прочностью (состоит из феррита, перлита, графита) и при этом стоит меньше, чем перлитный, поэтому часто применяется в машиностроительной промышленности;
ферритный – с незначительным количеством углерода, отличается низкой прочностью и твердостью.

При изготовлении отливки важно, чтобы она обладала всеми заданными свойствами, поэтому учитывать структуру материала просто необходимо. От структуры металлической массы, а также величины, формы и особенности распределения включений графита зависит механическая прочность серого чугуна.

Свойства серого чугуна

Литье серого чугуна обладает рядом характерных для него особенностей, таких как:

повышенная жидкотекучесть, благодаря чему можно делать сложные отливки из серого чугуна;
повышенная хрупкость при ударных нагрузках – долговечность изделия зависит от толщины его стенок, чем они толще, тем прочнее отливка;
легкость в обработке, шлифовке – главное, избегать высоких механических нагрузок;
способность давать небольшую усадку по объему и хорошо заполнять форму для литья;
низкий коэффициент трения;
низкая вязкость.

Серый чугун – достаточно хрупкий материал вследствие наличия в составе включений графита (они похожи на множественные «разрезы» на чугуне), поэтому для повышения его прочности и устойчивости нередко применяются специальные модификаторы. Это такие сплавы и металлы, которые могут существенно изменить свойства и структуру обрабатываемых ими материалов (сплавов и металлов). Подобных модификаторов существует очень много, например, алюминий, магний, ферритовые сплавы и пр., а также различные комплексные средства.

Еще одним преимуществом серого чугуна перед другими сплавами является его небольшая стоимость.

Где применяется серый чугун?

Данный материал в основном применяется для изготовления различных деталей, которые не будут подвергаться значительным механическим нагрузкам. Отливки и литье из серого чугуна обходятся достаточно дешево и широко используются в машиностроении, строительстве, сантехнических устройствах. В тех случаях, когда нужны детали высокой прочности, рекомендуется применять перлитный серый чугун, как самый устойчивый и прочный.

Литейное предприятие «Металит» выполняет литье из серого чугуна различных марок, весом от половины килограмма до 55 кг. Мы предоставляем заказчикам полный производственный цикл: от разработки чертежа детали и оборудования до контроля качества полученных отливок.

Так же рекомендуем посетить категорию: Литье высопрочного чугуна

ЛТК Свободный сокол: О ВЧШГ

Механические свойства ВЧШГ

Высокопрочный чугун с шаровидным графитом ВЧШГ) отличается от серого чугуна с пластинчатой формой графита тем, что обладает более высокими прочностными свойствами, близкими к свойствам низкоуглеродистой стали (предел прочности при растяжении, предел текучести и относительное удлинение) и повышенной коррозионной стойкостью.

Эти свойства получены при модифицировании жидкого чугуна магнием и дополнительными присадками. В результате модифицирования графит в чугуне находится в виде шариков, что придает чугуну пластичность и прочность и исключает риск образования и распространения трещин.

Повышенные механические свойства обеспечиваются химическим составом чугуна и высокотемпературным отжигом, что позволяет эксплуатировать трубы при знакопеременных нагрузках, при перемещении и просадке грунта.

Трубы ВЧШГ и трубопроводы из них могут испытывать большие диметральные прогибы при эксплуатации, сохраняя все функциональные характеристики, что позволяет им выдерживать большую толщину почвенного покрытия и большие транспортные нагрузки.

Сравнение механических свойств труб из ВЧШГ и стали 20

по ГОСТ 10705-80

Параметры	ВЧШГ	Сталь 20
Прочность Н/мм2, не менее	420	353
Порог пластичности Н/мм2, не менее	300	216
Относительное удлинение %, не менее	10	14

Металлографическая структура

Серый чугун

Высокопрочный чугун с шаровидным графитом

Демонстрация механических свойств труб из ВЧШГ

↑ наверх

Виды чугуна

Чугун это сплав железа с углеродом, а так же как правило с кремнием, марганцем, фосфором и серой, при этом в составе чугуна количество углерода находится в диапазоне от 2,14 до 6,67% (в стали углерод находится в количестве до 2,14%).

По своим техническим характеристкикам чугун представляет собой достаточно хрупкий материал.

