Palitra21.ru

Домашний уют — журнал
2 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Структура, свойства и применение чугунов (стр. 5 )

Чугун. Марки, свойства и применение чугунов

Чугун — самый распространенный железоуглеродистый нековкий литейный материал, содержащий свыше 2% углерода, до 4,5% кремния, до 1,5% марганца, до 1,8% фосфора и до 0,08% серы. В практике применяют чугуны, содержащие 3÷3,5% углерода.

Чугун обладает высокими литейными свойствами, поэтому широко используется в литейном производстве в качестве конструкционного материала. Он хорошо обрабатывается резанием. Из чугуна, имеющего невысокий коэффициент трения, изготовляют подшипники скольжения. Специально обработанный чугун (высокопрочный) по показателям качества успешно конкурирует со стальным литьем и кованой сталью.

Недостаточная прочность и большая хрупкость чугуна объясняются наличием в нем крупных включений углерода в виде графита.

Введение в жидкий чугун небольшого количества магния и церия изменили форму графита, он стал шаровидным. Чугун приобрел прочность и утратил хрупкость. Такой чугун (его называют высокопрочным) по-своему качеству не уступает конструкционным углеродистым сталям. Стойкость деталей, изготовленных из этого чугуна, увеличилась почти в три раза.

Углерод в чугунах может находиться в виде химического соединения — цементита (такие чугуны называют белыми) или частично или полностью в свободном состоянии в виде графита — (такие чугуны называют серыми).

Чугуны состоят из металлической основы (перлита, феррита) и неметаллических включений графита. Они различаются главным образом формой графитовых включений. Белый чугун имеет ограниченное применение. Некоторые отливки, от которых требуется повышенная твердость поверхностного слоя, изготовляют из отбеленного чугуна. Поверхностный слой его состоит из белого чугуна, а сердцевина — из серого. Величину и твердость отбеленного слоя регулируют путем изменения химического состава чугуна и скорости затвердевания отливки.

Текст из документа «Учебное пособие — Структура, свойства и применение чугунов»

Федеральное государственное бюджетное образовательное

учреждение высшего образования

«Московский государственный университет

Императора Николая II»

Кафедра «Строительные материалы и технологии»

В.Д. Парфенов

Структура, свойства
и применение чугунов

Учебное пособие

Москва – 2016

Федеральное государственное бюджетное образовательное

учреждение высшего образования

«Московский государственный университет

Императора Николая II»

Кафедра «Строительные материалы и технологии»

В.Д. Парфенов

Структура, свойства и применение
чугунов

Учебное пособие для студентов
специальностей СЖД, СТП, СМТ и СГС

Парфенов В.Д. Структура, свойства и применение чугунов: Учебное пособие. –М.: МГУПС (МИИТ), 2016. – 53 с.

В учебном пособии приводится общая классификация чугунов, подробно рассматривается структура и физико-механические свойства передельных белых и литейных чугунов Описаны фазы и структурные составляющие различных видов чугунов, а также исследуется природа фазовых превращений в чугунах при охлаждении. Рассмотрены принципы маркировки и области применения белых, серых, высокопрочных и ковких чугунов.

Учебное пособие предназначено студентам специальности «Строительство железных дорог, мостов и транспортных тоннелей» (специализации СЖД, СТП, МТ и СГС). для освоения раздела «Металлические материалы в строительстве» учебной дисциплины дисциплине «Материаловедение. Технология конструкционных материалов»

Рецензенты : доктор технических наук, профессор

Ерофеев В.Т. (МГУ им. Н.П.Огарева);

доктор технических наук, профессор

Кондращенко В.И. (МГУПС (МИИТ)).

© МГУПС (МИИТ), 2016

Общая классификация чугунов……………………………6

Диаграммы состояния железоуглеродистых сплавов….10

Структура, свойства, марки и применение чугунов……12

Передельные белые чугуны…………………………. 12

Высокопрочные чугуны………………………. 32

Применение чугунных изделий в строительстве……….42

Задание для студентов и порядок выполнения
лабораторной работы……………………………………….45

Контрольные вопросы и задачи…………………………..49

Чугуны являются важнейшим материалом современной техники. Благодаря высоким технологическим свойствам, достаточной прочности и относительной дешевизне они нашли широкое применение в транспортном, гражданском и промышленном строительстве.

Студентам необходимо знать и уметь использовать основные механические и технологические свойства чугунов, которые в значительной степени определяются его структурой.

Учебное пособие поможет более глубоко познакомиться с микроструктурой белых, серых, высокопрочных и ковких чугунов и её влиянием на механические свойства, изучить маркировку и практическое применение графитизированных чугунов.

На основе анализа диаграммы состояния «железо – цементит» (Fe Fe3C) на лабораторных занятиях исследуются фазы, структурные составляющие, микроструктура доэвтектических, эвтектических и заэвтектических белых чугунов, изучаются механические свойства чугунов (статическая прочность, твёрдость, пластичность и ударная вязкость), устанавливаетсят связь между содержанием, структурой углерода и механическими свойствами чугунов.

В процессе учебы студенты вырабатывают навыки анализа фазового и структурного составов чугунов, характера взаимодействия компонентов в твёрдом состоянии и последовательности фазовых превращений в чугунах, определения вида чугуна

4
по характеру графитовых включений и структуры металлической основы.

Данное учебное пособие поможет будущим инженерам строительных специальностей, изучающим дисциплину «Материаловедение. Технология конструкционных материалов» получить более глубокое представление о классификации и маркировке чугунов, изучить их структуру, свойства и применение в строительной прктике.

Основные положения

Чугунами называются железоуглеродистые сплавы с содержанием углерода более 2,14% . В зависимости от того, в какой форме присутствует углерод в сплаве, различают белый, серый, высокопрочный и ковкий чугун.

Чугуны выплавляют в доменных печах, вагранках и электропечах. Выплавляемые в доменных печах чугуны бывают передельными, специальными (ферросплавы) и литейными. Передельные и специальные чугуны используют для последующей выплавки стали и чугуна. В вагранках и электропечах переплавляют литейные чугуны. Около 20% всех выплавляемых чугунов используются для изготовления отливок.

Строительные и машиностроительные чугуны относятся к литейным сплавам. Широкое распространение отливок из чугуна объясняется его высокими литейными свойствами: хорошей жидкотекучестью и малой усадкой, что позволяет получать качественные отливки сложной формы даже при малой толщине стенок.
5

Изделия, полученные из чугунных отливок значительно дешевле, чем детали изготовленные обработкой резанием из горячекатанных стальных профилей или из поковок и штамповок.

Из-за большого количества цементита белые чугуны очень тверды (НВ 450-550) и хрупки. Поэтому для изготовления деталей машин и элементов конструкций они не используются.

В промышленности и строительстве широко применяют серые, высокопрочные и ковкие чугуны, в которых углерод частично или полностью находится в виде графита. Наличие графита в них обеспечивает пониженную твёрдость, хорошую обрабатываемость резанием и высокие антифрикционные свойства благодаря низкому коэффициенту трения. Вместе с тем, включения графита вызывают снижение прочности и пластичности, так как нарушают сплошность металлической основы сплава. Наиболее сильно прочность снижается при растягивающих нагрузках и относительно мало – при сжимающих.

Общая классификация чугунов

Чугуны представлены в современной технике и строительстве большим числом марок (составов) и классифицируются по следующим основным признакам.

По способу производства –на передельный чугун, используемый для передела в сталь, и литейный чугун (для изготовления отливок).К передельным чугунам относят белый чугун, к литейнымсерый, высокопрочный и ковкий.

По состоянию углерода ( химически связанный или структурно свободный) – на белый, серый и половинчатый чугун;

В белом чугуне ( такое название он получил по цвету излома) углерод химически связан с железом в виде цементита (Fe3C). Белый чугун обладает высокой твёрдостью, хрупкостью и плохой обрабатываемостью резанием. Основная масса белого чугуна идёт на переделку в сталь.

В сером чугуне (серый излом) углерод находится в свободном состоянии в виде графитовых включений. Серый чугун отличается от белого меньшей твёрдостью и хрупкостью, а также хорошей обрабатываемостью резанием. Хорошие литейные свойства серого чугуна играют важную роль при получении отливок

Половинчатый (отбеленный) чугун занимает промежуточное положение между белыми и серыми чугунами. Углерод содержится в нём частично в свободном состоянии в виде графита и частично в связанном – в виде цементита (более .0,8%). Такой чугун имеет структуру перлита, ледебурита и пластинчатого графита. обладает высокой износостойкостью, но плохо обрабатывается резанием. Применяется в качестве фрикционного материала, работающего в условиях сухого трения (тормозные колодки), а также для изготовления деталей повышенной износостойкости (прокатные, бумагоделательные, мукомольные валки).

Читать еще:  Какие бывают щетки для электродвигателей и как они маркируются

По форме графитных включений (рис.1) – на чугун с пластинчатым графитом (серый чугун), чугун с шаровидным графитом (высокопрочный чугун), чугун с хлопьевидным графитом (ковкий чугун) и чугун с вермикулярным (червеобразным) графитом.


Рис. 1 Классификация графитных включений по форме: а) пластинчатые; б) хлопьевидные; в) шаровидные; г) вермикулярные.Структура металлической основы не видна, так как шлиф не травлен.

По типу структуры металлической основы (рис.2) – на ферритный, перлитный и ферритно-перлитный чугун;

По назначению – на конструкционный чугун общего назначения (серый, высокопрочный, ковкий) и чугун со специальными свойствами (антифрикционный, износотойкий коррозионностойкий, жаростойкий, жаропрочный); специальные чугуны являются, как правило, легированными.

Рис.2. Классификация чугуна по форме графитных включений и структуре металлической основы (схемы структур)

По химическому составу – на легированный и нелегированный чугун;

По технологии получения – на обычный чугун (немодифицированный) и модифицированный чугун.

Модифицирование – это введение в расплав чугуна в небольших количествах специальных добавок – модификаторов, которые способствуют измельчению пластинок графита или получению графита в форме шара. В результате модифицирования механические свойства чугуна улучшаются: возрастает прочность, пластичность и вязкость.

Диаграммы состояния железоуглеродистых сплавов

Начало изучения диаграммы состояния сплавов «железо-углерод» было положено в 1868 году Черновым Д.К – русским учёным в области металлургии и металловедения в результате открытия критических точек в стали.

Имеются две диаграммы состояния железоуглеродистых сплавов: метастабильная, характеризующая превращения в системе «железо – карбид железа»(Fe Fe3C), и стабильная с превращениямив системе «железо – графит».

Чугуны при кристаллизации и дальнейшем охлаждении могут вести себя по-разному): либо в соответствии с метастабильной диаграммой состояния Fe Fe3C (белые чугуны, в которых углерод присутствует в виде Fe3C), либо в соответствии со стабильной диаграммой Fe –Г (железо – графит) (серые чугуны, в которых углерод присутствует в виде графита.

На представленных диаграммах ( рис.3) большинство линий не совпадают. В системе Fe –Г графитная эвтектика содержит 4,26% и образуется при 1153 С. Эвтектоидное превращение протекает при 738 С. Пользование диаграммами Fe –Г и Fe Fe3C принципиально не отличаются друг от друга.

Графит образуется только при малых скоростях охлаждения в узком интервале температур, когда мала степень переохлаждения жидкой фазы.

10
При ускоренном охлаждении и при переохлаждении жидкого сплава ниже 1147 С происходит образование цементита.

Рис.3. Диаграмма Fe C. Сплошные линии – цементитная система, пунктирная – графитная.

Для сталей превращения при кристаллизации совершаютсяв соответствии с метастабильной диаграммой. В чугунах превращения при первичной кристаллизации часто идут по стабильной диаграмме, а при дальнейшем охлаждении в твёрдом состоянии – по метастабильной.

Материаловедение

Чугуном называют сплав железа с углеродом и другими элементами, содержащими углерода более 2,14 %.

Классификация чугунов

Характерной особенностью чугунов является то, что углерод в сплаве может находиться не только в растворенном и связанном состоянии (в виде химического соединения – цементита (Fe3C), но также в свободном состоянии – в виде графита. При этом форма выделений графита и структура металлической основы (матрицы) определяют основные типы чугунов и их свойства.

Классификация чугуна с различной формой графита производится по ГОСТ 3443-77. по следующим признакам:

  • по состоянию углерода – свободный или связанный;
  • по форме включений графита – пластинчатый, вермикулярный, шаровидный, хлопьевидный (Рисунок 1);
  • по типу структуры металлической основы (матрицы) – ферритный, перлитный; имеются также чугуны со смешанной структурой: например, феррито-перлитные;
  • по химическому составу – не легированные чугуны (общего назначения) и легированные чугуны (специального назначения).

В зависимости от формы выделения углерода в чугуне различают:

  • белый чугун, в котором весь углерод находится в связанном состоянии в виде цементита Fe3C;
  • половинчатый чугун, в котором основное количество углерода (более 0,8 %) находится в виде цементита;
  • серый чугун, в котором весь углерод или его большая часть находится в свободном состоянии в виде пластинчатого графита;
  • отбеленный чугун, в котором основная масса металла имеет структуру серого чугуна, а поверхностный слой – белого;
  • высокопрочный чугун, в котором графит имеет шаровидную форму;
  • ковкий чугун, получающийся из белого путем отжига, при котором углерод переходит в свободное состояние в виде хлопьевидного графита.

Серый чугун – это сплав системы Fe-C-Si, содержащий в качестве примесей марганец, фосфор, серу. Углерод в серых чугунах преимущественно находится в виде графита пластинчатой формы.

Структура отливок определяется химическим составом чугуна и технологическими особенностями его термообработки. Механические свойства серого чугуна зависят от свойств металлической матрицы, формы и размеров графитовых включений. Свойства металлической матрицы чугунов близки к свойствам стали.
Графит, имеющий невысокую прочность, снижает прочность чугуна.

Чем меньше графитовых включений и выше их дисперсность, тем больше прочность чугуна.

Графитовые включения вызывают уменьшение предела прочности чугуна при растяжении. На прочность при сжатии и твердость чугуна частицы графита практически не оказывают влияния. Свойство графита образовывать смазочные пленки обусловливает снижение коэффициента трения и увеличение износостойкости изделий из серого чугуна. Графит улучшает обрабатываемость резанием.

Согласно ГОСТ 1412-85 серый чугун маркируют буквами «С» – серый и «Ч» – чугун. Число после буквенного обозначения показывает среднее значение предела прочности чугуна при растяжении. Например, СЧ 20 – чугун серый, предел прочности при растяжении 200 МПа.

По свойствам серые чугуны можно условно распределить на следующие группы:

  • ферритные и ферритно-перлитные чугуны (марки СЧ10, СЧ15), применяют для изготовления малоответственных ненагруженных деталей машин;
  • перлитные чугуны (марки СЧ20, СЧ25, СЧ30), используют для изготовления износостойких деталей, эксплуатируемых при больших нагрузках: поршней, цилиндров, блоков двигателей;
  • модифицированные чугуны (марки СЧ35, СЧ40, СЧ45), получают добавлением перед разливкой в жидкий серый чугун присадок ферросилиция. Такие чугуны имеют перлитную металлическую матрицу с небольшим количеством изолированных пластинок графита.

Чугун с вермикулярным графитом отличается от серого чугуна более высокой прочностью, повышенной теплопроводностью. Этот материал перспективен для изготовления ответственных отливок, работающих в условиях повышенных температур (блоки двигателей, поршневые кольца).
Вермикулярный графит получают путем обработки расплава серого чугуна лигатурами, содержащими редкоземельные металлы и силикобарий.

Модифицирование серого чугуна магнием, а затем ферросилицием позволяет получать магниевый чугун (СМЧ), обладающий прочностью литой стали и высокими литейными свойствами серого чугуна. Из него изготовляют детали, подвергаемые ударам, воздействию переменных напряжений и интенсивному износу, например, коленчатые валы легковых автомобилей.

Высокопрочный чугун

Отличительной особенностью высокопрочного чугуна являются его высокие механические свойства, обусловленные наличием в структуре шаровидного графита. Чугун с шаровидным графитом обладает не только высокой прочностью, но и пластичностью.

Получение шаровидного графита в чугуне достигается модифицированием расплава присадками, содержащими Mg, Ca, Се и другие редкоземельные металлы.

Химический состав и свойства высокопрочных чугунов регламентируются ГОСТ 7293-85 и маркируются буквами «В» – высокопрочный, «Ч» – чугун и числом, обозначающим среднее значение предела прочности чугуна при растяжении. Например, ВЧ100 – высокопрочный чугун, предел прочности при растяжении 1000 МПа.

Высокопрочный чугун с шаровидным графитом является наиболее перспективным литейным сплавом, с помощью которого можно успешно решать проблему снижения массы конструкции при сохранении их высокой надежности и долговечности. Высокопрочный чугун используют для изготовления ответственных деталей в автомобилестроении (коленчатые валы, зубчатые колеса, цилиндры и др.).

Читать еще:  Обзор токарно-карусельных станков разных моделей

Белый и ковкий чугун

Белые чугуны характеризуются тем, что у них весь углерод находится в химически связанном состоянии – в виде цементита. Излом такого чугуна имеет матово-белый цвет. Наличие большого количества цементита придает белому чугуну высокие твердость, хрупкость и очень плохую обрабатываемость режущим инструментом.
Высокая твердость белого чугуна обеспечивает его высокую износостойкость, в том числе и при воздействии абразивных сред. Это свойство белых чугунов учитывается при изготовлении поршневых колец.

Однако белый чугун применяют главным образом для отливки деталей с последующим отжигом на ковкий чугун. Ковкий чугун получают путем отжига белого чугуна определенного химического состава, отличающегося пониженным содержанием графитизируюших элементов (2,4…2,9 % С и 1,0…1,6 % Si), так как в литом состоянии необходимо получить полностью отбеленный чугун по всему сечению отливки, что обеспечивает формирование хлопьевидного графита в процессе отжига.

Механические свойства и рекомендуемый химический состав ковкого чугуна регламентирует ГОСТ 1215-79. Ковкие чугуны, маркируют буквами «К» – ковкий, «Ч» – чугун и цифрами. Первая группа цифр показывает предел прочности чугуна при растяжении, вторая – относительное его удлинение при разрыве. Например, КЧ33-8 означает: ковкий чугун с пределом прочности при растяжении 330 МПа и относительным удлинением при разрыве 8 %.

Ковкий чугун используют для изготовления мелких и средних тонкостенных отливок ответственного назначения, работающих в условиях динамических знакопеременных нагрузок (детали приводных механизмов, коробок передач, тормозных колодок, шестерен, ступиц и т. п.). Однако ковкий чугун – малоперспективный материал из-за сложной технологии получения и длительности производственного цикла изготовления деталей из него.

Легированные чугуны

В зависимости от назначения различают износостойкие, антифрикционные, жаростойкие и коррозионно-стойкие легированные чугуны.

Химический состав, механические свойства при нормальных температурах и рекомендуемые виды термической обработки легированных чугунов регламентируются ГОСТ 7769-82. В обозначении марок легированных чугунов буквы и цифры, соответствующие содержанию легирующих элементов, те же, что и в марках стали.

Износостойкие чугуны, легированные никелем (до 5 %) и хромом (0,8 %), применяют для изготовления деталей, работающих в абразивных средах. Чугуны (до 0,6 % Сr и 2,5 % Ni) с добавлением титана, меди, ванадия, молибдена обладают повышенной износостойкостью в условиях трения без смазочного материала. Их используют для изготовления тормозных барабанов автомобилей, дисков сцепления, гильз цилиндров и др.

Жаростойкие легированные чугуны ЧХ2, ЧХЗ применяют для изготовления деталей контактных аппаратов химического оборудования, турбокомпрессоров, эксплуатируемых при температуре 600°С (ЧХ2) и 700 °С (ЧХ3).

Жаропрочные легированные чугуны ЧНМШ, ЧНИГ7Х2Ш с шаровидным графитом работоспособны при температурах 500…600°С и применяются для изготовления деталей дизелей, компрессоров и др.

Коррозионно-стойкие легированные чугуны марок ЧХ1, ЧНХТ, ЧНХМД ЧН2Х (низколегированные) обладают повышенной коррозионной стойкостью в газовой, воздушной и щелочной средах. Их применяют для изготовления деталей узлов трения, работающих при повышенных температурах (поршневых колец, блоков и головок цилиндров двигателей внутреннего сгорания, деталей дизелей, компрессоров и т. д.).

Антифрикционные чугуны используются в качестве подшипниковых сплавов, способных работать в условиях трения как подшипники скольжения.

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

Структура и состав

Если рассматривать чугун как структурный материал, то он представляет собой металлическую полость с графитными включениями. Структура чугуна это в основном перлит, ледебурит и пластичный графит. При этом у каждого вида чугуна эти элементы преобладают в разных пропорциях или отсутствуют совсем.

По структуре чугуны бывают:

  • перлитные,
  • ферритные и
  • ферритно-перлитный.

Графит присутствует в этом материале в одной из форм:

  • 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.

Достоинства и недостатки

Этот материал, как и любой другой, имеет свои сильные и слабые стороны.

К достоинствам чугуна относятся такие факторы:

  • Иногда его даже сравнивают по характеристикам со сталью, ведь определенные его виды отличаются повышенной прочностью.
  • Длительное время сохраняет температуру: при нагревании тепло по нему распределяется равномерно и долгое время остается неизменным.
  • Является экологически чистым материалом, благодаря чему нередко используется при изготовлении посуды, в которой непосредственно будет готовиться пища.
  • Не реагирует на кислотно-щелочную среду.
  • Является долговечным материалом.
  • Чем дольше используется изделие из этого материала, тем лучше становится его качество.
  • Этот материал является абсолютно безвредным для организма человека.

К недостаткам можно отнести следующие факторы:

  • Может покрываться ржавчиной даже при непродолжительном нахождении в нем воды.
  • Является весьма дорогостоящим материалом, но несмотря на это, целиком оправдывает себя. Качество, практичность и надежность — вот основные признаки изделий, изготовленных из этого сплава.
  • Серый чугун характеризуется маленькой пластичностью.
  • Белый — весьма хрупок и идет чаще всего на переплавку.

Первый этап производства

Выплавка чугуна происходит следующим образом. В первую очередь в печь засыпают руду, а также коксующиеся марки угля, которые служат для нагнетания и поддержания требуемой температуры внутри шахты печи. Помимо этого, эти продукты в процессе горения активно принимают участие в протекающих химических реакциях в роли восстановителей железа.

Параллельно в печь отгружается флюс, служащий в качестве катализатора. Он помогает породам быстрее расплавляться, что содействует скорейшему высвобождению железа.

Важно заметить, что руда перед загрузкой в печь подвергается специальной предварительной обработке. Ее измельчают на дробильной установке (мелкие частицы быстрее плавятся). После она промывается с целью удаления частиц, не содержащих металл. После чего сырье обжигают, за счет этого из него удаляется сера и прочие чужеродные элементы.

Половинчатый

Промежуточным материалом между двумя первыми разновидностями является половинчатый чугун. Содержащийся в нем углерод представлен в виде графита и карбида приблизительно в равных долях. Кроме того, в таком сплаве могут присутствовать в незначительных количествах лидебурит (не более 3%) и цементит (не более 1%). Общее содержание углерода в половинчатом чугуне колеблется 3,5 до 4,2%. Данная разновидность применяется для производства деталей, которые эксплуатируются в условиях постоянного трения. К таковым можно отнести автомобильные тормозные колодки, а также валки для измельчительных станков. Для еще большего повышения износостойкости в сплав добавляют всяческие присадки.

Основные характеристики металла

Ключевые параметры чугуна КЧ определены количеством углерода, который имеет форму графита и наличием кремния. Перлитный ковкий чугунный сплав содержит в себе еще два составных элемента – хром и марганец.

Характеристики ковкого чугуна

Различие в строении ковкого чугуна отражается и на конечных свойствах изделий, получаемых из него. К, примеру, заготовки, выполненные из ферритного чугуна, имеют меньшую твердость, чем те, которые производят из перлитного материала, но вместе с тем первые имеют повышенную пластичность. Графит в виде хлопьев обеспечивает высокие параметры прочности готовым деталям при относительно хорошей пластичности. Изделия из чугуна КЧ могут деформироваться в условиях комнатной температуры и влажности. Именно это свойство и определило название этого материала – ковкий. На самом деле, это условное название и не означает того, что готовые детали получают из него при помощи ковочного оборудования. Для производства изделий применяют литье. Главное свойство этого материала заключено в том, в том, что в нем отсутствуют напряжения.

Читать еще:  Теодолит: устройство, назначение, разновидности

Микроструктура ковкого чугуна

Механические свойства ковкого чугуна расположены между серым чугуном и сталью. То есть, чугун этого типа обладает высокой текучестью, стойкостью к износу, коррозии, агрессивным веществам. Кроме того, этот материал отличается высокими прочностными свойствами. Так, деталь с толщиной стенки 7 – 8 мм выдерживает давление рабочей среды до 40 атм. Это позволяет использовать его для изготовления трубопроводной арматуры для газа и воды.

Нельзя забывать и том, что при малых температурах, чугун становиться очень хрупким и очень боится ударных воздействий.

Особенности чугунов

Чугун – железоуглеродистый сплав, выплавляемый с использованием топлива из магнитного, красного или бурого железняка, с добавлением специальных неорганических веществ – плавней (флюсов).

Очень многие не видят принципиальных отличий между сталью и чугуном, ошибочно предполагая, будто это одно и тоже.

Оба продукта металлургии являются сплавами – состоят из нескольких компонентов, одним из которых является железо.

Чугун выступает сырьём для производства стали.

Технологические свойства:

  • у стали – деформационные (штамповка, вальцевание, ковка);
  • у чугуна – литейные.

Присутствие углерода:

  • сталь – 0,02 — 2,14 %;
  • чугун – 2,14 — 6,67 %.

Внешние отличия:

  • чугун темный и матовый;
  • сталь серебристая и блестящая.

Различные физические характеристики

  • выше литейные качества;
  • легко обрабатывается резанием;
  • имеет меньший вес;
  • ниже температура плавления.

К минусам чугуна можно отнести:

  • малая пластичность;
  • хрупкость;
  • слабо поддаётся ковке и сварке.

У чугуна низкая себестоимость, он дешевле стали.

Добавки и примеси

Весь поставляемый чугун регламентирован ГОСТами по своему химическому составу и содержанию примесей. Чугунное литьё, помимо железа, имеет в себе некоторые «ингредиенты», влияющие на конечный продукт и добавляющие определенные особенности:

  • углероды – увеличивают твердость сплава;
  • кремний – улучшает литейные качества;
  • марганец – придает крепость;
  • сера — «загущает», ограничивает жидкотекучесть чугуна.
  • фосфор вызывает образование трещин в холодном состоянии и снижает механические параметры.

С целью улучшения исходного материала чугун легируют, то есть вводят различные легирующие добавки, изменяющие физические и/или химические свойства.

  • цирконий;
  • алюминий;
  • молибден;
  • титан;
  • ванадий;
  • медь;
  • хром.

Чугуны с большим содержанием кремния и марганца в составе относят к легированным.

Структура сплава

Свойства и применение серого чугуна зависят от его состава и структуры. Один из важных факторов, влияющих на формирование металлической основы – скорость охлаждения после отвердевания. В зависимости от нее формируется металлическая основа структуры сплава.

Перлитная основа. Чем быстрее охлаждается заготовка, тем большую долю составляет в ней перлитная структура, состоящая из феррита и карбида наряду с тонкими пластинками графита. Она отличается высокой твердостью и прочностью.

Ферритно-перлитная. При щадящем охлаждении в структуре серого чугуна возрастает доля феррита – сплава железа с оксидами Fe2O3 и других металлов. Образуется основа, состоящая из феррита, перлита и пластинчатого графита. Обладает более высокой пластичностью.

Ферритная основа образуется при быстром охлаждении. Она состоит из вязкого феррита и свободного углерода в виде пластинок графита. Их присутствие ухудшает механические свойства металла, снижает его прочность и сопротивляемость растяжению. В то же время графит:

  • повышает износоустойчивость сплава, действуя подобно смазке;
  • улучшает обрабатываемость;
  • снижает усадку в процессе литья;
  • гасит вибрацию деталей.

Механические свойства

Главные характеристики, обеспечивающие применение сплава в литейном производстве:

  • небольшая температура отвердевания;
  • высокая текучесть в жидком состоянии;
  • отсутствие склонности к образованию раковин;
  • малая объемная усадка.

Важное значение имеют показатели:

  • прочности серого чугуна;
  • износостойкости при трении;
  • герметичности, то есть устойчивости к образованию трещин и пор.

Они зависят от его структуры и твердости. Чем меньше размеры графитовых пластинок, тем выше эти показатели. Особенно высокой твердостью должны обладать детали, которые подвергаются постоянным ударно-абразивным нагрузкам. Высокие требования герметичности предъявляются к изделиям, эксплуатирующимся в условиях большого давления жидкостей или газов:

  • трубопроводам;
  • насосам и компрессорам;
  • гидравлическим приводам.

Степень герметичности зависит:

  • от параметров текучести;
  • изменения давления;
  • наличия транзитной микропористости.

Наибольшими прочностными характеристиками обладает перлитный серый чугун, что позволяет применять его в производстве нагруженных деталей машин.

Сплав склонен к растрескиванию при сварке, к ней прибегают только при необходимости:

  • восстановления сильно изношенных механизмов;
  • изготовления комбинированных узлов с другими металлами;
  • устранения имеющихся в отливках дефектов.

Некоторые сорта вообще не поддаются сварке.

Расшифровка маркировки

ГОСТом 1412-85 установлена группа марок серого чугуна. Они маркируются буквенно-числовым обозначением:

  • буквы СЧ постоянны для всех сплавов;
  • за ними следуют цифры, обозначающие наименьший показатель предела прочности на растяжение в кг/мм 2 .

Например, для марки СЧ24 предел прочности составляет 24 кг/мм 2 или 240 МПа. Для высокопрочных сплавов применяется маркировка ВЧ с указанием предела прочности и процента относительного удлинения – ВЧ60-2. Каждому типу сплава соответствует свой интервал значений предела прочности:

  • марки до СЧ10 относятся к ферритным чугунам;
  • СЧ10-СЧ18 – ферритноперлитным;
  • выше СЧ25 – перлитным.

Физические и технологические свойства металла изменяются в зависимости от типа структуры и марки. С увеличением количества углерода:

  • плотность снижается с 6,8 до 7,4 г/см3;
  • предел прочности повышается с 240 до 400 МПа;
  • линейная усадка растет с 1,0 до 1,3%.

Область применения

Серый чугун является одним из самых востребованных продуктов черной металлургии. Его доля в общем объеме производства составляет не менее 80%. В машиностроении применяются марки с высоким содержанием графита, так как они способны поглощать вибрационные колебания, возникающие при работе механизмов. Сплав используется для получения ответственных деталей:

  • втулок;
  • станин для станков
  • тяжелых оснований.

Необходимые свойства серому чугуну придают при помощи легирования молибденом или хромом. Высокая износостойкость при трении в отсутствие смазки необходима:

  • для нажимных дисков сцепления;
  • блоков;
  • крышек подшипников;
  • тормозных дисков или барабанов.

Из марок с перлитной структурой производят детали, испытывающие большие нагрузки: гильзы и головки цилиндров; распределительные валы.

И сегодня остаются востребованными чугунные изделия различного назначения:

  • сантехника для дома;
  • кухонная посуда;
  • трубы и радиаторы отопления;
  • чугунные ограждения и скульптуры.

Отливки 1 класса

Для производства каждой детали из серого чугуна подбирается марка, соответствующая по своим характеристикам условиям эксплуатации. К 1 классу относятся изделия, которые должны обладать:

  • пределом прочности на растяжение – 25-30 кг/мм 2 ;
  • модулем упругости – 1,15-1.30*10-6 МПа;
  • стабильностью геометрической формы.

Отливки 1 класса подвергаются высоким нагрузкам, давлению или трению скольжения:

  • зубчатые колеса;
  • поперечины и ползуны;
  • кронштейны;
  • станины шлифовальных станков;
  • гидроцилиндры;
  • пневматическое оборудование.

В зависимости от толщины изделий, для их изготовления используются марки:

  • СЧ21-СЧ40;
  • СЧ28-СЧ48.

Детали 1 класса, подвергающиеся сильному износу, должны иметь мелкопластинчатую структуру перлита и твердость до 180 НВ. Для ответственных деталей допустимо применение серого чугуна марки СЧ32-СЧ-52.

Детали 2 класса

К отливкам 2 класса относят корпусные части и базовые детали, не работающие на износ:

  • станины токарных или револьверных станков;
  • листопрокатные валки;
  • детали сменного оборудования.

Однако к ним тоже предъявляются повышенные требования предела прочности – до 20-25 кг/мм 2 . Для достижения таких показателей рекомендуется использовать марки:

  • СЧ15-СЧ32;
  • СЧ21-СЧ40.

Изделия, изготовленные из литого чугуна, характеризуются большим сроком эксплуатации, при этом – минимальной стоимостью.

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector