Прочность белого чугуна: Чугун необычной прочности

Чугун необычной прочности

«Крепка как сталь». Сколько раз вы слышали такое? Но ни разу не слышали: «Крепок как чугун». Многовековая история чугуна привела металлургов, литейщиков и конструкторов к убеждению, что чугун хорошо воспринимает лишь сжимающие нагрузки. Он хорошо работает на сжатие. Там же, где нужна высокая прочность при растяжении, чугун непригоден. Причина малой прочности чугуна объясняется его природой. Ведь чугун отличается от стали более высоким содержанием углерода. В железе же растворяется лишь часть его. Остальное количество образуют графитовые включения. В структуре обычного серого чугуна эти включения выглядят как удлиненные пластинки, разрезающие железную основу (рис. 13,а). Они хорошо видны под микроскопом. Включения пластинчатого графита можно уподобить трещинам в металле, заполненным мягким материалом — графитом. Включения графита и являются концентраторами напряжений. Стоит появиться растягивающему усилию, как чугунные изделия легко разрываются.

И причиной такой слабой прочности являются включения пластинчатого графита.

А нельзя ли эти включения графита уменьшить в размерах? Придать им не удлиненную (вытянутую) форму, а сделать эти включения более компактными? Приблизить их к сферической форме?

Ковкий чугун, который не куется. Опыт показал, что если изделие отлить из белого чугуна (в котором весь углерод находится в связанном состоянии в виде карбида железа) и затем эту отливку подвергнуть длительному отжигу при высокой температуре (выше 1000° С), то включения графита принимают совсем иную форму. Форма их становится хлопьевидной (рис. 13,6). Эти включения более компактны, они меньше надрезают металлическую основу, и такой чугун оказывается значительно более прочным. Он уже может работать на растяжение. Такой чугун называют «ковким», хотя в действительности он еще не настолько пластичен, чтобы его можно было ковать.

Теперь сделаем количественное сравнение. Прочность при растяжении измеряется в килограммах, отнесенных к одному квадратному миллиметру сечения. Представим себе проволоку сечением 1 мм². Подвесим один конец ее к потолку, а к спущенному вниз концу будем подвешивать грузы. Какой максимальный груз выдержит проволока прежде чем разорвется? Проволока из чистого железа выдерживает примерно 25, а стальная до 70 кгс/мм

2.

Серый чугун, как мы уже говорили, на растяжение работает плохо и выдерживает лишь 12—15 кгс/мм². А вот ковкий чугун оказывается прочнее — он может выдержать от 30 до 60 кгс/мм². Но ковкий чугун дорог. Дорог из-за того, что отлитые детали нужно еще запаковать в ящики, пересыпать их либо коксиком, либо рудой, погрузить в печь и выдержать их при температуре 950—1050° С в течение по крайней мере суток. Раньше цикл отжига длился 4—5 суток. Теперь его сумели сократить до 24—20 ч, но и это значительно удорожает чугун.

Чугун прочнее стали? За счет чего выросла в 2— 3 раза прочность ковкого чугуна? Только за счет изменения формы графитовых включений. Вместо длинных пластинок углерод после отжига белого чугуна принял более компактную форму (в виде хлопьев), размеры их значительно уменьшились по сравнению с размерами пластинок углерода в сером чугуне.

А нельзя ли размеры включений углерода сделать еще меньшими, а форму их — еще более компактной?

Оказалось и это возможно. Достичь этого удалось модифицированием чугуна, т. е. введением в жидкий чугун небольших добавок таких веществ, которые обеспечивают выделение графита в чугуне в виде крошечных шариков (рис. 13, в). Чугун с Шаровидным графитом получается при вводе в него магния, церия, иттрия, бария. Способствуют этому кремний, кальций и некоторые другие элементы.

Чугун с шаровидным графитом произвел целую революцию в литейном производстве. Его прочность увеличилась до небывалых размеров — от 40 до 120 кгс/мм². Этот поистине высокопрочный чугун превзошел обычную углеродистую сталь и успешно конкурирует с низколегированной сталью.

Высокопрочный чугун, к тому же, дешевле ковкого чугуна и стали.

Расшифровка обозначений марок сталей и чугунов.

     Чугун  –  сплав  железа  с  углеродом,  содержащий  более  2,14% углерода, постоянные примеси. Они мало  пластичны, не прокатываются  и не  куются. Чугуны  обладают пониженной температурой плавления и хорошими литейными свойствами. За  счет  этого  из  чугунов  можно  делать  отливки  значительно  более  сложной  формы, чем из сталей. 

Разновидности чугунов:

   В  зависимости  от  того,  какой  формы  присутствует  углерод  в  сплавах различают белые, серые, ковкие и высокопрочные чугуны. 

• Белый чугун
  – Такое название он получил по виду излома, который имеет матово-белый цвет. Весь углерод в этом чугуне находится в связанном состоянии в виде  цементит. Белые чугуны имеют большую твердость (НВ 450-550) и , как  следствие этого, они очень хрупкие и для изготовления деталей машин не  используются.   

         Высокая твердость белого чугуна обеспечивает его износостойкость, в том числе и при воздействии агрессивных сред. Это                         свойство  учитывают при изготовлении из него поршневых колец. Однако белый чугун применяют  главным образом для отливки                 деталей на ковкий чугун, поэтому его  называют передельным.

• Серый чугун – В сером чугуне углерод находится в виде графита пластинчатой формы. Серые чугуны маркируются сочетанием букв «С»  –  серый, «Ч»-  чугун  и  цифрами, которые обозначают   временное сопротивление разрыву при растяжении в Мпа.
• Высокопрочный чугун – Отличительной особенностью      высокопрочного чугуна являются его высокие   механические   свойства, так как структура углерода в нем – шаровидный графит.  Это повышает прочность чугуна и позволяет получить сплавы с достаточно высокой пластичностью и вязкостью.

  Обозначение марки включает буквы «В» – высокопрочный, «Ч» – чугун и цифры, обозначающие временное сопротивление разрыву при растяжении в Мпа.

• Ковкий чугун – Ковкими называют чугуны, в которых графит имеет хлопьевидную форму. Несмотря на свое название, они никогда не подвергаются ковке. Конфигурация детали из ковкого чугуна определяется формой отливки. Ковкие  чугуны  маркируют  «К»  –  ковкий,  «Ч»  –  чугун  и  цифрами. 

Первая группа цифр – показывает  предел прочности чугуна  при  растяжении,  МПа: 

Вторые – относительное удлинение при разрыве в %.

Чугуны со специальными свойствами.

В зависимости от назначения различают износостойкие, антифрикционные, жаростойкие и коррозионностойкие чугуны.

Износостойкие (антифрикционные ) чугуны. 

Обозначают сочетанием букв АЧС, АЧК, АЧВ. Буквы С, К, В обозначают вид чугуна: серый, ковкий, высокопрочный. Цифра обозначает номер чугуна.

Для легирования антифрикционных чугунов применяют хром, никель, медь, титан.

Жаростойкие и жаропрочные

чугуны.

Обозначают набором заглавных букв русского алфавита и следующими за ними букв. Буква «Ч» – чугун. Буква «Ш», стоящая в конце марки означает шаровидную форму графита. Остальные буквы означают легирующие элементы, а числа, следующие за ними, соответствуют их процентному содержанию в чугуне.

Жаростойкие чугуны применяют для изготовления деталей контактных аппаратов химического оборудования, работающих в газовых средах при 0 температуре 900-1100 С.

Коррозионностойкие чугуны.

Коррозионностойкие чугуны, обладают высокой стойкостью в газовой, воздушной и щелочных средах. Их применяют для изготовления деталей узлов трения, работающих при повышенных температурах.

Примеры обозначения и расшифровки:

1.  СЧ15   –   серый   чугун, временное сопротивление при  растяжении 150Мпа.

2.  КЧ45-7  –   ковкий  чугун,  временное  сопротивление  при растяжении 450Мпа, относительное удлинение 7%.

3.  ВЧ70      –   высокопрочный чугун, временное сопротивление при растяжении 700 МПА

4.  АЧВ – 2 – антифрикционный высокопрочный чугун, номер 2.

5.  ЧН20Д2ХШ –  жаропрочный  высоколегированный чугун, содержащий никеля 20%, 2% меди, 1% хрома, остальное –  железо, углерод, форма графита – шаровидная

6.  ЧС17  –   коррозионностойкий  кремниевый  чугун,  содержащий  17% кремния, остальное –железо, углерод.

Определение :

Сталь –  сплав железа с углеродом, содержащий углерода не более 2,14%, а также ряд других элементов.

Классификация: 

Для правильного прочтения марки необходимо учитывать ее место в

классификации стали по химическому составу, назначению, качеству, степени раскисления.

– По химическому составу стали подразделяют на углеродистые и легированные.

– Стали по назначению делят на конструкционные, инструментальные и стали специального назначения с особыми свойствами.

– Стали по качеству классифицируют на стали обыкновенного качества, качественные, высококачественные и особо                             высококачественные.

– Классификация по степени раскисления. Стали по степени раскисления классифицируют на спокойные, полуспокойные и кипящие .

Таблица 1. – Классификация сталей

Стали по химическому составу
Углеродистые			Легированные
низкоуглеродистые (до 0,25% С),   среднеуглеродистые (0,25-0,6% С высокоуглеродистые (более  0,6% С)			низколегированную (с суммарным содержанием легирующих элементов до 2,5%), среднелегированную (от 2,5до 10%) и высоколегированную (свыше 10%).
По назначению
инструментальные		конструкционные
По качеству (содержанию вредных примесей)
Обыкновенного качества содержат до 0,06% S и 0,07% Р	Качественные до 0,035% S и 0,035% Р			Высококачествен- ные  не более 0,025% S и 0,025% Р	Особо высококачествен- ные  не  более  0,015%  S и 0,025% Р

 

Конструкционные стали – стали, предназначенные для изготовления различных деталей, узлов механизмов и конструкций.

    Инструментальные стали – стали, применяемые для обработки материалов резанием или давлением, а также для изготовления измерительного инструмента.

Специальные стали — это высоколегированные (свыше 10%) стали, обладающие особыми свойствами – коррозионной стойкостью, жаро – стойкостью, жаропрочностью, износостойкостью и др

Углеродистые стали

К углеродистым  сталям относят стали, не содержащие специально введенные легирующие элементы.

Конструкционные углеродистые стали.

Стали  углеродистые  обыкновенного  качества  (сталь  с  достаточно высоким содержанием вредных примесей S  и P) обозначают согласно ГОСТ 380-94.

Эти наиболее  широко  распространенные  стали  поставляют  в  виде проката  в  нормализованном  состоянии  и  применяют  в  машиностроении, строительстве и в других отраслях.

Углеродистые  стали  обыкновенного  качества  обозначают  буквами:

Ст  и  цифрами  от  0  до  6.   Цифры — это  условный  номер  марки.  Чем  больше число, тем больше содержание углерода, выше прочность и ниже пластичность.

Перед символом Ст указывают группу гарантированных свойств: А, Б,В.  Если указание о группе отсутствует, значит предполагается группа  А.

Например, СТ3; БСт4; ВСт2.

Сталь  обыкновенного  качества  выпускается  также  с  повышенным содержание  марганца  (0,8-1,1%  Mn)/  В  этом  случае  после  номера марки добавляется буква Г.   Например, БСТ3Гпс.

 После номера  марки стали указывают степень  раскисления:  кп – кипящая, пс – полуспокойная, сп – спокойная сталь.  

    Например, ВСт3пс.

Таблица 2. – Структура обозначения углеродистых сталей.

Группа стали	Обозначение	Номер стали	Степень раскисления	Категория
А	Ст	0	–	1, 2, 3
		1, 2, 3, 4	кп, пс, сп
		5, 6	пс, сп
Б	БСт	1, 2, 3, 4	кп, пс, сп	1, 2
		5, 6	пс, сп
В	ВСт	1, 2, 3, 4	кп, пс, сп	1, 2, 3, 4, 5
		5	пс, сп

 

Таблица 3. –Значение букв и цифр, употребляющихся при маркировке сталей обыкновенного качества.

Обозначение	Расшифровка обозначения
А	Группа сталей, поставляемая с гарантированными механическими свойствами. Обычно при обозначении сталей букву  А опускают.
Б	Группа сталей, поставляемая с гарантированным химическим составом.
В	Группа сталей, поставляемая с гарантированными химическими и механическими свойствами.
Ст	Сокращенное обозначение термина «сталь»
0 – 6	Условные марки стали.
Г	Наличие буквы Г после номера стали означает повышенное содержание марганца.
Кп	Сталь «кипящая», раскисленная только ферромарганцем.
Пс	Сталь «полуспокойная», раскисленная ферромарганцем и алюминием.
Сп	Сталь «спокойная», то есть полностью раскисленная.

 

Примеры обозначения и расшифровки:

1. БСТ2кп –  сталь конструкционная углеродистая обыкновенного качества, группы  Б, поставляемая с гарантированным химическим составом, номер 2,  кипящая.

2. СТ5Гпс –  сталь конструкционная обыкновенного качества , группы , поставляемая с гарантированными механическими свойствами, номер 5, содержание марганца до 1%, полуспокойная.

3. ВСт3сп – сталь конструкционная углеродистая обыкновенного качества, группы  В, поставляемая с гарантированным химическим составом и механическими свойствами, номер 3,  спокойная.

Обозначение углеродистых качественных конструкционных сталей

Качественная конструкционная сталь – сталь с заметно меньшим содержанием серы, фосфора и других вредных примесей. Обозначается согласно ГОСТ 1050-88.

Сталь  маркируют  двузначными  числами,  которые  обозначают  содержание углерода в сотых долях процента, и поставляют с гарантированными показателями  химического  состава  и  механических  свойств.  По  степени раскисления  сталь  подразделяют  на  кипящую  (кп),  полуспокойную  (пс), спокойную  (без  указания  индекса).  Буква  Г  в  марках  сталей  указывает  на повышенное содержание марганца (до 1%).

Примеры обозначения и расшифровки

1. Сталь 05кп –сталь конструкционная низкоуглеродистая, качественная, содержащая углерода 0,05%, кипящая.

2. Сталь  25  –  сталь  конструкционная  низкоуглеродистая, качественная содержащая углерода 0,25%, спокойная.
3. Сталь 60Г  –  сталь конструкционная среднеуглеродистая,  качественная, содержащая углерода 0,6%, арганца 1%, спокойная.

 

Автоматные стали

Обозначение автоматных сталей 

По ГОСТ 1414-75  эти стали маркируют буквой  А и цифрами, показывающими среднее содержание углерода в сотых долях процента.          Применяют следующие марки автоматной стали:  А12,А20, АЗО, А40Г.

Из  стали А12 готовят неответственные детали, из стали других марок  — более ответственные детали, работающие при значительных напряжениях и  повышенных давлениях. Сортамент автоматной стали предусматривает изготовление  сортового  проката  в  виде  прутков  круглого,  квадратного  и шестигранного сечений. Эти стали не применяют для изготовления сварных конструкций.

Примеры обозначения и расшифровка

АС12ХН  – сталь автоматная легированная, низкоуглеродистая, содержащая 0,12 % углерода, 1% хрома и никеля.

Котельные стали.

Стали листовые для котлов и сосудов, работающих под давлением, применяют для изготовления паровых котлов, судовых топок,

камер горения газовых турбин и других деталей. Они должны работать при переменных давлениях и температуре до 450″С. Кроме того, котельная сталь должна хорошо свариваться. Для получения таких свойств в углеродистую сталь вводят технологическую добавку (титан) и дополнительно раскисляют ее алюминием. Выпускают следующие марки углеродистой котельной стали 12К, 15К, 16К, 18K.20K.22Kc содержанием в них углерода от 0,08 до 0,28%.

Эти  стали  поставляют  в  виде  листов  с  толщиной  до  200  мм  и  поковок  в состоянии после нормализации и отпуска.

 

Инструментальные углеродистые стали.

Обозначение инструментальных углеродистых сталей

Инструментальный углеродистые стали, маркируют в соответствии с ГОСТ1435-90.

Инструментальные  углеродистые стали выпускают следующих марок:

У7.У8ГА.У8Г, У9, У 10, У 11, У 12 и  У 13. Цифры указывают на содержание углерода в десятых долях процента. Буква Г после цифры означает, что сталь имеет повышенное содержание марганца. Марка инструментальной углеродистой стали высокого качества имеет букву А.

Примеры обозначения и расшифровки 

1. У12 – сталь инструментальная, высокоуглеродистая, содержащая 1,2% углерода, качественная.

2. У8ГА –  сталь  инструментальная,  высокоуглеродистая, содержащая 0,8% углерода,   1% марганца, высококачественная.

3. 3. У9А – сталь инструментальная, высокоуглеродистая, содержащая 0,9% углерода, высококачественная.

 

Легированные стали.

 Легированной называют сталь со специально введенным одним или более легирующим элементом.

Обозначение легированных сталей 

Легированные стали маркируются комбинацией цифр и заглавных букв алфавита. В обозначении нет слова «сталь» или символа «Ст». Например, 40Х, 38ХМ10А, 20Х13. Первые две цифры обозначают содержание углерода  в сотых долях процента. Следующие буквы являются сокращенным  обозначением элемента. Цифры, стоящие после букв, обозначают содержание этого элемента в  целых процентах. Если за буквой не стоит  цифра, значит содержание этого элемента до 1%.

Таблица 4. – Обозначение элементов марка.

Ю-АI Алюминий	C-Si Кремний	A-N Азот
Р-В Бор	Г- Mn Марганец	Д –Cu Медь
Ф-V Ванадий	М-Мо Молибден	Е-Se Селен
В-W Вольфрам	Н-Ni Никель	Ц-Zr Цирконий
Ж-Fe Железо	T-Ti Титан	Б-Nb Ниобий
К- Co Кобальт	Та – Тантал	Х- хром

 

Для изготовления измерительных инструментов применяют X, ХВГ.

Стали для штампов: 9Х, Х12М, 3Х2Н8Ф.

Стали для ударного инструмента: 4ХС, 5ХВ2С.

Обозначение быстрорежущих сталей

Все  быстрорежущие  стали  являются  высоколегированными.  Это  стали  для оснащения рабочей части резцов, фрез, сверл и т.д.

Маркировка  быстрорежущих  сталей  всегда  начинается  с  буквы  Р  и  числа, показывающего содержание  вольфрама в процентах. Наиболее распространенными марками являются Р9, Р18, Р12.

Легированные стали с особыми свойствами.

1. Коррозионностойкие стали.  Коррозионностойкой (или нержавеющей) называют  сталь,  обладающую  высокой  химической  стойкостью  в агрессивных средах. Коррозионностойкие стали получают легированием низко-  и среднеуглеродистых сталей хромом, никелем, титаном, алюминием, марганцем.  Антикоррозионные свойства сталям придают  введением в них большого количества хрома или хрома и никеля. Наибольшее распространение получили хромистые и хромоникелевые стали.

Например, хромистые стали 95Х18, 30Х13, 08Х17Т.

Хромоникелевые  нержавеющие  имеют  большую  коррозийную  стойкость, чем хромистые стали, обладают повышенной прочностью и хорошей технологичностью в отношении обработки давлением.

Например, 12Х18Н10Т, 08Х10Н20Т2.

2. Жаростойкие обладают стойкостью против химического разрушения в газовых средах, работающие в слабонагруженном состоянии.

Жаропрочные стали  – это стали, способные выдерживать механические нагрузки без существенных деформаций при высоких температурах. К числу жаропрочных относят стали, содержащие хром, кремний, молибден, никель и др.

Например, 40Х10С2М, 11Х11Н2В2МФ.

3.Износостойкие – стали, обладающие повышенной стойкостью к износу:

шарикоподшипниковые, графитизированные и высокомарганцовистые.

Особенности обозначения подшипниковых сталей.

Маркировка начинается с буквы Ш, цифра, стоящая после буквы Х, показывает содержание хрома в десятых долях процента.

Например, ШХ9, ШХ15ГС. 

Примеры обозначения и расшифровки

1. 40ХГТР – сталь конструкционная, лкгированная, качественная, содержащая 0,4% углерода и по 1% хрома, марганца, титана, бора, остальное – железо и примеси.
2. 38Х2МЮА – сталь конструкционная, легированная, высококачественная, содержащая 0,38% углерода, 2% % хрома, 1%   молибдена, алюминия, остальное- железо и примеси.
3. ХВГ – сталь конструкционная, легированная, качественная,  содержащая 1% углерода и по 1% хрома, марганца, остальное – железо и примеси.
4. ШХ15 – сталь подшипниковая, инструментальная, качественная, содержащая 1% углерода, 1,5% хрома, остальное-железо.

5. Р10К5Ф5 – сталь быстрорежущая, инструментальная, качественная,  содержащая 1% углерода, 10% вольфрама, 5% кобальта, 5% ванадия, остальное-железо.

 

 

 

 

 

Белый чугун

Металлические сплавы железа и углерода, где содержание второго элемента превышает 2,14%, называют чугунами. К белым чугунам относят такие сплавы, в которых углерод представлен в виде карбида железа Fe3C (цементита). Именно из-за светлого цвета на изломе их и называют белым.

Условия изготовления отливок из белой марки приведены в ГОСТ 1215-79 и ГОСТ 26358-84. В них указаны технические требования, порядок приемки, испытаний, транспортирования и хранения чугунных сплавов. Маркируется буквами БЧ.

Блок: 1/8 | Кол-во символов: 502
Источник: https://prompriem. ru/chugun/belyj.html

Виды выпускаемого белого чугуна

В зависимости кристаллической структуры, а так же наличия и соотношения составляющих элементов белые чугуны подразделяют на:

• обыкновенный;
• легированный;
• жаропрочный;
• нержавеющий.

Отдельным видом выделяют чугунные сплавы с высоким удельным электрическим сопротивлением.

Внутренняя структура обыкновенного белого чугуна содержит углерод в виде цементитных зерен. Количество углерода влияет на температуру плавления и в зависимости от этого чугуны подразделяют на:

1. доэвтектические с более низкой температурой плавления, углерода не боле 4,3%;
2. эвтектический с содержанием углерода 4,3%;
3. заэвтектические — более 4,35% и может достигать — 6,3%.

Эффекта отбеливания чугуна достигают путем быстрого охлаждения отливки, которая в результате получается неоднородной по своему составу. Верхний слой, толщиной до 30 мм, становится белым, а остальная сердцевина представляет собой обычный серый чугун.

Блок: 2/8 | Кол-во символов: 937
Источник: https://prompriem.ru/chugun/belyj.html

Особенности получения белого чугуна

В процессе получения белого чугуна заданной структуры необходимо подавить процесс графитизации в течение всего времени кристаллизации жидкой массы. В данном случае имеет значение как грамотный подбор исходных материалов, так и соблюдение технологии охлаждения чугуна в форме.

Когда отливки производят из нелегированного чугуна в сырых песчаных формах, существует необходимость соблюдать пропорцию углерода и кремния: С (Si + lg R) < 4.5. Площадь сечения отливки, деленная на периметр сечения, называется приведенной толщиной и обозначается в данном случае как R.

Высокое содержание цементита в белых чугунах серьезно осложняет использование их в качестве конструкционных материалов, поскольку они отличаются хрупкостью и крайне тяжело поддаются механической обработке. С другой стороны, отливкам белого чугуна свойственны коррозийная стойкость, устойчивость к высоким температурам и открытому огню, износостойкость. Для поддержания вышеуказанных качеств состав их должен быть максимально однородным. Чем больше карбидов содержится в белом чугуне, тем большей твердостью он отличается. Если происходит коагуляция карбидов из-за несоблюдения технологии, твердость чугуна существенно снижается. Максимальной твердостью обладает белый чугун мартенситной структуры.

Блок: 2/6 | Кол-во символов: 1296
Источник: https://www.autowelding.ru/publ/1/1/belyj_chugun/4-1-0-532

Достоинства и недостатки

Как и все чугунные сплавы, белые отличаются большой прочностью в сочетании с хрупкостью при сильных механических ударах. В числе основных положительных качеств белого чугуна следует назвать:

• высокую твердость;
• большое удельное сопротивление;
• износостойкость;
• повышенное сопротивление коррозии.

Важным качеством белых чугунов считается очень хорошая устойчивость к воздействию высоких температур, которая используется для снижения количества трещин в первоначальных отливках.

К основным недостаткам относят такие качества, как:

• хрупкость и возможность разрушения при механических воздействиях;
• низкие литейные качества и плохое заполнение форм;
• вероятность образования внутренних трещин при отливке;
• сложная и некачественная механическая обработка.

Образование дефектов при сваривании из-за быстрого выгорания углерода и образования пор.

Блок: 3/8 | Кол-во символов: 875
Источник: https://prompriem.ru/chugun/belyj.html

СЕРЫЙ ЧУГУН

В сплаве такого чугуна углерод – весь или частично – находится в виде пластинчатого графита. По примеру светлого чугуна, серый получил свое название из-за цвета излома. В состав серого чугуна входит также кремний, иногда – магний. Количество углерода в сером чугуне – от  2,9 до 3,7%.

Серый чугун, как и белый, отличается хрупкостью, но при этом он обладает высокими литейными свойствами, текучестью и малой усадкой. Из серого чугуна делают основы станков, цилиндры различных механизмов, поршни.

Блок: 3/5 | Кол-во символов: 505
Источник: http://mirsplava.ru/poleznaya-informatsiya/chuguni

Область применения

Обыкновенный белый чугун используют весьма ограниченно, поскольку он плохо применим к механической и термической обработке. Для производства изделий он часто применяется в виде необработанных или частично обработанных отливок.

Самое широкое применение сплав получил при изготовлении крупных деталей простой конфигурации. Это корпуса и детали станков и прокатных станов, шары для мельниц, приводные и опорные колеса. Кроме этого белый чугун используют для изготовления узлов агрегатов, которые испытывают на себе постоянное воздействие абразивных материалов.

Важным моментом является использование обычного чугуна в качестве сырья для изготовления ковких сортов железоуглеродистых чугунных и стальных сплавов.

Блок: 4/8 | Кол-во символов: 734
Источник: https://prompriem.ru/chugun/belyj.html

ВЫСОКОПРОЧНЫЙ ЧУГУН

Углерод в высокопрочных чугунах находится в виде шаровидных (или сфероидальных) графитов. Согласно своему названию, такой графит отличается высокой прочностью. При растяжениях и изгибах такой чугун сохраняет цельность своей структуры и не покрывается трещинами. Среди других свойств высокопрочного чугуна:

• ударная вязкость
• предел текучести
• высокая прочность на сжатие
• высокие литейные свойства
• высокая износостойкость.

Высокопрочный чугун хорошо поддается механической обработке и – вкупе с прочностными характеристиками – становится отличным выбором при изготовлении изделий, от которых требуется надежность и стойкость к механическим воздействиям. Из высокопрочного чугуна делают трубы – и не только водопроводные, но и для перемещения нефти и газов (а требования к таким трубам гораздо более высокие). Кроме того, из высокопрочного чугуна изготавливают детали для различных станков и механизмов.

Блок: 4/5 | Кол-во символов: 911
Источник: http://mirsplava.ru/poleznaya-informatsiya/chuguni

КОВКИЙ ЧУГУН

Ковкий чугун содержит углерод в виде графита в форме изолированных друг от друга хлопьев. Благодаря этому материал обладает большей пластичностью и вязкостью, чем остальные виды чугунов. Изготавливают ковкий чугун из белого чугуна, обрабатывая его длительным воздействием высокими температурами. В результате такой обработки в сплаве происходят процессы графитизации – распадается цементит, образуя графит.

Помимо своих высоких ковких характеристик, благодаря которым он и получил свое название, данный вид чугуна отличается также повышенными прочностью при растяжении и сопротивлением удару. Податливость ковкого чугуна механической обработке позволяют делать из него изделия сложной формы. Из него изготавливают тормозные колодки, угольники и прочие детали для машин и механизмов.

МАРКИРОВКА ЧУГУНА И ЕЕ РАСШИФРОВКА

По цифровым и буквенным кодам марок чугуна можно определить состав сплава, узнать его свойства и предназначение. Существуют следующие марки чугунов:

П1 и 2 — передельный чугун разной чистоты сплава

ПЛ1 и ПЛ2 – передельно-литейный чугун

ПФ1, ПФ2 и ПФ3 — передельный фосфористый чугун

ПВК1, ПВК2 и ПВК3 — передельный высококачественный чугун

СЧ — чугун с пластинчатым графитом

АЧ — антифрикционный чугун

АЧС — антифрикционный серый чугун

АЧВ — антифрикционный чугун высокопрочный

АЧК — антифрикционный чугун ковкий

ВЧ — чугун с шаровидным графитом для отливок

Ч — чугун легированный

КЧ – ковкий чугун.

Цифры после данных обозначений могут указывать на величину временного сопротивления разрывам в кгс/мм (у чугунов с пластинчатым графитом), или обозначать относительное удлинение (у чугуна с шаровидным графитом для отливок). В маркировке ковких чугунов первая цифра после буквенного сочетания КЧ означает предел прочности на разрыв в МПа, а вторая — относительное удлинение в процентах. Стоит еще пояснить, что словом «передельный» называют чугун, который прошел два этапа обработки: на первом этапе из руды получают чугун, а на втором – чугун перегоняют в сталь.

Остались еще вопросы?
Оставьте заявку и мы Вам перезвоним. 

Блок: 5/5 | Кол-во символов: 2038
Источник: http://mirsplava.ru/poleznaya-informatsiya/chuguni

Кол-во блоков: 13 | Общее кол-во символов: 10236
Количество использованных доноров: 3
Информация по каждому донору:

1. https://prompriem.ru/chugun/belyj.html: использовано 4 блоков из 8, кол-во символов 3048 (30%)
2. https://www. autowelding.ru/publ/1/1/belyj_chugun/4-1-0-532: использовано 2 блоков из 6, кол-во символов 2934 (29%)
3. http://mirsplava.ru/poleznaya-informatsiya/chuguni: использовано 4 блоков из 5, кол-во символов 4254 (42%)

Обозначение чугуна на чертеже

На сегодняшний день в машиностроении чаще всего используются черные, а не цветные металлы и сплавы, и среди них ведущие места занимают сталь и чугун.

Чугун представляет собой сплав железа с углеродом, в котором содержание последнего превышает 2%. Помимо него в состав чугуна входят также такие примеси, как фосфор, сера, марганец и кремний. При этом некоторые из них оказывают неблагоприятное воздействие на свойства материала.