Углерод в чугуне находится либо в виде центита (Fe3C), либо в виде графита, в зависимости от количества содержания в чугуне этих соединений выделяют следующие виды чугуна:

– серый;

– белый;

– половинчатый;

– ковкий;

– высокопрочный.

Теперь давайте немного поподробней остановимся на каждом из них.

Серый чугун.

В данном виде чугуна большая часть углерода, либо вообще весь находится в виде графита. Цвет излом чугуна – серый (от сюда и название). Данный вид чугуна имеет высокие литейные свойства, в связи с этим используется для литья, хорошо поддаётся металлопобработке.

Белый чугун

В отличии от серого чугуна, данный вид чугуна плохо поддаётся металлообработке. Углерод содержащийся в нём находится исключительно в цементите. Цвет излома – светлый. Белый чугун характеризуется высокой твёрдость, что не позволяет обрабатывать его режущим инстурментм. Используют белый чугун, как правило полупродукта, для получения ковкого чугуна.

Ковкий чугун

Данный вид чугуна получают от отливки и термической обработки белого чугуна, в процессе которой образуется хлопьевидный графит.

Основной сферой использования ковкого чугуна является производство автомобилей и сельхоз технике.

Половинчатый чугун

В данном виде чугуна углерод находится как в виде цементита, так и в виде графита.

Используется половинчатый чугун, как фрикционный материал в условиях сухого трения. Из данного вида чугуна производят детали с повышенной износоустойчивостью.

Высокопрочный чугун

Высокопрочный чугун содержит углерод в виде шаровидного графита, который образуется в процессе кристаллизации. Как правило данный вид чугуна используют для производства важных деталей в машиностроении, а так же для производства высокопрочных труб для газопроводов, нефтепроводов, а так же водоснабжения.

Главной особенностью всех чугунов является их плохая свариваемость.

Читайте так же:

Технология производства гвоздей

Отличия стального круга от гладкой арматуры и катанки

Напрягаемая арматура

4 типа чугуна

Чугун, состоящий из железа с более чем 2% углерода, является универсальным металлом, который используется в широком диапазоне потребительских и коммерческих применений. Он существует примерно с V века до нашей эры, когда чугун использовался для изготовления оружия, а также сельскохозяйственных продуктов. С тех пор этот металл становится все более распространенным. Хотя весь чугун имеет содержание углерода более 2%, существует несколько различных типов чугуна, каждый из которых уникален.

# 1) Серый чугун

Самый распространенный тип серого чугуна – графитовая микроструктура, состоящая из множества мелких трещин. Его называют «серым чугуном», потому что наличие этих мелких трещин создает вид серого цвета. При производстве серого чугуна трещины открываются, обнажая серый графит под поверхностью. Серый чугун не так прочен, как сталь, и не способен выдерживать такие же удары, как сталь. При этом серый чугун обладает такой же прочностью на сжатие, как и сталь.В результате он стал популярным выбором металла для применений, связанных с прочностью на сжатие.

# 2) Белый чугун

Хотя белый чугун не так распространен, как серый чугун, стоит упомянуть еще один его тип. Он получил свое название от своего не совсем белого цвета, который является результатом соединений железа, известных как цементит. Как и серый чугун, белый чугун имеет множество мелких трещин. Разница в том, что белый чугун содержит цементит под поверхностью, тогда как серый чугун имеет графит под поверхностью.Графит придает вид серого цвета, а цементит – белого цвета. Белый чугун твердый и обладает отличной устойчивостью к истиранию.

# 3) Ковкий чугун

Также известный как чугун с шаровидным графитом, ковкий чугун – это тип мягкого ковкого сплава чугуна с высоким содержанием углерода. Обычно он состоит из следовых количеств других соединений, включая магний и церий. При добавлении эти следовые количества соединений замедляют скорость роста графита, тем самым сохраняя металл мягким и пластичным.Ковкий чугун был изобретен в начале-середине 1940-х годов.

# 4) Ковкий чугун

И, наконец, ковкий чугун, который легко поддается обработке. Обычно он создается с использованием процессов термообработки белого чугуна. Белый чугун нагревается до двух дней, после чего охлаждается. После завершения ковкий чугун можно гнуть и манипулировать им для получения уникальных форм и размеров.

Нет тегов для этого сообщения.

