Свойства серого чугуна: Серый чугун: свойства, применение, виды, обработка

alexxlab | 15.06.2023 | 0 | Разное

Содержание

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.

Артюхов Сергей

Этим сплав и отличается от стали, в которой углерод полностью растворен и отсутствует в виде отдельных включений, структура которых определяет их как графит.

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. 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. 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. 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.

Поделитесь этой статьей:

Еще информация по теме

Материаловедение

Белый чугун

Белый чугун – это разновидность чугуна, которая в своём составе содержит углеродные соединения. В этом сплаве они называются цементитам…

Материаловедение

Чугун

Чугун начали применять много десятилетий назад. Этот материал обладает особыми эксплуатационными характеристиками, которые отличаются о…

Литейное производство

Чугунное литье

Чугун – это сплав железа с углеродом и другими элементами.

Является недорогим, прочным, износостойким, но хрупким конструкционным матер…

Материаловедение

Ковкий чугун

Сплав железа и углерода называют чугуном.Мы же посвятим статью ковкому чугуну.Последний, содержится в структуре сплава или в форме граф…

Серый чугун: виды, марки, свойства

Главная >
Блог >
Серый чугун: виды, марки, свойства

18.09.2022

Свойства металлов

Время чтения: 10 минут

Редакция сайта VT-Metall

Сохранить статью:

Из этого материала вы узнаете:

Что такое серый чугун
Химический состав серого чугуна

Химический состав серого чугуна разных марок (ГОСТ)
Литейные характеристики серого чугуна
Механические свойства серого чугуна
Виды серого чугуна
Сферы применения серого чугуна

За счет графитовых вкраплений в железном сплаве серый чугун был выделен в качестве отдельного вида. При охлаждении эти включения имеют вид хлопьев или пластин, благодаря чему такой материал выглядит как пористая губка. Серый чугун очень хрупок, и его легко можно разбить на куски одним ударом кувалды.

Процентный состав углерода 2,14 %. Такое высокое содержание не позволяет говорить о нормальной растворимости, поэтому и возникают хлопьевидные или пластинчатые вкрапления. Но, несмотря на хрупкость серого чугуна, его литейные характеристики довольно высоки, поэтому он активно применяется в машиностроении. О других особенностях этого материала поговорим далее.

Что такое серый чугун

Стальные сплавы всегда имеют более высокую цену, чем чугунные, что связано с дорогим и технологически сложным производством. По этой причине чугун используют в сферах, в которых экономия на материале не мешает эксплуатации изделий.

Существует пять основных разновидностей чугуна, причем в основе классификации лежит форма графита в микроструктуре кристаллической решетки. Выделяют серый чугун, белый, ковкий, особой прочности, половинчатый, причем первый является самым хрупким. Это объясняется тем, что частички графита в нем заменяет ледебурит.

К серым чугунам, относится несколько ковких высокопрочных сплавов, из-за чего возникает путаница в терминологии. Решить вопрос позволяет применение типовых стандартов, согласно которым серым чугуном называется материал на основе железа, графита и других компонентов. Примеси придают металлу определенные характеристики либо легируют его.

Поэтому, отвечая на вопрос о том, как получают серый чугун, нужно отметить, что он является просто сплавом железа и углерода, при охлаждении металлической базы которого образуются включения в виде пластин и хлопьев. Углерод обеспечивает повышение пластичности с параллельным снижением прочности, оптимизирует литейные характеристики, способствует графитизации.

Химический состав серого чугуна

Доля углерода составляет 2,4–3,8 %. Меньший объем растворится в металле, а больший приведет к потере материалом упругости, жесткости.
Количество кремния находится на уровне 1,3–2,6 %. Данный элемент обеспечивает протекание графитизации, приводит к снижению вязкости, увеличению твердости серого чугуна. Но при превышении порога в 3 % ухудшаются показатели пластичности. Принято оценивать зависимость технико-физических параметров металла от углерода вместе с кремнием, а именно: смотрят на их суммарное содержание в структуре.

Доля серы не более 0,13–0,16 %. Этот компонент находится в сплаве в виде сульфида железа и негативно отражается на пластичности, твердости. При закреплении на кристаллах снижает механические параметры чугуна, повышает усадку, вызывает красноломкость металла, из-за которой при нагревании образуются трещины.

Перекрыть вредное влияние серы позволяет добавление марганца, благодаря которому запускается формирование карбидов железа. Необходимый объем марганца подбирается в соответствии с содержанием серы, обычно его требуется добавить в пределах 0,4–1,2 %.
Содержание фосфора до 0,5–0,6 %. В сером чугуне он присутствует в виде фосфидной эвтектики, улучшает стойкость металла к износу, но параллельно провоцирует хрупкость и повышение жидкотекучести. В машиностроительных отливках не допускается доля фосфора более 0,2 %. В разные марки сплава могут входить и иные компоненты.
Никель играет роль легирующего элемента, способствует выравниванию механических характеристик в отливках, увеличению твердости, устойчивости к коррозии, повышает обрабатываемость.
Хром в составе серого чугуна вызывает активное образование карбида, обеспечивает прочность, жесткость металла.
Олово отвечает за равномерное распределение твердости.
Молибден и никель способствуют стойкости к протеканию окислительных процессов.
Медь сокращает временные затраты на графитизацию, улучшает обрабатываемость, упругость, стойкость к формированию очагов ржавчины.
Сурьма присутствует в количестве не более 0,08 % и воздействует на процесс кристаллизации.
Бор приводит к увеличению прочности, образованию измельченных карбидов. В малых объемах он приводит к графитизации, повышению прочности на прогиб и ударной вязкости. Однако увеличение количества бора негативно сказывается на таких характеристиках серого чугуна, как пластичность и вязкость.
Титан ускоряет графитизацию, если его не более 0,5 %. В противном случае обеспечивает обратный эффект.
Магний при его доле в сплаве до 0,01 % благотворно сказывается на графитизации. В большем количестве считается мощным десульфуратором, повышает отбел.
Молибден вызывает повышение твердости, стойкости металла к износу, при этом сохраняет на прежнем уровне обрабатываемость.

Химический состав серого чугуна разных марок (ГОСТ)

В соответствии с ГОСТом, серый чугун может быть таких марок:

Основные компоненты

Примеси (в пределах)

СЧ10

3,5–3,7

2,2–2,6

0,5–0,8

0,3

0,15

СЧ15

3,5–3,7

2,0–2,4

0,5–0,8

0,2

0,15

СЧ20

3,3–3,5

1,4–2,4

0,7–1,0

0,2

0,15

СЧ25

3,2–3,4

1,4–2,2

0,7–1,0

0,2

0,15

СЧ30

3,0–3,2

1,3–1,9

0,7–1,0

0,2

0,12

СЧ35

2,9–3,0

1,2–1,5

0,7–1,1

0,2

0,12

Литейные характеристики серого чугуна

Серый чугун обладает повышенными литейными свойствами, к которым относятся:

малая усадка;
текучесть в виде расплава;
пониженная температура кристаллизации серого чугуна;
отсутствие предрасположенности к формированию раковин.

В процессе эксплуатации отливок из серого чугуна ключевыми качествами считаются уровень устойчивости к растрескиванию, порообразование, предел прочности. Все они определяются структурой металла: чем меньше размеры и число графитовых включений, тем выше данные характеристики. Для изделий, на которые часто оказывается ударно-абразивное воздействие, важна повышенная прочность.

Еще одно свойство – герметичность – определяется текучестью, наличием транзитной микропористости и характеристиками изменения давления. Это качество является необходимой характеристикой для трубопроводов, гидравлических приводов, компрессоров и насосов, которые функционируют в условиях высокого давления газов и жидкостей.

При обработке сваркой изделия из серого чугуна растрескиваются, а некоторые виды этого сплава в принципе не могут свариваться. Твердость данного металла по Бринеллю установлена в пределах 143–262.

Механические свойства серого чугуна

Для конечного пользователя отливок из серого чугуна важны не только уже описанные выше литейные свойства, но и такие характеристики:

прочность;
стойкость к износу при воздействии трением;
герметичность или устойчивость к появлению трещин, пор.

Данные качества определяются структурой и твердостью металла, а именно: чем мельче графитовые пластинки в структуре деталей из серого чугуна, тем эти свойства выше. От отливок, постоянно испытывающих на себе ударные и абразивные нагрузки, требуется особенно высокая твердость.

Изделия, работающие при большом давлении жидкостей и газов, то есть трубопроводы, насосы, компрессоры, гидравлические приводы, должны показывать максимальную герметичность. Данное качество определяется текучестью металла, изменением давления, присутствием транзитной микропористости.

Перлитный серый чугун имеет самую высокую прочность, поэтому используется как материал для деталей, подвергаемых в процессе эксплуатации высоким нагрузкам.

Не стоит забывать, что серый чугун при сварке может растрескиваться, причем некоторые его разновидности в принципе не свариваются.

ГОСТ 1412-85 устанавливает для данного металла следующий набор механических свойств:

СЧ10

31110

100 (10)

СЧ15

31115

150 (15)

СЧ18

–

180 (18)

СЧ20

31120

200 (20)

СЧ21

–

210 (21)

СЧ24

–

240 (24)

СЧ25

31125

250 (25)

СЧ30

31130

300 (30)

СЧ35

31135

350 (35)

Примерное временное сопротивление при растяжении и твердость в стенках отливок из серого чугуна по ГОСТ 1412-85 находится на следующем уровне:

150

Временное сопротивление при растяжении, МПа, от

СЧ10

140

120

100

СЧ15

220

180

150

110

105

СЧ20

270

220

200

160

140

130

120

СЧ25

310

270

250

210

180

165

150

СЧ30

–

330

300

260

220

195

180

СЧ35

–

380

350

310

260

225

205

Твердость НВ, в пределах

СЧ10

205

200

190

185

156

149

120

СЧ15

241

224

210

201

163

156

130

СЧ20

255

240

230

216

170

163

143

СЧ25

260

255

245

238

187

170

156

СЧ30

–

270

260

250

197

187

163

СЧ35

–

290

275

270

229

201

179

Виды серого чугуна

Технико-эксплуатационные характеристики металла определяются его химическим составом и структурой. Поэтому виды чугуна принято классифицировать в соответствии со временем охлаждения после затвердевания, так как от данного фактора зависит качество сплава.

Выделяют такие виды данного металла:

Перлитный. Если отливка после термообработки быстро охлаждается, то перлитная основа состоит преимущественно из феррита, карбида, тонких включений графита. Такой серый чугун отличается высокой твердостью, прочностью, плотностью.
Ферритно-перлитный. При замедленном охлаждении в микроструктуре повышается концентрация сплава железа с прочими металлами, что обеспечивает высокую пластичность. Ферритный серый чугун образуется благодаря стремительному охлаждению, в результате в нем присутствуют довольно вязкий феррит и свободный углерод. Последний имеет форму тонких пластинок графита в сером чугуне.

При большом содержании графита меняются механические свойства сплава, снижается сопротивляемость растяжению. Данный компонент позитивно сказывается на устойчивости металла к износу, обрабатываемости, а также гасит вибрации, понижает усадку.

Сферы применения серого чугуна

Серый чугун входит в число наиболее востребованных сплавов – в черной металлургии на него приходится около 80 % всего объема производства. В машиностроении используют разновидности с большой долей углерода, поскольку ценится их способность поглощать вибрацию, неизбежную в процессе функционирования механизмов.

Из такого металла изготавливают:

втулки;
станины для станков;
массивные основания для оборудования.

Добиться от серого чугуна определенных характеристик позволяет легирование молибденом, хромом. Высокая стойкость к износу при трении из-за отсутствия смазки требуется таким элементам механизмов:

нажимным дискам сцепления;
блокам;
крышкам подшипников;
тормозным дискам, барабанам.

Основным назначением марок серого чугуна с перлитной структурой является изготовление деталей, призванных справляться с серьезными нагрузками. К ним относятся гильзы, головки цилиндров, распределительные валы.

До сих пор на рынке большим спросом пользуются чугунные изделия в следующих областях:

сантехника;
посуда для кухни;
трубы, радиаторы отопления;
ограждения, скульптуры.

Для получения любого изделия из серого чугуна выбирают марку, которая лучше всего подходит для предполагаемых условий использования предмета. К 1-му классу относятся изделия с такими характеристиками:

предел прочности на растяжение в 25–30 кг/мм2;
модуль упругости в 1,15–1.30×10 – 6 МПа;
стабильность формы.

Под разную толщину будущих изделий подбирают серый чугун с маркировками СЧ21-СЧ40, СЧ28-СЧ48.

Детали первого класса подвержены сильному износу, поэтому их важными свойствами является мелкопластинчатая структура перлита и твердость в пределах 180 НВ. Серый чугун для производства ответственных деталей маркируется как СЧ32-СЧ-52.

Рекомендуем статьи

Сплав железа и меди: область применения
Углерод в металле и его влияние на свойства материала
Легированные конструкционные стали: характеристики и применение

Ко второму классу относят корпусные части и базовые элементы конструкций, которые не должны работать на износ в процессе эксплуатации. Речь идет о:

станинах токарных, револьверных станков;
листопрокатных валках;
деталях сменного оборудования.

Серый чугун в этом случае имеет прочность до 20–25 кг/мм2. Добиться столь высоких показателей позволяют марки СЧ15-СЧ32, СЧ21-СЧ40.

Изделия из литого чугуна востребованы во многих сферах производства, так как в них большой срок эксплуатации сочетается с минимальной стоимостью.

Серый чугун

Что такое серый чугун?

Серый чугун, также известный как серый чугун, является популярным типом чугуна, используемым в отливках. В состав серого чугуна входит 2,5–4% углерода, 1–3% кремния и некоторые добавки марганца от 0,1 до 1,2%. Серый чугун содержит графитовые микроструктуры, придающие железу серый цвет. Это железо легко отливается, но его нельзя ковать или обрабатывать механическим способом, ни горячим, ни холодным. Хотя прочность на растяжение и ударопрочность серого чугуна слабее, чем у большинства других металлов, прочность на сжатие эквивалентна низкоуглеродистой и среднеуглеродистой стали. Для большинства применений серый чугун обычно имеет приемлемую пластичность, предел прочности при растяжении, предел текучести и ударопрочность.

Серый чугун Свойства:

Твердость (по Виккерсу): 161-321

Прочность на растяжение: в среднем 7 тонн на квадратный дюйм

Прочность на растяжение, предельная: 16700-102000 фунтов на кв. дюйм (115-700 МПа)

7 Сила, выход: 9500-60900 фунтов на квадратный дюйм (65,5-420 МПа)

Прочность доходности сжатия: 83000-200000 фунтов на квадратный дюйм (572-1380 МПа)

Печков плавления: 1140-1200 градусов Цельсий

Серые литровые преимущества

Использование серого чугуна дает много уникальных преимуществ. Одним из наиболее примечательных является улучшенная смазка серого чугуна. Графитовые чешуйки в сером чугуне обеспечивают лучшую смазку, уменьшая износ чугуна. Это делает серый чугун отличным выбором для таких деталей, как тормозные диски. Серый чугун также обладает способностью гасить вибрации, что делает его отличным выбором для жилищного или промышленного применения, например, для машинных оснований. Кроме того, серый чугун обладает высокой теплопроводностью, что позволяет ему легче перемещать тепло через металл.

Серый чугун может выдерживать термические циклы, то есть чугун может выдерживать высокие и низкие температуры без деформации. Термическое циклирование может вызвать напряжение и преждевременный выход из строя других форм металлического литья, однако серый чугун постоянно доказывает свою способность выдерживать термоциклирование. Серый чугун очень устойчив к окислению. Серый чугун образует на поверхности защитную пленку или окалину, что делает его более устойчивым к коррозии, чем кованое железо или низкоуглеродистая сталь.

Серый чугун Недостатки

Одно из самых больших преимуществ серого чугуна — это также его самый большой недостаток. Чешуйки графита, которые придают серому чугуну дополнительную смазку и устойчивость к износу, также создают слабые места в металле, где могут начаться трещины. Эти переломы могут привести к расколам и поломкам. Именно из-за разрушения серый чугун имеет низкую прочность на растяжение и ударную вязкость.