Согласно действующей классификации, все чугуны подразделяются на серые и белые, а также на высокопрочные и ковкие. Кроме того, они бывают легированными и антифрикционными.

Современные российские стандарты предусматривают систему обозначений чугуна, по которой довольно просто выяснить его вид. К примеру, серый чугун имеет буквенную маркировку СЧ, ковкий – КЧ, антифрикционный – АЧС, а высокопрочный – ВЧ.

Серый чугун

Отличительной особенностью серого чугуна является то, что он имеет повышенное содержание такого химического элемента, как кремний. Что касается углерода, то он в нем содержится в виде графита, представляющего собой небольшие чешуйки. Именно из серого чугуна отливают заготовки различных деталей, которые затем обрабатываются на металлорежущих станках.

Механические свойства серого чугуна улучшаются при помощи такого способа, как модифицирование. Его суть состоит на воздействие на графит в тот момент, когда сплав находится в жидком состоянии, а на практике заключается в том, что за некоторое время до заливки в форму в него вводятся так называемые модификаторы. В их качестве чаще всего используется ферросилиций с алюминием. Что касается такого процесса, как легирование, то он осуществляется при помощи добавления в серый чугун молибдена, никеля, марганца или хрома, что существенно повышает его прочность.

 

 

Белый чугун

Этот сплав образуется после того, как чугун заливается в форму и затем быстро охлаждается. Его отличительной особенностью является то, что в нем содержится или мало кремния, или много марганца, а что касается физических характеристик, то к ним следует причислить повышенную твердость и хрупкость. В большинстве случаев белый чугун применяется для того, чтобы впоследствии выплавлять из него сталь.

Ковкий чугун

Эта разновидность чугуна является результатом длительного технологического обжига белого чугуна. Излом ковкого чугуна имеет характерный серебристо-белый цвет, а что касается особенностей этого материала, то к ней следует отнести очень высокую степень твердости, из-за которой он практически не подлежит механической обработке. Изменение структуры ковкого чугуна производится в процессе модифицирования. По его завершении прочность этого материала становится практически идентичной прочности стали, однако хрупкость не уменьшается. Достичь большей степени вязкости ковкого чугуна в процессе модификации можно с помощью добавления в него некоторого небольшого количества магния. Это позволяет получить так называемый высокопрочный чугун.

 

Примеры условного обозначения

 

СЧ 15 ГОСТ 1412–85

СЧ 15 – марка серого чугуна.

 

ВЧ 50 ГОСТ 7293–85

ВЧ 50 – марка высокопрочного чугуна.

 

Отливка КЧ 30–6–Ф 1215–79

КЧ 30–6 – марка ковкого чугуна;

Ф – ферритный класс.

 

Отливка КЧ 60–3–П 1215–79

КЧ 60–3 – марка ковкого чугуна;

П – перлитный класс.

 

 

 

 

Литейка » Чугуны для получения отливок

Чугун— сплав железа с углеродом с содержанием углерода более 2.14%. Чугун также содержит некоторые другие химические элементы.  Чугуны, в зависимости от того, в какой форме в чугуне находится углерод,  подразделяют на высокопрочный(ВЧ), серый чугун (СЧ), ковкий чугун (КЧ), белый чугун (БЧ).

 

Белый чугун — в данном виде чугуна углерод находится в связанном состоянии, в виде цементита. БЧ очень твердый и хрупкий, потому в производстве применяется редко. БЧ используют в тех случаях, когда деталь работает на износ. Также применяют для изготовления КЧ.

 

Ковкий чугун— получают из белого чугуна, путем отжига.

 

Серый чугун— в таком чугуне графит находится в виде пластинчатых лепестков. Подобные включения негативно сказываются на пластинчатые свойства чугуна, на его прочность при растяжении.

 

Высокопрочный чугун— чугун, в котором графит находится в виде шарообразных включений. Шаровидный графит повышает прочность и пластичность чугуна. ВЧ получается модифицированием.

По процентному содержанию углерода чугуны делятся на доэвтектические (с менее 4.3%), эвтектические и заэвтектические.

Практически все механические свойства чугуна зависят от микроструктуры чугуна и его химического состава. Сама же микроструктура зависит от скорости охлаждения отливки.

В случае быстрого охлаждения графит в чугуне будет находиться в связанном состоянии, в виде цементита.

Выделению углерода в виде графитовых включений способствуют следующие химические элементы: углерод, кремний, медь, никель. Элементы, препятствующие выделению графитовых включений: хром, марганец, сера

На структуру и механические свойства графита огромное влияние оказывает его химический состав.

 

Кремний— снижает прочность чугуна за счет того, что кремний снижает растворимость углерода, что приводит к увеличению размеров графитовых включений.

 

Марганец — уменьшает влияние серы, образуя с ней сульфид марганца.

 

Сера — тормозит графитизацию чугуна, образовывая хрупкую эвтектику.

 

Фосфор — улучшает жидкотекучесть, на графитизацию практически не влияет. При малом содержании полностью растворяется в чугуне.

 

Хром увеличивает прочность чугуна при повышенных температурах и многократных нагреваниях, поэтому его вводят в состав жаростойких и окалиностойких чугунов. Хром повышает твердость, сопротивление износу, коррозии в морской воде и слабых растворах кислот, но увеличивает хрупкость чугуна.

 

Никель повышает коррозионную стойкость чугунных отливок в морской воде и щелочах.

 

Медь увеличивает сопро­тивление чугуна коррозии в атмосферных условиях, в растворах со­лей, кислот, нефти.

 

Молибден повы­шает прочность и твердость доэвтектических чугунов, а также кратковременную прочность чугуна при высоких температурах, теплостойкость, сопротивление износу и ударную вяз­ кость. Молибден улучшает жаропрочность чугуна и в этом отношении

превосходит все другие элементы.

 

Титан нейтрализует действие хрома в чугуне,

являясь модификатором, вследствие чего отпадает необходимость повышения содержания кремния. Титан способствует повышению механических свойств, особенно прочности высокоуглеродистых чугунов.

 

 

КЛАССИФИКАЦИЯ СЕРЫХ ЧУГУНОВ

 

По составу основной металлической массы отливки из серого чугуна могут быть четырех типов.

 

Перлитно-цементитный чугун (П+ Ц+ Г) состоит из перлита, включений структурно-свободного цементита и пла­стинчатого графита. Такую структуру можно получить при пони­женном содержании кремния в чугуне и быстром охлаждении отли­вок в форме. Эти чугуны обладают повышенной прочностью и плохо обрабатываются резцом. При модифицировании магнием или церием можно получить высокопрочный чугун с перлитно-цементитной структурой и шаровидным графитом.

 

Перлитный серый чугун (П + Г) состоит из пер­лита и пластинчатого графита, после модифицирования магнием или церием (рис. 150)— из перлита и шаровидного графита.

Перлитный чугун обычно содержит мелкопластинчатый графит и имеет умеренную твердость (НВ 200—230), высокие прочность.

и износостойкость и хорошо обрабатывается резцом. Перлитный серый чугун с шаровидным графитом обладает еще большей меха­нической прочностью, поэтому называется высокопрочным.

 

Перлитно – ферритный чугун (П + Ф + Г) состоит из перлита, феррита и пластинчатого графита (рис. 151). Прочность перлитно-ферритного чугуна ниже, чем перлитного, так как пластинки графита в нем крупнее. Твердость его ниже, и он легче обрабатывается резанием. Структура П + Ф + Г с пластинчатым графитом чаще всего встречается в обычных чугунных отливках, применяемых в машиностроении.

 

Ферритный серый чугун (Ф + Г) состоит из феррита и пластинчатого графита (рис. 152), получается при высоком содержании кремния и углерода в толстостенных отливках и медленном охлаждении их в форме. Включения графита очень крупные. Ферритный чугун обладает низкими механическими свойствами, очень мягкий, хрупкий, быстро изнашивается, но легко обрабатывается. Для машиностроитель­ных отливок такой чугун не пригоден.

 

 

Высокопрочным называют чугун, модифицированный магнием в количестве 0,15—0,45 % с последующей обработкой ферро­силицием (75 % Э1). При введении в чугун модификаторов изменяются условия роста зародыша графита, что влияет на его форму: он становится шаровидным (см. рис. 150). Графит такой формы способствует повышению прочности и особенно пластичности чугуна.

Высокопрочный чугун с шаровидным графитом (ВЧШГ) по сравнению с углеродистой сталью имеет следующие преимущества: более низкую температуру плавления, лучшую жидкотекучесть, меньшую склонность к образованию горячих трещин, несколько меньшую плотность, более высокую прочность и износостойкость и лучшую обрабатываемость резанием. По сравнению с серым чугуном он об­ладает более высокими прочностью, пластичностью, жаростойкостью и лучшей свариваемостью.

Для улучшения свойств чугуна, его легируют.

 

Легирование

 

В зависимости от процентного содержания легирующих элементов, различают низколегированные, среднелегированные и высоколегированные. В качестве легирующих элементов чугуна применяют никель, хром, молибден, марганец, алюминий, медь, титан.

О чугуне — Чугунные печи Гефест

на главную

В технике под металлом понимают вещества, обладающие «металлическим блеском», в той или иной мере присущим всем металлам, и пластичностью. По этому признаку металлы можно легко отличить от неметаллов (например, дерева, камня, стекла или фарфора). «Металлы суть светлые тела, которые ковать можно». Это определение металлов, данное М. В. Ломоносовым, не потеряло своего научного значения и теперь, через 200 лет. М. В. Ломоносов отметил и вторую особенность этих тел — сходство их строения с солями, т. е. кристалличность. В XIX в. была создана научная теория строения тел, согласно которой все твердые тела делятся на две группы: кристаллические и аморфные.

1. Состав и сорт чугунов

Продуктами доменной плавки являются чугун, шлак, и колошниковый газ и колошниковая пыль.

Чугун по назначению делится на три группы: передельный, литейный и доменные ферросплавы. Из всей выплавки более 81% составляют передельные чугуны, которые переплавляются в сталь, и около 19% приходится на долю литейных чугунов и ферросплавов. Из литейного чугуна отливают фасонные детали, а ферросплавы используют в качестве добавок (раскислителей) при выплавке стали.

Чугун представляет собой сложный железоуглероди­стый сплав, в котором углерода содержится от 2 до 4,3%, кремния – 0,5-4,25%, марганца – 0,2-2%,   серы – 0,02-0,2%, фосфора – 0,1-1,2%. Влияние элементов, входящих в состав чугуна, на его свойства велико. Они определяют структуру и свойства чугуна.

Углерод—важнейшая составляющая чугуна. Углерод находится в чугуне в различных состояниях: в виде химически связанного соединения с железом Fе₃С, назы­ваемого карбидом железа (или цементитом), и в сво­бодном состоянии – в виде графита.

Если углерод находится в чугуне в виде цементита, то чугун имеет в изломе белый цвет. Цементит кристалли­зуется непосредственно из жидкого сплава. Чем быстрее идет процесс охлаждения (как при переходе чугуна из жидкого состояния в твердое, так и в твердом состоя­нии), тем больше в нем будет находиться химически связанного углерода.

Чугун, в котором углерод находится в виде цемен­тита, называется белым чугуном.

Если углерод находится в чугуне главным образом в свободном состоянии – в виде графита, то чугун имеет в изломе серый цвет и называется серым чугуном.

Марганец способствует получению белого чугуна, так как образует с углеродом карбиды Мn₃С и этим препятствует графитизации. Поэтому в белых чугунах бывает 2–2,5%, а иногда и 3,5% Мn, а в сером чугуне – не более 1,3%.

Кремний является важнейшей после углерода примесью в чугуне. Кремний увеличивает жидкотекучесть и способствует получению серого чугуна. В сером чугуне кремния содержится от 1,25 до 4,25%, а в белом – от 0,2 до 2%.

Сера – вредная примесь в чугуне. Она ухудшает механические свойства чугуна, понижая его прочность увеличивая хрупкость, и придает чугуну густо-текучесть, пузырчат ость, т. е. ухудшает его литейные свойства. Поэтому содержание серы в чугуне не должно превышать 0,08%.

Фосфор также понижает прочность и увеличивает хрупкость чугуна, но, несмотря на это, он бывает и полезной примесью, так как увеличивает жидкотекучесть серого чугуна. Это качество имеет большое значение при изготовлении художественного и тонкостенного литья. Содержание фосфора в ответственных отливках допускается до 0,1%, а в менее ответственных – до 1,2%.

В доменных печах выплавляют чугун следующих сор­тов: передельный, литейный, доменные ферросплавы и специальные чугуны.

Передельный чугун делится на 3 класса:

1) мартеновский чугун марок М-1 и М-2, содержащий 1,5–2,5% Мn, 0,3–1,5% Si 0,15–0,2 % P и 0,03-И 0,07% S.

2) бессемеровский чугун марок Б-1 и Б-2, получаемый из малофосфористых руд и содержащий 0,6–1,5% Мn, 0,9-2,0% Si до 0,07% Р и до 0,04% S.

3) томасовский чугун марки Т-1, выплавляемый из фосфористых руд и содержащий 1,6–2% Р, 0,08–1,3% Мn, 0,2–0,6% Si; и 0,08% S.

Передельный чугун идет на переделку в сталь.

Литейный чугун марок ЛК-00, ЛК-0, ЛК-1 и других получают из шихты с достаточным содержанием кремне­зема. В зависимости от марки он содержит 1,25–4,25% Si и до 1,3% Мn. Литейный чугун идет на отливку раз­личных деталей. Его классификация приведена в раз­деле «Литейное производство».

Доменные ферросплавы, т. е. сплавы железа с раз­личными элементами (марганцем, кремнием, фосфором и др.), используют в качестве раскислителей и леги­рующих добавок в сталеплавильных агрегатах и вагран­ках. В доменных печах выплавляют преимущественно следующие ферросплавы и специальные чугуны: зер­кальный чугун, ферромарганец, ферросилиций, силикошпигель, феррофосфор, ферроманганфосфор.

Специальные чугуны — хромоникелевые, ванадиевые, титанистые.

Хромоникелевые чугуны выплавляют из руд, содержа­щих хром и никель. Эти чугуны бывают литейные, содер­жащие до 2,2–3,8% хрома и около 1% никеля, и пере­дельные, содержащие до 1,75% никеля.

Ванадиевые чугуны получают при плавке в домен­ных печах титаномагнетитовых руд, в которых имеется небольшое количество пятиокиси ванадия (V₂O₅). При­меняют также чугуны для передела на сталь для вы­плавки феррованадия.

Титанистые чугуны получают при производстве в до­менных печах высокоглиноземистых шлаков, которые являются в данном случае основным продуктом плавки, а чугун с содержанием титана 0,6–0,7% – побочным продуктом.

Отгружаемые с завода чушковый чугун и ферроспла­вы маркируют несмываемой краской определенного цвета, присвоенного каждой марке чугуна и ферроспла­вов, и снабжают сертификатом. В сертификате указы­вают полный анализ каждого выпуска и подтверждают отделом технического контроля завода, что чугун или ферросплавы отвечают требованиям ГОСТа. Сертификат отправляют заказчику одновременно с отгрузкой чу­гуна.

2. Оборудование для термической обработки

Для термической обработки применяют оборудова­ние, состоящее из нагревательных печей, закалочных устройств, приборов для контроля тепловых режимов и др.

