Что такое чугун? - Определение, свойства и использование

Что такое чугун?

Чугун — группа железоуглеродистых сплавов с содержанием углерода более 2—4%. Кроме того, различные количества кремния от 1 до 3% по весу и марганца, а также следы примесей, таких как сера и фосфор. Чугун производится путем восстановления железной руды в доменной печи.

Жидкое железо разливается или отливается и затвердевает в сырые слитки, называемые чушками, а затем чушки переплавляются вместе с ломом и легирующими элементами в вагранках и переливаются в формы для производства различных изделий.

Легирующие ингредиенты влияют на его цвет при разрушении:белый чугун имеет примеси карбида, которые позволяют трещинам легко проходить, серый чугун имеет чешуйки графита, которые отклоняют проходящую трещину и инициируют бесчисленное количество новых трещин при разрушении материала, а ковкий чугун имеет сфероидальный графит. «узелки», останавливающие трещину, препятствуют ее дальнейшему продвижению.

За исключением ковкого чугуна, чугун имеет тенденцию быть хрупким. Благодаря относительно низкой температуре плавления, хорошей текучести, литейным свойствам, отличной обрабатываемости, стойкости к деформации и износостойкости чугун стал конструкционным материалом с широким спектром применения.

Чугун используется в трубах, машинах и автомобильных деталях, таких как головки цилиндров, блоки цилиндров и коробки передач. Он устойчив к окислению, но плохо поддается сварке.

из чего сделан чугун?

Чугун производится из передельного чугуна, который является продуктом плавки железной руды в доменной печи. Чугун можно производить непосредственно из расплавленного чугуна или путем повторного плавления чугуна, часто вместе со значительными количествами железа, стали, известняка, углерода (кокса) и принятия различных мер по удалению нежелательных примесей.

Фосфор и сера могут выгореть из расплавленного железа, но при этом выгорает и углерод, который необходимо заменить. В зависимости от применения содержание углерода и кремния регулируется до желаемого уровня, который может составлять от 2 до 3,5% и 1-3% соответственно.

При желании в расплав добавляются другие элементы, прежде чем окончательная форма будет получена путем литья.

Чугун иногда плавят в доменной печи особого типа, известной как вагранка, но в современных применениях его чаще плавят в электрических индукционных печах или электродуговых печах. После завершения плавки расплавленный чугун заливают в раздаточный котел или ковш.

В чем разница между чугуном и сталью?

Основное различие между двумя элементами заключается в том, что сталь производится из железной руды и металлолома и называется сплавом железа с контролируемым углеродом. В то время как около 4 % углерода в железе делает его чугуном, а менее 2 % углерода — сталью.

Чугун дешевле большинства сталей. Кроме того, температура плавления чугуна ниже, чем у стали, но он обладает высокой прочностью на сжатие, высокой твердостью и высокой износостойкостью. Таким образом, важное различие между сталью и чугуном заключается в том, что сталь пластична и пластична, тогда как чугун закален и обладает высокой прочностью на сжатие.

В качестве еще одного важного различия между сталью и чугуном можно сказать, что углерод в стали находится в форме карбида железа, в то время как в чугуне углерод присутствует в виде графита, карбида железа или того и другого. Кроме того, чугун обладает отличной текучестью, а не сталь.

Свойства чугуна

Несколько общих механических свойств чугуна включают:

• Твердость. Чугун твердый, и его можно закалить путем нагревания и резкого охлаждения. Это делает его достаточно прочным. Мягкая сталь может быть закалена и отпущена с использованием соответствующих процессов.
• Прочность. Способность материала поглощать энергию
• Пластичность. Способность материала деформироваться без разрушения
• Эластичность. Способность материала возвращаться к исходным размерам после деформации.
• Податливость. Способность материала деформироваться при сжатии без разрыва
• Прочность на растяжение. Наибольшее продольное напряжение, которое материал может выдержать без разрыва
• Усталостная прочность. Наибольшее напряжение, которое материал может выдержать в течение заданного количества циклов без разрушения.
• Точка плавления. Чугун имеет более низкую температуру плавления (12000°C) по сравнению с температурой плавления мягкой стали, которая находится в диапазоне от 13000°C до 14000°C.
• Кастинг. С чугуном легче работать, когда дело доходит до отливки форм из материала. Из-за того, что в чугуне присутствует дополнительный углерод, его расплавленная форма более жидкая, что облегчает отливку материала в сложные формы.
• Обрабатываемость. Чугун практически эластичен вплоть до предела прочности на растяжение и образует прерывистую стружку, которая легко отрывается от образца. Это помогает улучшить режущую способность. Благодаря этому чугун является предпочтительным материалом, когда речь идет о высокой обрабатываемости и прочности.

Состав чугуна

Чугун, сплав железа, который содержит от 2 до 4 процентов углерода, а также различные количества кремния и марганца и следы примесей, таких как сера и фосфор. Он производится путем восстановления железной руды в доменной печи.

Чугун также содержит небольшое количество примесей, таких как кремний, сера, марганец и фосфор, медь, никель, хром, которые в малой или большой степени влияют на его свойства. Эффект этих свойств следующий.

