СТРУКТУРА, СВОЙСТВА И ПРИМЕНЕНИЕ ЧУГУНОВ. Свойства чугуна
что полезно знать о качествах данного материала?
Чугун является сплавом из железа с углеродом. Углерод входит в состав сплава в пределах 2,14—6,67%. Чугун является недорогим машиностроительным материалом, что обладает отличными литейными характеристиками. Свойства чугуна позволяют ему служить сырьевым продуктом для выплавки стали, а также реализации других полезных задач.
Ближе к сути: описание материала, виды и области применения
Чугун вырабатывается посредством добываемой железной руды, посредством флюсов и топлива. Получение чугунов представляет собой достаточно сложный технологический процесс. Хим. процедура получения металлов состоит из нескольких стадий: восстановления железа, преобразования железа в чугун, а также шлакообразования. Свойства чугуна более наглядно и в деталях показывает курс химии.
Структура чугуна распределяет рассматриваемый материал на белый и черный чугун. Стоит отметить, что углерод, который содержит белый чугун, связан в химическое соединение карбид железа Fe3C – цементит. Относительно серых чугунов, — значительная часть углерода находится в структурно-свободном состоянии, представляя собой графит.
Говоря относительно серых чугунов, стоит упомянуть, что они поддаются мех. обработке, а вот как белый чугун используется в качестве сырья для производства различных изделий довольно редко. Связано это с тем, что белый чугун обладает высокой твердостью, вследствие чего режущий инструментарий его обрабатывать не имеет фактической способности.
Белый чугун используется по большей части в качестве полупродукта для выработки ковких металлов. Полезно знать, что белый и серый чугун получают, опираясь на состав, а также скорость охлаждения чугунов. Отметим, что свойства чугуна позволяют ему использоваться как конструкционный материал в металлургической, машиностроительной отрасли, других видах промышленности. Связано подобное распространение рассматриваемого материала по причине многочисленных преимуществ, которыми облает чугун.
Положительные свойства чугуна наряду с незначительной стоимостью и отличными литейными характеристиками – это основные выгодные стороны большого списка преимуществ этого материала. Изделия, изготовленные из чугунов, обладают достаточной степенью прочности, износостойкости во время работы на трение, к тому же характеризуются менее значительной чувствительностью к концентраторам напряжений.
О характеристиках
Свойства чугуна классифицируются по многим параметрам, о которых следует знать. Ниже следует рассмотреть полезные характеристики и параметры, которые имеет белый чугун.
Типы параметров:
- Физические свойства;
- Тепловой свойства;
- Механические свойства;
- Гидродинамические свойства;
- Технологические свойства;
- Химические свойства.
Внимания в первую очередь заслуживают основные свойства, которые имеет белый и серый материал. Поэтому целесообразной считается информация, дающие исчерпывающие ответы на вопросы относительно того, какими качествами обладает данный материал, чем полезен, из чего состоит?
Общие характеристики
Свойства материала определяют благодаря структуре металлической массы, составляющей основу материала, формой, количеством, расположением включений графита. Говоря о равновесном состоянии материала, структуру железоуглеродистых сплавов определяют посредством диаграммы.
Во время изменений состава меняются некоторые параметры:
- Количество скопление углерода в эвтектике;
- Эвтектическая температура;
- Количество скопления углерода в эвтектоиде;
- Эвтектоидная температура.
Положение критических точек определяется нагревом, то есть при охлаждении точки расположены ниже. Точно применяются для нелегированного чугуна преимущественного большинства марок материала упрощенные формулы.
Формулы:
- C = 4.3 — 0.3 (Si + P) — вхождение углерода в эвтектике;
- C = 0.8 — 0.15Si – вхождение углерода в эвтектоиде.
Ниже интересно разобраться с тем, какие основные свойства материала есть, их характерными параметрами и другой полезной информацией. Белый вариант металла обладает достаточной хрупкостью, твердостью, по причине чего недостаточно качественно поддается отливке. Вдобавок ко всему такой вид тяжело обрабатывается различными видами инструментов. Если говорить о машиностроительной отрасли, то для нее оптимальным образом подходит серый тип сырья.
Опираясь на химическую составляющую рассматриваемого промышленного сырья, металл может подразделяться на легированный, ферросплавный, специальный, ковкий, а также высокопрочный. Ковкий материал производится путем термообработки из белого сырья. Получил свое имя благодаря повышенной степени пластичности, вязкости. Стоит также отметить, что ковкий металл имеет высокую прочность при растяжении, к тому же готов похвастать высокой степенью сопротивления.
Высокопрочный материал производится за счет введения специализированных добавок в серый вариант металла. Применяется для производства ответственных изделий, тем самым отлично справляясь с ролью альтернативы стали. Маркировка рассматриваемого сырья производится буквами и числами.
к меню ↑Физические и механические параметры
Удельный вес материала может меняться достаточно существенно в зависимости от числа связанного углерода, присутствия пористости. Полезно знать, что удельная масса жидких металлов при температуре плавления приравнивается 70,0±0,1 грамма на сантиметр квадратный. Данный показатель снижается по мере увеличения состава примесей. Обратимый коэффициент линейного расширения и структура чугунов – зависимые друг от друга понятия.
Тепловые параметры
Тепловая емкость данного материала заданной структуры может быть определена, опираясь на правило смещения. Теплоемкость материала при достижении температурного предела, превышающего фазовые превращения, до температуры плавления, может приниматься как 0,18 кал/Го С (превышающих температурную отметку плавления металла -0,23+/—0,03 кал/Го С.
Объемная теплоемкость, что равняется произведению удельной теплоемкости на удельную массу, может приниматься для укрупненных расчетов. Теплопроводность не определяется по правилу смешения. Теплопроводность структурных составляющих материала, по мере возрастания уровня дисперсности, уменьшается. Стоит обратить внимание, что типичная величина теплопроводности чугунов зависит от влияния некоторых параметров.
к меню ↑Механические параметры
Предел прочности материала во время растяжения может эффективно оцениваться по структуре материала соответственно определенным данным. Так, прочность структурных составляющих увеличивается постепенно, по мере возрастания уровня дисперсности. Величина, форма, количество, а также распределение графитных включений оказывают существенное влияние на предел прочности, при этом влияние это имеет большие пределы, нежели структура основной металлической массы.
Самое заметное уменьшение предела прочности наблюдается во время расположения графитных включений в качестве цепочки, что прерывает сплошность металлической массы. Наиболее значимая прочность получается в случае со сфероидальной формой графита. Данный показатель достигается за счет отсутствия тепловой обработки.
к меню ↑Технологическая составляющая
Жидкотекучие свойства тесно сопряжены со свойствами материал, а также формой. Таким образом, рассматриваемый параметр определяется различными способами, однако, наиболее часто жидкотекучесть определяется длиной L заполненной пробы, и увеличивается по мере уменьшения вязкости, увеличении степени перегревания, уменьшении интервала затвердевания. Зависит жидкотекучесть от скрытой теплоты плавления, теплоемкости.
к меню ↑Химические параметры
Свойства сопротивления материала под названием чугун зависимы от внешней среды и структуры чугунов. По убывающему электродному потенциалу составляющие структуры материала могут располагаться в последовательности следующего образца: графит – цементит, фосфидная эвтектика – феррит. Стоит отметить, что разность потенциалов, наблюдаемая между ферритом, а также графитом, колеблется около 0,56 в. Сопротивление коррозии снижается по уровню увеличения дисперсности структурных составляющих.
Свойства рассматриваемого материала позволяют ему использоваться во многих отраслях современной промышленности, по причине чего объясняется его популярность и широкое распространение.
Похожие статьиgoodsvarka.ru
Разновидности чугуна
1. Особенности нелегированных чугуновХарактеристики серого чугуна
Получение серого чугуна осуществляется в домне. Исходным материалом является руда. Формирования структуры серого сплава осуществляется только в условиях низких скоростей охлаждения. По своей форме углерод, который состоит в чугуне, напоминает пластинчатый графит. Именно поэтому излом характеризуется серым цветом.
Особенности маркировки
Для маркировки серого чугуна используются буквы СЧ и цифры. Последние из них указывают на то, какой предел прочности имеет материал в период растяжения. Данный материал характеризуется универсальными литейными свойствами – малой усадкой и высокой жидкотекучестью.
Применение
Для материала характерно наличие высокой способности к рассеиванию вибрационных колебаний в условиях переменных нагрузок. Металл характеризуется высокой циклической вязкостью. Именно поэтому из данного материала изготавливают прокатные станки, станины станков. Также из серого сплава производится изготовление маховиков, шкивов, корпусов, поршневых колец и т.д.
Характеристики высокопрочного чугуна Высокопрочный чугун характеризуется наличием графитовых включений шаровидной формы. Получение этих включений обеспечивается благодаря модифицированию магнием серого чугуна. Благодаря шаровидной форме графита, создание резкой концентрации напряжений не происходит. Именно поэтому данный материал характеризуется высоким уровнем прочности в период растяжения и изгиба.
Высокопрочный чугун характеризуется наличием маркировки ВЧ и цифрами, которые указывают на прочность данного материала. Данный металл характеризуется высокой жидкотекучестью, а также небольшой усадкой.
Если сравнивать свойства чугуна и стали, то они очень похожи между собой. Поэтому из данного материала осуществляется производство деталей турбин, коленчатых валов двигателей для таких транспортных средств, как тракторы и автомобили, звездочек, изложниц, шестерней.
Высокопрочный чугун модифицируется следующим способом: расплав сплава смешивается со специальными добавками – модификаторами, которые берутся в небольшом количестве. Это приводит к тому, что пластины графита измельчаются, и получается графит, необходимой формы. Модифицирование приводит к улучшению механических свойств сплава: возрастание вязкости, прочности и пластичности.
Характеристики чугуна, в состав которого входит вермикулярный графит В состав данных чугунов входит графит, который имеет вермикулярную форму, а также шаровидный графит (не более сорока процентов). Для того чтобы получить чугун, в состав которого входит вермикулярный графит, его модифицируют, используя церий и магний.
Чугун имеет маркировку буквами ЧВГ, а также цифрами, которые указывают на прочность данного материала. ЧВГ характеризуется малой усадкой, также для него присуща хорошая жидкотекучесть.
Чугун, в состав которого входит вермикулярный графит, если делать оценку его механических свойств, находится между такими материалами, как высокопрочный и серый чугун. Данный материал обладает хорошей теплопроводностью, что позволяет использовать их в средах, которые характеризуются резким перепадом температуры. ЧВГ широко применяется при производстве деталей, работающих при резких перепадах температуры.
Характеристики белого чугуна
Белый чугун является универсальным материалом, производство которого осуществляется в доменной печи с применением руд. Для формирования структуры данного материала необходимо обеспечить высокую скорость охлаждения. Белый чугун характеризуется наличием в своем составе углерода, который образует цементит (Fe3C) с высоким уровнем твердости. Белый чугун невозможно подвергнуть механической обработке. Однако из него можно получить ковкий чугун или подвергнуть его легированию и значительно увеличить его износостойкость.
Характеристики ковкого чугуна
Несмотря на название, ковкий чугун не поддается ковке. Данный материал характеризуется более высоким уровнем пластичности, чем белый чугун. Ковкий чугун характеризуется хлопьевидной формой графитовых включений. Исходным материалом для производства является белый чугун. Чтобы получить ковкий чугун, необходимо нагреть белый до 1000 градусов Цельсия и выдержать 17 – 80 часов при данной температуре, после чего осуществляется медленное охлаждение до нормальных температур. Благодаря изолированной хлопьевидной форме графита обеспечивается высокий уровень прочности и пластичности данного материала.
Для маркировки ковкого чугуна используются буквы КЧ и цифры, которые обозначают прочность материала на растяжение. КЧ обладает максимально низкой жидкотекучестью и большой усадкой.
Если делать оценку механических свойств КЧ, то он занимает промежуточную позицию между сталью и серым чугуном. Ковкий чугун широко применяется для производства литых деталей, работа которых осуществляется в условиях небольших ударных нагрузок – рычагов, педалей. Также данный материал широко применяется при изготовлении трубопроводной арматуры.
2. Особенности легированных чугунов
Легированный чугун получается путём введения в состав обычного чугуна легированных компонентов, таких как кремний, хром, алюминий и другие. С помощью легирования чугун получает особые свойства. Легированные чугуны по своим особенностям могут быть:
• Износостойкими; • Жаростойкими; • Антифрикционными; • Жаропрочными.
Маркировка легированных чугунов осуществляется в соответствии с типом стали: Ч является жаропрочным чугуном, ИЧ – износостойким чугуном, АЧ – антифрикционным чугуном, ЖЧ – жаростойким чугуном. После этого могут идти буквы, которые указывают на легирующие элементы. После букв идут цифры, которые рассказывают о примерном содержании легирующих элементов в процентном соотношении. При отсутствии цифры можно судить о наличии примерно одного процента легирующего элемента.
Характеристики износостойкого чугуна
Износостойкость – такое свойство материала, которое позволяет сопротивляться изнашиванию при трении. Для того чтобы обеспечить чугун этим свойством, в белый чугун добавляют хром, никель, титан, вольфрам и молибден.
Для маркировки износостойкого сплава применяют буквы ИЧ и цифры, указывающие на процентное количество легирующих элементов в них.
Износостойкий чугун характеризуется высоким уровнем стойкости к абразивному износу, что позволяет применять его для производства дисков сцепления, тормозов, деталей для насосов, которыми осуществляется перекачивание абразивных сред, деталей для пескометов.
Характеристики жаростойких чугунов
Жаростойкостью называют характеристику, при которой материал способен сопротивляться окислению в газовой среде при высоких температурах.
Обеспечение жаростойкости осуществляется в результате того, что легируется серый или белый чугун с использованием таких материалов, как кремний, хром, алюминий. На поверхности материала имеются плотные защитные окисные пленки, с помощью которых осуществляется предохранение сплава от окисления в условиях высоких температур.
Маркировка жаростойкого чугуна осуществляется с применением букв ЖЧ. После этого идут цифры, которыми осуществляется обозначение легирующих элементов.
С помощью ЖЧ изготавливаются детали, которые работают в щелочной, газовой, воздушной среде, и способны выдержать температуру до 1100 градусов Цельсия. Их применяют при производстве конструкций для таких печей, как термические, доменные и мартеновские.
Характеристики жаропрочного чугуна
Жаропрочностью называют способность металла к сохранению своих свойств в условиях высоких температур. Жаропрочность осуществляется, если легируется серый или белый чугун с применением таких материалов, как хром, никель, молибден или медь. Все жаропрочные материалы одновременно являются и жаростойким, однако не все жаростойкие материалы являются жаропрочными. Маркирование жаропрочного сплава осуществляется буквой Ч.
Данный материал широко применяется для производства газовых печей. С его помощью изготавливают детали, установка которых осуществляется в дизельные двигатели компрессорного оборудования. Также детали из этого материала устанавливаются в саунах и банях. Жаропрочным чугуном является материал, который имеет шаровидный графит.
Характеристики антифрикционных чугунов
Антифрикционностью называют возможность материала работать в условиях трения. Антифрикционный чугун может быть серым, высокопрочным или ковким чугуном, который характеризуется перлитной или перлитно-ферритной структурой (перлита < 85 %). Для легирования антифрикционных чугунов в большинстве случаев используется хром, медь или титан.
Это приводит к получению мелкодисперсной перлитно-ферритной структуры. Антифрикционный чугун обладает следующими свойствами: высоким уровнем износоустойчивости и достаточно низкой стоимостью. Если сравнивать данный материал с бронзой, то у него ниже уровень трения.
Основой производства данного материала являются серые (АЧС), ковкие (АЧК) и высокопрочные (АЧВ) чугуны. Данный материал очень часто применяется в виде заменителя цветных сплавов. Для того чтобы материал качественно и правильно работал, ему необходимо обеспечить регулярную и качественную смазку. Если наблюдается высокая ударная нагрузка, то это приводит к снижению качества работы антифрикционного чугуна.
metallplace.ru
Характеристика и классификация чугунов | Сварка и сварщик
Чугун сплав железа с углеродом, содержащий углерода от 2,14 до 6,67%. Наряду с углеродом в чугуне содержится кремний (Si), марганец (Mn), сера (S) и фосфор (Р). Содержание серы (S) и фосфора (Р) в чугуне больше, чем в стали. В специальные (легированные) чугуны вводят легирующие добавки - никель (Ni), молибден (Mo), ванадий (V), хром (Сr) и др.Чугун делят:
- по структуре - на белый, серый и ковкий;
- по химическому составу - на легированный и нелегированный.
Чем больше в чугуне углерода, тем ниже температура его плавления и выше жидкотекучесть.
Кремний уменьшает растворимость углерода в железе, способствует распаду цементита с выделением свободного графита. При сварке происходит окисление кремния, оксиды кремния имеют температуру плавления более высокую, чем свариваемый металл, и тем самым затрудняют процесс сварки.
Марганец связывает углерод и препятствует выделению графита. Этим самым он способствует отбеливанию чугуна. Марганец образует сернистые соединения (MnS), нерастворимые в жидком и твердом чугунах и легкоудаляемые из металла в шлак. При содержании марганца более 1,5% свариваемость чугуна ухудшается.
Сера в чугунах является вредной примесью, она затрудняет сварку, понижает прочность и способствует образованию горячих трещин. Сера образует с железом химическое соединение - сернистое железо, препятствует выделению графита и способствует отбеливанию чугуна. Верхний предел содержания серы в чугунах 0,15%. Для ослабления вредного влияния серы в чугунах содержание марганца должно быть в три раза больше.
Фосфор в чугуне увеличивает жидкотекучесть и улучшает его свариваемость, но одновременно понижает температуру затвердевания, повышает хрупкость и твердость. Содержание фосфора в серых чугунах не должно превышать 0,3%.
По ГОСТ 1412-79 марку серого чугуна обозначают буквами СЧ и двумя числами, из которых первое обозначает величину временного сопротивления чугуна при растяжении в МН/м2, а второе - то же, при изгибе.
Ковкий чугун получают из белого чугуна термической обработкой - длительной выдержкой при температуре 800-850°С. При этом углерод в чугуне выделяется в виде хлопьев свободного углерода, располагающихся между кристаллами чистого железа. В зависимости от режима термической обработки получают ковкий чугун ферритной или перлитной структуры. При нагреве ковких чугунов свыше 900°С в зависимости от скорости охлаждения графит может распадаться и образовывать химическое соединение с железом - цементит (Fe3C), при этом деталь теряет свойства ковкого чугуна. Это затрудняет сварку ковкого чугуна, так как для получения первоначальной структуры ковкого чугуна его приходится после сварки подвергать полному циклу термообработки.
Ковкий чугун обозначают буквами КЧ и двумя числами: первое - указывает временное сопротивление при растяжении, МН/м, второе - относительное удлинение, %.
Легированные чугуны имеют специальные примеси Сr, Ni, благодаря которым повышаются его кислотостойкость, прочность при ударных нагрузках и др.
Высокопрочный чугун получают из серого чугуна специальной обработкой - введением в жидкий чугун при температуре не ниже 1400°С чистого магния (Mg) или его сплавов. Графит в высокопрочном чугуне имеет сфероидальную форму.
Свариваемость чугуна
Чугун является трудносвариваемым сплавом. Трудности при сварке чугуна обусловлены его химическим составом, структурой и механическими свойствами, при сварке чугуна необходимо учитывать следующие его свойства: жидкотекучесть, поэтому сварка выполняется только в нижнем положении; малая пластичность, характеризующаяся возникновением в процессе сварки значительных внутренних напряжений и закалочных структур, которые часто приводят к образованию трещин; интенсивное выгорание углерода, что приводит к пористости сварного шва; в расплавленном состоянии чугун окисляется с образованием тугоплавких оксидов, температура плавления которых выше, чем чугуна. Сварка чугуна применяется в основном для исправления литейных дефектов, при ремонте изношенных и поврежденных деталей в процессе эксплуатации и при изготовлении сварных конструкций.
weldering.com
СТРУКТУРА, СВОЙСТВА И ПРИМЕНЕНИЕ ЧУГУНОВ
пластинчатая (пластичность при этом самая низкая), а наиболее благоприятная
– шаровидная форма включений, обеспечивающая максимальную пластичность (рис. 3). Это связано с тем, что графитовые включения играют роль трещин, пустот в чугуне и являются концентраторами напряжений. Чем более компактную форму имеют эти включения, тем более «мягкий» получается концентратор напряжений и тем меньше снижение механических свойств металла за счет графита.
Серый чугун получают при медленном охлаждении металла при литье изделий, а также при повышенном содержании кремния, углерода. Обозначается он буквами СЧ, после которых ставится цифра, показывающая предел прочности при растяжении σв в кг/мм2 (ГОСТ1412-85).Например, СЧ12
(σв = 12 кг/мм2). Применяется серый чугун для изготовления слабонагруженных деталей, работающих в легких условиях.Например, корпуса редукторов, насосов, электродвигателей, различные крышки, отопительные батареи и т.п.
Ковкий чугун получают из белого чугуна путем специального отжига. Это длительная термическая обработка, при которой белый чугун медленно нагревается до температур950-1000°С и после определенной выдержки медленно охлаждается. При таком отжиге происходит графитизация цементита белого чугуна с образованием хлопьевидных включений графита. Обозначается ковкий чугун буквами КЧ, после которых следуют цифры, показывающие предел прочности при растяжении σв в кг/мм2 – первая цифра, и относительное удлинение δ в % – вторая цифра (ГОСТ 1215 в редакции 1992 г.). Например,
КЧ30-6(σв = 30 кг/мм2, δ = 6 %). Применяется этот чугун для изготовления деталей, работающих в более тяжелых условиях по сравнению с деталями из серого чугуна - при повышенных нагрузках, при знакопеременных и небольших ударных нагрузках.Например, картеры редукторов, коробок передач автомобилей, кронштейны рессор, различные крюки, фланцы и т.п.
Высокопрочный чугун получают путем модифицирования его при выплавке магнием или церием в количестве 0,05 %. Модификаторы способствуют формированию шаровидных включений графита. Обозначаются высокопрочные чугуны буквами ВЧ и цифрой, показывающей предел прочности при растяжении σв (ГОСТ7293-85).Например, ВЧ 40 (δв = 40 кг/мм2). Применяется высокопрочный чугун для изготовления ответственных деталей, работающих в довольно сложных условиях при повышенном нагружении.Например, коленчатые и распределительные валы легковых автомобилей, прокатные валки, корпуса турбин, детали кузнечно-прессового оборудования и др.
Представляет интерес использование чугунов для деталей, работающих в специфических условиях (агрессивные среды, высокие температуры и др.). Для этого в чугуны вводят легирующие элементы, способствующие повышению необходимых свойств. Такие чугуны называют легированными или чугунами специального назначения. Они дешевле легированных сталей и вследствие лучших литейных свойств оказываются предпочтительнее для получения отливок.
studfiles.net
Свойства чугуна | Справочник конструктора-машиностроителя
Чуг Ńƒ н ( тюрк.), сплав железа с углеродом ( традиционно более 2% ) включающий также постоянные примеси ( Si, Mn, Р и S ), а когда и легирующие элементы, каменеет с образованием эвтектики.— важнейший первичный продукт чёрной металлургии ( см.также Доменное производство ), используемый для передела при производстве стали и подобно компонентам шихты при вторичной плавке в чугунолитейном производстве.Ч. вторичной плавки — один из главных конструкционных материалов ;применяется как литейный сплав.Свободному использованию Ч. в машиностроении способствуют его хорошие литейные и прочностные свойства ( по крепости некоторые Ч. лишь немногим уступают углеродистой стали ;Модифицированный чугун ).В современном машиностроении на часть подробностей из Ч. приходится около 75% от сплошной массы отливок.По выпуску чугунного литья СССР занимает 1-е место в универсуме ( 1976 ).
100_1380
Гидравлические штамповочные прессы по принципу влияния не различаются от ковочных, но располагают гораздо крупный мощность, что связано с большей энергоемкостью процесса штамповки.штамповочные Современные гидравлические прессы развивают усилие до 700 МН.Система привода - насос или насос с аккумулятором.Эти прессы предназначены в главном для штамповки в закрытых штампах ;с прошивкой и в комбинации с остальными операциями ;в открытых штампах с образованием заусенца ;для протяжки прошивных заготовок через кольца или вращающиеся ролики.Новая операция является по существу проталкиванием не до края прошитой заготовки с дном, в которое упирается пуансон, через волоку.
В зависимости от структуры чугуны подразделяют на бледные и бесцветные.В белых чугунах весь углерод связан в химическое соединение карбид железа Fe 3 C - цементит.В серых чугунах значительная часть углерода находится в структурно - независимом состоянии в виде графита.белые обладают очень высокой твердостью и режущим инструментом обрабатываться не могут , если серые чугуны хорошо поддаются механической обработке .Поэтому белые чугуны для изготовления изделий применяют крайне не часто, их используют главным образом в виде полупродукта для получения так называемых ковких чугунов.Получение белого или серого чугуна зависит от его состава и скорости охлаждения.
Белый чугун представляет собой сплав, в котором избыточный углерод, не присутствующий в твёрдом растворе железа, присутствует в объединенном состоянии в виде карбидов железа Fe3C ( цементит ) или т. н. специальных карбидов ( в легированном чугуне ).Кристаллизация белых чугунов происходит по метастабильной системе с образованием цементита и перлита.Белый чугун вследствие густых механических свойств и хрупкости располагает ограниченное применение для деталей простой конфигурации, действующих в обстановках повышенного абразивного износа.Легирование белого чугуна карбидообразующими элементами ( Cr, W, Mo и др. ) повышает его износостойкость.
Включая небольшое сопротивление отливок из серого чугуна растягивающим и ударным нагрузкам, следует использовать сей материал для подробностей, которые подвергаются сжимающим или изгибающим нагрузкам.В станкостроении это – базовые, корпусные детали, кронштейны, зубчатые колеса, ведущие ;в автостроении - блоки цилиндров, поршневые кольца, распределительные валы, диски сцепления.Отливки из серого чугуна также используются в электромашиностроении, для изготовления товаров народного потребления.
Серый Ч.— наиболее широко применяемый вид Ч.( машиностроение, сантехника, строительные конструкции ) — имеет включения графита пластинчатой формы.Для подробностей из серого Ч. свойственны небольшая чувствительность к действию внешних концентраторов напряжений при циклических нагружениях и более высокий коэффициент поглощения колебаний при вибрациях подробностей ( в 2 — 4 раза выше, чем у стали ).Хорошая конструкционная особенность серого Ч.— выше, чем у стали, отношение предела текучести к пределу прочности на растяжение.Наличие графита улучшает условия смазки при трении, что повышает антифрикционные свойства Ч. Свойства серого Ч. зависят от структуры металлической основы, фигуры, величины, числа и характера распределения включений графита.Перлитный серый Ч. располагает высокие прочностные свойства и применяется для цилиндров, втулок и др. нагруженных деталей двигателей, лафетов и т.д.Для менее ответственных деталей используют серый Ч. с ферритно - перлитной металлической основой.
Главный, который нельзя отменить структуру чугуна, - процесс графитизации ( выделение углерода в структурно - свободном виде ), так как от него зависит не только количество, форма и распределение графита в структуре, но и вид металлической основы ( матрицы ) чугуна.В зависимости от степени графитизации матрица может быть перлитно - цементитной ( П - f - Ц ), перлитной ( П ), перлитно - ферритной ( П Ч - Ф ) и ферритной ( Ф ).Цементит перлита называют эвтектоидным, остальной цементит - структурно - пустым.Отдельные элементы, включаемые в чугун ( в режиме мощности влияния : С, Si, Ni, Co, Cu ), способствуют графитизации, другие - препятствуют ( S, V, Cr, Sn, Mo, Mn ).Наибольшее графитизирующее действие оказывают углерод и кремнии, минимальное - кобальт и медь.
spravconstr.ru
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.
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.
stankiexpert.ru
Серый чугун свойства | Справочник конструктора-машиностроителя
До 70-х гг.20 в.в доменных печах временами выплавляли т. н. зеркальный чугун ( 10 — 25% Mn ), использовавшийся в качестве раскислителя при выплавке стали и для приобретения особых паспортов чугуна.При использовании для выплавки чугуна железных руд, содержащих Сг, Ni, Ti и др. легирующие элементы, получают т. н. природнолегированные чугуны.При производстве отливок в чугунолитейных цехах чугун подразделяют : в зависимости от степени графитизации, обусловливающей вид излома, — на серый, бледный и половинчатый ( или отбелённый ) ;в зависимости от формы включений графита — на чугун с пластинчатым, шаровидным ( высокопрочный чугун ), вермикулярным и хлопьевидным ( ковкий чугун ) графитом ;в зависимости от характера металлической основы — на перлитный, ферритный, перлитно - ферритный, аустенитный, бейнитный и мартенситный ;в зависимости от назначения — на конструкционный и чугун со специальными свойствами ;по химическому составу — на легированные и нелегированные.
Включая небольшое сопротивление отливок из серого чугуна растягивающим и ударным нагрузкам, следует использовать сей материал для подробностей, которые подвергаются сжимающим или изгибающим нагрузкам.В станкостроении это – базовые, корпусные детали, кронштейны, зубчатые колеса, ведущие ;в автостроении - блоки цилиндров, поршневые кольца, распределительные валы, диски сцепления.Отливки из серого чугуна также используются в электромашиностроении, для изготовления товаров народного потребления.
Никель благоприятно влияет на выравнивание механических свойств чугуна в отливках с разной толщиной стены.В чугуне с содержанием никеля несколько больше 3% прочность почти не изменяется при толщине стен от 22 до 88 мм.Всякий процент никеля повышает твердость серого чугуна так на 10 НВ.С увеличением содержания никеля возрастает коррозионная устойчивость чугуна, особливо в щелочных средах ;улучшается обрабатываемость и, кроме того, повышается герметичность, так как при высокой эвтектичности графит приобретает удобную форму, а величина зерна уменьшается.
Для высокопрочного чугуна с шаровидным графитом соблюдение температурного режима при вводе сфероидизирующих добавок ( магния или его сплавов ) назначает степень условия магния и нужный температуру жидкого чугуна при заливке форм.Особенностью состава шихты при выплавке высокопрочного чугуна является отсутствие или толстое число ( менее 20% ) стального ломика.Получение высокопрочного чугуна с повышенными показателями пластических свойств требует применения низкофосфористых шихтовых материалов.
Легированные чугуны.Для улучшения прочностных, эксплуатационных свойств или придания чугуну особых свойств ( износостойкости, жаропрочности, жаростойкости, коррозионностойкости, немагнитности и т.д. ) в его состав вводят легирующие элементы ( Ni, Cr, Cu, Al, Ti, W, V, Mo и др. ).Легирующими элементами могут служить также Mn при содержании > 2% и Si при содержании > 4%.Легированные чугуны классифицируют в соответствии с содержанием основных легирующих элементов — хромистые, никелевые, алюминиевые и т.д.По степени легирования различают низколегированные ( совокупное количество легирующих элементов 10% ).Низколегированные чугуны имеют перлитную или бейнитную структуру матрицы, среднелегированные — обычно мартенситную, высоколегированные — в большинстве случаев аустенитную или ферритную.
Ковкий чугун обладает повышенной крепостью при растяжении, невысокой пластичностью и рослым сопротивлением удару.По механическим свойствам он занимает промежуточное положение между сталью и серым чугуном.В зависимости от способа производства ковкий чугун разделяется на ферритный ( черносердечный ) и перлитный ( белосердечный ).Отливки из ферритного ковкого чугуна получают отжигом в нейтральной сфере ( коробки с отливками засыпают песочком ).Этот чугун в изломе имеет темную бархатистую сердцевину со светлым ободком.Ферритный ковкий чугун имеет следующий химический состав : 1, 75 - 2, 3% С ;0, 85 - 1, 2% Si ;0, 5 - 0, 6% Мn ;не более 0, 2% Р и не более 0, 12% S.С уменьшением содержания углерода механическая прочность чугуна возрастает, а литейные свойства ухудшаются.
Данный элемент способен повышать прочность, твердость и модуль упругости чугуна при содержании его в сплаве до 0, 1%.В то же самое время с этим растет склонность серого чугуна к отбелу, и, чтобы избежать подобной ситуации, содержание в нем олова устанавливают на уровне 0, 05 - 0, 08%.При выборе между двумя легирующими элементами - оловом и хромом - эксперты советуют использовать олово, сообщающее чугуну равномерные показатели твердости по разным сечениям и сокращение образования окалины.
Структура отливок определяется химическим составом чугуна и технологическими особенностями его термообработки.Механические свойства серого чугуна зависят от свойств металлической матрицы, фигуры и размеров графитовых включений.Свойства металлической матрицы чугунов близки к свойствам стали., который нельзя отменить невысокую прочность, снижает прочность чугуна.Чем меньше графитовых включений и выше их дисперсность, тем больше прочность чугуна.Графитовые включения вызывают сокращение предела прочности чугуна при растяжении.На крепость при сжатии и твердость чугуна частицы графита почти не оказывают воздействия.Свойство графита образовывать смазочные пленки обусловливает падение коэффициента трения и увеличение износостойкости изделий из серого чугуна.Графит улучшает обрабатываемость резанием.
В различие от отливок главного класса, действующих на износ, подробности другого класса на износ не работают, но тем не менее к ним тоже предъявляются требования по сохранению стабильной геометрической формы.Это станины и санки с ведущими многих станков, в частности токарно - винторезных, револьверных и пр.Легирование чугуна такими элементами, подобно хрому, никель, молибден, позволяет достичь хороших показателей прочности и твердости.
spravconstr.ru