Печи для термической обработки. Термические печи бывают самых разнообразных конструкций, в зависимо­сти от способа передачи тепла от печи к нагреваемым деталям, метода загрузки печи, способов получения тепла (источника тепла), назначения печи, характера её работы и т. п.

В зависимости от способа передачи тепла нагре­ваемым деталям печи делятся на камерные, муфельные и печи-ванны. в расплавленный свинец или в горячее масло, находящиеся в тигле. Печи-ванны применяют для быстрого на­гревания мелких деталей.

Печи загружают тремя способами: сбоку, сверху (в шахтных печах) и при помощи выдвижного пода. Нагревают печи топливом или электрическим током. Для нагрева печи топливом приходится устраивать топки или камеры сгорания, ставить форсунки или го­релки, делать в кладке печи газовые каналы и дымо­ходы для отвода горячих газов. При нагреве электриче­ским током необходимость во всех этих устройствах отпадает. Температура нагрева в электропечах достигает 1350° С; в них обеспечивается точность регулирования температуры,

По назначению различают термические печи для отжига, нормализации, закалки, отпуска, азотирования и цианирования.

По характеру работы различают печи периодического и непрерывного действия. Из печей периодического дей­ствия широкое применение (особенно в единичном и мелкосерийном производстве) получили камерные печи с неподвижным подом. Эти печи, имеющие площадь пода от 0,5 до 6 м² и производительность от 70 до 200 кг/м²/час, используют для отжига, закалки, отпуска, цементации и других ви­дов термической обработки. При отжиге и нормализации крупных деталей применяют камерные печи с выдвижным подом. Площадь пода у печей этого типа — от 3 до 20 м², а производительность — от 50 до 250 кг/м²/час.

Для безокислительного нагрева деталей применяют печи с контролируемой атмосферой, характерной осо­бенностью которых является герметичность рабочего пространства. Печи непрерывного действия характеризуются высокой степенью механизации и автоматизации.

В настоящее время в термических цехах широко ис­пользуются электрические печи с металлическими и не­металлическими (карборундовыми) нагревателями. Наи­более распространены электрические печи с металличе­скими нагревателями из сплавов, обладающих высоким электросопротивлением. Чаще всего для этой цели ис­пользуют сплавы никеля с хромом (нихромы), а также сплавы на железной основе (в виде проволоки или лен­ты), содержащие значительное количество хрома и алю­миния. Обычно металлические нагреватели располагают на боковых стенках, на поду или под сводом печи.

Если необходимо получить в печи температуру свыше 1350° С, то применяют металлические нагреватели, кото­рые представляют собой стержни, изготовляемые в ос­новном из карбида кремния. Карборундовые нагрева­тели выдерживают температуру до 1500° С.

По сравнению с пламенными в электрических печах наиболее полно используется тепло (к. п. д. пламенных термических печей 12—15%, электрических — 50 – 80%). В электрических печах сравнительно легко регулируется температура.

В последние годы все большее распространение полу­чают безмуфельные печи с радиационными трубами, в которых происходит сжигание газа. Стенки радиацион­ных труб нагреваются до высокой температуры и по­добно нагревателям в электрических печах являются источником излучения тепла. Диаметр трубы – 80 – 90 мм, толщина стенок – 4–6 мм. Трубы изготовляют из жаропрочной стали. Через конец трубы подают газ и воздух. Продукты горения отводятся в вытяжные трубы. Замена муфелей радиационными трубами позволяет сэкономить дорогостоящую жароупорную сталь.

Измерение температур. Для измерения и контроля температур до 400° С в термических печах применяют термометры, а в печах с рабочей температурой до 1250° С и выше—термоэлектрические и оптические пи­рометры.

Ртутные и спиртовые термометры применяют в термических цехах для измерения температуры зака­лочных жидкостей, низкого отпуска и старения стальных деталей при нагреве до 300—400° С, а также при обра­ботке стали холодом при температуре до минус 100—150° С.

Термоэлектрическими пирометрами пользуются для измерения температуры почти при всех видах термиче­ской обработки. Они состоят из двух частей: термопары и милливольтметра (гальванометра).

Принцип работы термопары сводится к следующему. Если взять две проволоки а и а₁ из раз­ных металлов, а один конец их А сварить (горячий спай термопары) и поместить в среду, температуру которой нужно измерить, то на свободных концах b и b₁ термопары (холодный спай) появится разность потенциалов, измеряемая в милливольтах. Эта разность будет тем больше, чем больше разность температур горячего и холодного спая термопары.

3. Термическая обработка чугуна

В машиностроении применяют отливки из серого, ковкого и высокопрочного чугунов. Эти чугуны отличаются от белого чугуна тем, что у них весь углерод или большая часть его находится в свободном состоянии в виде графита (у белого чугуна весь углерод находится в виде цементита).

Структура указанных чугунов состоит из металличе­ской основы аналогично стали (перлит и феррит) и не­металлических включений – графита.

Серый, ковкий и высокопрочный чугуны отличаются друг от друга в основном формой графитовых включений. Это и определяет различие механических свойств указанных чугунов.

У серого чугуна при рассмотрении под микроскопом графит имеет форму пластинок.

Графит обладает низкими механическими свойствами. Он нарушает сплошность металлической основы и действует как надрез или мелкая трещина. Чем крупнее и прямолинейнее формы графитовых включений, тем хуже механические свойства серого чугуна.

Основное отличие высокопрочного чугуна заключается в том, что графит в нем имеет шаровидную (округленную) форму. Такая форма графита лучше пластинчатой, так как при этом значительно меньше нарушается сплошность металлической основы.

Ковкий чугун получают длительным отжигом отливок из белого чугуна, в результате которого образуется графит хлопьевидной формы – углерод отжига.

Механические свойства рассматриваемых чугунов можно улучшить термической обработкой, при этом необходимо помнить, что в чугунах создаются значитель­ные внутренние напряжения, поэтому нагревать чугун­ные отливки при термической обработке следует медленно, чтобы избежать образования трещин.

Отливки из чугуна подвергают следующим видам термической обработки.

Низкотемпературный отжиг. Чтобы снять внутренние напряжения и стабилизировать размеры чугунных отливок из серого чугуна, применяют естественное старение или низкотемпературный отжиг.

Более старым способом является естественное старение, при котором отливка после полного охлаждения претерпевает длительное вылеживание – от 3–5 меся­цев до нескольких лет. Естественное старение приме­няют в том случае, когда нет нужного оборудования для отжига.

Этот способ в настоящее время почти не применяют, а производят главным образом низкотемпературный отжиг. Для этого отливки после полного затвердевания укладывают в холодную печь (или печь с температурой 100–200° С) и медленно (со скоростью 75–100° в час) нагревают до 500–550° С. При этой температуре их выдерживают 2–5 час. и охлаждают до 200° С со скоро­стью 30–50° в час, а затем – на воздухе.

Графитизирующий отжиг. При отливке изделий воз­можен частичный отбел серого чугуна с поверхности или даже по всему сечению. Чтобы устранить отбел и улучшить обрабатываемость чугуна, производится вы­сокотемпературный Графитизирующий отжиг с выдерж­кой при температуре 900–950° С в течение 1–4 час. и охлаждением изделий до 250–300° С вместе с печью, а затем – на воздухе. При таком отжиге в отбеленных участках цементит Fe₃С распадается на феррит и гра­фит, вследствие чего белый или половинчатый чугун переходит в серый.

Нормализация. Нормализации подвергают отливки простой формы и небольших сечений. Нормализация проводится при температуре 850–900° С с выдержкой 1–3 часа и последующим охлаждением отливок на воз­духе. При таком нагреве часть углерода (графита) рас­творяется в аустените. После охлаждения на воздухе металлическая основа получает структуру трооститовидного перлита с более высокой твердостью и лучшей сопротивляемостью износу. Для серого чугуна нормали­зацию применяют сравнительно редко, более широко применяют закалку с отпуском.

Закалка деталей из серого чугуна. Повысить проч­ностные свойства серого чугуна можно его закалкой. Она производится с нагревом до 850–900° С и охлаж­дением в воде. Закалке можно подвергать как перлит­ные, так и ферритные чугуны. Твердость чугуна после закалки достигает НВ 450–500. В структуре закален­ного чугуна имеются мартенсит со значительным количеством остаточного аустенита и выделения гра­фита.

Эффективным методом повышения прочности и изно­соустойчивости серого чугуна является изотермическая закалка, которая производится аналогично закалке стали.

Высокопрочные чугуны с шаровидным графитом можно подвергать пламенной или высокочастотной по­верхностной закалке. Чугунные детали после такой обработки имеют высокую поверхностную твердость, вязкую сердцевину и хорошо сопротивляются ударным на­грузкам и истиранию.

Легированные серые чугуны и высокопрочные маг­ниевые чугуны иногда подвергают азотированию. По­верхностная твердость азотированных чугунных изде­лий достигает НВ 600—800; такие детали имеют высо­кую износоустойчивость. Хорошие результаты дает сульфидирование чугуна; так, например, сульфидированные поршневые кольца быстро прирабатываются, хорошо сопротивляются истиранию, и срок их службы повышается в несколько раз.

Отпуск. Чтобы снять закалочные напряжения, после закалки производят отпуск. Детали, предназначенные для работы на истирание, проходят низкий отпуск при температуре 200–250° С. Чугунные отливки, не работающие на истирание, подвергаются высокому отпуску, при температуре 500–600° С. При отпуске закаленных чугунов твердость понижается значительно меньше, чем при отпуске стали. Это объясняется тем, что в струк­туре закаленного чугуна имеется большое количество остаточного аустенита, а также тем, что в нем содер­жится большое количество кремния, который повышает отпускоустойчивость мартенсита.

Для отжига на ковкий чугун применяют белый чугун примерно следующего химического состава: 2,5–3,2% С, 0,6–0,9% Si, 0,3–0,4% Мn, 0,1–0,2% Р и 0,06-0,1% S.

Существует 2 способа отжига на ковкий чугун:

графитизирующий отжиг в нейтральной среде, осно­ванный на разложении цементита на феррит и углерод отжига;

обезуглероживающий отжиг в окислительной среде, основанный на выжигании углерода.

Отжиг на ковкий чугун по второму способу зани­мает 5–6 суток, поэтому в настоящее время ковкий чу­гун получают главным образом графитизацией. Отливки, очищенные от песка и литников, упаковывают в ме­таллические ящики либо укладывают на поддоне, а за­тем подвергают отжигу в методических камерных и дру­гих отжигательных печах.

Процесс отжига состоит из двух стадий графитизации. Первая стадия заключается в равномерном нагреве отливок до температуры 950–1000° С с выдерж­кой 10–25 час.; затем температуру понижают до 750– 720° С при скорости охлаждения 70–100° в час. На второй стадии при температуре 750–720° С дается вы­держка 15–30 час., затем отливки охлаждаются вместе с печью до 500–400° С и при этой температуре извле­каются на воздух, где охлаждаются с произвольной скоростью.

При таком ступенчатом отжиге в области темпера­тур 950–1000° С идет распад (графитизация) первич­ного, т. е. эвтектического (ледебуритного) цементита, а при температуре 750—720° С распадаются вторичный и эвтектоидный (перлитный) цементиты. В результате отжига по такому режиму структура ковкого чугуна представляет собой зерна феррита с включениями гнезд углерода отжига – графита.

Перлитный ковкий чугун получается в результате неполного отжига: после первой стадии графитизации при температуре 950–1000° С чугун охлаждается вме­сте с печью; вторая стадия графитизации не проводится. Структура перлитного ковкого чугуна состоит из пер­лита и углерода отжига.

Чтобы повысить вязкость, перлитный ковкий чугун подвергают сфероидизации при температуре 700–750° С, что создает структуру зернистого перлита.

Для ускорения процесса отжига на ковкий чугун из­делия из белого чугуна подвергают закалке, затем про­водят графитизацию при температуре 1000–1100° С.

Ускорение графитизации закаленных чугунов при отжиге объясняется наличием большого количества цент­ров графитизации, образовавшихся при закалке. Это дает возможность сократить время отжига закаленных отливок до 15–7 час.

Метод предварительного нагрева и закалки отливок из белого чугуна разработан металлургами А. Д. Ассоновым и В. И. Прядиновым и широко применяется в различных отраслях промышленности.

Термическая обработка ковкого чугуна. Чтобы повысить прочность и износоустойчивость, ковкие чугуны подвергают нормализации или закалке с отпуском. Нормализация ковкого чугуна производится при 850–900°С с выдержкой при этой температуре 1–1,5 часа и охлаждением на воздухе. Если после отливки заготовки имеют повышенную твердость, то их следует подвергать высокому отпуску при температуре 650–680° С с выдержкой 1–2 часа.

Иногда ковкий чугун подвергают закалке, чтобы получить более высокую прочность и износоустойчивость за счет снижения пластичности. Температура нагрева под закалку та же, что и при нормализации; охлажде­ние производится в воде или масле, а отпуск, в зависи­мости от требуемой твердости, обычно при температуре 650–680° С.

Быстрое охлаждение может производиться непосред­ственно после первой стадии графитизации при дости­жении температуры 850–880° С с последующим высоким отпуском.

Для ковкого чугуна применяют закалку токами высокой частоты или кислородно-ацетиленовым пламенем, при этом может быть достигнута высокая твердость поверхностного слоя при достаточной пластичности основной массы. Метод такой закалки тормозных колодок из ферритного ковкого чугуна заключается в нагреве дета­лей токами высокой частоты до температуры 1000– 1100° С с выдержкой 1–2 мин. и последующим быст­рым охлаждением. Структура закаленного слоя состоит из мартенсита и углерода отжига твердостью НRС 56–60.

Ковкий чугун по сравнению со сталью более деше­вый материал; он обладает хорошими механическими свойствами и высокой коррозионной стойкостью. По­этому детали из ковкого чугуна широко применяются в сельскохозяйственном машиностроении, автотрактор­ной промышленности, станкостроении (для изготовле­ния зубчатых колес, звеньев цепей, задних мостов, кронштейнов, тормозных колодок и пр.) и в других отраслях народного хозяйства.

Ковкие чугуны маркируют буквами КЧ, означаю­щими ковкий чугун, затем идут два числа: первое число показывает предел прочности при растяжении, второе – относительное удлинение.

ГОСТом 1215-59 установлены следующие марки ков­ких чугунов: КЧЗО-6, КЧЗЗ-8, КЧ35-10. . КЧ37-12, КЧ45-6, КЧ50-4, КЧ56-4, КЧ60-3 и КЧ63-2.

на главную

Свойства ковкого чугуна

Свойства ковкого чугуна

Свойства ковкого чугуна зависят от ряда факторов: способа отжига, толщины отливки, типа плавильного агрегата, первичной структуры и т. д.

а) Состав ковкого чугуна и его влияние на механические свойства.

Во всех случаях содержание углерода и кремния подбирается таким образом, чтобы в отливках до отжига не было заметных выделений графита. Поэтому, чем больше содержание углерода, тем меньше должно быть содержание кремния. Общее содержание этих элементов зависит от толщины отливки и температуры перегрева чугуна и может быть легко определено по структурным диаграммам. Механические свойства ковкого чугуна могут меняться в значительных пределах, в зависимости от способа его производства, состава и структуры. В противоположность стали, прочность ферритного ковкого чугуна увеличивается вместе с пластичностью. В перлитном же чугуне, где повышение прочности зависит от увеличения количества перлита или повышения его дисперсности, удлинение копкого чугуна уменьшается параллельно с увеличением прочности.

Отношение предела текучести ковкого чугуна к пределу прочности колеблется от 60 до 80%.Вместе с тем следует отметить, что колебания механических свойств ковкого чугуна весьма значительны даже при одной и той же структуре. Наибольшее влияние на механические свойства ковкого чугуна имеет углерод, в особенности при производстве черносердечного чугуна.

При получении белосердечного состава ковкого чугуна углерод в значительной степени окисляется, и поэтому исходное его содержание не так резко отражается на механических свинствах отливок. Однако, принципиально и здесь понижение содержания углерода в чугуне имеет следствием повышение механических свойств.

Применение легирующих элементов для отливок из ковкого чугуна не получило до сих пор практического развития, хотя изучен и уже многими исследователями. Причина этого заключается в том, что большинство легирующих элементов задерживает графитизацию, в особенности вторую стадию. Поэтому легирование представляет интерес, главным образом, при производстве перлитного состава ковкого чугуна.

Единственным легирующим элементом, нашедшим некоторое применение в производстве ферритного ковкого чугуна, является медь. Она повышает, по имеющимся данным, прочность черносердечного и белосердечного ковкого чугуна, не оказывая почти влияния на удлинение. Особенно заметно влияние меди при высоком содержании углерода в ковком чугуне, причем влияние это может быть еще усилено за счет дисперционного твердения (нагрев до 730 — 740°, выдержка 1 час, охлаждение на воздухе, дисперсионный отжиг 3 — 6 час. при 500).

б) Влияние других факторов на механический свойств ковкого чугуна. Кроме химического состава ковкого чугуна, на механические свойства ковкого чугуна оказывает влияние ряд других факторов. Из них основную роль играют первичная и вторичная кристаллизация. Так, например, все факторы, размельчающие первичную структуру белого чугуна, повышают его свойства после отжига. Поэтому увеличение температуры перегрева жидкого чугуна и уменьшение толщины отливки повышают механические свойства ковкою чугуна. Однако, в белосердечном ковком чугуне прочность сначала повышается с увеличением толщины отливки вследствие возрастания количества перлита в структуре, а затем уже падает. Пластические же свойства ковкого чугуна все время понижаются с увеличением толщины отливки причем у белосердечного ковкого чугуна в большей степени, чем у черносердечного. Этому способствуют не только укрупненне первичной структуры чугуна, но и относительное уменьшение глубины обезуглероженной зоны.

Ковкий чугун, как правило, имеет на своей поверхности ферритную корку. Наличие ее повышает механические свойства ковкого чугуна, в особенности пластичность, в тем большей степени, чем выше первоначальное содержание углерода в металле. Вследствие этого даже при получении черносердечного ковкого чугуна оказывается полезным ведение процесса отжига в руде, если исходное содержание углерода в отливках сравнительно велико. Обычно же при велении процесса в нейтральной среде стремятся уменьшить или даже практически исключить обезуглероживание, чтобы обеспечить полный распад перлита в наружных зонах отливок.

Еще большее падение свойств, главным образом пластичности и вязкости, наблюдается при механической обработке белосердечного ковкого чугуна. Прочность же его при этом мало меняется или даже повышается вследствие относительного увеличения количества перлита в сечении отливки. Термическая обработка ковкого чугуна  изменять его структуру и свойства, повышается прочность и понижается пластичность. Чем больше время выдержки отливок при температуре выше критической, тем больше свободного углерода переходит в раствор, тем больше, следовательно, образуется перлита при последующем быстром охлаждении, тем больше прочность и меньше пластичность чугуна.

в) Технологические, физические и химические свойства ковкого чугуна. Из технологических свойств ковкого чугуна наибольший интерес представляет обрабатываемость. Ферритная структура черносердечного ковкого чугуна, низкая твердость, отсутствие абразивных включений и наличие углерода отжига делают этот материал весьма пенным с точки зрения обрабатываемости. Однако и белосердечный ковкий чугун, хотя и уступает в этом отношении черносердечному, все же обрабатывается значительно лучше, чем сталь и серый чугун. В некоторых случаях (фитинги), вследствие образования более гладкой поверхности и блестящей резьбы, его даже предпочитают черносердечному ковкому чугуну. При механической обработке следует иметь в виду, что во избежание затупления резца о перлитную корку, часто залегающую под обезуглероженным наружным слоем, первую стружку необходимо брать достаточно толстой, чтобы направить резец сразу по нормальной ферритной структуре.

Оптимальной структурой для антифрикционных отливок является перлито-ферритная с содержанием около 70 — 80% перлита, что обеспечивает чугуну не только износоустойчивость, но и необходимую в некоторой степени пластичность. Такие отливки во многих случаях допускают замену дорогих.  Что касается химических свойств, то во многих средах, например, на воздухе, в атмосфере топочных газов, при воздействии воды и, ковкий  чугун, благодаря своей ферритной корке оказывается более стойким, чем сталь и серый чугун. При этом, как показали Ю. С. Лейзерман и А. С. Кушнирский, медь несколько повышает коррозионную стойкость ковкого чугуна в этих средах.

Какова прочность белого чугуна — определение

Как уже писалось, чугуны — один из самых сложных сплавов, используемых в промышленности. Из-за более высокого содержания углерода в структуре чугуна, в отличие от стали, присутствует фаза, богатая углеродом. В зависимости от состава, скорости охлаждения и обработки расплава богатая углеродом фаза может затвердеть с образованием либо стабильной (аустенит-графит), либо метастабильной (аустенит-Fe ₃ C) эвтектики.

С более низким содержанием кремния (менее 1.0 мас.% Si — графитизирующий агент) и более высокой скорости охлаждения углерод в чугуне выделяется из расплава в виде цементита метастабильной фазы , Fe ₃ C , а не графита. Продукт этого затвердевания известен как белый чугун (также известный как закаленный чугун). Белый чугун — это твердый , хрупкий и необрабатываемый , в то время как серый чугун с более мягким графитом достаточно прочен и поддается механической обработке. Поверхность излома этого сплава имеет вид белого цвета , и поэтому его называют белым чугуном. Трудно достаточно быстро охладить толстые отливки, чтобы расплав полностью застыл в виде белого чугуна. Тем не менее, быстрое охлаждение можно использовать для затвердевания оболочки из белого чугуна, после чего остаток охлаждается медленнее, образуя сердцевину из серого чугуна. Этот тип отливки, иногда называемый «охлажденной отливкой », имеет более твердую внешнюю поверхность и более жесткий внутренний стержень.

Белый чугун слишком хрупок для использования во многих конструктивных элементах, но с хорошей твердостью и стойкостью к истиранию и относительно невысокой стоимостью он находит применение в таких областях, где желательна износостойкость, например, на зубьях экскаваторов, крыльчатках и спиралях. шламовых насосов, гильз и подъемных стержней в шаровых мельницах.

Например, мартенситный белый чугун Ni-Cr-HC (никель-хром-высокоуглеродистый сплав), ASTM A532, класс 1, тип A, представляет собой мартенситный белый чугун, в котором никель является основным легирующим элементом, потому что на уровне 3 до 5%, он эффективен для подавления превращения аустенитной матрицы в перлит, обеспечивая, таким образом, развитие твердой мартенситной структуры при охлаждении в форме. Этот материал также можно назвать Ni-Hard 1. Ni-Hard 1 — это износостойкий материал, используемый в приложениях, где удар также является проблемой в качестве механизма износа.

Свойства белого чугуна — Ni-Cr-HC мартенситный белый чугун

Свойства материала — это интенсивных свойств , это означает, что они не зависят от количества массы и могут изменяться от места к месту в системе в любой момент. В основе материаловедения лежит изучение структуры материалов и их соотнесение с их свойствами (механическими, электрическими и т. Д.). Как только ученый-материаловед узнает об этой корреляции структуры и свойств, он может перейти к изучению относительных характеристик материала в данном приложении.Основными определяющими факторами структуры материала и, следовательно, его свойств являются составляющие его химические элементы и способ, которым он был переработан в свою окончательную форму.

Механические свойства белого чугуна — Ni-Cr-HC мартенситный белый чугун

Материалы часто выбирают для различных применений, потому что они имеют желаемое сочетание механических характеристик. Для структурных применений свойства материалов имеют решающее значение, и инженеры должны их учитывать.

Прочность белого чугуна — Ni-Cr-HC мартенситный белый чугун

В механике материалов прочность материала — это его способность выдерживать приложенную нагрузку без разрушения или пластической деформации. Сопротивление материалов в основном рассматривает взаимосвязь между внешними нагрузками , приложенными к материалу, и результирующей деформацией или изменением размеров материала. Прочность материала — это его способность выдерживать эту приложенную нагрузку без разрушения или пластической деформации.

Предел прочности на разрыв

Предел прочности на разрыв мартенситного белого чугуна (ASTM A532, класс 1, тип A) составляет 350 МПа.

Предел прочности при растяжении является максимумом на инженерной кривой зависимости напряжения от деформации. Это соответствует максимальному напряжению , которое может выдержать конструкция при растяжении. Предел прочности на разрыв часто сокращают до «прочности на разрыв» или даже до «предела». Если это напряжение приложить и поддерживать, в результате произойдет разрушение.Часто это значение значительно превышает предел текучести (на 50–60 процентов больше, чем предел текучести для некоторых типов металлов). Когда пластичный материал достигает предела прочности, он испытывает образование шейки, где площадь поперечного сечения локально уменьшается. Кривая напряжения-деформации не содержит напряжения, превышающего предел прочности. Несмотря на то, что деформации могут продолжать увеличиваться, напряжение обычно уменьшается после достижения предела прочности. Это интенсивное свойство; поэтому его значение не зависит от размера испытуемого образца.Однако это зависит от других факторов, таких как подготовка образца, наличие или отсутствие поверхностных дефектов, а также температура , температура испытательной среды и материала. Предел прочности на разрыв варьируется от 50 МПа для алюминия до 3000 МПа для очень высокопрочных сталей.

Модуль упругости Юнга

Модуль упругости мартенситного белого чугуна Юнга (ASTM A532, класс 1, тип A) составляет 175 ГПа.

Модуль упругости Юнга представляет собой модуль упругости для растягивающего и сжимающего напряжения в режиме линейной упругости при одноосной деформации и обычно оценивается с помощью испытаний на растяжение.С точностью до предельного напряжения тело сможет восстановить свои размеры при снятии нагрузки. Приложенные напряжения заставляют атомы в кристалле перемещаться из своего положения равновесия. Все атомы смещаются на одинаковую величину и по-прежнему сохраняют свою относительную геометрию. Когда напряжения снимаются, все атомы возвращаются в исходное положение, и остаточной деформации не происходит. Согласно закону Гука , напряжение пропорционально деформации (в упругой области), а наклон равен модулю Юнга . Модуль Юнга равен продольному напряжению, деленному на деформацию.

Интернет-ресурс с информацией о материалах — MatWeb

MatWeb, ваш источник информации о материалах Что такое MatWeb? MatWeb’s база данных свойств материалов с возможностью поиска включает паспорта термопластов и термореактивных полимеров, таких как АБС, нейлон, поликарбонат, полиэстер, полиэтилен и полипропилен; металлы, такие как алюминий, кобальт, медь, свинец, магний, никель, сталь, суперсплавы, сплавы титана и цинка; керамика; плюс полупроводники, волокна и другие инженерные материалы. Преимущества регистрации в MatWeb Премиум-членство Характеристика: — Данные о материалах экспорт в программы CAD / FEA, включая: Как найти данные о собственности в MatWeb Нажмите здесь, чтобы узнать, как войти материалы вашей компании в MatWeb. У нас есть более 145 000 материалы в нашей базе данных, и мы постоянно добавляем к этому количеству, чтобы предоставить Вам доступен самый полный бесплатный источник данных о собственности материалов в Интернете. Для вашего удобства в MatWeb также есть несколько конвертеров. и калькуляторы, которые делают общие инженерные задачи доступными одним щелчком мыши кнопки. MatWeb находится в стадии разработки.Мы постоянно стремимся найти лучшее способы служить инженерному сообществу. Пожалуйста, не стесняйтесь свяжитесь с нами с любыми комментариями или предложениями. База данных MatWeb состоит в основном из предоставленных таблиц данных и спецификаций. производителями и дистрибьюторами — сообщите им, что вы видели их данные о материалах на MatWeb.

Рекомендуемый материал: Этиленвиниловый спирт

Белый чугун — Охлажденный чугун

На рисунке представлена ​​фазовая диаграмма железо – карбид железа (Fe – Fe3C). Процент присутствующего углерода и температура определяют фазу железоуглеродистого сплава и, следовательно, его физические характеристики и механические свойства. Процент углерода определяет тип сплава черных металлов: чугун, сталь или чугун. Источник: wikipedia.org Läpple, Volker — Wärmebehandlung des Stahls Grundlagen. Лицензия: CC BY-SA 4.0

В материаловедении чугуны — это класс черных сплавов с содержанием углерода более 2,14 мас.% . Обычно чугуны содержат от 2.От 14 до 4,0 мас.% Углерода и от 0,5 до 3 мас.% кремния . Сплавы железа с более низким содержанием углерода известны как сталь. Разница в том, что чугуны могут использовать преимущества эвтектического затвердевания в бинарной системе железо-углерод. Термин эвтектика по-гречески означает « легко или хорошо плавится », а точка эвтектики представляет собой состав на фазовой диаграмме, при котором достигается самая низкая температура плавления . Для системы железо-углерод эвтектическая точка встречается при составе 4.26 мас.% C и температуре 1148 ° C .

См. Также: Типы чугунов

Белый чугун — Белый чугун

Как уже писалось, чугуны — один из самых сложных сплавов, используемых в промышленности. Из-за более высокого содержания углерода в структуре чугуна, в отличие от стали, присутствует фаза, богатая углеродом. В зависимости от состава, скорости охлаждения и обработки расплава богатая углеродом фаза может затвердеть с образованием либо стабильной (аустенит-графит), либо метастабильной (аустенит-Fe ₃ C) эвтектики.

При более низком содержании кремния (содержащем менее 1,0 мас.% Si — графитизирующего агента) и более высокой скорости охлаждения углерод в чугуне выделяется из расплава в виде цементита метастабильной фазы , Fe ₃ C , а не графита. . Продукт этого затвердевания известен как белый чугун (также известный как закаленный чугун). Белый чугун — это твердый , хрупкий и необрабатываемый , в то время как серый чугун с более мягким графитом достаточно прочен и поддается механической обработке.Поверхность излома этого сплава имеет вид белого цвета , и поэтому его называют белым чугуном. Трудно достаточно быстро охладить толстые отливки, чтобы расплав полностью застыл в виде белого чугуна. Тем не менее, быстрое охлаждение можно использовать для затвердевания оболочки из белого чугуна, после чего остаток охлаждается медленнее, образуя сердцевину из серого чугуна. Этот тип отливки, иногда называемый «охлажденной отливкой », имеет более твердую внешнюю поверхность и более жесткий внутренний стержень.

Белый чугун слишком хрупок для использования во многих конструктивных элементах, но с хорошей твердостью и стойкостью к истиранию и относительно невысокой стоимостью он находит применение в таких областях, где желательна износостойкость, например, на зубьях экскаваторов, крыльчатках и спиралях. шламовых насосов, гильз и подъемных стержней в шаровых мельницах.

Например, мартенситный белый чугун Ni-Cr-HC (никель-хром-высокоуглеродистый сплав), ASTM A532, класс 1, тип A, представляет собой мартенситный белый чугун, в котором никель является основным легирующим элементом, потому что на уровне 3 до 5%, он эффективен для подавления превращения аустенитной матрицы в перлит, обеспечивая, таким образом, развитие твердой мартенситной структуры при охлаждении в форме.Этот материал также можно назвать Ni-Hard 1. Ni-Hard 1 — это износостойкий материал, используемый в приложениях, где удар также является проблемой в качестве механизма износа.

Свойства белого чугуна — Ni-Cr-HC мартенситный белый чугун

Свойства материала — это интенсивных свойств , это означает, что они не зависят от количества массы и могут изменяться от места к месту в системе в любой момент. В основе материаловедения лежит изучение структуры материалов и их соотнесение с их свойствами (механическими, электрическими и т. Д.).). Как только ученый-материаловед узнает об этой корреляции структуры и свойств, он может перейти к изучению относительных характеристик материала в данном приложении. Основными определяющими факторами структуры материала и, следовательно, его свойств являются составляющие его химические элементы и способ, которым он был переработан в свою окончательную форму.

Механические свойства белого чугуна — Ni-Cr-HC мартенситный белый чугун

Материалы часто выбирают для различных применений, потому что они имеют желаемое сочетание механических характеристик.Для структурных применений свойства материалов имеют решающее значение, и инженеры должны их учитывать.

Прочность белого чугуна — Ni-Cr-HC мартенситный белый чугун

В механике материалов прочность материала — это его способность выдерживать приложенную нагрузку без разрушения или пластической деформации. Сопротивление материалов в основном рассматривает взаимосвязь между внешними нагрузками , приложенными к материалу, и результирующей деформацией или изменением размеров материала. Прочность материала — это его способность выдерживать эту приложенную нагрузку без разрушения или пластической деформации.

Предел прочности на разрыв

Предел прочности на разрыв мартенситного белого чугуна (ASTM A532, класс 1, тип A) составляет 350 МПа.

Предел прочности при растяжении является максимумом на инженерной кривой зависимости напряжения от деформации. Это соответствует максимальному напряжению , которое может выдержать конструкция при растяжении. Предел прочности на разрыв часто сокращают до «прочности на разрыв» или даже до «предела».«Если это напряжение приложить и поддерживать, в результате произойдет разрушение. Часто это значение значительно превышает предел текучести (на 50–60 процентов больше, чем предел текучести для некоторых типов металлов). Когда пластичный материал достигает предела прочности, он испытывает образование шейки, где площадь поперечного сечения локально уменьшается. Кривая напряжения-деформации не содержит напряжения, превышающего предел прочности. Несмотря на то, что деформации могут продолжать увеличиваться, напряжение обычно уменьшается после достижения предела прочности.Это интенсивное свойство; поэтому его значение не зависит от размера испытуемого образца. Однако это зависит от других факторов, таких как подготовка образца, наличие или отсутствие поверхностных дефектов, а также температура , температура испытательной среды и материала. Предел прочности на разрыв варьируется от 50 МПа для алюминия до 3000 МПа для очень высокопрочных сталей.

Модуль упругости Юнга

Модуль упругости мартенситного белого чугуна Юнга (ASTM A532, класс 1, тип A) составляет 175 ГПа.

Модуль упругости Юнга представляет собой модуль упругости для растягивающего и сжимающего напряжения в режиме линейной упругости при одноосной деформации и обычно оценивается с помощью испытаний на растяжение. С точностью до предельного напряжения тело сможет восстановить свои размеры при снятии нагрузки. Приложенные напряжения заставляют атомы в кристалле перемещаться из своего положения равновесия. Все атомы смещаются на одинаковую величину и по-прежнему сохраняют свою относительную геометрию. Когда напряжения снимаются, все атомы возвращаются в исходное положение, и остаточной деформации не происходит.Согласно закону Гука , напряжение пропорционально деформации (в упругой области), а наклон равен модулю Юнга . Модуль Юнга равен продольному напряжению, деленному на деформацию.

Твердость белого чугуна — Ni-Cr-HC мартенситный белый чугун

Твердость по Бринеллю серого чугуна, мартенситного белого чугуна (ASTM A532, класс 1, тип A), составляет примерно 600 МПа.

В материаловедении твердость — это способность выдерживать вдавливаний на поверхности ( локализованная пластическая деформация ) и царапин . Твердость , вероятно, является наиболее плохо определенным свойством материала, поскольку оно может указывать на устойчивость к царапинам, сопротивление истиранию, сопротивление вдавливанию или даже сопротивление формованию или локализованной пластической деформации. Твердость важна с инженерной точки зрения, потому что сопротивление износу от трения или эрозии паром, маслом и водой обычно увеличивается с увеличением твердости.

Испытание на твердость по Бринеллю — это одно из испытаний на твердость при вдавливании, которое было разработано для испытания на твердость.При испытаниях по Бринеллю твердый сферический индентор под определенной нагрузкой вдавливается в поверхность испытываемого металла. В типичном испытании используется шарик из закаленной стали диаметром 10 мм (0,39 дюйма) диаметром в качестве индентора с усилием 3000 кгс (29,42 кН; 6614 фунтов силы). Нагрузка поддерживается постоянной в течение определенного времени (от 10 до 30 с). Для более мягких материалов используется меньшее усилие; для более твердых материалов шарик из карбида вольфрама заменяет стальной шарик.

Испытание обеспечивает численные результаты для количественной оценки твердости материала, которая выражается числом твердости по Бринеллю – HB . Число твердости по Бринеллю обозначается наиболее часто используемыми стандартами испытаний (ASTM E10-14 [2] и ISO 6506–1: 2005) как HBW (H от твердости, B от твердости по Бринеллю и W от материала индентора, вольфрама ( вольфрам) карбид). В прежних стандартах HB или HBS использовались для обозначения измерений, сделанных со стальными инденторами.

Число твердости по Бринеллю (HB) — это нагрузка, деленная на площадь поверхности вдавливания. Диаметр слепка измеряется с помощью микроскопа с наложенной шкалой.Число твердости по Бринеллю рассчитывается по формуле:

Существует множество широко используемых методов испытаний (например, по Бринеллю, Кнупу, Виккерсу и Роквеллу). Существуют таблицы, в которых коррелируют значения твердости по различным методам испытаний, где применима корреляция. Во всех шкалах высокое число твердости соответствует твердому металлу.

Тепловые свойства белого чугуна — Ni-Cr-HC мартенситный белый чугун

Термические свойства материалов относятся к реакции материалов на изменения их температуры и на приложение тепла. Поскольку твердое тело поглощает энергию в виде тепла, его температура повышается, а его размеры увеличиваются. Но разных материалов по-разному реагируют на нагрев .

Теплоемкость, тепловое расширение и теплопроводность — это свойства, которые часто имеют решающее значение при практическом использовании твердых тел.

Точка плавления белого чугуна — Ni-Cr-HC мартенситный белый чугун

Температура плавления мартенситной стали из белого чугуна (ASTM A532, класс 1, тип A) составляет около 1260 ° C.

Как правило, плавление представляет собой фазовый переход вещества из твердой фазы в жидкую. Точка плавления вещества — это температура, при которой происходит это фазовое изменение. Точка плавления также определяет состояние, в котором твердое вещество и жидкость могут существовать в равновесии.

Теплопроводность белого чугуна — Ni-Cr-HC мартенситный белый чугун

Теплопроводность мартенситного белого чугуна (ASTM A532, класс 1, тип A) составляет 15-30 Вт / (м. К).

Характеристики теплопередачи твердого материала измеряются свойством, называемым теплопроводностью , k (или λ), измеренным в Вт / м · K . Это мера способности вещества передавать тепло через материал за счет теплопроводности. Обратите внимание, что закон Фурье применяется ко всем веществам, независимо от их состояния (твердое, жидкое или газообразное), поэтому он также определен для жидкостей и газов.

Теплопроводность большинства жидкостей и твердых тел зависит от температуры.Для паров это также зависит от давления. Всего:

Большинство материалов почти однородны, поэтому обычно можно записать k = k (T) . Подобные определения связаны с теплопроводностью в направлениях y и z (ky, kz), но для изотропного материала теплопроводность не зависит от направления переноса, kx = ky = kz = k.

Разница между серым и белым чугуном

Чугун — это чугун, смешанный с небольшим количеством кремния и углерода и отлитый, а не формованный на месте. Это прочный конструкционный материал, а также хороший проводник тепла, что делает его обычным материалом для изготовления посуды. Существует четыре основных типа чугуна: ковкий, ковкий, белый и серый. Есть несколько отличий в составе и использовании белого и серого чугуна.

Внешний вид интерьера

«Серый» и «белый» в названиях серого и белого чугуна относятся к внешнему виду их интерьеров; В открытом состоянии кусок серого чугуна имеет цвет от бледного до темно-серого, тогда как белый чугун намного светлее.

Плавление

Серый чугун плавится при 1600 градусах Цельсия, после чего он быстро переходит из твердого состояния в полностью жидкое. Белый чугун плавится при несколько более низкой температуре, но более плавно; он остается в полутвердом состоянии в течение некоторого времени перед переходом в жидкое состояние.

Охлаждение

Белый чугун при очень медленном охлаждении от плавления превратится в серый чугун, так как атомы углерода внутри него соединятся вместе. Серый чугун, напротив, сохранит свою форму при медленном охлаждении, но превратится в белый чугун при очень быстром охлаждении.

Твердость и прочность

Белый чугун тверже серого до такой степени, что он довольно хрупкий. Серый чугун, напротив, мягче, но прочнее. Эти два типа иногда комбинируются, что позволяет изготавливать изделие с твердым внешним покрытием из белого железа и прочным сердечником из серого цвета.

Химия углерода

Углерод в сером чугуне просто смешан с молекулами железа; в белом чугуне железо и углерод фактически объединены. В химии «сочетание» и «смешение» не означают одно и то же; «Комбинация» подразумевает, что два вещества — в данном случае углерод и железо — химически связаны друг с другом.Общее содержание углерода в сером чугуне составляет от 2 до 4,65 процента, а в белом чугуне — от 3 до 5,75 процента углерода.

Сужение

Когда чугун охлаждается после плавления, он сжимается. Серый чугун сжимается примерно на 1 процент, а белый чугун сжимается от 2 до 2,5 процентов.

Окисление

Окисление — это процесс, при котором кислород соединяется с молекулами металла с образованием ржавчины. Серый чугун ржавеет намного быстрее, чем белый, при низких температурах, тогда как при высоких температурах соотношение меняется на обратное.

Содержание кремния

Белый чугун содержит от 0,1 до 0,5 процента кремния, а серый чугун — от 0,5 до 3,5 процентов.

Справочник по сварке чугуна

Справочник по сварке чугуна Сварка Цветной Металлы Лечение Сварка Чугун Сварка Железо Металлы 2

Продолжение на следующей странице…

серое железо одинаково прочно или одинаково жесткий. Как и в стали, прочность на разрыв и твердость тесно связаны. В сером утюги, предел прочности на разрыв от от примерно 14 МПа (20 000 фунтов на квадратный дюйм) до более чем 35 МПа (50 000 фунтов на квадратный дюйм). Твердость самые сильные оценки вдвое больше, чем самых слабых марок. Все серые чугуны имеют высокую прочность на сжатие — три до четырех раз их прочность на разрыв. Пока все серые чугуны содержат свободный углерод (графит) в чешуйчатой ​​форме, они также содержат комбинированный углерод (карбид железа) почти во всех случаях.Этот комбинированный углерод часто присутствует в зернах перлита, например, содержится в большинстве углеродных стали. Он также может быть найден в виде цементита или мартенсита. Состав чугун, скорость, с которой он охлаждение после литья и термообработка после литья имеют отношение к структура. Небольшие количества легирования элементы используются в прочнейших серых чугунах; они имеют тенденцию предотвращать образование перлита. Пока твердость и прочность стали почти всегда увеличивается с увеличением содержания углерода, в случае из серого чугуна прочнейшего, самые твердые сорта имеют меньше углерода, чем некоторые из менее прочных и менее дорогих оценки.Серый чугун обычно отливают в песчаных формах и дают нормально остыть в форме. Высокая температура лечение после гипсовой повязки нет всегда необходимо, но часто используется для увеличения или уменьшения твердость. Практически все бензиновые и Блоки дизельных двигателей отлиты из серого чугуна. Всякий раз, когда промышленность желает сложного форма, которая может быть обработана Серый чугун с жесткими допусками и должен выдерживать абразивный износ. Только когда это необходимо что готовый предмет имеет некоторую пластичность и хорошую ударопрочность — это другое материал — например, узелковый чугун или стальное литье, и то и другое дороже — скорее всего, заменят.Упомянутое выше белое железо — это примерно тот же, что и серый чугун по составу, но был быстро охлажден, так что графит не успевает образоваться, и весь углерод превращается в комбинированную форму, в виде перлита, цементита или мартенсит. Многие отливки из белого чугуна впоследствии превращаются в ковкое железо, о чем мы поговорим дальше. Однако некоторые отливки из серого чугуна изготовлены с изнашиваемыми поверхностями из белого железа, так как белое серый чугун, хотя и чрезвычайно хрупкий.Это достигается путем вставки металлических или графитовых охлаждающих блоков в подходящие места в форме. Расплавленный металл который затвердевает против этих холодных блоков, остывает так быстро, что белое железо поверхности созданы. Лемехи железнодорожные автомобильные колеса и различные типы матриц часто изготавливаются из таких охлажденных белые железные поверхности.

Чугун

— Чугун — это сплав железа с углеродом, содержащий более 2.14% углерода (максимальная растворимость углерода в аустените на фазовой диаграмме). Углерод может присутствовать в чугуне в форме цементита и графита. В зависимости от формы графита и доли цементита выделяют следующие типы чугуна: белый, серый, ковкий и ковкий чугун. Чугун содержит неизбежные примеси (Si, Mn, S, P) и, в некоторых случаях, также легирующие элементы (Cr, Ni, V, Al и т. Д.). Как правило, чугун хрупкий.

Выход

Мировое производство чугуна в 2011 году установило новый рекорд и достигло 1.083 миллиарда тонн, что на 5% больше, чем в предыдущем году (1,031 миллиарда тонн). Азиатский регион произвел 804,78 миллиона тонн в год, ЕС 94,134 миллиона тонн, Северная Америка 42,478 миллиона тонн и страны СНГ 80,177 миллиона тонн. Все страны-производители чугуна в 2011 году увеличили производство.

10 ведущих стран-производителей чугуна

1	Китай	629 693 ММТ
2	Япония	81 028 ММТ
3	Россия	48,12 млн т
4	Индия	38,9 млн т
5	Южная Корея	42 218 ММТ
7	Бразилия	33 243 млн т
6	Украина	28 867 ММТ
8	Германия	27 795 ММТ
9	Соединенные Штаты Америки	30 233 млн т
9	Тайвань	1294 ММТ

Виды чугуна

Белый чугун

В структуре белого чугуна нет видимых включений графита и присутствует лишь небольшое количество графита (0.03-0,30%) могут быть обнаружены чувствительными химическими методами или микрографией с большим увеличением. Металлическая матрица белого чугуна состоит из цементит-эвтектики, вторичного и эвтектоидного цементита, а матрица легированного белого чугуна состоит из сложных карбидов и легированного феррита. Отливки из белого чугуна демонстрируют износостойкость, относительную жаростойкость и устойчивость к коррозии. Любые зоны поперечного сечения отливки, которые по структуре отличаются от белого чугуна, ухудшают указанные свойства. Прочность белого чугуна снижается с увеличением содержания углерода и, следовательно, карбида.Причем, чем выше количество карбида в структуре белого чугуна и, следовательно, чем выше содержание углерода, тем выше твердость белого чугуна.

Наивысшая твердость белого чугуна обеспечивается мартенситной структурой матрицы. Коагуляция карбидов значительно снижает твердость чугуна. Примеси, растворенные в карбидах железа, приводят к образованию сложных карбидов, при этом твердость карбидов и белого чугуна увеличивается. По интенсивности своего влияния на твердость белого чугуна первичные и легирующие элементы расположены в следующем порядке, начиная с углерода, который определяет количество карбидов и увеличивает твердость чугуна более интенсивно, чем другие элементы: C Ni P Mn Cr Mo V Si Al Cu Ti S.

Влияние никеля и марганца и отчасти хрома и молибдена определяется их влиянием на формирование мартенситно-карбидной структуры, а количество этих элементов, соответствующее содержанию углерода в чугуне, обеспечивает максимальную твердость белого чугуна.

Чугун с содержанием бора 0,7–1,8% имеет сверхвысокую твердость HB 800–850. Белый чугун — очень ценный материал для компонентов, работающих в условиях, вызывающих износ, при очень высоких удельных давлениях и в большинстве случаев без смазки.Нет прямой зависимости между износостойкостью и твердостью; твердость не определяет износостойкость, но ее следует принимать во внимание наряду со структурой чугуна. Наилучшую износостойкость показывает белый чугун с тонкой структурой его матрицы, содержащей карбиды, фосфиды и др. В виде мелких изолированных включений, равномерно распределенных в нем, или в виде мелкой сетки.

Особые свойства легированного чугуна — коррозионная, жаропрочная и электрическая стойкость — также приписываются матричной структуре.В зависимости от состава и концентрации легирующих элементов матрица легированного белого чугуна может быть карбидно-аустенитной или карбидно-перлитной, а также может содержать легированный феррит.

Основным легирующим элементом для этой цели является хром, который соединяется с углеродом с образованием карбидов хрома и сложных карбидов хрома и железа.

Твердые растворы этих карбидов обладают высоким электродным потенциалом, близким к потенциалу второго структурного компонента матрицы — феррита хрома.Кроме того, образуются защитные оксидные пленки, обеспечивающие повышенную коррозионную стойкость белого чугуна с высоким содержанием хрома. Термическая стабильность карбидов значительно повышается в присутствии хрома за счет значительного замедления диффузионных процессов в многолегированном железе. В зависимости от структуры эти специфические характеристики легированного белого чугуна определяют сферу его применения как магнитный нержавеющий чугун или чугун с высоким электрическим сопротивлением.

Серый чугун

Этот сплав железа с углеродом содержит крабовый, чешуйчатый или вермикулярный графит.Особый вид (группа марок) серого чугуна — высокопрочный чугун с шаровидным графитом, модифицированным магнием (Mg), церием (Ce) или другими элементами. Чугун может иметь ферритную, ферритно-перлитную или перлитную структуру в зависимости от скорости охлаждения после затвердевания (и, следовательно, от размеров литья). С увеличением скорости охлаждения увеличивается количество перлита и, следовательно, прочность чугуна, но снижается пластичность. Для каждой области применения выбирается марка чугуна с оптимизированным набором свойств.

Серый чугун обозначается буквенными обозначениями (СЧ), за которыми следует минимальное гарантированное значение прочности на разрыв в кг / мм2, т.е. грамм. 30 (СЧ40). Ковкий чугун выпускается под обозначением B (VCh), сразу за которым следует значение прочности, а затем значение относительного удлинения в%, разделенные тире, e. грамм. 60-2 (ВЧ60-2). Серый чугун — основной литейный материал, характеризующийся высокими литейными свойствами (низкая температура кристаллизации, хорошая литье и низкая усадка).Он широко используется в машинном оборудовании для литья станины машин и механизмов, а также поршней и цилиндров. Высокая хрупкость, присущая серым чугунам и связанная с присутствующим в их структуре графитом, исключает их использование для деталей, подверженных в основном растягивающим или изгибающим напряжениям, а чугуны используются только для того, чтобы выдерживать сжимающие напряжения. Помимо углерода, серый чугун всегда содержит другие элементы, особенно кремний, способствующий образованию графита. Большинство марок серого чугуна содержат до 1.4% углерода при условии, что общее содержание кремния и углерода превышает 2%.

Ковкий чугун

Ковкий чугун — это условное название мягкого и прочного металла, получаемого из белого чугуна путем литья и последующей термообработки. Использование длительного отжига приводит к разложению цементита и образованию графита или графитизации, и поэтому такая обработка называется графитизирующим отжигом.

Как и серый чугун, ковкий чугун имеет полустальную матрицу и содержит углерод в форме графита, но включения графита в ковком чугуне отличаются от включений в обычном сером чугуне.Разница в том, что включения графита в ковком чугуне расположены в виде чешуек, образовавшихся после отжига и изолированных друг от друга, что приводит к менее расслоению металлической матрицы и определенной ударной вязкости и ковкости чугуна. Графит в ковком чугуне часто называют углеродом для отжига из-за его чешуйчатой ​​формы и метода его образования (отжига).

Белый чугун, дающий ковкий сорт после отжига, является доэвтектическим по своему фазовому составу и имеет структуру ледебурит + (вторичный) цементит + перлит.Цементит в ледебурите, вторичный цементит и эвтектоидный цементит в перлите должны разложиться во время отжига, чтобы получить структуру феррит + отжигаемый углерод. Разложение цементита в ледебурите и частичное разложение вторичного цементита происходит на первой стадии графитизации при температуре выше критического значения (950 1000 C), а разложение эвтектоидного цементита происходит на второй стадии графитизации при термическом замедлении при температуре ниже критическое значение (740 720 C) или при медленном охлаждении в диапазоне критических температур (760-720 C).

Ковкий чугун (SG чугун)

Эта марка содержит включения шаровидного графита. Сфероидальный графит имеет более низкое отношение поверхности к объему, что определяет максимальную сплошность металлической матрицы и, следовательно, максимальную прочность железа. Металлическая матрица чугуна с шаровидным графитом имеет такую ​​же структуру, как и у обычного серого чугуна, то есть марки чугуна могут изготавливаться со следующими структурами: феррит + сфероидальный графит (ферритный ковкий чугун), феррит + перлит + сфероидальный графит (ферритно-перлитный высокопрочный чугун) или перлит + сфероидальный графит (перлитный высокопрочный чугун) в зависимости от химического состава чугуна и скорости охлаждения (толщины стенки отливки).Этот сорт чаще всего используется для изготовления компонентов повышенной прочности в машиностроении, а также для производства высокопрочных труб (для водопроводных, канализационных, газовых и нефтяных трубопроводов). Детали и трубы из высокопрочного чугуна обладают высокой прочностью, долговечностью и высокими эксплуатационными характеристиками.

Пестрый чугун

Углерод в крапчатом чугуне частично присутствует в виде цементита (более 0,8%). Структурными составляющими такого чугуна являются перлит, ледебурит и чешуйчатый графит.

Классификация

По содержанию углерода серый чугун считается доэвтектическим (2,14–4,3% углерода), эвтектическим (4,3%) или заэвтектическим (4,3–6,67%). Состав сплава влияет на его структуру. В зависимости от состояния и содержания углерода различают следующие виды чугуна: белый и серый чугун (в зависимости от цвета излома, обусловленного углеродной структурой в чугуне в виде карбида железа или свободного графита), ковкий чугун с шаровидным графитом, ковкий железо, чугун с вермикулярным графитом.Углерод присутствует в белом чугуне в виде цементита и в сером чугуне в основном в виде графита.

Типы чугуна в промышленном секторе обозначаются следующим образом:

• передельный чугун 1, 2 (П1, П2)
• чугун передельный для отливок (передельный — литейный) 1, 2 (ПЛ1, ПЛ2)
• чугун передельный фосфорный 1, 2, 3 (ПФ1, ПФ2, ПФ3)
• сортовой передельный чугун 1, 2, 3 (ПВК1, ПВК2, ПВК3) ​​
• Чугун с чешуйчатым графитом (СЧ) (следующие цифры — минимальное гарантированное значение предела прочности на разрыв в кг / мм2)
• чугун антифрикционный
• чугун антифрикционный серый (АЧС)
• антифрикционный высокопрочный чугун (АЧВ)
• антифрикционный ковкий (АЧК)
• Ковкий чугун с шаровидным графитом для отливок В (ВЧ) (цифры после буквенных обозначений представляют собой значение прочности в кг / мм2 и относительное удлинение в%)
• Чугун специальный легированный (Ch)

Классификация легированных чугунов:

• Чугуны жаропрочные хромистые
• чугуны коррозионностойкие
• чугуны износостойкие
• другие

Термическая обработка высокохромистого белого чугуна Ti-сплава

Исследовано влияние термической обработки на микроструктуру и механические свойства высокохромистого белого чугуна, легированного титаном.Были проведены температуры аустенизации 980 ° C и 1150 ° C в течение 1 часа каждая с последующим отпуском при 260 ° C в течение 2 часов, и сообщается о влиянии этих обработок на сочетание износостойкости / ударной вязкости. Микроструктура чугуна, аустенитизированного при 1150 ° C, показала мелкий осадок вторичных карбидов (M ₆ C ₂₃ ) в матрице из эвтектического аустенита и эвтектических карбидов (M ₇ C ₃ ). При 980 ° C структура состояла из сфероидальной мартенситной матрицы, небольшого количества мелких вторичных карбидов и эвтектических карбидов.Частицы карбидов титана (TiC) кубической морфологии были равномерно распределены в обеих матрицах. Утюги, аустенитизированные при 980 ° C, показали относительно более высокую прочность на разрыв по сравнению с аустенитизированными при 1150 ° C, в то время как последние показали более высокую ударную вязкость. Для обоих случаев оптимальная прочность на разрыв была получена для чугунов, легированных 1,31% Ti, тогда как максимальная ударная вязкость была получена для чугунов без добавления Ti. Более высокая износостойкость была получена для образцов, аустенитизированных при 980 ° C, по сравнению с чугунами, обработанными при 1150 ° C.Для обеих обработок оптимальная износостойкость была получена с 1,3% Ti.

1. Введение

Чугун с высоким содержанием хрома — один из износостойких материалов, используемых в различных областях, где устойчивость в агрессивных средах является основным требованием. Эти области применения включают шламовые насосы, пресс-формы для кирпича, несколько единиц шахтного бурового оборудования, оборудование для обработки горных пород и подобные области [1, 2]. Его конкурентное положение на рынке основано на низких затратах на производство и стабильности свойств при высоких температурах по сравнению с другими износостойкими материалами [3].В литом состоянии микроструктура белого чугуна с высоким содержанием хрома и молибдена состоит в основном из дендритов аустенита в матрице эвтектической смеси аустенита и карбидов (Fe, Cr) ₇ C ₃ [4, 5]. Для многих применений отливки перед эксплуатацией подвергаются термообработке для повышения износостойкости, а также ударной вязкости. Обычно используются закалка и отпуск. Уменьшение содержания углерода и хрома в аустените приводит к существенному превращению аустенита в мартенсит при охлаждении до комнатной температуры [6, 7].Обычно считается, что эвтектические карбиды не подвержены дестабилизирующей термообработке [8, 9].

Как показано на рисунке 1, существует оптимальная температура аустенизации для достижения максимальной твердости, которая отличается для каждого состава. Температура аустенизации определяет количество углерода, которое остается в растворе в аустенитной матрице. Слишком высокая температура аустенизации увеличивает стабильность аустенита, что, в свою очередь, увеличивает остаточный аустенит в структуре и, следовательно, снижает твердость.Низкая температура аустенизации приводит к образованию мартенсита с низким C, что, в свою очередь, снижает как твердость, так и сопротивление истиранию. Следовательно, успешная термообработка вызывает дестабилизацию аустенита за счет выделения вторичных карбидов в аустенитной матрице. Также рекомендуется закалить отливки перед их вводом в эксплуатацию для восстановления некоторой вязкости мартенситной матрицы и дальнейшего снятия остаточных напряжений [10].

Другой возможной стратегией улучшения износостойкости и ударной вязкости белого чугуна является добавление карбидообразующих элементов, таких как ванадий, вольфрам, ниобий и титан [11].В этом исследовании добавляется титан, где титан является сильным формирующим элементом, поскольку TiC имеет высокую температуру образования и будет первой фазой, выпадающей в осадок во время затвердевания. Таким образом, данная статья направлена ​​на изучение влияния добавок Ti и условий термообработки на микроструктуру, а также сопротивление истиранию и ударную вязкость.

2. Экспериментальная работа

Химический состав исследованного белого железа с высоким содержанием Cr-Mo приведен в таблице 1. Содержание серы и фосфора было ниже 0.05%. Сплавы плавили в индукционной печи средней частоты. Титан добавляли в виде Fe-Ti (20% Ti), чтобы получить содержание Ti в сплавах 0,471, 0,93, 1,31 и 1,78 мас.%. Жидкий металл заливали при 1520 ° C в песчаные формы с химической связкой в ​​виде образцов для растяжения и удара.

C Si Mn Cr Mo Ni 2.48 / 2,55 1,33 / 1,52 1,05 / 1,13 15,45 / 16,23 1,25 / 1,36 2,21 / 2,30

Использовались два различных цикла термообработки; первый был нанесен путем аустенизации при 980 ° C в течение одного часа и отпуска при 260 ° C в течение 2 часов. Второй цикл выполняли путем аустенизации при 1150 ° C в течение одного часа и отпуска также при 260 в течение 2 часов. Образцы для металлографических исследований были отполированы до алмазной отделки размером 1 мкм и подверглись химическому травлению в свежеприготовленном растворе, содержащем 1 г пикриновой кислоты и 5 см ³ соляной кислоты в 100 см ³ метанола.Образцы протравливались в течение немного более длительного времени, чем можно было бы ожидать при наблюдениях в оптический микроскоп. Исследование микроструктуры проводилось с помощью светового и растрового электронного микроскопов. Образцы измерения были вырезаны с использованием водоохлаждаемого режущего аппарата для исследования XRD. Соответствующие 15-миллиметровые квадратные грани отполировали до алмазного покрытия размером 1 мкм, мкм, для удаления относительно любого механически деформированного слоя на поверхности. Рентгеновская кристаллография проводилась с использованием источника рентгеновского излучения Cu. Твердость измеряли по шкале твердости Виккерса при нагрузке 30 кг и типичном для этой шкалы инденторе алмазной пирамиды.Испытание на растяжение и испытание на удар по Шарпи проводили согласно американским стандартам ASTM E8 и ASTM E23 соответственно. Испытания на износ проводились на машине для испытания на износ «палец на кольце». Испытание проводилось на абразивном диске SiC 70 меш при постоянной скорости 65 об / мин при различных приложенных нагрузках 30, 60, 110, 140 и 180 Н в течение 30 минут каждая. Образцы взвешивали до и после испытания на износ с использованием прецизионных цифровых весов 0,1 мг для определения потери веса. Потеря веса была взята для двух образцов как среднее значение для каждого условия.

3. Результаты и обсуждение

3.1. Микроструктура

Микроструктура литого высокохромистого белого чугуна без добавки Ti состоит из карбидов M ₇ C ₃ , которые образуются во время затвердевания в виде эвтектической фазы (смесь M ₇ C ₃ и аустенит) после образования проэвтектических аустенитных дендритов (рисунок 2). В более раннем исследовании Ибрагим и Нофал [12] кратко обсуждали микроструктуру этих сплавов с различными добавками Ti до 1.78% в литом состоянии. На рис. 3 показан СЭМ для карбидов, существующих в исследованных сплавах. На Рисунке 3 (а) эвтектические карбиды (M ₇ C ₃ ) распределены в матрице, а частицы TiC распределены либо в матрице, либо по эвтектическим карбидам хрома [12]. Карбиды титана также можно найти в стопке рядом с карбидами эвтектики M ₇ C ₃ (рис. 3 (b)).

Влияние добавок Ti (1,31% Ti) и температуры аустенизации на микроструктуру исследуемых чугунов показано на рисунках 4 (а) и 4 (б).Как видно на рисунке 4 (а), образцы, обработанные при 980 ° C, получили микроструктуру, состоящую из карбидов M ₇ C ₃ , внедренных в мартенситную матрицу, карбидов TiC, небольшого количества остаточного аустенита, а также небольшого количества вторичного карбиды. Образцы, аустенитизированные при 1150 ° C, показали структуру, состоящую из сетчатых эвтектических карбидов ((Cr, Fe) ₇ C ₃ , M ₇ C ₃ ), внедренных в аустенитную матрицу, вторичных карбидов и TiC. частицы (рис. 4 (б)).Эти частицы TiC имеют граненую кубоидальную морфологию со средним диаметром примерно 3-4 мкм мкм. Объемная доля частиц TiC увеличивается с увеличением содержания Ti в сплаве. Частицы TiC равномерно распределены по матрице.

Микроструктура образцов, обработанных при 980 ° C в течение 1 часа, показывает небольшие количества обильных мелких выделений вторичных карбидов и сфероидального мартенсита, которые выглядят темными на микрофотографии (Рисунок 5). Эти мелкие вторичные карбиды однородны по размеру и равномерно распределены в матрице.Они локализованы в зернах аустенита, где сетчатые эвтектические карбиды практически не изменяются после термообработки. Выделение вторичных карбидов из аустенита приводит к снижению содержания Cr и C в аустените. Истощение как C, так и Cr в аустенитной фазе, следовательно, приведет к смещению начальной температуры мартенсита на более высокий уровень температуры. Таким образом, начальная температура мартенсита будет повышена до температуры выше комнатной. Поэтому при последующем охлаждении до температуры окружающей среды аустенит превращается в мартенсит.Хотя большое количество аустенита превращается в мартенсит после термообработки, все же железо содержит небольшое количество остаточного аустенита.

Профили дифракции рентгеновских лучей исследуемых сплавов после термообработки в сравнении с состоянием в литом состоянии показаны на рисунках 6 (а) –6 (в). Пики, связанные с аустенитной фазой и мартенситной фазой, обозначены и M соответственно. Например, сравнивая результаты после термообработки с результатами для отливки, видно, что количество мартенсита заметно увеличивается, в то время как количество остаточного аустенита значительно уменьшается при применении термообработки.В литом состоянии вторичные карбиды не наблюдаются, потому что эвтектические карбиды M ₇ C ₃ являются наиболее образующимися карбидами в литом состоянии, тогда как после обработки вторичные карбиды более очевидны (M ₂₃ С ₆ ). Это наблюдение согласуется с особенностями микроструктуры, полученными в этом исследовании (рисунки 2 и 5), а также с другими исследованиями, проведенными Carpenter et al. [13] и Видьерти и др. [14]. Некоторые кристаллографические данные дифрактометра представлены в таблице 2.В этой таблице показаны значения sin ² , полученные для фазы, составляющей угол Брэгга. В таблице также определены интервалы фазовых индексов. Параметры решетки и для эвтектического карбида хрома (Fe, Cr) ₇ C ₃ были рассчитаны на основе данных, приведенных в таблице 2. Это связано с тем, что этот тип карбида (Fe, Cr) ₇ C ₃ имеют гексагональную структуру кристаллической решетки и поэтому индексируются с помощью системы координат Миллера-Браве.Значения и составили 1,394 и 0,452 нм соответственно. Кроме того, был оценен параметр решетки как первичного, так и эвтектического аустенита. Установлено, что для первичного и эвтектического аустенита оказалось равным 0,361 и 0,359 нм соответственно.

900 Arctic d — расстояние (Å) Интенсивность (%) Фаза 2,036 45.6 0,1431 Карбид 2,011 17,6 0,1431 Карбид 2,080 62,0 0,1372 Аустенит 1,268 2,87 Austenite 1,268 2,87 2,073 40,7 0,1379 Эвтектический аустенит 0,827 2,6 0,8677 Эвтектический аустенит 0.904 3,2 0,7278 Аустенит

Микроструктура чугунов, обработанных при 980 ° C (Рисунок 7), демонстрирует особенности эвтектики M ₇ C ₃ карбидов внедрен в мартенситную матрицу, карбиды TiC, небольшое количество остаточного аустенита, а также небольшое количество вторичных карбидов. С другой стороны, на рисунке 8 показаны микрофотографии образцов, подвергнутых термообработке при 1150 ° C в течение 1 часа. На нем показаны сетчатые эвтектические карбиды ((Cr, Fe) ₇ C ₃ , M ₇ C ₃ ), внедренные в аустенитную матрицу.По сравнению с другими образцами, обработанными при 980 ° C, в зернах аустенита образовалось и локализовалось очень мелкое выделение вторичных карбидов. Кроме того, на микрофотографиях видны кубические частицы TiC при добавлении Ti от 0,47% до 1,78%. Более высокая объемная доля и больший размер TiC были получены добавлением 1,78% Ti к железу. Добавление титана также привело к уменьшению объемной доли карбидов M ₇ C ₃ из-за миграции части углерода в TiC, что указывает на то, что карбиды титана были первыми, которые затвердевали и затем могли действовать как зародыши для проэвтектики дендритов аустенита и тем самым улучшая структуру.Аналогичные исследования, связанные с влиянием добавления бора на микроструктуру белого чугуна, показали, что бор также улучшает микроструктуру [15–18].

3.2. Механические свойства

На рис. 9 показано влияние температуры добавления Ti и температуры аустенизации на твердость исследуемых белых чугунов. Кажется, что значения твердости выше у образцов, аустенитизированных при 980 ° C, по сравнению с другими, аустенитизированными при 1150 ° C. Это считается логическим явлением из-за образования мартенситной структуры при 980 ° C, которая считается твердой фазой по сравнению с аустенитной матрицей, содержащей вторичные карбиды, образовавшиеся при 1150 ° C.Farah et al. [19] упомянул в своем исследовании для белого чугуна с высоким содержанием хрома, легированного Nb, что термообработанная мартенситная структура имеет более высокую твердость, чем обработанная аустенитная структура, из-за улучшения диффузии углерода в аустенитной фазе, которая, в свою очередь, превратится в мартенсит с более высоким содержанием углерода. Эта высокоуглеродистая мартенситная структура будет тверже аустенитной. В этом исследовании оба термообработанных образца (мартенситная и аустенитная структуры) демонстрируют одинаковую тенденцию изменения твердости при увеличении добавок Ti до 1.78%. При 980 ° C увеличение твердости было значительным: от 650 HV ₃₀ для основного сплава без добавки Ti до 776 HV ₃₀ для сплава с 1,78% Ti. С другой стороны, при 1150 ° C образцы показали ту же тенденцию, что и образец, обработанный при 980 ° C, но с более низкими значениями твердости. При 1150 ° C базовый чугун без добавки Ti имеет значение твердости 510 HV ₃₀ , а для железа с 1,78% Ti оно возрастает до 650 HV ₃₀ .

Как показано на Рисунке 10, прочность на разрыв термически обработанных образцов при 980 ° C и 1150 ° C также имеет ту же тенденцию, где предел прочности увеличивается с увеличением добавок Ti до максимального значения, соответствующего 1 .31% Ti, а затем уменьшается при увеличении добавок Ti (1,78% Ti). Такое увеличение прочности на разрыв можно объяснить эффектом упрочнения термообработанных мартенситных или аустенитных матриц за счет однородного распределения TiC в этих матрицах. Однако снижение прочности было получено при дальнейшем добавлении Ti (1,78% Ti) из-за эффекта кластеризации частиц TiC в обеих матрицах. Кроме того, мартенситная матрица показала более высокую прочность на разрыв по сравнению с аустенитной матрицей, усиленной вторичными карбидами.Это, конечно, связано с природой матриц, в которых мартенситная матрица считается более твердой и имеет более высокую прочность, чем аустенитная.

Результаты по ударной вязкости исследованных термообработанных образцов без надреза показаны на рисунке 11. Очевидно, что обе температуры аустенизации имеют одинаковое поведение с добавками Ti, где образцы без добавки Ti показали самую высокую ударную вязкость. и начал постепенно уменьшаться, чтобы поддерживать приблизительно постоянные значения с добавками Ti от 0.От 93% до 1,78%. Обычно для металлических материалов увеличение прочности на разрыв связано с уменьшением ударной вязкости, но здесь в этом исследовании ясно, что белое чугун, легированное Ti в диапазоне от 0,93% до 1,78%, показало увеличение прочности на разрыв без изменения снижение ударной вязкости. Предполагается, что улучшение структуры произошло за счет добавления Ti, а также усиление матрицы вторичными карбидами, что не привело к потере ударной вязкости. Это было очевидно для чугунов, легированных 1.78% Ti, где усиление матрицы вторичными карбидами может компенсировать ухудшение ударной вязкости, которое произошло в результате образования некоторых участков агломерации TiC в матрице. Следовательно, в этом исследовании примененная термообработка путем аустенизации при 980 ° C или при 1150 ° C очень полезна для поддержания постоянной ударной вязкости, особенно при более высоких значениях содержания Ti (> 0,93% Ti). В аналогичной работе, выполненной Bedolla-Jacuinde et al. [11] для изучения влияния добавки Ti (в диапазоне 0–2.02% Ti) на износостойкость и вязкость разрушения белого чугуна с 16% Cr в литом состоянии, они заметили, что вязкость разрушения остается почти постоянной во всех диапазонах добавления Ti из-за эффекта измельчения, который оказывает добавка Ti на микроструктура.

Белый чугун с высоким содержанием хрома специально предназначен для использования в стойких к истиранию материалах. Преобладающие в его структуре карбиды придают ему высокую твердость, необходимую для дробления и измельчения других материалов без разрушения.Поэтому белый чугун с высоким содержанием хрома считается правильным выбором в качестве материала с высокой износостойкостью. Более того, из него можно легко отливать сетку, необходимую для дробления и измельчения или работы с абразивными материалами.

В этом исследовании было изучено влияние приложенной нагрузки, температур аустенизации и добавок Ti на абразивный износ белого чугуна с высоким содержанием хрома, как показано на рисунках 12 (a) и 12 (b). При обеих температурах аустенизации (980 ° C и 1150 ° C) все образцы демонстрируют одинаковую тенденцию, при которой скорость износа увеличивается с увеличением приложенной нагрузки.Это логично из-за увеличения приложенного напряжения сдвига по изношенной поверхности за счет увеличения приложенной нагрузки. Влияние добавки Ti на износостойкость исследуемых образцов, аустенитизированных при 980 ° C и 1150 ° C, также демонстрирует ту же тенденцию, где скорость износа обеих структур снижалась с увеличением добавки Ti до 1,31% Ti. Это может быть связано с эффектом измельчения структуры, который соответствует эвтектической структуре со смешанными частицами карбидов хрома и карбидов титана, достигаемой добавлением Ti до 1.31% Ti. Это в целом согласуется с результатами, полученными Chung et al. [20], где они исследовали влияние добавки Ti до 6% Ti на износостойкость белого чугуна 25% Cr-4% C. Они заметили, что скорость износа снижается с увеличением количества добавляемого титана из-за улучшения микроструктуры добавлением титана. Кроме того, карбиды хрома были заменены карбидами Ti, которые тверже первых. В другом исследовании, проведенном Arikan et al. [21] о влиянии добавки Ti до 0.38% Ti относительно твердости и износостойкости термообработанного белого чугуна с 15% Cr-3% Mo, они обнаружили, что износостойкость может быть увеличена за счет увеличения количества добавленного Ti за счет эффекта измельчения структуры. В этом исследовании минимальная скорость износа была указана для чугуна, легированного 1,31% Ti, а максимальная — для чугуна без добавки Ti. Для железа, легированного 1,31% Ti, огромное количество частиц TiC равномерно распределено как в мартенситной, так и в аустенитной матрице. Следовательно, здесь можно сделать вывод, что следует поддерживать оптимальное добавление Ti 1.31%, чтобы избежать агломерации TiC в матрице, которая ослабит матрицу и увеличит скорость ее износа. Несмотря на то, что чугун содержит большое количество добавки Ti (1,78%), он обеспечивает высокую степень износа. Это поведение было очевидным в обоих условиях термообработки (980 ° C и 1150 ° C). Это можно объяснить агломерацией частиц TiC в определенных местах в матрице, где карбиды легко вытягиваются из матрицы и оставляют полости. Эти полости считаются слабыми местами в матрице и, в свою очередь, вызывают более высокий износ.Более того, эти вытянутые частицы будут вставляться между изношенной поверхностью и вращающимся диском, вызывая третий механизм абразивного износа корпуса, который характеризуется высокой степенью износа.

4. Выводы

(1) Образцы, обработанные при 980 ° C, показали структуру, состоящую из мелкого сфероидального мартенсита, мелких выделений вторичных карбидов, небольшого количества остаточного аустенита, частиц TiC и эвтектических карбидов (M ₇ C ₃ ). (2) Образцы, обработанные при 1150 ° C, показали структуру, состоящую из мелких выделений вторичных карбидов, внедренных в аустенитную матрицу, частиц TiC и эвтектических карбидов (M ₇ C ₃ ).(3) Частицы TiC были хорошо распределены в обеих термообработанных матрицах для добавок Ti до 1,31%, а затем начали агломерировать с более высокой добавкой Ti 1,78%. (4) Добавление Ti вызывало увеличение твердости из-за образования твердые частицы TiC с карбидами M ₇ C ₃ , а также вторичные карбиды, внедренные в термически обработанные матрицы. (5) Предел прочности на разрыв и сопротивление истиранию показали максимальные значения при 1,31% Ti, а затем эти свойства ухудшились с дальнейшим ухудшением. Ti-добавка (1.78% Ti) из-за кластеризации частиц TiC. (6) Максимальная ударная вязкость была отмечена для чугуна без добавления Ti и начала немного ухудшаться при дальнейшем увеличении добавки Ti. (7) Сообщалось о минимальной скорости износа мартенситной структуры. полученный при 980 ° C по сравнению с другим, обработанным при 1150 ° C. (8) Оптимальная стойкость к истиранию и ударная вязкость исследованного белого чугуна (16% Cr, 1,3% Mo и 2,3% Ni) могут быть достигнуты путем аустенитизации образцы при 980 ° C и добавлении 1,31% Ti.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов относительно публикации данной статьи.