Серый чугун – обзор

Серый чугун

Серый чугун – это широкий термин, используемый для ряда чугунов, микроструктура которых характеризуется наличием чешуйчатого графита в железистой матрице.Такие отливки часто содержат 2,5–4% углерода, 1–3% кремния и некоторые добавки марганца от 0,1 до 1,2%.

Это один из наиболее широко используемых сплавов железа. Прочность серого чугуна зависит от матрицы, в которую встроен графит (свободный углерод). Матрица может варьироваться от феррита до перлита и различных комбинаций двух фаз. Крупные хлопья графита снижают прочность и пластичность, поэтому для получения мелких хлопьев используются модификаторы.

Серый чугун назван в честь его серой изломанной поверхности, которая возникает из-за того, что чешуйки графита отклоняют проходящую трещину и инициируют бесчисленные новые трещины по мере разрушения материала.Белый чугун твердый и хрупкий. Серые чугуны более мягкие, с микроструктурой графита в матрице 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 характеристиками демпфирования и обрабатываемостью, поскольку 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 приводят к изотропному росту, в результате чего образуются сфероиды графита.Обработка кальцием необходима перед добавлением магния, потому что 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 кремний в форме ферросилиция также добавляется для обеспечения осаждения углерода в виде графита.Ферросилиций является модификатором в системе.

Серый чугун на сегодняшний день является самой старой и наиболее распространенной формой чугуна. В результате многие считают, что это единственная форма чугуна, и термины чугун и серый чугун используются взаимозаменяемо. К сожалению, единственное общеизвестное свойство серого чугуна – хрупкость – также присваивается «чугуну» и, следовательно, всем чугунам. Серый чугун назван так потому, что его трещина имеет серый цвет. Он содержит углерод в виде чешуек графита в матрице, состоящей из феррита, перлита или их смеси.

Текучесть жидкого серого чугуна и его расширение во время затвердевания из-за образования графита сделали этот металл идеальным для экономичного производства безусадочных сложных отливок, таких как блоки цилиндров.

Чешуйчатая форма графита в сером чугуне оказывает доминирующее влияние на его механические свойства. Чешуйки графита действуют как концентраторы напряжений, которые могут преждевременно вызвать локализованное пластическое течение при низких напряжениях и инициировать разрушение матрицы при более высоких напряжениях.В результате серый чугун не проявляет упругих свойств и разрушается при растяжении без значительной пластической деформации, но имеет отличные демпфирующие характеристики. Наличие чешуек графита также придает серому чугуну отличную обрабатываемость и самосмазывающиеся свойства.

ASTM Specification A-48 перечисляет несколько классов серого чугуна в зависимости от прочности на разрыв. Определен диапазон прочности на разрыв от 20 до 60 тысяч фунтов на квадратный дюйм.

Чугун с пределом прочности на разрыв более 40 тысяч фунтов на квадратный дюйм считается высокопрочным чугуном.

Прочность на сжатие для многих применений гораздо важнее, чем предел прочности на разрыв, и во многих случаях серый чугун работает лучше, чем сталь, в приложениях с нагружением сжатием.

Различия между отливками из высокопрочного чугуна и серого чугуна

Автор: Penticton Foundry на 18 июня 2015 г.

Серый чугун и высокопрочный чугун различаются по типу и структуре углерода, содержащегося в них. Вопрос, конечно, в том, какой из них подходит для вашего проекта? Прежде чем мы рассмотрим возможные ответы, давайте рассмотрим некоторые ключевые различия между двумя чугунами.Чтобы получить краткое изложение, прокрутите блог до конца и ознакомьтесь с нашей диаграммой.

Ключевые отличия

Пластичность – Пластичность определяется большим процентом удлинения при растяжении. Добавление магния в ковкий чугун означает, что графит имеет шаровидную / сферическую форму, придающую более высокую прочность и пластичность, в отличие от серого чугуна, имеющего форму чешуек. Например, 18% удлинение может быть легко достигнуто с материалами классов 60-40-18 ASTM A395 и A536.
Предел прочности и текучести – Конечно, существуют различия, когда дело доходит до прочности на разрыв и предела текучести серого и высокопрочного чугуна. Ковкий чугун имеет минимальный предел прочности на разрыв 60 000 фунтов на квадратный дюйм и минимальный предел текучести 40 000 фунтов на квадратный дюйм. Согласно стандарту ASTM A48 существует множество марок серого чугуна. Хотя у серого чугуна нет измеримого предела текучести, диапазон прочности на разрыв составляет 20 000–60 000 фунтов на кв. Дюйм.
Удар – Ковкий чугун обладает большей устойчивостью к ударам и способен выдерживать как минимум 7-футовые удары (по сравнению с 2 фунтами ударов для серого чугуна).
Теплопроводность – Ковкий чугун имеет более низкую теплопроводность, чем серый чугун.
Гашение вибрации – Серый чугун гасит вибрации более эффективно, чем ковкий чугун.

Серый чугун очень легко отливается и хорошо обрабатывается. Он обычно используется в следующих некритических приложениях , где прочность не является основным требуемым свойством:

Крышки люков
Противовесы
Основания для гашения вибрации

Ковкий чугун, из-за повышенной прочности и пластичности используется в более сложных приложениях:

Кабельные барабаны
Рамки
Коробки передач
Насосы

Мы включили таблицу, в которой сравниваются два утюга по множеству факторов.Галочка в соответствующем столбце указывает лучший выбор между ними.

Гибкое железо? Ковкий чугун против чугуна

Как инженеры выбирают сплав для металлических отливок

При выборе сплава чугуна дизайнеры могут выбрать серый, белый, ковкий или ковкий чугун.

При выборе сплава чугуна для отливки металлург учитывает бюджет, требуемые механические свойства и этапы после литья, такие как механическая обработка и термообработка.Эти требования определяют, какой сплав использовать. В наши дни самый большой выбор – между ковким чугуном и чугуном.

С технической точки зрения, «чугун» означает сплавы чугуна, отлитые в литейном производстве. Ковкий чугун – один из таких сплавов. Однако пластичность – относительный новичок на рынке, с уникальными механическими свойствами, которые отличают его от других сплавов железа. Это различие означает, что «чугун» обычно означает сплавы серого или белого чугуна, которые веками использовались в металлообработке.

Какие виды чугуна отливают в литейном цехе?

Ковкий чугун: этот тип чугуна был разработан в 1948 году и стал очень важным сплавом для литейного производства черных металлов. Он намного менее хрупкий, чем другие чугуны.
Ковкий чугун: до изобретения ковкого чугуна этот сплав был более популярен. Это белый чугун, который очень долго подвергается термообработке. Условия в установке для термообработки должны строго контролироваться. Когда ковкое железо закончено, оно становится намного менее хрупким.Ковкий по-прежнему используется для небольших, тонких отливок, где пластичность менее успешна.
Белый чугун: этот сплав охлаждается быстрее, чем другие чугуны, образуя в его решетке молекулу, называемую цементитом. Это хрупкий сплав, но он обладает отличной твердостью и стойкостью к истиранию. Он часто используется в подшипниках и других устройствах с высоким коэффициентом трения.
Серый чугун: Большинство стандартных «чугунных» изделий изготовлено из серого чугуна, поэтому, когда люди используют этот термин, скорее всего, имеется в виду сплав.В отличие от белого чугуна, серый чугун имеет графитовую микроструктуру. Он обладает отличной способностью гашения вибрации и отличной обрабатываемостью.

Белый и серый чугун создают очень похожие отливки. Их окраска видна только тогда, когда они ломаются.

Ковкий чугун – хороший выбор для изделия, которое может выдерживать ударную нагрузку транспортного средства.

В чем разница между ковким чугуном и чугуном?

Ковкий чугун менее хрупкий, чем другой чугун, даже до термической обработки.Он не так легко ломается при ударе. Пластичность позволяет чугуну изгибаться. Для сравнения, серый чугун тверже. Эта твердость означает, что он хорошо справляется с износом поверхности. Серый чугун также лучше гасит вибрации. Различия связаны с микроструктурой графита в этих сплавах железа.

Серый чугун состоит из 2,5–4% углерода и 1–3% по массе. Кремний в сплаве необходим для стабилизации молекул графита, которые придают серому чугуну его свойства. Однако этот кремний эффективен в поддержке и обслуживании графита только в том случае, если металл не подвергается тепловому удару при охлаждении.Очень быстрое охлаждение приведет к образованию цементита и превращению серого чугуна в белое железо, даже с кремнием в смеси. В сером чугуне чешуйки графита вкраплены в поверхность и видны в полированном сером чугуне.

Ковкий чугун содержит 3,2–3,6% углерода, 2,2–2,8% кремния и небольшой процент «шаровидного элемента». Обнаруженный в 1943 году пластичный чугун имел многие из свойств ковкого чугуна, только эти свойства он проявлял прямо в пресс-форме.Длительная и техническая термообработка, необходимая для изготовления ковкого чугуна, сделала его более дорогим и подверженным ошибкам. Дуктиль был очевидным решением. (Ковкий по-прежнему используется в тонких отливках, где он слишком быстро охлаждается и образует карбиды.)

Как и серый чугун, графит является важной частью микроструктуры высокопрочного чугуна. Однако узелковый элемент, такой как магний, церий или теллур, формирует молекулы графита в сферы, а не хлопья. Эти сферы скользят мимо друг друга, а не создают плоскости, вдоль которых железо может расколоться.Узлы делают ковкий чугун более гибким и менее твердым. Там, где требуется твердость поверхности, можно использовать термическую обработку.

Серый чугун твердый и износостойкий: отличный выбор там, где сила удара человеческая, а не механическая.

Стандартное литье: намного проще, чем стальное литье

Низкое-Среднее в зависимости от процедуры

Сварка возможна, но часть ковкого чугуна преобразуется в серый чугун

Стандартное литье: намного проще, чем стальное литье

Низкое-Среднее в зависимости от процедуры

Стандартное литье: намного проще, чем стальное литье

Сварка возможна, но часть ковкого чугуна преобразуется в серый чугун

Скамейка с деталями из традиционного серого чугуна.

Выбор между высокопрочным и традиционным чугуном

Ковкий чугун немного дороже серого чугуна, но дешевле и его легче лить, чем сталь. Обычно его выбирают из-за его механических свойств и стоимости. Как менее хрупкий сплав, чем чугун, он используется там, где важны пластичность и ударопрочность. Он лучше, чем сталь, по гашению вибрации и пределу прочности при сжатии, хотя серый чугун по-прежнему лучше по демпфированию.

Столбы

, разработанные для обеспечения ударопрочности, часто используют ковкий чугун.Это основной сплав железа, используемый для изготовления труб, особенно работающих под давлением. Пластичные детали можно найти в автомобильных компонентах, насосах и кабельных кожухах, где вероятен удар.

Серый чугун по-прежнему является важным и широко используемым сплавом для применений, где хрупкость традиционного чугуна не является проблемой. Детали, которые не будут подвергаться ударам при обычном износе, часто изготавливаются из серого чугуна. Чугунные сковороды обычно изготавливаются из серого чугуна. Hardscape, такие как решетки для деревьев, решетки траншей и крышки люков, также часто бывают из серого железа.Превосходное гашение вибрации делает серый чугун отличной базой для станков. Это также правильный выбор для тормозов или компонентов двигателя, которые не будут подвергаться ударам, но должны будут иметь дело с высокой вибрацией.

В любом проекте перед выбором сплава важно проконсультироваться с металлургом или инженером. Они изучат рабочую нагрузку на компонент и помогут выбрать материалы, с помощью которых можно безопасно управлять приложением. Выбор ковкого чугуна по сравнению с чугуном иногда может просто упасть.В других случаях необходимы особые качества сплава.

типов чугуна | Ресурсы для литья металлов

Посмотреть эту страницу en français

Универсальный металл, чугун имеет множество уникальных применений в коммерческом и промышленном мире

Чугун обладает отличной литейной способностью благодаря сочетанию высокого содержания углерода и кремния.

Появление железа в повседневной жизни началось примерно с 1200 г. до н.э., и оно охватывает широкий спектр применений – от сельскохозяйственных орудий до оружия войны.Кузнецы стали важной профессией, работая с железом, чтобы изменить его свойства и превратить материал в инструменты. В каждой деревне и городе была кузница, где производились серпы, лемехи, гвозди, мечи, подсвечники и многое другое.

Открытие ценности железа привело к тому, что стало известно как железный век из-за преобладания этого материала в социальных и военных приложениях. За этим последовала еще одна веха для металлов – промышленная революция изменила способ производства металлов и их переработки в продукты, включая железо.

Виды железа

Производится два основных типа чугуна: кованое и чугунное. Среди них чугун включает в себя собственное семейство металлов.

Кованое железо

Кованое железо было первым типом железа, которое производили и обрабатывали кузнецы. Это практически чистое элементарное железо (Fe), которое нагревают в печи перед обработкой (обработкой) молотками на наковальне. Ударное железо удаляет большую часть шлака из материала и сваривает частицы железа вместе.

Во время промышленной революции и связанного с ней ускорения строительства было обнаружено новое применение кованого железа. Его высокая прочность на растяжение (устойчивость к разрыву при растяжении) сделала его идеальным для использования в балках в крупных строительных проектах, таких как мосты и высотные здания. Однако от использования кованого железа для этой цели в значительной степени отказались в начале 20-го века, когда были разработаны стальные изделия с превосходными характеристиками по сравнению с железом для строительства.

Кованое железо прославилось декоративными элементами. В церквях 15-го и 16-го веков есть прекрасные изделия из кованого железа, изготовленные искусными мастерами. В современном мире перила, двери и скамейки по-прежнему изготавливаются из кованого железа на заказ.

Чугун

Чугун получают путем выплавки железоуглеродистых сплавов с содержанием углерода более 2%. После плавки металл разливают в форму. Основное различие в производстве кованого и чугунного железа заключается в том, что чугун не обрабатывается молотками и инструментами.Есть также различия в составе – чугун содержит 2–4% углерода и других сплавов и 1–3% кремния, что улучшает литейные характеристики расплавленного металла. Также могут присутствовать небольшие количества марганца и некоторых примесей, таких как сера и фосфор. Различия между кованым и чугунным чугуном также можно найти в деталях химической структуры и физических свойств.

Хотя и сталь, и чугун содержат следы углерода и выглядят одинаково, между этими двумя металлами есть существенные различия.Сталь содержит менее 2% углерода, что позволяет конечному продукту затвердеть в виде единой микрокристаллической структуры. Более высокое содержание углерода в чугуне означает, что он затвердевает как гетерогенный сплав и, следовательно, имеет более одной микрокристаллической структуры, присутствующей в материале.

Комбинация высокого содержания углерода и кремния придает чугуну отличную литейную способность. Различные типы чугунов производятся с использованием различных методов термообработки и обработки, включая серый чугун, белый чугун, ковкий чугун, высокопрочный чугун и чугун с компактным графитом.

Детали конструкции из чугуна изготавливаются путем плавки металла и заливки его в форму.

Серый чугун

Серый чугун характеризуется чешуйчатой формой молекул графита в металле. Когда металл раскалывается, трещина происходит вдоль чешуек графита, что придает ему серый цвет на поверхности сломанного металла. Название «серый чугун» происходит от этой характеристики.

Можно контролировать размер и матричную структуру чешуек графита во время производства, регулируя скорость охлаждения и состав.Серый чугун не такой пластичный, как другие формы чугуна, и его предел прочности на разрыв также ниже. Однако это лучший проводник тепла и более высокий уровень гашения вибрации. Его демпфирующая способность в 20-25 раз выше, чем у стали, и превосходит все другие чугуны. Серый чугун также легче обрабатывать, чем другие чугуны, а его свойства износостойкости делают его одним из самых объемных продуктов из чугуна.

Наши изделия в стиле хардскейп изготавливаются из серого чугуна. Демпфирование вибрации и износостойкость – свойства, которые делают этот материал подходящим для многих уличных применений.Необработанный серый чугун также образует патину, которая защищает его от разрушительной коррозии даже на открытом воздухе.

Белый утюг

При правильном содержании углерода и высокой скорости охлаждения атомы углерода соединяются с железом с образованием карбида железа. Это означает, что в затвердевшем материале практически отсутствуют свободные молекулы графита. Когда белое железо разрезают, изломанная поверхность кажется белой из-за отсутствия графита. Микрокристаллическая структура цементита твердая и хрупкая, с высокой прочностью на сжатие и хорошей износостойкостью.В некоторых специализированных приложениях желательно иметь белое железо на поверхности продукта. Этого можно достичь, используя хороший проводник тепла для изготовления части формы. Это будет быстро выводить тепло из расплавленного металла из этой конкретной области, в то время как остальная часть отливки охлаждается медленнее.

Одна из самых популярных марок белого чугуна – Ni-Hard Iron. Добавление хрома и никелевых сплавов придает этому продукту превосходные свойства для применения с низким уровнем ударного износа и истирания при скольжении.

Белый и низкотвердый чугун подпадают под классификацию сплавов, называемую ASTM A532; «Стандартные технические условия на износостойкие чугуны».

Ковкий чугун

Белый чугун может быть подвергнут дальнейшей переработке в ковкий чугун путем термической обработки. Расширенная программа нагрева и охлаждения приводит к разрушению молекул карбида железа с высвобождением свободных молекул графита в железо. При различной скорости охлаждения и добавлении сплавов получается ковкий чугун с микрокристаллической структурой.

Ковкий чугун (чугун с шаровидным графитом)

Ковкий чугун, или чугун с шаровидным графитом, приобретает свои особые свойства за счет добавления в сплав магния. Присутствие магния приводит к тому, что графит имеет сфероидальную форму, в отличие от хлопьев серого чугуна. Контроль состава очень важен в производственном процессе. Небольшие количества примесей, таких как сера и кислород, вступают в реакцию с магнием, влияя на форму молекул графита. Различные марки ковкого чугуна получают путем манипулирования микрокристаллической структурой вокруг графитового сфероида.Это достигается за счет процесса литья или термообработки на последующем этапе обработки.

Поскольку ковкий чугун деформируется при ударе, а не раскалывается на осколки, мы используем этот материал для изготовления наших чугунных столбов. Ударный профиль из ковкого чугуна делает его хорошим чугуном для блокираторов при движении транспортных средств.

Чугун с компактным графитом

Чугун с компактным графитом имеет структуру графита и связанные с ним свойства, которые представляют собой смесь серого и белого железа.Микрокристаллическая структура образуется вокруг тупых чешуек графита, которые соединены между собой. Сплав, такой как титан, используется для подавления образования сфероидального графита. Чугун с компактным графитом имеет более высокий предел прочности на разрыв и улучшенную пластичность по сравнению с серым чугуном. Микрокристаллическую структуру и свойства можно регулировать путем термообработки или добавления других сплавов.

Краткое изложение составов чугуна

Таблица, разработанная в «Руководстве инженера», показывает различные диапазоны составов для различных типов чугуна:

ДИАПАЗОН КОМПОЗИЦИЙ ДЛЯ ТИПОВОГО ЧУГУНА

ЗНАЧЕНИЯ В ПРОЦЕНТАХ (%)

Механические свойства чугуна

Механические свойства материала показывают, как он реагирует на определенные нагрузки, что помогает определить его пригодность для различных применений.Спецификации устанавливаются такими организациями, как Американское общество испытаний и материалов (ASTM), чтобы пользователи могли приобретать материалы с уверенностью, что они соответствуют требованиям для своего приложения. Наиболее часто используемая спецификация серого чугуна – ASTM A48.

Для того, чтобы квалифицировать литые изделия в соответствии с их спецификациями, стандартной практикой является отливка испытательного стержня вместе с инженерными отливками. Затем испытания ASTM применяются к этому испытательному стержню, и результаты используются для оценки всей партии отливок.

Технические характеристики также важны при сварке вместе чугунных деталей. Сварной шов должен соответствовать или превосходить механические свойства свариваемого материала – в противном случае могут возникнуть трещины и разрушения.

При сварке очень важно, чтобы сварной шов соответствовал или превосходил механические свойства материала, чтобы предотвратить трещины и разрушения.

Некоторые общие механические свойства чугуна включают:

Твердость – устойчивость материала к истиранию и вдавливанию
Прочность – способность материала поглощать энергию
Пластичность – способность материала деформироваться без разрушения
Эластичность – способность материала возвращаться к своим первоначальным размерам после деформации
Ковкость – способность материала деформироваться при сжатии без разрыва
Предел прочности на разрыв – наибольшее продольное напряжение, которое материал может выдержать без разрыва
Усталостная прочность – максимальное напряжение, которое материал может выдержать в течение заданного количества циклов без разрушения

В этой таблице приведены некоторые ключевые механические свойства различных марок чугуна.Для получения дополнительной информации см. «Железные сплавы», отличный справочный документ Американского литейного общества.

Марка высокопрочного чугуна 60-40-18