• Кремний: В чугуне частицы кремния имеют до 4 процентов присутствия. Он способствует образованию графита, что делает его мягким и легко поддающимся обработке, а также увеличивает прокаливаемость и удельное электрическое сопротивление.
• Сера: Он присутствует до 0,1 процента. Это делает чугун твердым и хрупким.
• Марганец: Способствует карбидообразованию чугуна, что делает его элитным, твердым и повышает стойкость к износу и истиранию. Он присутствует до 0,75 процента.
• Хром: Он также способствует образованию карбидов, что увеличивает прокаливаемость, износостойкость, коррозионную стойкость и стойкость к окислению.
• Никель: Повышает прочность на растяжение.
• Вольфрам: Увеличивает твердость в горячем состоянии и прочность в горячем состоянии.
• Молибден: Повышает прокаливаемость.
• Ванадий: Повышает прокаливаемость и твердость в горячем состоянии.
• Алюминий: Действует как раскислитель в стали.
• Титан: Действует как раскислитель в стали.
• Ниобий: Он снижает прокаливаемость и повышает пластичность, что приводит к повышению ударной вязкости.
• Кобальт: Он снижает прокаливаемость и сопротивляется размягчению при повышенных температурах.

Типы чугуна

Четыре основных типа чугуна:белый чугун, серый чугун, ковкий чугун и ковкий чугун.

• Белое железо.
• Серый чугун.
• Ковкий чугун.
• Ковкое железо.

1. Серый чугун

Самый распространенный тип, серый чугун, имеет графитовую микроструктуру, состоящую из множества мелких трещин. Его называют «серым железом», потому что наличие этих маленьких трещин создает впечатление серого цвета.

Во время производства серого чугуна трещины открываются и обнажают графит серого цвета под поверхностью. Серый чугун не такой прочный, как сталь, и не может поглощать такое же количество ударов, как сталь. Серый чугун обладает той же прочностью на сжатие, что и сталь. В результате он стал популярным металлом для приложений, где важна прочность на сжатие.

Характеризуется графитом в микроструктуре, что дает:

• Хорошая обрабатываемость
• Хорошая устойчивость к износу и истиранию

2. Белый чугун

Белое железо, хотя и не так распространено, как серое железо, является еще одним типом, о котором стоит упомянуть. Он получил свое название из-за грязно-белого цвета, который является результатом соединений железа, известных как цементит. Как и серый чугун, белый чугун имеет множество мелких трещин.

Разница в том, что под поверхностью белого чугуна находится цементит, а под поверхностью серого чугуна — графит. Графит дает серый цвет, а цементит — белый. Белый чугун твердый и обладает отличной стойкостью к истиранию.

Характеризуется преобладанием карбидов, влияющих на:

• Высокая прочность на сжатие
• Твердость
• Хорошая износостойкость

3. Ковкий чугун

Ковкий чугун, также известный как чугун с шаровидным графитом, представляет собой тип мягкого, пластичного высокоуглеродистого сплава железа. Обычно в его состав входят следы других соединений, в том числе магния и церия.

При добавлении этих следовых соединений они снижают скорость роста графита, сохраняя металл мягким и пластичным. Ковкий чугун был изобретен в начале-середине 1940-х годов.

Серый чугун с небольшим количеством магния и цезия образует узелки в графите, в результате чего

• Высокая прочность
• Высокая пластичность

4. Ковкий чугун

Наконец-то ковкое железо, с которым легко «работать». Обычно его изготавливают путем термообработки белого чугуна. Белый чугун нагревают до двух дней, а затем охлаждают. После завершения ковкое железо можно сгибать и обрабатывать для получения уникальных форм и размеров.

Белый чугун, термообработанный для улучшения качества

• Более высокая пластичность

5. Пятнистый чугун

Чугун имеет равное количество свободного углерода и карбида, известного как пятнистый чугун. Он имеет промежуточные свойства и цвет серого чугуна и белого чугуна.

6. Охлажденный чугун

Если белый чугун быстро охлаждается из расплавленного состояния, полученное железо называется отбеленным чугуном.

7. Легированный чугун

Легированный чугун получают путем добавления в чугун некоторых легирующих элементов, таких как никель, хром, медь и т. д. Он обладает повышенными свойствами в зависимости от легирующего элемента. Этот чугун производится для получения желаемых свойств чугуна.

Использование чугуна

Чугун можно использовать для обработки многих типов материалов, изготовления различных инструментов и т. д.

• Серый чугун: Блоки цилиндров двигателей, маховики, картеры коробок передач, станочные базы.
• Белый чугун: Несущие поверхности.
• Ковкий чугун: Шестерни, распределительные валы, коленчатые валы, поршневое кольцо.
• Многие типы сантехнического оборудования, такие как канализационные трубы, люки, водопроводные трубы, цистерны, изготавливаются с использованием чугуна.
• Основание колонны и металлические колонны могут быть изготовлены из чугуна.
• Форма для литья, используемая для изготовления фонарных столбов, металлических лестниц, ворот и т. д.
• Колеса вагонов и рельсовые кресла изготовлены из чугуна.
• Из него можно изготовить различные виды сельскохозяйственного оборудования и орудий.
• Из чугуна можно изготавливать различные детали машин.
• Он используется в производстве автомобильных деталей.
• Из него делают кастрюли, сковородки и посуду.
• Из него делают якоря для кораблей.

Преимущества чугуна

• Он обладает хорошими литейными свойствами.
• У него хорошая чувствительность
• Он обладает отличной износостойкостью.
• Хорошая обрабатываемость.
• Очень низкая чувствительность к вырезу.
• Низкая концентрация стресса.
• