Помимо вышеупомянутых добавок, чугун может содержать и другие ингредиенты. Эти материалы называются натяжными. Наиболее распространенными добавками в чугуне являются титан, хром, алюминий, никель и медь.
Чугун. Марки, свойства и применение чугунов
Чугун — это наиболее распространенный материал для литья из мягкого железа, содержащий более 2% углерода, до 4,5% кремния, до 1,5% марганца, до 1,8% фосфора и до 0,08% серы. На практике используется чугун, содержащий 3÷3,5% углерода.
Чугун широко используется в литейном производстве в качестве конструкционного материала благодаря своим высоким мачтовым свойствам. Он изготавливается путем резки. Для подшипников качения используется чугун с низким коэффициентом трения. Специально обработанный чугун (высокопрочный) успешно конкурирует по качеству со стальным чугуном и кованой сталью.
Недостаточная долговечность объясняется высокой хрупкостью чугуна и наличием большого количества углеродистой оболочки в виде тонера.
Когда в жидкое железо ввели небольшое количество магния и антенала, тонер изменил форму и стал сферическим. Чугун стал прочнее и потерял свою хрупкость. По этому качеству такой чугун (называемый высокопрочным) не уступает конструкционной углеродистой стали. Долговечность этого чугунного компонента увеличилась почти в три раза.
Углерод в чугуне может быть в виде цементного соединения (такой чугун называется белым) или частично или полностью свободным в виде графита (такой чугун называется серым).
Чугуны состоят из металлического каркаса (перлит, железное пламя) и неметаллических графитовых включений. Они отличаются в основном формой графитового корпуса. Использование белого чугуна ограничено. Некоторые отливки, в которых необходимо повысить твердость поверхностного слоя, изготавливаются из отбеленного чугуна. Поверхностный слой изготовлен из белого чугуна, а сердцевина — из серого чугуна. Размер и твердость отбеленного слоя регулируется путем изменения химического синтеза чугуна и скорости затвердевания отливки.
Чугун серый
Серый чугун широко используется в машиностроении. Он назван так из-за серого цвета фрагментов, вызванного наличием свободного углерода в виде графита в структуре чугуна. Проводится различие между Перлитом, Перлито-основателем и ферритным серым железом.
Таблица 1.Серые чугуны, их основные свойства и области применения
| Марка | mВ МПа | НВ | Свойства и применение |
| Сч10 | 275 | 139-274 | Малоответственные отливки с толщиной стенок до 15 мм (корпуса, крышки, кожухи и др.), детали, для которых прочностная характеристика не является обязательной,- опоки, арматуру, рамки, сковороды, декоративные детали, массивные строительные колонны, фундаментные плиты |
| СЧ15 | 314 | 160-224 | Малоответственные отливки с толщиной стенок 10 — 30 мм (трубы, корпуса клапанов, вентили при давлении — до 20 МПа и др.), корпусные малонагруженные детали, подмоторные плиты, рычаги, шкивы, маховики, емкости для масла и охлаждающей жидкости, корпуса фильтров, фланцы, крышки, звездочки цепных передач |
| СЧ18 | 354 | 167-224 | Ответственные отливки с толщиной стенок 10 — 20 мм (шкивы, зубчатые колеса, станины, суппорты и др.) |
| СЧ20 | 397 | 167-236 | Ответственные отливки с толщиной стенок до 30 мм (блоки цилиндров, поршни, тормозные барабаны, каретки и др.), для изготовления базовых корпусных деталей повышенной прочности и износостойкости, деталей, к которым предъявляются требования герметичности при давлении до 8 МПа (80 кгс/см 2 ), корпусов, коробок передач, шпиндельных бабок, балансиров, планшайб, гильз, кареток, цилиндров, насосов, золотников, арматуры, компрессоров |
| СЧ25 | 450 | 176-245 | Ответственные отливки с толщиной стенок до 40 мм (кокильные формы, поршневые кольца и др.), для изготовления базовых корпусных деталей повышенной прочности и износостойкости, деталей, к которым предъявляются повышенные требования к герметичности |
| СЧ3О | 490 | 177-250 | Ответственные отливки с толщиной стенок до 60 мм (поршни, гильзы дизелей, рамы, штампы и др.), для изготовления кронштейнов, салазок столов и суппортов, деталей с поверхностной закалкой, цилиндров, корпусов насосов, дизелей и двигателей внутреннего сгорания, поршневых колец, коленчатых и распределительных валов |
| СЧ35 СЧ45 | 540 | 193-264 | Ответственные высоконагруженные отливки с толщиной стенок до 100 мм (малые коленчатые валы, детали паровых двигателей и др.) деталей, для изготовления к которым предъявляются требования герметичности при давлении свыше 8 МПа |
Графит обладает низкими механическими свойствами. Это нарушает целостность металлической подложки. Графит, прикрепленный между зернами металлической подложки, ослабляет связь между ними. Поэтому серый чугун обладает низким сопротивлением растяжению, прочностью и долговечностью, даже при очень низкой степени. Чем крупнее и равномернее включения графита, тем хуже механические свойства чугуна. По твердости и сопротивлению горю чугун близок к стали, которая имеет ту же структуру, что и металлическая основа чугуна.
В структуре чугуна орхимоса графит принимает форму хлопьев. Такой графит называется отожженным углеродом. По сравнению с чугуном, цельная сталь более долговечна, мусором и ложем. Его название связано с ростом рабства. Он не является ложным в прямом смысле этого слова.
Процесс производства чугуна из ковкого железа включает две стадии: производство компонентов из белого чугуна и отжиг чугуна для получения графитового цемента. При отжиге белый ферроцементит разлагается, образуя хлопья графита. В результате хрупкие, твердые отливки становятся вязкими и мягкими. В зависимости от условий и метода отжига железные структуры могут иметь ферритную (F), перлитную (P) и феррит-перлитную металлическую основу. Ферритный ковкий чугун является наиболее распространенным. Отжиг ковкого чугуна — это очень длительный процесс, занимающий 70-80 часов. Однако его можно ускорить, закалив чугун перед отливкой графита и модифицировав его алюминием, бором, висмутом или титаном. Существуют и другие способы ускорить процесс отжига. Используя вышеуказанные методы, время отжига можно сократить до 35-40 часов.
Таблица 2.Гибкие чугуны, их основные характеристики и области применения
Материалы для применения в условиях высоких динамических и статических нагрузок (зажимы, гайки, винты).
(зажимы, гайки, клапаны, части сельскохозяйственной техники).
глушители, прокладки, муфты, тормозные компоненты, педали,.
Умеренная пластичность и хорошие антифрикционные свойства.
Пропеллерные валы, шестерни, червячные передачи,.
поршни, подшипники, муфты и ролики, подшипники,.
Согласно ГОСТ 1215-79, ковкий чугун характеризуется так же, как и ковкий чугун. Например, товарный знак КЧ 33-8 означает, что данный чугун имеет прочность на разрывВ = 32,4 Н / мм 2 (33 кгс / мм 2) и относительное удлинение δ = 8%.
Они могут быть изготовлены из чугуна с поперечным сечением до 55 мм. По мере увеличения площади поперечного сечения в сердцевине отливки образуется слоистый графит, что делает чугун непригодным для отжига. В машиностроении чаще используется высокопрочный чугун, который производится по более сложному и дешевому технологическому процессу, чем процесс производства железа.
Основные свойства ковкого чугуна и области его применения перечислены в таблице 2.
Температура кипения ковкого чугуна также в значительной степени зависит от его химического состава. Необходимо уделить внимание каждому типу материала, чтобы исследовать его физические свойства. Различные структуры и химические составы приводят к различным физико-механическим свойствам.
- Физическими. К этим характеристикам относятся: удельный вес, коэффициент линейного расширения, действительная усадка. Удельный вес меняется в зависимости от содержания в материале углерода.
- Тепловыми. Теплопроводность материала принята рассчитывать по правилу смещения. Для твердого чугуна объемная теплоемкость равна 1 кал/см 3* о С. Если чугун жидкий, то она равна примерно 1,5 кал/см 3 * о С.
- Механическими. Эти свойства зависят от самой основы, а так же от размеров и формы графита. Самым прочным считается серый чугун с перлитной основой, а самым пластичным — с ферритной основой. Максимальное снижение прочности наблюдается при форме графита «пластинка», а минимальное – при форме «шар».
- Гидродинамическими. Вязкость в чугуне меняется в зависимости от наличия марганца и серы. Так же она резко возрастает когда температура чугуна переходит точку начала затвердевания.
- Технологическими. Чугун обладает отличными литейными свойствами, стойкости к износу и вибрации.
- Химическими. По электродному потенциалу (по мере убывания) структурные составляющие чугуна располагаются в следующем виде: цементит — фосфидная эвтектика — феррит.
Различия в химическом составе и свойствах между чугуном и сталью
На свойства чугуна влияют некоторые примеси.
- Так добавление серы позволяет существенно уменьшить жидкотекучесть и снизить тугоплавкость.
- Добавление фосфора одновременно дает возможность создать изделие сложной формы, но не дает ему повышенной прочности.
- Примесь в виде кремния делает температуру плавления не такой высокой и значительно улучшает свойства литья. Различное процентное содержания кремния позволяет создать разный чугун: от чисто-белого до ферритного.
- Марганец ухудшает литейные и технологические свойства, но повышает прочность и твердость.
Помимо вышеупомянутых добавок, чугун может содержать и другие ингредиенты. Эти материалы называются натяжными. Наиболее распространенными добавками в чугуне являются титан, хром, алюминий, никель и медь.
Прочитайте ниже, чтобы определить элементы, входящие в химический состав чугуна.
В следующем видеоролике показано, как сваривать чугун электросваркой.
Структура и состав
Когда чугун рассматривается как строительный материал, он представляет собой металлическую полость, содержащую графит. Структура чугуна состоит в основном из перлита, лентеволита и вязкого графита. В каждом типе чугуна эти элементы преобладают или полностью отсутствуют в различных пропорциях.
По структуре чугун имеет следующие характеристики.
Тонер присутствует в этом материале в одном виде.
- Шаровидная. Графит приобретает такую форму при добавлении присадки магния. Шаровидная форма графита характерна для высокопрочных чугунов.
- Пластичная. Графит похож на форму лепестков. В такой виде графит присутствует в обычном чугуне. Этот чугун обладает повышенными свойствами пластичности.
- Хлопьевидный. Графит приобретает такую форму в результате отжига белого чугуна. Графит в хлопьевидном виде находится у ковкого чугуна.
- Вермикулярный. Графит названной форма находится у серого чугуна. Она была разработана специально для улучшения пластичных и прочих свойств.
Производство металла
Чугун производится в специальных доменных печах. Основным сырьем для производства чугуна является железная руда. Технический процесс включает в себя восстановление оксида железа из руды для получения другого материала — чугуна. В производстве чугуна используются кокс, природный газ и антрацитовое топливо.
Когда руда восстановлена, железо становится твердым. Затем она опускается в специальную часть печи (пар), где углерод растворяется в железе. Производством является жидкий чугун, который опускается на дно печи.
Цена чугуна (за кг) зависит от количества углерода в нем и наличия дополнительных примесей и квот. Ориентировочная цена одной тонны чугуна составляет 8 000 рублей.
Чугун как строительный материал представлен металлическими полостями с графитовыми включениями. Его основными компонентами являются энтерит, туморит ног и оркосграфит. Интересно, что эти элементы могут присутствовать в разных пропорциях в различных типах сплавов или полностью отсутствовать.
Производственные технологии
Известно, что чугун производится путем специальных взрывов. Железная руда является основным сырьем. Производственный процесс состоит из восстановления железной руды для получения другого материала — чугуна. В процессе производства используются такие виды топлива, как кола, энергетический уголь и газ.
Для производства большого количества чугуна требуется около 550 кг колы и около 1 тонны воды. Количество руды, загружаемой в печь, зависит от содержания в ней железа. Как правило, используются руды, содержащие не менее 70 % железа. Дело в том, что использование более низких концентраций экономически нецелесообразно.
Первым этапом производства железа является плавка. Руда засыпается в отвал, затем гранулированный уголь. Это необходимо для создания давления и поддержания необходимой температуры внутри одеяла. Эти материалы активно участвуют в химических реакциях, происходящих в процессе горения, в качестве фактора железа.
Тем временем поток, который действует как катализатор, опускается в печь. Ускоряя плавление породы, они способствуют скорейшему высвобождению железа. Важно знать, что руда проходит предварительную обработку перед тем, как ее помещают в печь. Более тонкие частицы плавятся быстрее и измельчаются дробильным устройством. Затем его промывают для удаления неметаллических частиц. Затем сырье нагревается для удаления богов и других посторонних частиц.
На втором этапе производства в печь подается природный газ, и через специальную горелку печь готова к использованию. CC участвует в нагревании сырья. Углерод в сочетании с кислородом высвобождается, образуя оксид кислорода. Это помогает уменьшить содержание железа в руде.
По мере увеличения содержания газа в печи скорость химической реакции уменьшается. Она может быть полностью остановлена при достижении определенного соотношения газов. Углерод проникает в сплав и в сочетании с железом образует чугун. Непрошеные элементы остаются на поверхности и быстро удаляются. Этот отработанный материал называется шлаком. Он используется для производства других материалов.
Сфера использования
Этот металл используется во многих отраслях промышленности. Например, он широко используется в машиностроении для создания различных компонентов.
В большинстве случаев этот материал используется в производстве блоков двигателя и валов коленчатого вала. Последний требует высокой степени легирования путем добавления специальных примесей графита. Этот металл устойчив к трению и поэтому используется для производства высококачественных тормозных колодок.
В суровом климате чугун незаменим, так как изготовленные из него детали машин могут бесперебойно работать даже при низких температурах.
Она также хорошо зарекомендовала себя в сталелитейной промышленности. Его превосходные литейные свойства и относительно низкая стоимость высоко ценятся. Изделия из него обладают очень высокой прочностью и износостойкостью.
Из чугунных сплавов изготавливаются различные сантехнические изделия. Это батареи, раковины, различные мойки и трубы. Большой популярностью пользуются чугунные ванны и грелки. Они имеют очень долгий срок службы. Многие квартиры используют их, поскольку они долго сохраняют свой первоначальный вид и редко нуждаются в ремонте.
Не менее важно и то, что превосходные литейные свойства чугуна позволяют создавать целые произведения искусства, такие как кованые ворота и памятники всех видов.
Стоит отметить, что стоимость за кг чугуна определяется количеством углерода в его составе и наличием различных добавок и легирующих элементов. Цена одной тонны чугуна составляет примерно 8 000 рублей.
На сегодняшний день не существует сферы, в которой не использовался бы этот металл. Его отливки и сплавы служат основой для многих лент, механизмов и аксессуаров. Он может использоваться как автономный продукт, прекрасно реагирующий на предполагаемую операцию. Это железосодержащее соединение является уникальным в своем роде. Он остается незаменимым и по сей день.
В своем первоначальном виде он используется редко. Его нельзя использовать с инструментами из быстрорежущей стали. Только твердосплавный носик еще больше усложняет задачу.
Преимущества «железного литья»
Чугун, как и все материалы, имеет ряд преимуществ и недостатков при использовании в различных изделиях, изготовленных из ИТ, таких как автомобильные аксессуары, компоненты двигателя, трубопроводы и другие изделия.
- экологичность;
- способность сохранять температуру;
- высокая теплоотдача;
- устойчивость к перепадам температур;
- устойчивость к кислотам и щелочам;
- коррозионная устойчивость;
- некоторые виды – повышенной прочности, что позволяет сравнивать со сталью;
- износостойкость;
- долговечность.
- хрупкость, при сборке следует соблюдать осторожность;
- большой вес изделий;
- ржавеет при длительном контакте с водой.
Черная металлургическая база нашей страны представлена чугуном, сталью и прокатом. Крупными потребителями чугуна являются стратегически важные отрасли промышленности, такие как металлообработка, машиностроение, строительство, транспорт, легкая промышленность и химическая промышленность.
Чугунное литье также используется в производстве потребительских товаров, таких как чугунные котлы, сковороды, кастрюли и заборы. Специалисты-ремесленники используют этот металл для создания самых настоящих произведений искусства, украшая им камины, заборы, скамейки, перила и изящные чугунные кружева.