Серый чугун Области применения

Серый чугун имеет множество применений и часто используется во всех отраслях промышленности, таких как автомобилестроение, строительство и производство.

Примеры применения из серого чугуна:

Шестерни
Компоненты гидравлики
Компоненты автомобильной подвески
Лапы плужные
Насосы
Связи
Части печи
Поворотные кулаки
Запчасти для тракторов
Клапаны
Компоненты подвески грузовика
Другие запчасти для грузовиков
Корпуса ветряных турбин.
Колонны корпуса
Грузы и противовесы
Основания машин

Свяжитесь с нами

Механические свойства серого чугуна

Главная > Советы и факты > Механические свойства серого чугуна > Твердость

Твердость является наиболее часто определяемым свойством металла, поскольку это простой тест, а многие полезные свойства металла напрямую связаны с его твердостью. В пределах класса или типа серого чугуна твердость является хорошим индикатором его технических свойств, но эта зависимость бесполезна между типами серого чугуна, поскольку различия в структуре графита больше влияют на свойства при растяжении, чем на твердость. Указание твердости в определенном месте на каждой отливке является отличным методом установления постоянства отливок в производственных количествах, когда тип используемого железа считается удовлетворительным для применения. Прочность на сжатие очень хорошо коррелирует с твердостью для всех типов железа, потому что твердость, по сути, является испытанием на сжатие. Твердость обычно дает хорошее представление о стойкости инструмента при механической обработке, однако присутствие свободных карбидов в микроструктуре снижает обрабатываемость в большей степени, чем увеличивает твердость.

Типичные диапазоны твердости, доступные для серого чугуна, перечислены в Таблице 3. Испытание на твердость по Бринеллю используется для всех видов чугуна, поскольку отпечаток по Бринеллю достаточно велик, чтобы усреднить твердость компонентов микроструктуры. Испытания на твердость по шкале Роквелла B или C могут удовлетворительно использоваться на обработанных поверхностях, где опорная поверхность также подвергается механической обработке. Следует провести несколько испытаний по Роквеллу и усреднить их, но крайние значения следует отбросить из-за чрезмерного влияния чешуек графита или твердого компонента.

Таблица преобразования между значениями твердости по Роквеллу и Бринеллю может быть точно использована для стали, но отклонения от этого соотношения для стали происходят с серым чугуном. Это отклонение увеличивается при использовании железа с высоким углеродным эквивалентом. Количество присутствующего чешуйчатого графита по-разному влияет на два теста. Это видно из сравнения результатов испытаний на микротвердость матрицы из серого чугуна со стандартными значениями твердости по Роквеллу для тех же чугунов. Отпечатки микротвердости не включают графитовые чешуйки, присутствующие под индентором твердости С по Роквеллу.

По этой причине твердость серого чугуна не следует сравнивать напрямую с твердостью других металлов для определения таких свойств, как обрабатываемость или износостойкость. Тем не менее, некоторые эффективные преобразования жесткости могут быть сделаны между отдельными типами твердости.

На твердость влияет обработка серого чугуна, а также состав, поскольку эти факторы влияют на микроструктуру. Твердость также связана с другими свойствами серого чугуна, как описано в следующих разделах.

Таблица 3. Диапазоны твердости серого чугуна
Тип серого чугуна	Микроструктура матрицы вокруг чешуйчатого графита	Твердость по Бринеллю
Мягкий отжиг	Полностью ферритовый	110-140
Обычный	Перлит и феррит	140-200
Повышенная прочность	Тонкий перлит	200-270
Легированный круговой	Бейнит	260-350
Аустенитный (нирезист)	Аустентит	140-160
Термическая закалка	Мартенсит	480-550
Закаленные и отпущенные	Отпущенный мартенсит	250-450
Охлажденный (белый чугун)	Перлит и карбиды	400-500

Следующая: Факторы, влияющие на прочность >>
Предыдущая: << Классы серого чугуна

Если вам нужна дополнительная информация о литейной компании Atlas, отливках из серого чугуна и других услугах, которые мы предоставляем, позвоните нам по телефону (765) 662-2525 , заполните нашу контактную форму или напишите по электронной почте.

TOP HEADLINES