Чугун состав и применение: понятие, производство, особенности, структура, свойства и применение

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.

 

Легированный чугун — свойства и применение

Легированный чугун — характеристики и использование

Легированный чугун известен многим своими уникальными свойствами – это повышенная износостойкость, жаропрочность, меньшая цена по сравнению со сталью. Именно поэтому данный вид чугуна и пользуется большой популярностью в самых разнообразных сферах.

Основные характеристики и маркировка легированного чугуна

Легированный чугун отличается тем, что в его составе имеются легирующие компоненты – это хром, ванадий, никель, медь и прочие. Именно такие компоненты придают легированному чугуну таких свойств:

• Повышенная износостойкость;
• Жаропрочность;
• Коррозионностойкость;
• Антифрикционные свойства.

Маркируют легированный чугун в зависимости от основных составляющих компонентов. Это может быть хромистый легированный чугун, ванадиевый, никелевый и другие. Первая буква Ч, после которой идет обозначение основного компонента, цифры обозначают долю углерода в составе.

Также среди легированных чугунов различают:

• Белый;
• Серый;
• Ковкий.

Легированный чугун — использование

Изделия из легированного чугуна чаще всего используют в местах, где есть вероятность большого износа, например, при работе узлов в условиях трения, повышенных температур или агрессивной среде. Важно не забывать о том, что чугун достаточно хрупок и не выдерживает больших ударных нагрузок.

Чаще всего чугун выплавляют в доменных печах, его производят из железорудных материалов, которые в дальнейшем перерабатываются в сталь и имеют название передельный чугун. Для изготовления фасонного литья используется литейный чугун.

В зависимости от того, где будут использоваться отливки, и какие характеристики нужны для эксплуатации, определяют составляющие компоненты. Так, это могут быть отливки с такими свойствами:

• Жаростойкие;
• Хладостойкие;
• Жаропрочные;
• Износостойкие;
• Коррозионностойкие;
• Маломагнитные.

Обработка изделий из легированного чугуна

Отливки из легированного чугуна могут подвергаться различной обработке. Среди самых популярных процессов обработки можно выделить:

• Высокотемпературный отжиг – уменьшает твердость;
• Выдержка с нормализацией – позволяет снизить магнитную проницаемость и в тоже время повышает пластичность и прочность;
• Нормализация – позволяет повысить твердость каждого изделия;
• Отпуск – позволяет снять внутреннее напряжение;
• Отжиг с высоким отпуском – снижает твердость и облегчает обработку таких отливок из легированного чугуна.

Время для обработки и нагрева отливок выбирается для каждой отливки в отдельности в зависимости от ее веса и размеров. Все основные свойства, которыми должна обладать отливка, определяются конечными потребителями в зависимости от будущих условий эксплуатации изделия.

Чугун серый ковкий высокопрочный

 

 

Надежность и долговечность изделия в современном машиностроении, в значительной мере зависит от свойств применяемых конструкционных материалов. Свыше 80% машиностроительных деталей различной массы и сложности изготавливают из сплавов на основе железа. В зависимости от содержания углерода сплавы на основе железа разделяют на стали и чугуны.

В отличие от стали в чугуне при определенных условиях часть углерода выделяется в виде розеток графита. В сечении такой розетки видны лишь отдельные пластины. Поэтому, на полированном шлифе чугуна заметны изолированные включения графита. Структура матрицы, чаще всего, бывает феррито-перлитной или перлитной. Такой чугун называют серым.

Обычно, в сером чугуне содержится от 2,5% до 3,6% углерода. В определенных количествах в него входят кремний и марганец. Как примеси, постоянно присутствует сера и фосфор.

Прочность чугуна определяется наличием в его структуре графита пластинчатой формы. Такие графитовые включения значительно ослабляют матрицу. Под действием нагрузки возникает напряжение в металле с наибольшей концентрацией у концов у графитовых включений. В этих местах появляются микротрещины. Серый чугун имеет относительно невысокую прочность и разрушается без пластической деформации.

Чугун – литейный сплав.

Условия охлаждения чугуна после заполнения литейной формы оказывает решающее влияние на формирование его структуры. В тонких сечениях отливки, где скорость охлаждения в период кристаллизации высокая, образуется структура белого чугуна. Углерод в нем находится в виде цементита, графит отсутствует. В остальных сечениях образуется структура серого чугуна. Химический состав также оказывает влияние на структуру. С повышением содержания марганца и серы увеличивается зона отбела. Увеличение содержания графитизирующих элементов – углерода и кремния, уменьшает склонность чугуна к отбелу. Для получения отливок с заданными свойствами, необходимо в каждом конкретном случае учитывать как химический состав, так и скорость охлаждения чугуна в литейной форме.

Серый чугун

Несмотря на относительно невысокие механические свойства, серый чугун нашел широкое применение. Потому что легко обрабатывается, обладает повышенной демпфирующей способностью, а так же антифрикационными свойствами. Поскольку графит чугуна удерживает смазку и сам служит смазочным материалом. Сопряженные детали из чугуна легко перемещаются относительно друг друга.

Серый чугун с небольшими добавками хрома и никеля приобретает хорошие упругие свойства. Поршневое кольцо из такого чугуна после снятия нагрузки вновь принимает первоначальные размеры.

Серый чугун обладает высокой жидкотекучестью. При реальных температурах заливки длина спиральной пробы из чугуна почти вдвое больше стальной, что позволяет изготавливать отливки сложной конфигурации.

Серый чугун отличается малой объемной усадкой при кристаллизации, позволяющей во многих случаях обходиться без установки и прибыли. Наиболее распространенный агрегат для выплавки серого чугуна — вагранка с капельником, в котором происходит накапливание металла, а также усреднение его состава и температуры. Для уменьшения склонности чугуна к отбелу, его модифицируют, вводя в жидкий металл кремнийсодержащие добавки. Модифицирование позволяет выравнивать свойства металла в различных сечениях отливки. Что видно на примере измерения твердости чугунов. Не модифицированного и модифицированного.

Глубина отбела на клиновой пробе модифицированного чугуна значительно меньше, чем не модифицированного. Форма графитовых включений в результате модифицирования также изменяется.

Кроме вагранок для выплавки серого чугуна используют электрические печи. Они позволяют выплавлять металл с более высокой температурой, что имеет важное значение для последующей, внепечной обработки чугуна. Формы для получения отливок из серого чугуна изготавливают уплотнением формовочной смеси в опоках. В полость литейной формы для выполнения внутренней конфигурации отливки устанавливают стержни.

В массовом производстве для мелких чугунных отливок широко применяют автоматические линии безопочной формовки, в том числе с установкой стержней при помощи стержнеукладчика.

Металл формы также заливается автоматически. Отливки из серого чугуна изготавливают не только в песчаных формах, но и металлических. Для получения отливок, имеющих форму тел вращения, широко применяют центробежный способ литья. При этом, повышается производительность труда, не расходуются формовочные материалы, отсутствует литниковая система.

Серый чугун — общепризнанный конструкционный материал. Его применяют для изготовления различных деталей, работающих в условиях статичных нагрузок, вибрации, повышенного трения.

Ковкий чугун

Известно, что такие детали автомобиля, как ступицы колеса, корпус дифференциала, испытывают динамические нагрузки. Можно ли использовать для их изготовления чугун? Можно, если значительно повысить его пластичность. Таким свойством обладает ковкий чугун, в котором графит имеет не пластинчатую, а хлопьевидную форму. По сравнению с серым чугуном в ковком, концентрация графитизирующих элементов – углерода  и кремния ниже.

По прочности и пластичности ковкий чугун превосходит серый.  Изменения химического состава привело к снижению жидкотекучести и росту усадки при затвердевании, что требует установки прибылей даже на мелких отливках. При производстве ковкого чугуна обычно используют дуплекс-процесс.

Выплавляют чугун в огранке, затем транспортируют в раздаточном ковше и переливают в электрическую индукционную печь, где его прогревают перед заливкой для повышения жидкотекучести.

Технологический процесс получения отливок из ковкого чугуна аналогичен получению отливок из серого чугуна. Все большее распространение получают автоматические формовочные линии. Металл в формы заливается на конвейере. Изготовленные отливки должны иметь структуру белого чугуна по всему сечению. Для получения структуры ковкого чугуна их подвергают графитизирующему  отжигу в термических печах. В период выдержки происходит разложение цементита белого чугуна и образуется включение графита хлопьевидной формы. После термической обработки отливки правят на специальных прессах.

Необходимость использования длительной термической обработки и правки значительно повышает трудоемкость изготовления деталей из ковкого чугуна. Кованая стальная заготовка распределительного вала двигателя заметно отличается от готовой детали.

Литая заготовка по своей конфигурации к ней значительно ближе, что намного снижает трудоемкость механической обработки. То же относится и к коленчатым валам, деталям ответственного назначения. Для замены кованых заготовок литыми, нужен сплав, который совмещал бы механические свойства стали с технологическими и эксплуатационными свойствами чугуна.

Высокопрочный чугун

Такими свойствами обладает высокопрочный чугун, в котором при кристаллизации образуются включения графита шаровидной формы.По сравнению с серым чугуном, высокопрочный, характеризуется повышенным содержанием углерода и кремния. А так же низкой концентрацией серы.Механические свойства чугуна определяют при испытании образцов, специально изготовленных в соответствии с ГОСТом.

В высокопрочном чугуне шаровидная форма графита, в меньшей степени, чем пластинчатый графит в сером, ослабляет матрицу и значительно снижает концентрацию напряжения при воздействии нагрузки.

По прочности чугун с шаровидной формой графита приближается к стали. Отливки из высокопрочного чугуна подаются обработке так же хорошо, как и из серого. При этом, достигается требуемая точность и чистота поверхности.

Высокопрочный чугун обладает высокой герметичностью. Из него изготавливают цилиндры газомотокомпрессоров, выдерживающие при испытаниях давление до 100 атмосфер.

Вместе с тем, высокопрочный чугун склонен к образованию усадочных раковин, что требует установки прибылей для питания массивных частей отливок.

Для выплавки высокопрочного чугуна широко применяют индукционные тигельные печи, в которых получают чугун нужного состава и температуры, достаточной для последующего модифицирования. В качестве модификаторов используют магний, церий, иттрий, в виде чистых металлов или легатов. Для предотвращения быстрого всплывания и увеличения времени контакта с расплавом, модификатор накрывают стальными листами. Затем из печи выпускают металл в ковш. Такая технология повышает усвоение модификаторов в чугуне и обеспечивает стабильность процесса.

Для снижения склонности чугуна к отбелу, его дополнительно модифицируют ферросилицием. Формы для отливок большой массы, в основном, изготавливают на крупных встряхивающих столах.

Сборку форм и их заливку производят на специальном плацу. В процессе кристаллизации высокопрочного чугуна под воздействием модификаторов в расплаве происходит многократное ветвление пластин графита и образование его включений шаровидной формы. При недостаточном количестве модификатора или неравномерном его распределении в чугуне может образоваться обычный пластинчатый графит.

Для стабилизации структуры и обеспечении однородности физикомеханических свойств высокопрочного чугуна крупные отливки сложной формы подвергают термической обработке. Например, нормализации.

После механической обработки детали поступают на участок контроля. Детали ответственного назначения проходят дефектоскопию. Замена ряда стальных деталей, испытывающих при эксплуатации большие ударные нагрузки и давление, деталями из высокопрочного чугуна, существенно удешевляет производство некоторых видов машиностроительной продукции.

Из высокопрочного чугуна изготавливают около 50% коленчатых валов для двигателей различного назначения. Эксплуатационные и литейные свойства чугунов обеспечили их широкое применение в различных отраслях машиностроения. Из них получают выше двух третей литых заготовок, используемых промышленностью нашей страны. 

 

Разновидности чугуна

1. Особенности нелегированных чугунов

Характеристики 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.

Применение металлов и их сплавов — урок. Химия, 8–9 класс.

О том, что свойства металлов меняются при их сплавлении, стало известно ещё в древности. \(5\) тысяч лет тому назад наши предки научились делать бронзу — сплав олова с медью. Бронза по твёрдости превосходит оба металла, входящие в её состав.

 

Свойства чистых металлов, как правило, не соответствуют необходимым требованиям, поэтому практически во всех сферах человеческой деятельности используют не чистые металлы, а их сплавы.

Сплав — это материал, который образуется в результате затвердения расплава двух или нескольких отдельных веществ.

В состав сплавов кроме металлов могут входить также неметаллы, например, такие как углерод или кремний.

 

Добавляя в определённом количестве примеси других металлов и неметаллов, можно получить многие тысячи материалов с самыми разнообразными свойствами, в том числе и такими, каких нет ни у одного из составляющих сплав элементов.

 

Сплав по сравнению с исходным металлом может быть:

• механически прочнее и твёрже,
• со значительно более высокой или низкой температурой плавления,
• устойчивее к коррозии,
• устойчивее к высоким температурам,
• практически не менять своих размеров при нагревании или охлаждении и т. д.

Например, чистое железо — сравнительно мягкий металл. При добавлении в железо углерода твёрдость его существенно возрастает. По количеству углерода, а следовательно, и по твёрдости, различают сталь (содержание углерода менее \(2\) % по массе), чугун (\(С\) — более \(2\) %). Но не только углерод изменяет свойства стали. Добавленный в сталь хром делает её нержавеющей, вольфрам делает сталь намного более твёрдой, добавка марганца делает сплав износостойким, а ванадия — прочным.

Применение сплавов в качестве конструкционных материалов

Сплавы, используемые для изготовления различных конструкций, должны быть прочными и легко обрабатываемыми.

 

В строительстве и в машиностроении наиболее широко используются сплавы железа и алюминия.

 

Такие сплавы железа, как стали, отличаются высокой прочностью и твёрдостью. Их можно ковать, прессовать, сваривать.

Чугуны используют для изготовления массивных и очень прочных деталей. Например, раньше из чугуна отливали радиаторы центрального отопления, канализационные трубы, до сих пор изготавливают котлы, перила и опоры мостов. Изделия из чугуна изготавливаются с применением литья.

  

Сплавы алюминия, используемые в конструкциях, наряду с прочностью должны отличаться лёгкостью. Дюралюминий, силумин — сплавы алюминия, они незаменимы в самолёто-, вагоно- и кораблестроении.

 

В некоторых узлах самолётов используются сплавы магния, очень лёгкие и жароустойчивые.

 

В ракетостроении применяют лёгкие и термостойкие сплавы на основе титана.

 

Для улучшения ударопрочности, коррозионной стойкости, износоустойчивости сплавы легируют — вводят специальные добавки. Добавка марганца делает сталь ударопрочной. Чтобы получить нержавеющую сталь, в состав сплава вводят хром.

 

Конструкция из стальных балок	Радиаторы центрального отопления	Ажурные перила, отлитые из чугуна

Инструментальные сплавы

Инструментальные сплавы предназначены для изготовления режущих инструментов, штампов и деталей точных механизмов. Такие сплавы должны быть износостойкими и прочными, причём при разогревании их прочность не должна существенно уменьшаться. Таким требованиям отвечают, например, нержавеющие стали, которые прошли специальную обработку (закалку).

Добавление к сплавам веществ, улучшающих их свойства, называют легированием.

Для придания необходимых свойств инструментальные стали, как правило, легируют вольфрамом, ванадием или хромом.

Применение сплавов в электротехнической промышленности, электронике и приборостроении

Сплавы служат незаменимым материалом при изготовлении особо чувствительных и высокоточных приборов, различного рода датчиков и преобразователей энергии.

 

Например, на изготовление сердечников трансформаторов и деталей реле идёт сплав никеля. Отдельные детали электромоторов изготавливаются из сплавов кобальта.

 

Сплав никеля с хромом — нихром, отличающийся высоким сопротивлением — используется для изготовления нагревательных элементов печей и бытовых электроприборов.

Из сплавов меди в электротехнической промышленности и в приборостроении наиболее широкое применение находят латуни и бронзы.

 

Латуни незаменимы при изготовлении приборов, деталью которых являются запорные краны. Такие приборы используются в сетях подачи газа и воды.

 

Бронзы идут на изготовление пружин и пружинящих контактов.

 

Нагревательные элементы бытовых электроприборов	Запорные краны для водопроводов и газопроводов	Пружинящие контакты электрических розеток

 

Применение легкоплавких сплавов

Главным востребованным свойством легкоплавких сплавов является заданная низкая температура плавления. Это свойство, в частности, используется для пайки микросхем. Кроме того, эти сплавы должны иметь определённую плотность, прочность на разрыв, химическую инертность, теплопроводность.

 

Легкоплавкие сплавы производят из висмута, свинца, кадмия, олова и других металлов. Такие сплавы используют в термодатчиках, термометрах, пожарной сигнализации, например, сплав Вуда. А также в литейном деле для производства выплавляемых моделей, для фиксации костей и протезирования в медицине.

 

Сплав натрия с калием (температура плавления \(–\)\(12,5\) °С) используется как теплоноситель для охлаждения ядерных реакторов.

 

Припой (сплав для паяния) имеет невысокую температуру плавления	Легкоплавкие сплавы используются в литейном деле	Легкоплавкие сплавы незаменимы в датчиках пожарной сигнализации

 

Применение сплавов в ювелирном деле

Применение в чистом виде драгоценных металлов в ювелирном деле не всегда оправдано и целесообразно из-за их дороговизны, физических и химических особенностей.

 

Для придания ювелирным изделиям из золота большей твёрдости и износостойкости используются сплавы с другими металлами.

 

Самая лучшая добавка — это серебро (понижает температуру плавления) и медь (повышает твёрдость). Чистое золото используют очень редко, так как оно слишком мягкое, легко деформируется и царапается.

 

Из сплавов золота с \(10–30\) % других благородных металлов (платины или палладия) изготавливают форсунки лабораторных приборов, а из сплава с \(25–30\) % серебра — ювелирные изделия и электрические контакты.

 

Ювелирные изделия из сплавов золота	Позолоченные электрические контакты

 

Сплавы в искусстве

Оловянная бронза (сплав меди с оловом) — один из первых освоенных человеком сплавов металлов. Она обладает большей, по сравнению с чистой медью, твёрдостью, прочностью и более легкоплавка. Бронзы успешно применяют для получения сложных по конфигурации отливок, включая художественное литьё. Классической маркой бронзы является колокольная бронза.

Одно из новых направлений в искусстве — производство художественных литых изделий из чугуна. Литые изделия из чугуна существенно превосходят по качеству кованые изделия.

 

Чугун — металл гораздо более хрупкий и не такой ковкий, как сталь. Но даже из такого, казалось бы, грубого материала можно получать настоящие произведения литейного искусства способом литья, например, такие как литые лестницы или решётки на окна. Такие изделия подвержены лишь поверхностной коррозии и не требуют тщательного ухода.

 

Бронзовая скульптура	Колокола отливают из специального сорта бронзы	Чугунная лестница.  Практично и очень красиво

 

Чугун Области применения — Энциклопедия по машиностроению XXL

Марка чугуна Область применения  [c.30]

Область применения шпилек с длиной ввинчиваемого резьбО вого конца I, 1 = d — для резьбовых отверстий в стальных, бронзовых и латунных деталях а достаточной пластичностью (fii не менее 8%) и деталях из титановых сплавов I, = 1. 25d — для резьбовых отверстий в деталях из ковкого и серого чугуна, а также в стальных и бронзовых о пониженной пластичностью (6i менее 8%) /, = 2d — для резьбовых отверстий в деталях из легких сплавов.  [c.305]

Помимо отливок из серого чугуна, при изготовлении различных деталей машин широко применяют высокопрочный и ковкий чугуны. Эти чугуны по сравнению с обычным серым обладают более высокими качествами, что позволяет значительно уменьшить массу и удлинить срок эксплуатации деталей, а также расширить область применения чугуна при замене им других металлов.  [c.322]

Ковкие чугуны. Получение, структура, химический состав, область применения, маркировка.  [c.157]

Высокопрочные чугуны. Получение, структура, маркировка, область применения.  [c.158]

Чем определяется область применения чугунных шкивов  [c.261]

Область применения серого чугуна наиболее распространенных марок приведена в табл. 43.  [c.48]

Область применения серого чугуна наиболее распространенных марок  [c.50]

Таблица 14.4. Механические свойства и область применения отливок конструкционного назначения из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом по ГОСТ 7293—79

Перечисленные выше свойства чугунов и различные способы их модифицирования обеспечили расширение области применения чугунов как конструкционных материалов и оказали решающее влияние на снижение веса конструкций машин, вытеснение сварных и штампо-сварных конструкций и как следствие на экономию проката.  [c.321]

Область применения чугунной арматуры  [c.40]

Область применения [10, 22, 32] высокопрочный чугун применяется как новый материал и как заменитель стали, ковкого чугуна и серого чугуна с пластинчатым графитом. По сравнению со сталью обладает большей износостойкостью, лучшими антифрикционными и антикоррозионными свойствами, лучшей обрабатываемостью. Вследствие меньшего удельного веса отливки легче стальных на 8—10%. Из высокопрочного чугуна, в отличие от ковкого, можно отливать детали любого сечения, веса и размеров.  [c.480]

Механические свойства и область применения отливок из ковкого чугуна (по ГОСТ 1215—59)  [c.481]

Область применения Ковкий чугун применяется в основном для небольших отливок, работающих в условиях динамических нагрузок, а также требующих незначительной рихтовки. Главной причиной его ограниченного применения являются технологические затруднения в процессе изготовления отливок, необходимость длительной термической обработки, ограниченные допускаемые размеры сечений (не более 30—40 мм) и др.  [c.482]

Несмотря на большое разнообразие номенклатуры изделий и различные области применения, ковкий чугун используют главным образом при получении тонкостенного литья (толщина стенок 3—40 мм). Это связано прежде всего со стремлением обеспечить безусловное получение отбела и однородность свойств во всех сечениях отливки как при первичной кристаллизации белого чугуна, так и в процессе термической обработки. Требование равномерности толщины стенок отливок из ковкого чугуна является обязательным условием обеспечения высокого качества и экономичности производства изделий.  [c.112]

Вид чугуна Микроструктура Содержание легирующих элементов в % Механические свойства Специальные свойства Метод термической обработки Область применения  [c.113]

Области применения. Ковкий чугун как конструкционный материал широко применяют в различных отраслях машиностроения благодаря высоким физико-механическим свойствам отливок, несложной и стабильной технологии их производства и более низкой стоимости по сравнению с отливками из стали, поковками и штамповками. Основным потребителем отливок из ковкого чугуна является автомобиле-и тракторостроение, сельхозмашиностроение и другие отрасли промышленности (табл. 27).  [c.133]

Области применения чугуна с шаровидным графитом определяются его высокими конструкционными, эксплуатационными (служебными) и технологическими свой ствами и во многих случаях хорошим сочетанием этих свойств.  [c.159]

Применение чугуна с шаровидным графитом как износостойкого материала. Расширению областей применения чугуна с шаровидным графитом как износостойкого материала способствует то обстоятельство, что, применяя соответствующую термическую обработку, можно получить наиболее приемлемую структуру чугуна, хорошо работающего на износ. Износостойкость чугуна с шаровидным графитом, кроме того, может быть повышена за счет его легирования такими элементами, как вольфрам, молибден, медь, титан, марганец, никель и др.  [c.168]

Химический состав и области применения отбеленного износостойкого чугуна [7, 81  [c.175]

Ограниченность области применения чугуна этого типа объясняется низкими механическими свойствами, сложностью технологии изготовления отливок и сравнительно невысокой износостойкостью (особенно по сравнению с высоколегированным белым чугуном). Сравнительная износостойкость белого чугуна в условиях дробильно-размольного и обогатительного оборудования приведена в табл. 7 и 8.  [c.176]

Химический состав свойства и области применения низко- и среднелегированного белого чугуна [4, 9. Ю]  [c.177]

Микрогеометрия поверхности, наклепанной дробью, зависит от ряда факторов и в первую очередь от качества дроби. Величина неровностей растет с увеличением диаметра дроби и ее скорости и падает с увеличением твердости поверхностного слоя обрабатываемой детали. При наклепе чугунной дробью, включая обработку твердых деталей мелкой дробью, чистота поверхности ниже той, которая достигается шлифованием. Это обстоятельство ограничивает область применения дробеструйной обработки. Практически микрогеометрия наклепанной чугунной дробью поверхности определяется по ГОСТ 2789-51 в пределах от 2-го до 7-го классов чистоты. Использование стальной дроби дает значительно лучший, результат и в отдельных случаях (детали высокой твердости) позволяет повысить чистоту поверхности.  [c.587]

ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ЧУГУННЫХ ОТЛИВОК  [c.86]

Область применения червячных колес из серого чугуна СЧ 21-40 с твердостью НВ 150—170 может быть расширена до Ур я= 5 м/сек, если червяк хромирован и червячная пара хорошо приработана [24].  [c.437]

Область применения Обработка твердых сплавов прошивка щелей и отверстий малого диаметра чистовая обработка на повышенных частотах Предварительная обработка полостей и, отверстий в стали и жаропрочных сплавах Обработка деталей из отбеленного чугуна и жаропрочных сплавов твердых сплавов при повышенных режимах с вращением инструмента  [c.380]

Механические свойства металла отливок при испытании на образцах диаметром 10 или 15 мм с пятикратной расчетной длиной, изготовленных из отдельных отлитых цилиндрических заготовок диаметром 30 мм, указаны в табл. II-3. Справочные данные механических свойств отливок в зависимости от толщины стенки, согласно приложению к ГОСТ 1412—70, приведены в табл. II-4, а области применения отливок — в табл. П-5. Допускаемые отклонения размеров и припуски на обработку отливок из серого чугуна устанавливаются по ГОСТ 1855—55.  [c.29]

Изготовление цилиндра путем отливки позволяет получить наивыгоднейшую его форму. Однако такие отливки обходятся очень дорого, значительно выше средней стоимости литья. Основная причина —большая стоимость модели, ограниченный выпуск отливок, высокие предъявляемые к ней требования. Поэтому в настоящее время рациональная область применения литых цилиндров — это паровпускная часть или весь цилиндр т. в. д. (сталь), части среднего давления и выхлопные, если для них по условиям работы может быть применен чугун, и стальные части сварно-литых конструкций.  [c.210]

Чугунами называются сплавы железа с углеродом, содержащие 2-4% С. Чугун является наиболее распространенным материалом для изготовления фасонных отливок, так как он обладает хорошими литейными свойствами, лучшими по сравнению со сталью. Область применения чугуна как конструкционного материала расширяется вследствие повышенных прочностных эксплуатационных свойств, а также в результате разработки чугунов новых марок со специальными физическими (износостойкости) и химическими свойствами (жаропрючности и жаростойкости) при повышенных температурах (600 — 1000°С).  [c.61]

В последние годы в номенклатуре марок сплавов видиа произошли значительные изменения. Вместо сплавов карбид вольфрама—карбид титана—кобальт, обозначавшихся как F1, S1, S2, S3, появились сплавы с добавками карбида тантала (карбида ниобия) и повышенным содержанием кобальта. Эти новые марки сплавов носят обозначения FT1, TTI, ТТ2, ТТЗ и соответствуют по областям применения прежним маркам F1, S1, S2, S3. Кроме того, введены марка ТТ4, для особо тяжелых работ и марка А1—универсальная, т. е. пригодная как для обработки чугуна, так и для обработки сталей.  [c.557]

Стеклоэмалями или просто эмалями (не смешивать с лаковыми эмалями ) называются стекла, наносимые тонким слоем на поверхность металлических и других предметов с целью защиты от коррозии, придания определенной окраски и улучшения внешнего вида, создания отражающей поверхности (эмалированная посуда, абажуры, рефлекторы, декоративные эмали и т. п.). Эмали получаются сплавлением измельченных составных частей шихты, выливанием расплавленной массы тонкой струей в холодную воду и размолом полученной фритты на шаровой мельнице в тонкий порошок. Иногда к фритте перед ее размолом добавляются небольшие количества глины и других веществ. Для нанесения эмали на различные предметы нагретый в печи до соответствующей температуры предмет посыпается порошком эмали, которая оплавляется и покрывает его прочным стекловидным слоем если требуется, покрытие повторяется несколько раз до получения слоя нужной толщины во время оплавления эмалируемый предмет (например, трубчатый резистор) может медленно вращаться в печи для более равномерного покрытия. Важно, чтобы а/ эмали был приблизительно равен а материала, на который наносится эмаль, иначе эмаль будет давать мелкие трещины (цек) при резкой смене температур. При эмалировании предметов из стали или чугуна для улучшения сцепления эмали с металлом производят предварительное покрытие металла грунтовой эмалью (с содержанием оксидов никеля или кобальта) на нее уи е наносится основная эмаль любой окраски. Важная область применения стеклоэмалей в качестве электроизоляционных материалов — покрытие трубчатых резисторов. В этих резисторах на наружную поверхность керамической трубки нанесена проволочная обмотка (из нихрома или константана), поверх которой наплавляется слой эмали, создающий изоляцию между отдельными витками обмотки и окружающими предметами и защищающий обмотку от влаги, загрязнения и окисления кислородом воздуха при высокой рабочей температуре (примерно 300 °С), Кроме того, стеклоэмали используются в электроаппаратостроении для получения прочного и нагревостойкого электроизоляционного покрытия на металле, а также для устройства вводов в металлические вакуумные приборы. Стеклоэмали применяются и в качестве диэлектрика в некоторых типах конденсаторов.  [c.165]

Сплав Со—СгзСг содержит 28—32% (об.) включений и имеет плотность 8100, кг/м , микротвердость 4650— 6000 МПа, внутренние напряжения при растяжении 118 МПа [62]. Сцепление данного сплава со сплавами алюминия, нержавеющей сталью и чугуном соответственно 44, 90 и 165 МПа. Сплав заметно начинает окисляться при 650 °С. Уменьшения внутренних напряжений, связанных с включением водорода, можно достигнуть отжигом в течение 1 ч при 300 °С. Некоторые области применения КЭП Со—СгзСг приведены в табл. 20.  [c.186]

В связи с расширением областей применения чугуна в народном хозяйстве в довоенный период с большой остротой встал вопрос о разработке новых марок чугунов со специальными физическими свойствами весьма разнообразного значения. В числе таких марок можно указать, например, чугуны кислотостойкие, щелочеупорные, изпосостопкне, жаростойкие, немагнитные и магнитные и др.  [c.206]

Примерные области применения и условия эксплуатации отлпвок из жаро- Toiii oro чугуна различных марок описаны далее.  [c.122]

Ш а м н Н. А. и М п л ь м а н Б. С., Инструкция по технологии производства высококачественного мо-дифицгрованного чугуна, его основные свойства и области применения, ЦНИИТМАШ, 1944.  [c.252]

Области применения алюминиевого чугуна. Наибольшее применение в промышленности должен получить высокожаростойкий чугун с шаровидной формой графита, легированный 19—25% алюминия, обладающий высокой прочностью при комнатной и повышенных температурах.  [c.220]

Рассмотрены основные технологические операции при изготовлении и ремонте котлов, сосудов и трубопроводов обработка металла в заготовительных цехах, изготовление обечаек путем вальцовки п штамповки, изготовление днищ с помощью штамповки и фланжировки, гибка труб, штамповка отводов, переходов и тройников, вальцовка труб в барабаны котлов. Подробно освещены требования к сварке изделий котлонадзора, а также требования к термической обработке сварных соединений. Приведены данные о материалах, применяемых для изготовления п ремонта объектов котлонадзора. Описаны механические свойства, химический состав и области применения сталей, чугунов и цветных металлов, используемых для котлов, трубопроводов и сосудов.  [c.2]

В зоне низких температур (до 250—230°С) применяются чугунные диафрагмы с залитыми лопатками. В зоне высокого давления и высоких температур применяются литые стальные диафрагмы. ОднакО литые стальные диафрагмы трудно выполнимы в связи с тем, что получается брак от перегорания тонких кромок направляющих лопаток, заливаемых в диафрагму. Большинство отечественных заводов и ино-, странных фирм избегают применения литых стальных диафрагм (известны только отдельные случаи их выполнения). До послелнего-времени большинство диафрагм в зоне высокого давления выполнялось. с наборными лопатками. Однако наборные диафрагмы с цельнофре-зерованными лопатками являются очень дорогостоящими, поэтому с иелью удешевления их турбостроительные заводы переходят на сварные диафрагмы. Следует оговориться, что область применения сварных диафрагм ограничивается конфигурацией канала по высоте. Для каналов, которые образованы кривыми поверхностями, имеющими один или несколько радиусов, изготовление бандажных лент и пробивка в них отверстий для лопаток весьма сложны.  [c.9]

Осн, область применения М,— чёрная металлургия, М. входит в состав всех чугунов и сталей. Его вводят также в состав разл, бронз, манганина и др. нежелеа-рых сплавов. Соединения М. и кремния MngSi п MnSi — высокотемпературные полупроводниковые материалы, последний используется в термоэлементах. Мн. сплавы М. ферромагнитны. Оксид марганца (4-)-) МпО (пиролюзит) используют в произ-ве стекла и в качестве  [c.46]

---

Высокопрочный чугун применение

Сегодня можно видеть в составе технологического оборудования, механизмов и функциональных узлов много различных видов металлов. И большую долю из них занимает именно высокопрочный чугун, как самый подходящий материал для изготовления прочных корпусов и силовых элементов. Этот металл представляет собой углеродистое твердое вещество, в котором содержится шаровидный или сферидальный графит.

За счет такой формы связи между атомами прочны и способны выдерживать колоссальные нагрузки различного рода и происхождения. Именно благодаря повышенной прочности изготовление отливок из высокопрочного чугуна не перестает пользоваться огромнейшим спросом преимущественно в машиностроительной отрасли.

Особенности отливок из высокопрочного чугуна

Главной особенностью изготовления отливок с применением чугуна повышенной прочности заключается в том, что он получается неоднородным по всему объему. Структура отдельных его фрагментов, взятых из разных частей изделия, будет несколько отличаться, но, в общем, везде будет узнаваться единая структура и шаровидность графита. Это феррит или перлит с шаровидным графитом.

Свойства готовой отливки из ВЧШГ напрямую зависят от следующих факторов:

• Скорости отливки, она имеет зависимости с охлаждением и промежуточной кристаллизацией.
• Химического состава. В чугун могут вноситься разные дополнительные компоненты, которые влияют на те или другие характеристики.
• Толщина стенок в отливке.

Так или иначе, готовое изделие отличается высокой механической прочностью именно благодаря свойствам шаровидного графита. Он обладает хорошей ударной вязкостью, что указывает на возможность ковки. Также он обладает временным сопротивлением, относительным удлинением, высокой прочностью на сжатие, устойчивостью к износу и низкой усталостью прочности.

В виду множества положительных качеств, высокопрочный чугун применение себе нашел во многих изделиях. Он активно используется для изготовления труба для транспортировки воды, нефти, газа и других неагрессивных веществ. В машиностроении они используется для изготовления кронштейнов, несущих и силовых деталей.

типов чугуна | Ресурсы для литья металлов

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, орала, 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.

Типы чугуна

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 строительной деятельности было обнаружено новое применение кованого железа. Его высокая прочность на растяжение (сопротивление разрыву при растяжении) делала 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 строительных приложений.

Кованое железо прославилось декоративными элементами. В церквях 15-го и 16-го веков есть прекрасные изделия из кованого железа, изготовленные опытными 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 обрабатывают молотками и инструментами. Имеются 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 сталь и чугун содержат следы углерода и выглядят одинаково, между 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 получают путем плавки металла и заливки его в изложницу.

Серый чугун

Серый чугун характеризуется чешуйчатой ​​формой молекул графита в металле. При разрушении металла 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 износостойкость делает его одним из самых объемных чугунов.

Наши изделия hardscape 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.

Белое железо

При правильном содержании углерода и высокой скорости охлаждения атомы углерода соединяются с железом с образованием карбида железа. Это означает, что в затвердевшем материале практически нет свободных молекул графита.При резке белого чугуна поверхность излома выглядит 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 приведет к быстрому отводу тепла из расплавленного металла из этой конкретной области, в то время как остальная часть отливки будет охлаждаться 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 истирания при скольжении.

Белое и низкотвердое железо подпадают под классификацию сплавов, называемую ASTM A532; «Стандартные технические условия на износостойкие чугуны».

Ковкий чугун

Белый чугун можно переработать в ковкий чугун с помощью процесса термической обработки.Расширенная программа нагрева и охлаждения приводит к разрушению молекул карбида железа, высвобождая свободные молекулы графита в железо. Различные скорости охлаждения и добавление сплавов позволяют получить 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, а не чешуйки 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 образуются 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 разбивается на осколки, мы используем этот материал для изготовления наших чугунных столбов.Ударный профиль из ковкого чугуна делает его хорошим чугуном для блокираторов возле 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 образована 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 и улучшенную пластичность по сравнению с серым чугуном.Микрокристаллическую структуру и свойства можно регулировать путем термообработки или добавления других сплавов.

Резюме составов чугуна

Таблица, разработанная Инженером, показывает различные диапазоны составов для различных типов чугуна:

Чугун | Конструкция машины

---

К чугунам относятся многие металлы, обладающие широким спектром свойств. Хотя чугун часто считается простым металлом для производства и определения характеристик, металлургия чугуна более сложна, чем металлургия стали и большинства других металлов.

И стали, и чугуны в основном состоят из железа с углеродом в качестве основного легирующего элемента. Стали содержат менее 2 и обычно менее 1% углерода; все чугуны содержат более 2% углерода. Два процента — это максимальное содержание углерода, при котором железо может затвердеть как однофазный сплав со всем раствором углерода в аустените. Таким образом, чугуны по определению затвердевают как гетерогенные сплавы и всегда имеют более одного компонента в своей микроструктуре. Помимо углерода, чугуны также должны содержать кремний, обычно от 1 до 3%; таким образом, они на самом деле представляют собой сплавы железо-углерод-кремний.

Высокое содержание углерода и кремния в чугунах придают им отличную литейную способность. Их температуры плавления заметно ниже, чем у стали. Расплавленное железо более жидкое, чем расплавленная сталь, и менее реагирует с формовочными материалами. Образование графита более низкой плотности во время затвердевания делает возможным изготовление изделий сложной формы. Однако чугуны не обладают достаточной пластичностью для прокатки или ковки.

Содержание углерода в железе является ключом к его отличительным свойствам.Осаждение углерода (в виде графита) во время затвердевания противодействует нормальной усадке затвердевающего металла, создавая прочные сечения. Графит также обеспечивает отличную обрабатываемость (даже при износостойких уровнях твердости), гасит вибрацию и способствует смазке изнашиваемых поверхностей (даже в пограничных условиях смазки). Когда большая часть углерода остается в сочетании с железом (как в белом чугуне), присутствие твердых карбидов железа обеспечивает хорошую стойкость к истиранию.

В некоторых случаях микроструктура железа может быть полностью ферритной — той же составляющей, которая делает низкоуглеродистые стали мягкими и легко обрабатываемыми.Но феррит железа отличается, потому что он содержит достаточно растворенного кремния, чтобы устранить характерную липкую природу низкоуглеродистой стали. Таким образом, чугуны, содержащие феррит, не требуют добавок серы или свинца для беспрепятственной обработки.

Поскольку размер и форма отливки определяют скорость ее затвердевания и прочность, при выборе типа чугуна необходимо учитывать конструкцию отливки и соответствующий процесс литья. В то время как большинство других металлов определяется стандартным химическим анализом, один анализ чугуна может дать несколько совершенно разных типов чугуна, в зависимости от литейной практики, формы и размера отливки, все из которых влияют на скорость охлаждения.Таким образом, железо обычно определяется механическими свойствами. Однако для приложений, связанных с высокими температурами или требующих особой коррозионной стойкости, также могут быть указаны некоторые требования к анализу.

Изготовление выкройки больше не является необходимым этапом при производстве чугунных деталей. Многие детали из серого, пластичного и легированного чугуна можно обрабатывать непосредственно из прутка, непрерывно разливаемого до почти чистой формы. Этот метод «детали без рисунка» не только экономит время и затраты на изготовление рисунка, непрерывный чугун также обеспечивает однородно плотную мелкозернистую структуру, по существу свободную от пористости, песка или других включений.Ключи к однородной микроструктуре металла — это ферростатическое давление и контролируемая температура затвердевания, которые являются уникальными для данного процесса.

Для каждого основного типа чугуна существует ряд марок с сильно различающимися механическими свойствами. Эти отклонения вызваны различиями в микроструктуре металла, окружающего графит (или карбидов железа). В одной отливке могут существовать две разные конструкции. Микроструктуру чугуна можно контролировать с помощью термической обработки, но после образования графита он остается.

Марки перлитного чугуна состоят из чередующихся слоев мягкого феррита и твердого карбида железа. Эта слоистая структура, называемая перлитом, является прочной и износостойкой, но при этом вполне поддается механической обработке. По мере того, как слои становятся более тонкими, твердость и прочность железа возрастают. Размер ламинирования можно регулировать термической обработкой или скоростью охлаждения.

Чугун, закаленный пламенем, индукционной закалкой или нагретый в печи с последующей закалкой в ​​масле, содержит мартенситную структуру.В закалке эта структура обеспечивает обрабатываемость с максимальной прочностью и хорошей износостойкостью.

Методы спецификации: Спецификации ASTM для чугунных отливок основаны на методе, отличном от метода SAE. Спецификации ASTM обозначают свойства металла, которые должны быть получены в отдельном литом испытательном стержне соответствующего размера, который разливают в тех же условиях, что и отливки. Спецификации SAE, с другой стороны, требуют, чтобы микроструктура отливки соответствовала указанной марке металла и чтобы твердость каждой отливки в указанном месте находилась в указанном диапазоне.

С коммерческой точки зрения, спецификация ASTM чаще используется для общих инженерных применений, когда прочность железа, необходимая для детали, была установлена. Спецификации SAE обычно используются для больших объемов литых деталей меньшего размера, например, используемых в автомобилях, а также в сельскохозяйственном и холодильном оборудовании. В этих случаях пригодность чугуна определенной марки устанавливается не только по конструктивным соображениям, но и по фактическим эксплуатационным испытаниям; цель спецификации — обеспечить единообразный продукт, сопоставимый с теми, которые, по опыту, признаны удовлетворительными.

Серый чугун: Это перенасыщенный раствор углерода в железной матрице. Избыток углерода выпадает в виде хлопьев графита. Серый чугун обозначается двузначным обозначением; Класс 20, например, определяет минимальную прочность на разрыв 20 000 фунтов на квадратный дюйм. Кроме того, серый чугун определяется поперечным сечением и минимальной прочностью специального испытательного стержня. Обычно поперечное сечение испытательного стержня соответствует или относится к особенно критическому участку отливки.Эта вторая спецификация необходима, потому что прочность серого чугуна очень чувствительна к поперечному сечению (чем меньше поперечное сечение, тем выше скорость охлаждения и выше прочность).

Ударная вязкость серого чугуна ниже, чем у большинства других литых черных металлов. Кроме того, у серого чугуна нет четкого предела текучести (определяемого классическими формулами), и его не следует использовать, когда остаточная пластическая деформация предпочтительнее разрушения. Еще одна важная характеристика серого чугуна, особенно для высокоточного оборудования, — это его способность гасить вибрацию.Демпфирующая способность определяется в основном количеством и типом чешуек графита. По мере уменьшения графита демпфирующая способность также уменьшается.

Высокая прочность на сжатие серого чугуна — от трех до пяти раз превышающая предел прочности — может быть использована в определенных ситуациях. Например, размещение ребер на стороне сжатия пластины вместо стороны растяжения позволяет получить более прочный и легкий компонент.

Серые чугуны обладают отличной износостойкостью. Даже более мягкие марки хорошо работают в определенных пограничных условиях смазки (например, в верхних стенках цилиндров двигателей внутреннего сгорания).

Для повышения твердости серого чугуна при абразивном износе можно добавлять легирующие элементы, использовать специальные методы литья или термообработку чугуна. Серый чугун можно закалить пламенным или индукционным методами, или литейный цех может использовать охлаждение в форме для получения закаленных поверхностей из белого чугуна.

Типичное применение серого чугуна — автомобильные блоки цилиндров, шестерни, маховики, тормозные диски и барабаны, а также основания машин. Серый чугун хорошо используется в машиностроении из-за его хорошей усталостной прочности.

Ковкий чугун: Ковкое железо с шаровидным графитом содержит следовые количества магния, который, реагируя с серой и кислородом в расплавленном чугуне, выделяет углерод в виде небольших сфер. Эти сферы улучшают жесткость, прочность и ударопрочность высокопрочного чугуна по сравнению с серым чугуном. Различные сорта производятся путем контроля структуры матрицы вокруг графита в виде литого или последующей термообработки.

Для обозначения ковкого чугуна используется трехкомпонентная система обозначений.Обозначение типичного сплава 60-40-18, например, определяет минимальный предел прочности на растяжение 60 000 фунтов на квадратный дюйм, минимальный предел текучести 40 000 фунтов на квадратный дюйм и 18% удлинение при 2 дюймах

.

Ковкий чугун используется в таких устройствах, как коленчатые валы, из-за его хорошей обрабатываемости, усталостной прочности и высокого модуля упругости; в сверхмощных передачах из-за высокого предела текучести и износостойкости; и в дверных петлях автомобилей из-за их пластичности. Поскольку ковкий чугун содержит в качестве дополнительного легирующего элемента магний, он прочнее и устойчивее к ударам, чем серый чугун.Но хотя ковкий чугун также имеет более высокий модуль упругости, его демпфирующая способность и теплопроводность ниже, чем у серого чугуна.

По весу отливки из высокопрочного чугуна дороже серого чугуна. Однако, поскольку они обладают большей прочностью и лучшей ударопрочностью, общая стоимость деталей может быть примерно такой же.

Хотя это не новая технология обработки ковкого чугуна, за последние 5-10 лет она стала все более известной инженерному сообществу.В результате аустеперирования структура не такая, как у стали, из-за высокого содержания углерода и кремния в железе. Матричная структура ковкого чугуна после закалки (ADI) отличает его от других чугунов, делая его действительно отдельным классом конструкционных материалов.

Что касается свойств, матрица ADI почти вдвое превосходит обычный ковкий чугун, сохраняя при этом превосходную вязкость. Как и высокопрочный чугун, ADI не является одним материалом; скорее, это семейство материалов, имеющих различные комбинации прочности, ударной вязкости и износостойкости.К сожалению, отсутствие стандартной спецификации материалов ограничило его широкое признание и использование. Чтобы помочь устранить эту проблему, Общество ковкого чугуна предложило спецификации свойств для четырех марок ковкого чугуна после закалки.

В настоящее время ADI применяется в транспортном оборудовании — автомобилях, грузовиках, железнодорожных и военных транспортных средствах. Ожидается, что такие же улучшенные характеристики и снижение затрат сделают эти материалы привлекательными в оборудовании для других отраслей, таких как горнодобывающая промышленность, землеройные работы, сельское хозяйство, строительство и станкостроение.

Белый чугун: Белый чугун получают путем «охлаждения» выбранных участков отливки в форме, что предотвращает осаждение графитового углерода. И серый, и высокопрочный чугун можно охладить, чтобы получить поверхность из белого чугуна, состоящего из карбида железа или цементита, который является твердым и хрупким. Однако в отливках, которые полностью выполнены из белого чугуна, состав железа выбирается в соответствии с размером детали, чтобы гарантировать, что объем вовлеченного металла может затвердеть достаточно быстро, чтобы создать структуру белого чугуна.

Главный недостаток белого чугуна — его хрупкость. Это можно несколько уменьшить, уменьшив содержание углерода или полностью сняв напряжение в отливке для придания сфероидальности карбидам в матрице. Однако эти меры увеличивают стоимость и снижают твердость.

Chills позволяют производить отливки с рабочими поверхностями и сердечниками из белого чугуна, которые являются более прочным и более легким в обработке серым или ковким чугуном. Во время охлаждения та часть отливки, которая должна сопротивляться износу, охлаждается металлическим или графитовым радиатором (охлаждающим элементом) в кристаллизаторе.Когда расплавленное железо контактирует с холодом, оно затвердевает так быстро, что железо и углерод не могут диссоциировать.

Охлаждение не следует путать с закалкой при термической обработке, в которой задействован совершенно другой металлургический механизм. Белое железо, так называемое из-за его очень белого излома, может образоваться только во время затвердевания. Он не размягчается, за исключением продолжительного отжига, и сохраняет свою твердость даже при температуре выше 1000 ° F.

Белый чугун используется в основном для применений, требующих устойчивости к износу и истиранию, таких как футеровка мельниц и сопла для дробеструйной обработки. Другие применения включают железнодорожные тормозные колодки, валки прокатных станов, оборудование для смешивания глины и производства кирпича, а также дробилки и измельчители. Как правило, белый (нелегированный) белый чугун стоит дешевле, чем другие чугуны.

Чугун с компактным графитом: До недавнего времени железо с компактным графитом (CGI), также известное как вермикулярное железо, было в первую очередь лабораторной диковинкой. Он давно известен как промежуточное звено между серым чугуном и высокопрочным чугуном, и каждый из них обладает многими полезными свойствами. Однако из-за трудностей с контролем процесса и необходимости держать добавки сплава в очень жестких пределах, CGI было чрезвычайно трудно успешно производить в промышленных масштабах.Например, если добавление магния изменилось всего на 0,005%, результаты были бы неудовлетворительными.

Проблемы обработки были решены совместными разработками компании Foote Mineral Co. и Британской ассоциации исследований чугуна. Пакет с легирующими добавками содержит основные легирующие ингредиенты — магний, титан и редкоземельные элементы — в точно правильных пропорциях.

Прочность деталей CGI приближается к прочности высокопрочного чугуна. CGI также обладает высокой теплопроводностью, а его демпфирующая способность почти такая же, как у серого чугуна; Сопротивление усталости и пластичность аналогичны свойствам высокопрочного чугуна.Обрабатываемость превосходит чугун с шаровидным графитом, а производительность отливок высока, поскольку характеристики усадки и подачи больше похожи на характеристики серого чугуна.

Сочетание высокой прочности и высокой теплопроводности предполагает использование CGI в блоках двигателей, тормозных барабанах и выпускных коллекторах автомобилей. Пластины шестерен CGI заменили алюминий в шестеренчатых насосах высокого давления из-за способности железа сохранять стабильность размеров при давлениях выше 1500 фунтов на квадратный дюйм.

Ковкий чугун: Ковкий чугун — это белый чугун, который путем двухэтапной термообработки был преобразован в состояние, в котором большая часть углерода содержится в виде графитовых узелков неправильной формы, называемых темперированным углеродом. Полученные свойства противоположны свойствам белого железа, из которого оно получено. Вместо того, чтобы быть твердым и хрупким, он податлив и легко обрабатывается. Отливки из ковкого чугуна обычно стоят немного дешевле, чем отливки из ковкого чугуна.

Три основных типа ковкого чугуна: ферритный, перлитный и мартенситный. Ферритные сорта более поддаются механической обработке и пластичны, тогда как перлитные сорта прочнее и тверже. Обычно мартенситные марки группируются с перлитными материалами; их можно рассматривать как продолжение (в конце диапазона более высокой прочности) перлитного ковкого чугуна.

В отличие от ферритного ковкого чугуна, микроструктура которого не содержит связанного углерода, перлитное ковкое железо содержит от 0,3 до 0,9% углерода в комбинированной форме. Поскольку эта составляющая может быть легко преобразована в самую твердую форму комбинированного углерода путем простого нагрева и закалки, отливки из перлитного ковкого чугуна могут быть выборочно упрочнены. Глубина затвердевания контролируется скоростью подводимого тепла, временем выдержки при температуре и скоростью закалки. Термическая обработка может обеспечить твердость поверхности примерно до C 60 по Роквеллу.

Углерод в ковком чугуне помогает удерживать и хранить смазочные материалы. В условиях экстремального износа перлитная поверхность ковкого чугуна изнашивается на безвредные частицы микронного размера, которые менее опасны, чем частицы железа других типов. Поверхность пористого ковкого чугуна улавливает абразивные частицы, скапливающиеся между поверхностями подшипников. На ковком чугуне могут образовываться полосы желчного пузыря, но истирание обычно не прогрессирует.

Отливки из ковкого чугуна часто используются для изготовления тяжелых опорных поверхностей в автомобилях, грузовиках, железнодорожном подвижном составе, а также в сельскохозяйственной и строительной технике.Марки перлитного класса обладают высокой износостойкостью и имеют твердость от 152 до более 300 Bhn. Однако применение ограничено отливками с относительно тонкими сечениями из-за высокой степени усадки и необходимости быстрого охлаждения для производства белого чугуна.

Высоколегированные чугуны: Высоколегированные чугуны — это ковкие, серые или белые чугуны, содержащие от 3 до более 30% сплава. Свойства, полученные на специализированных литейных заводах, существенно отличаются от свойств нелегированного чугуна. Эти утюги обычно отличаются химическим составом, а также различными механическими свойствами.

Белые высоколегированные чугуны, содержащие никель и хром, образуют микроструктуру с мартенситной матрицей вокруг первичных карбидов хрома. Эта структура обеспечивает высокую твердость при экстремальной износостойкости и стойкости к истиранию. Чугуны с высоким содержанием хрома (обычно около 16%) сочетают износостойкость и стойкость к окислению с прочностью. Железы, содержащие от 14 до 24% никеля, являются аустенитными; они обеспечивают отличную коррозионную стойкость для немагнитных применений. Чугуны с содержанием никеля 35% имеют чрезвычайно низкий коэффициент теплового расширения, а также немагнитны и устойчивы к коррозии.

Чугун | Типы, преимущества, недостатки, использование, свойства

Чугун — это сплав черных металлов, содержащий более 2% углерода. Хотя он может иметь любой процент углерода от 2% до 6,67%, но на практике он составляет всего от 2% до 4%.

Свое название получил благодаря отличным литейным качествам. Он твердый и хрупкий.

Между чугуном и сталью есть принципиальная разница. Сталь содержит менее 1% углерода, а чугун — более 2% углерода.

Другие легирующие элементы, которые обычно используются в нем:

• Марганец : Повышает сопротивление износу и истиранию
• Хром : Повышает прокаливаемость, износостойкость, устойчивость к коррозии и окислению
• Никель : увеличивает прочность на разрыв
• Вольфрам : повышает жаропрочность и жаропрочность
• Молибден : Повышает прокаливаемость
• Ванадий : Повышает прокаливаемость и жаропрочность
• Кремний : Повышает прокаливаемость и удельное электрическое сопротивление
• Алюминий : работает как раскислитель в стали
• Титан : работает как раскислитель стали
• Ниобий : снижает прокаливаемость и увеличивает пластичность, что приводит к увеличению ударной вязкости
• Кобальт : снижает закаливаемость и сопротивляется размягчению при повышенных температурах

Типы чугуна

В приведенной выше таблице вы можете найти состав различных типов чугунов

Ниже приведены некоторые важные его типы

• Серый
• Пластичный
• Графит плотный
• Белый
• Гибкий
• Устойчивость к истиранию
• Узловая или сфероидальная
• аустенитный

Теперь кратко обсудим свойства каждого из них.

1. Белый чугун

Углерод присутствует здесь в виде карбида железа (Fe ₃ C).

Его свойства

• Обладает высокой прочностью на сжатие
• Сложно обработать
• Обладает хорошей твердостью
• Устойчивость к износу

2. Серый чугун

Углерод здесь в основном в форме графита.Стоит недорого.

Его свойства

• Обладает хорошей обрабатываемостью
• Обладает хорошей устойчивостью к истиранию и износу
• Обладает высокой прочностью на сжатие
• Хрупкий

3. Ковкий чугун

Его свойства

• Обладает высокой пластичностью
• Обладает высокой прочностью

4. Ковкий чугун

Они стали пластичными с помощью отжига. Из них изготавливают детали, где ковка стоит дорого, например, опоры тормозов, ступицы колес вагонов и т. Д. Они дорогие.

Его свойства

• Обладают повышенной пластичностью
• Они прочнее серого чугуна
• Их можно перекручивать или сгибать без перелома
• Отличные возможности обработки

5. Чугун с шаровидным графитом или шаровидным графитом

Здесь графит присутствует в виде сфер или конкреций.

Его свойства

• Обладают повышенной прочностью на разрыв
• Обладают хорошими характеристиками удлинения

Преимущества чугуна

• Обладает хорошими литейными свойствами
• Он доступен в больших количествах, следовательно, производится массово. Инструменты, необходимые для процесса литья, относительно дешевы и недороги. Это приводит к низкой стоимости ее продукции.
• Ему можно придать любую сложную форму и размер без дорогостоящих операций механической обработки
• Она имеет в 3-5 раз большую прочность на сжатие по сравнению со сталью
.
• Обладает хорошей обрабатываемостью (серый чугун)
• Обладает отличными антивибрационными (или демпфирующими) свойствами, поэтому используется для изготовления корпусов машин
• Обладает хорошей чувствительностью
• Обладает отличной износостойкостью
• Обладает постоянными механическими свойствами при температуре от 20 до 350 градусов Цельсия
• Обладает очень низкой чувствительностью к метке
• Имеет низкую концентрацию напряжений
• Низкая стоимость
• Обладает прочностью
• Устойчивость к деформации

Недостатки чугуна

• Склонен к коррозии
• Обладает плохой прочностью на разрыв
• Его части чувствительны к сечению, это связано с медленным охлаждением толстых сечений.
• Выход из строя его частей внезапный и полный, не имеет предела текучести.
• Плохая ударопрочность
• По сравнению со сталью хуже обрабатывается
• Обладает высоким соотношением веса к прочности
• Обладает повышенной хрупкостью
• Не обрабатывается (белый чугун)

Применение чугуна

Используется для изготовления следующих вещей

• Используется при производстве труб для транспортировки подходящих жидкостей
• Используется в производстве различных машин
• Применяется в производстве автомобильных деталей
• Используется для изготовления кастрюль, сковород и посуды
• Применяется при постановке якоря для судов.

Источник изображения

Состав

Категория: Наука о производстве Белый чугун

— типы, микроструктура и применение

Наиболее распространенные стойкие к истиранию черные металлы с содержанием углерода более 2 мас.% В форме цементита — это белый чугун . Белая ограненная трещина из-за присутствия цементита — одна из основных характеристик белого чугуна. В промышленности используется много чугунов, каждый из которых имеет определенные характеристики и области применения. Следуйте инструкциям Типы чугуна для понимания.

Микроструктура белого чугуна e Development

Для общего развития микроструктуры в высокоуглеродистом железосодержащем материале и для понимания эффекта равновесного охлаждения и быстрого охлаждения, следуйте инструкциям Развитие микроструктуры в железе . Охлаждение или направленное отверждение оказывает огромное влияние на микроструктуру белого чугуна. Если быстрое охлаждение допускается только на поверхности, то получается чугун с серой структурой (чешуйки графита) в центральной области. Чтобы понять важность затвердевания, просмотрите типы чугуна . Прочитав статью Типы чугуна , вы получите представление о том, насколько простым процессом затвердевания можно создать различные типы чугуна, которые можно использовать для различных приложений.

Здесь мы собираемся подробно обсудить микроструктуру белого чугуна…

Один важный термин, который будет вызывать наибольшую озабоченность, — это Углеродный эквивалент (CE) .В основном, наряду с углеродом, кремний увеличивает процесс графитизации и увеличивает вероятность зарождения графита. Вот почему кремний также рассматривается вместе с углеродом для определения окончательного типа чугуна. Следующая формула CE используется для развития микроструктуры;

Углеродный эквивалент в чугуне

Фазовая диаграмма затвердевания приведена ниже;

Диаграмма фазы развития микроструктуры белого чугуна

Сначала рассмотрим линию S1 , и пройти линию солидуса.Ниже линии солидуса начинаются дендриты аустенита. появляясь в расплавленной ванне железа и углерода. Вокруг этих дендритов область ванны расплава обогащена углеродом. Из-за высокой концентрации углерода и различные оксидные фазы, углерод осаждается в виде хлопьев, а не цементит, который образуется в результате эвтектической реакции. Это зарождение графита Количество хлопьев увеличивается при понижении температуры, в результате чего образуется серый чугун. Чтобы снизить активность углерода и предотвратить зародышеобразование графитовых чешуек после нескольких шаги обычно предпринимаются;

• Увеличение соотношения Mn, Cr и Mo / Si: Увеличение количества легирующих элементов предотвращает активность углерода в жидкой ванне, а также ограничивает осаждение хлопьев. Это способствует образованию карбида.
• Быстрое охлаждение: Это приводит к переохлаждению жидкости в бассейне. При быстром охлаждении температура резко падает и активность углерода снижается. Углерод не успевает образоваться из ванны расплава. Итак, после перехода от линии эвтектики ледибурит (эвтектическая смесь аустенита и цементита) образуется непосредственно из жидкой ванны железа и углерода.
• Давление: Повышение давления всегда сопровождается образованием углеродных чешуек.Применение контроля давления может вызвать эффект охлаждения в толстых отливках для предотвращения образования серого чугуна.

Структура белого чугуна

Окончательная микроструктура белого чугуна выглядит следующим образом;

Микроструктура перлитного белого чугуна

Эта микроструктура изображает перлитную матрицу с непрерывной толстой цементитной матрицей, образованной в результате эвтектической реакции. Наличие толстой сетки является основной причиной хрупкости соответствующей микроструктуры.

Типы белого чугуна

Теперь мы упомянули здесь, что существуют различные механизмы, которые могут создавать микроструктуру белого чугуна , такую ​​как легирование, сверхбыстрое охлаждение и давление. Эти процессы литья оказывают определенное влияние на микроструктуру белого чугуна.

По этим причинам белый чугун делится на две группы;

1. Низколегированный чугун: Чугун с содержанием сплава менее 4%
2. Высоколегированный чугун: Чугун с содержанием сплава более 4%

Низколегированный чугун

Это также называется чугун белый перлитный .Мы упоминали ранее, что при относительно более быстром охлаждении можно предотвратить зарождение углеродных чешуек.

Микроструктура перлитного белого чугуна показана выше.

Перлитная структура также возможна при высокой концентрации сплава. В зависимости от процесса отверждения и состава микротвердость и микроструктура перлитного белого чугуна могут изменяться.

Твердость, достигаемая в обычной песчаной форме и низколегированном чугуне, составляет 350 HV.HV — это испытание на микротвердость по Виккеру, подробные сведения об испытании на микротвердость и способ считывания числа твердости можно найти в Тест твердости по Виккеру . Если вместо песка использовать металлическую форму, эффект охлаждения увеличивается, и перлитные полосы выглядят более тонкими, повышая твердость до 500 HV.

Белый перлитный чугун используется в элеваторах Bucker, как показано на рисунке ниже. Он также используется в сельском хозяйстве из-за низкой стоимости и высокой твердости.

Чугун в кокиль

Литье в кокиль получают путем вставки металлической пластины внутрь песчаной формы для отвода тепла от композиции, содержащей большое количество кремния, чтобы вызвать графитизацию остальной части железа.В результате получается белая оболочка и серый сердечник, обладающие высокой твердостью и вязкостью.

Наиболее распространенное применение Chill casting — молоток, используемый при дроблении угля и цемента. Этот молот используется в дробильных и дробильных установках с молотком, состоящим из белого чугуна, конструкция которого состоит из серого чугуна.

Высоколегированный чугун

Высоколегированный чугун — это термин, обычно используемый для белого чугуна с содержанием сплава более 4%.Литье из таких черных металлов выполняется для материалов с высокой стойкостью к истиранию, таких как детали, необходимые в станках для резки и шлифования.

Микроструктура высоколегированного чугуна — влияние легирующих элементов Микроструктура высоколегированного чугуна

Игольчатая матрица изображает мартенсит . Область рядом с игольчатым мартенситом — остаточный аустенит. Сплошная сеть, показывающая матрицу выше, состоит из карбидов металлов. Эти карбиды могут быть из хрома, ванадия или железа.

Состав сплава имеет различные целей. Просто для понимания, хром добавлен для защиты от коррозии и вторичные карбиды, повышающие твердость. Металлическую матрицу можно регулировать от мягкого к твердому для оптимизации микроструктуры между твердым и жестким литьем утюг.

Подробная информация о влиянии легирующих элементов приведена ниже;

Углерод: С увеличение процентного содержания углерода, процент образования карбида увеличивается, в результате придавая большую твердость.

Никель: Никель способствует мартенситному и бейнитному превращению в матрице белого железа. С перлитной матрицей белый чугун кажется мягким, с лучшей ударной вязкостью и характеристиками поглощения ударов. С добавлением никеля поле графита увеличивается, что приводит к подавлению перлитного образования, что дает высокий процент мартенсита. Если количество никеля велико, образуется больше остаточного аустенита, что приводит к снижению твердости. Оптимальное содержание никеля необходимо для оптимальной стойкости к истиранию и твердости белого чугуна.

Хром: Сплав чугун, где высокая стойкость к истиранию и износу важны, особенно в в таких областях, как дробление и измельчение, хром является важным легирующим элементом дополнение. С добавлением никеля процесс графитации также ускоряется. образование хлопьев с высоким содержанием углерода. Добавление хрома подавляет графитизацию Процесс инициируется за счет добавления никеля и углерода. В основном он существует в карбидные фазы, образующие больше карбидов и, как следствие, повышающие твердость.Соотношение хрома и никеля обычно составляет 1: 2 или 1: 2,5.

Силикон: Силикон является одной из очень важных литейных добавок, повышающих текучесть расплава а также удаляет поглощенный кислород из расплава. Он действует как окислитель и удаляет весь поглощенный кислород, тем самым устраняя важные дефекты литья, но также сильно графитизирован. С добавлением силикона шансы графита увеличивается образование чешуек и, тем самым, снижается износостойкость белого чугун. Таким образом, кремний следует добавлять до минимального уровня, чтобы кремний выполнять свои обязанности по литью и не допускать, чтобы он был промоутером хлопьев.

Марганец: Марганец Добавка улучшает раскисление, а также закаливаемость белого чугуна. Улучшение прокаливаемости не наравне с никелем, но, тем не менее, дает результат. Его следует добавлять до минимального уровня 0,5%.

Молибден: It добавляется для общего улучшения мартенситного образования в центре отливки вместе с никелем. Он существует в основном с карбидными фазами и способствует упрочнению. конструкция в центре отливки.

Медь: Прокаливаемость также улучшается добавлением меди, но улучшение вдвое меньше, чем Никель. Он также может сделать белое железо хрупким из-за образования игольчатых осаждается после реакции с кислородом.

Эта добавка для легирования делит высоколегированный белый чугун на две группы;

Сера и фосфор: Они также снижают стойкость к истиранию, и их следует поддерживать на минимальном уровне.

Белый мартенситный никелевый чугун

ASTM A532-I — это класс мартенситного никелевого белого чугуна.В низколегированном белом чугуне матрица выполнена из перлита. Перлит относительно мягкий и имеет низкую износостойкость. Для увеличения износостойкости белого чугуна перлитная матрица смещается в мартенсит за счет введения в нее никеля и хрома. Никель добавляется в количестве 5-8 мас.%. Никель не участвует в карбидообразовании; он просто задерживает образование перлита и расширяет аустенитное поле, уменьшая вероятность образования перлита. Конечная микроструктура содержит карбидные фазы, внедренные в мартенситную и остаточную аустенитную матрицу.

Эти типы белого чугуна также называют никелево-твердыми.

Этот тип микроструктуры имеет твердость по Виккеру 550HV 30. При отпуске при температуре 275 ͦC остаточный аустенит распадается на нижний бейнит, повышая твердость микроструктуры еще на 100HV30. При использовании металла вместо песчаной формы получается более мелкая мартенситная микроструктура с твердостью на 50HV30 по Викеру выше, чем у обычных.

Никелевый твердый чугун имеет следующий состав;

Мин.4 механический твердый, белый свойства приведены ниже;

	C	Mn	Si	Mo	Cr			1,33		3,3
Макс.%	3,6	2	0,8	4	1,4	5

Коэффициент теплового расширения Коэффициент теплового расширения — 8.1

Плотность (г / см3)	7,6 — 7,8
Теплопроводность (Вт / мK)	15-30
Температура плавления (F)	2300 F
Модуль упругости (ГПа)	169 — 183

Поперечная прочность (МПа)

Прочность на разрыв в литом состоянии (МПа)	280 — 350
Твердость (HV)	450 — 550

Мартенситный хром Белый чугун 9017 там, где требуется высокая стойкость к истиранию, например, мельницы, формы для кирпича, пресс-формы и оборудование для дробеструйной обработки, а также горнодобывающее оборудование, использование высокохромистых материалов. используется белый чугун.В этих приложениях высокая стойкость к истиранию и требуется небольшая прочность, чтобы противостоять ударной нагрузке. Белый с высоким содержанием хрома чугун — лучшее сочетание устойчивости к истиранию и прочности.

Хром изменение содержания и термическая обработка могут использоваться для регулировки механического свойств, поскольку существует компромисс между износостойкостью и ударной вязкостью чугун.

Стандарт ASTM A 532 имеет два установленных стандарта для состава и твердости. ASTM A 532 класс — II распространяется на хромомолибденовые чугуны.

Добавленное содержание хрома увеличивает концентрацию карбида, тем самым повышая твердость. У них самая высокая твердость среди всего белого чугуна.

Хромированный белый чугун;

Мин. 9068 мин.

	C	Mn	Si	Mo	Cr
Макс.%	3.3	1,3	1	3,5	17

Молибден добавление улучшает закаливаемость матрицы, тем самым улучшая сопротивление истиранию. При более низком содержании хрома коррозионная стойкость чуть больше, чем ниже упомянул хромовый сплав железа.

Свойства хромового сплава железа следующие;

9017e 9017e Co 13 550

Плотность (г / см3)	7,6 — 7,8
Теплопроводность (Вт / м · К)	15-30
Температура плавления (F)	2300 F
Поперечная прочность (МПа)	938
Твердость литого
Твердость (шаг затвердевания) (HV)	600-650

Самый высокий распространенные применения этого класса чугуна — футеровка фрезерных станков, дробь дробеструйная дробь и шламовые насосы.Валковая дробилка также очень распространена. применение в цементной промышленности.

ASTM Класс — III стандарт представляет этот класс белого чугуна. Из-за очень высокого содержания хрома коррозионная стойкость этого вида белого чугуна очень высока. Благодаря высокому содержанию хрома возможна прочная матрица и очень устойчивый к истиранию белый чугун.

Белый чугун с высоким содержанием хрома имеет следующий состав;

%

	C	Mn	Si	Mo	Cr
5				23
Макс%	3,3	1	1,5	2,1	28

Свойства хрома следующие;

9065 Коэффициент теплового расширения

Плотность (г / см3)	7,6
Теплопроводность (Вт / мК)	15-30
Температура плавления (F)	2300 F
Поперечная прочность (МПа)	938
Твердость в литом состоянии (HV)	450–9 550	450-99 Твердость (шаг затвердевания) (HV)	600 — 650

Сравнение свойств белого чугуна и остального чугуна можно изучить в типах чугуна. Вы можете следить за Cast Iron в Википедии для получения подробной информации о режиме.

F.A.Q

Можно ли сваривать белый чугун?

Белый чугун содержит прочную непрерывную сеть трудно свариваемых карбидов. Сварка белого чугуна обычно не рекомендуется. В составе белого чугуна также присутствует мартенсит. Эта комбинация карбидов и различных фаз твердой матрицы склонна к тепловому растрескиванию. Сварка и немедленное охлаждение приводят к образованию трещин в чугуне, поэтому белый чугун для сварки не рекомендуется.
Ниже приведены общие методы ремонта белого чугуна;
— Добавление сварочных вставок
— Добавление вставок спиралей Heli
— Болтовое соединение
— Эпоксидное покрытие

Почему белый чугун твердый и хрупкий?

Белый чугун чрезвычайно твердый и хрупкий. Ответ кроется в его микроструктуре. Микроструктура состоит из толстой непрерывной сетки карбидов, внедренных в перлитную или мартенситную матрицу. Эта карбидная сетка чрезвычайно тверда и сопротивляется любой пластической деформации.Это основная причина твердости и хрупкости белого чугуна. Когда трещина образуется внутри карбидной сетки, трещина течет немедленно, и никаких других микротрещин не возникает. Вот почему поверхность расколотого белого чугуна кажется белой.

Как производится белый чугун?

Чугун чаще всего получают методом литья. Другие методы производства включают механическую обработку. Поскольку чугун чрезвычайно твердый и хрупкий, его нельзя формовать в твердой форме.Единственный возможный способ придать форму белому чугуну — это отлить материал определенной формы.

Белое железо оставляет пятна на раковине?

Так как белый чугун непористый благодаря литью. Полированная эмаль из белого железа делает поверхность чрезвычайно блестящей. Благодаря ровной поверхности и отсутствию пористости пятна можно легко удалить, поскольку они не задерживаются внутри материала. Поверхность хорошо очищается.

Области применения белого чугуна

Общие области применения:

• Перекачивание земснаряда
• Нефтяной песок Области применения
• Детали горнодобывающей дробилки
• Футеровка шаровой мельницы
• Валковая дробилка
• Футеровка дробилки
• Решетки для дробеструйной очистки
• Подъемные штанги

Перламутр

Чугун, состоящий из чугуна с содержанием углерода более 2%, 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 и сельскохозяйственных продуктов. С тех пор этот вид металла 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 вид серого чугуна — графитовая микроструктура, состоящая из множества мелких трещин. Он называется «серый чугун», потому что наличие этих небольших 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 имеет такую ​​же прочность 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 содержит 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 в его состав входят следовые количества 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

Наконец, ковкий чугун, который легко «обрабатывается».«Обычно он создается с использованием процессов термообработки белого чугуна. Белый чугун нагревается до двух дней, после чего охлаждается. После обработки ковкий чугун можно гнуть и манипулировать им для получения уникальных форм и размеров.

Нет тегов для этого сообщения.

Чугун

Чугун

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

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

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

Белый чугун твердый и хрупкий; их нелегко обработать.

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

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

Чешуйки графита обладают хорошими демпфирующими характеристиками и хорошей обрабатываемостью (потому что графит действует как стружколом и смазывает режущие инструменты. В приложениях, связанных с износом, графит полезен, потому что он помогает удерживать смазку. Однако чешуйки графита также являются концентраторами напряжений, что приводит к плохой вязкости. Рекомендуемое прилагаемое напряжение растяжения составляет лишь четверть его фактического предела прочности на разрыв.

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

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

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

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

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

Серый чугун, Fe-3.2C — 2,5Si мас.%, Содержащий чешуйки графита в перлитной матрице. Пятнистые белые области представляют собой фосфидную эвтектику. Офорт: Nital 2%	Серый чугун, Fe-3,2C-2,5Si мас.%, Содержащий чешуйки графита в перлитной матрице. Пластинчатая структура перлита может быть разделена на вид, состоящий из чередующихся слоев цементита и феррита. Пятнистые белые области представляют собой фосфидную эвтектику. Офорт: Nital 2%

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

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

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

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

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

Ковкий чугун в литом состоянии. Конкреции графита, перлита (темные островки) и феррита (светлый фон).Офорт: Nital 2%	Ковкий чугун в литом состоянии. Конкреции графита, перлита (темные островки) и феррита (светлый фон). Офорт: Nital 2%
Аустенитизированная 950C, аустенитная 350C в течение 64 мин.	Аустенитизировано при 950 ° C, аустенизировано при 350 ° C в течение 64 мин.

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

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

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

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

Чугун

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

Чугун Blackheart.	Чугун Blackheart. Офорт: Nital 2%

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

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

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

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

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

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

жетон полпенни Коулбрукдейла, 1792 год

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

Токен предоставлен Майклом Куком.

III

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

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

Следующие фотографии любезно предоставлены Джимом Чарльзом.

Древние украшения из чугуна

Старинные украшения из чугуна

Узоры в чугунных деталях и окружающей среде

Фотографии любезно предоставлены Мэтью Питом

Чугун, Буэнос-Айрес, Аргентина

Puerot Madero, Буэнос-Айрес, Аргентина	Puerot Madero, Буэнос-Айрес, Аргентина.Массивные чугунные причалы украшают берег, сделанные на литейном заводе в Кардиффе, Уэльс, Великобритания	Puerot Madero, Буэнос-Айрес, Аргентина. Массивные чугунные причалы украшают берег, сделанные на литейном заводе в Кардиффе, Уэльс, Великобритания
Puerot Madero, Буэнос-Айрес, Аргентина	The Bridge of Woman (Puente de La Mujer), Буэнос-Айрес, Аргентина

Чугунные ворота дворца Гуэля работы Гауди в Барселоне

Следующие фотографии любезно предоставлены Франсиской Кабальеро и Карлосом Капдевилой Монтес.

Рецензия на книгу о чугунных изделиях, содержащих редкие земли.

Графитизация

Металлография чугунов.

Влияние титана на механические свойства и микроструктуру серого чугуна для автомобильной промышленности

1.

А. Полак, Дж. Гржибек, Механизм изменения поверхностного слоя автомобильного тормоза из серого чугуна, Mater .Res. , 2005 г., DOI: 10.1590 / S1516-14392005000400020

Google ученый

2.

D.S. Gahle, V.D. Вакчауре, Уменьшение визга тормозов за счет оптимизации материала тормозного диска с учетом тормозного давления в качестве параметров, Int. J. Sci. Res. Dev. , 2013, 2 (9), стр. 761–763

Google ученый

3.

Д.К. Бартон, Моделирование материалов для автомобильной тормозной системы, Int.Mater. Ред. , 2004, 49 (6), стр. 379–385

Статья Google ученый

4.

Р.Л. Хетчт, Р. Sci. , 1999, 34 , р 4775–4781

Артикул Google ученый

5.

О.Maluf, M. Angeloni, D.B.V. Кастро, W.W. Бозе Филью, Д. Спинелли и C.O.F.T. Рукерт, Влияние легирующих элементов на температуропроводность серого чугуна, используемого в автомобильных тормозных дисках, J. Mater. Англ. Выполнить. , 2009, 18 , р. 980–984

Статья Google ученый

6.

О. Малуф, М. Ангелони, М.Т. Милан, Д. Спинелли и W.W.B. Филхо, Разработка материалов для автомобильных дисковых тормозов, Minerva Pesquisa e Tecnologia, http: // www.researchgate.net/publication/237710289_DEVELOPMENT_OF_MATERIALS_FOR_AUTOMOTIVE_DISC_BRAKES,2004. Доступ 18 февраля 2015 г.

7.

J.R. Davis, ASM Speciality Handbook: Cast Irons , American Society for Metals, Materials Park, 1996, p 40–44

Google ученый

8.

Л. Коллини, Г. Николетто и Р. Конечна, Микроструктура и механические свойства перлитного серого чугуна, Mater. Sci. Англ. A , 2008, 488 (1–2), p 529–539

Статья Google ученый

9.

Т. Мураками, Т. Иноуэ, Х. Шимура, М. Накано и С. Сасаки, Демпфирующие и трибологические свойства чугуна Fe-Si-C, полученного с использованием различных термических обработок, J. Mater. Sci. Англ. A , 2006, 432 , p 113–119

Статья Google ученый

10.

И. Рипосан, М. Чисамера, С. Стэн, Э. Стефан и К. Хартунг, Трехступенчатая модель зарождения графита в сером чугуне, Mater. Sci. Technol. , 2010, 26 (12), стр. 1439–1447

Статья Google ученый

11.

I. Riposan, M. Chisamera, S. Stan, E. Stefan и C. Hartung, Роль лантана в зародышеобразовании графита в сером чугуне, Key Eng. Mater. , 2011, 457 , стр. 19–24

Артикул Google ученый

12.

Э. Мумени, Д.М. Стефанеску, Н. Тидже, П. Ага и Дж. Хаттель, Исследование влияния серы и титана на микроструктуру железа с пластинчатым графитом, Metall. Mater. Пер. A , 2013, 44A , p 5134–5146

Артикул Google ученый

13.

А. Зоммерфельд и Б. Тонн, Зарождение графита в расплавах чугуна в зависимости от марганца, серы и кислорода, Int. J. Cast Met. Res. , 2008, 21 (1–4), стр. 23–26

Статья Google ученый

14.

H.M. Мухмонд и Х. Фредрикссон, Связь между модификаторами и морфологией MnS и графита в сером чугуне, Metall. Mater. Пер. B , 2013, 44B , p 283–298

Артикул Google ученый

15.

г. Гудрич, Т. Оквуд, Р. Б. Гундлах, Влияние серы и марганца-серы в сером чугуне, Trans. Am. Foundry Soc. , 2003, 111 , стр 783–812

Google ученый

16.

Э. Фрас, М. Горный, Механизм влияния растворенной серы на переход от графитовой эвтектики к цементитовой эвтектике в чугуне, Key Eng. Mater. , 2011, 457 , стр 137–142

Статья Google ученый

17.

Б.Дж. Чапман и Г. Маннион, Чугун с титановыми подшипниками для автомобильных тормозов, Foundry Trade J. , 1982, 25 , стр. 232–246

Google ученый

18.

«Технические условия на материалы, серый чугун», WSD-M1A288-A1 / A5, Ford Motor Company, 2002

19.

G. Cueva, A. Sinatora, W.L. Гэссер, А.П. Чипчин, Износостойкость чугуна, используемого в роторах тормозных дисков, Wear , 2003, 255 , стр. 1256–1260

Article Google ученый

20.

А. Анкамма, Влияние микроэлементов (бора и свинца) на свойства серого чугуна, J. Inst. Англ. (Индия) , 2014, 95 (1), стр. 19–26

Google ученый

21.

А. Диосеги, Л. Элмквист, Дж. Орлениус и И. Дугич, Образование дефектов в отливке из серого чугуна, Int. J. Metalcast. , 2009, 3 (4), p 49–58

Статья Google ученый

22.

Ф. Уилберфорс и И.Л. Свенссон, Влияние азота и модифицирования на свойства при растяжении и микроструктуру чугуна с пластинчатым графитом, Key Eng. Mater. , 2010, 457 , p 114–119

Статья Google ученый

23.

К. Умезурик и В.О. Онче, Экспериментальный анализ пористости отливок из серого чугуна, Glob. J. Res. Англ. , 2010, 10 (7), стр 65–70

Google ученый

24.

M.C. МакГрат, В. Ричардс и Т.В. Аниш, Влияние азота, титана и алюминия на микроструктуру серого чугуна, Trans. Am. Foundry Soc. , 2009, 117 , п. 497–505

Google ученый

25.

С.Н. Леках, В. Ричардс, Д. Медведева, Дж. М. Мерфи, Влияние легирующих элементов на естественное старение серого чугуна, Trans. Am. Foundry Soc. , 2011, 119 , стр. 379–388

Google ученый

26.

В.Л. Ричардс, В. Thottathil, S. Lekakh, D.C. Van Aken, Исследование кинетики возрастного упрочнения серого железа, Int. J. Metalcast. , 2008, 2 (1), стр. 7–16

Статья Google ученый

27.

“Keildruckprüfung”, P 340 Standard, VDG-Merkblatt, 2009

28.

Y. Lemer, Титан в быстроохлаждаемом гиперэвтектическом сером чугуне, J. Mater. Англ. Выполнить. , 2003, 12 (2), стр. 141–146

Статья Google ученый

29.

«Стандартный метод испытаний для оценки микроструктуры графита в чугунных отливках», A247-10, Книга стандартов, том 01.02, 2015 г.

30.

З. Морита и К. Кунисада, Растворимость азота и равновесие при образовании нитрида титана Реакция в жидких сплавах Fe-Ti, Tetsu Hagane , 1977, 63 (10), стр. 1663–1671 (на японском языке)

Google ученый

31.

А.Я. Стомахин, Е.В. Лысенкова, Коэффициент активности титана в расплавах на основе железа в условиях нитридообразования / растворения // Журн.Металл. (Engl. Transl.), 2013, 2013 (11), стр. 834–839

32.

Чжай Чж., Ху Х. Влияние азота на матричную структуру серого чугуна // Acta Metall. Грех. (Engl. Lett.), 1993, 6 (6), p 370–372

33.

R.H. Heine, C.R. Looper, On Dendrites and Eutectic Cells in Gray Iron, Mod. В ролях. , 1969, 56 (4), стр 185–191

Google ученый

34.

Элмквист Л. и П.А. Сонаван, О связи между первичными и эвтектическими структурами затвердевания в сером чугуне, IOP Conf.Сер. , 2011 г., DOI: 10.1088 / 1757-899X / 27/1/012060

Google ученый

35.

A. Diószegi, K.Z. Лю, И. Свенссон, Прививка первичного аустенита в серый чугун, Int. J. Cast Met. Res. , 2007, 20 (2), стр. 68–72

Статья Google ученый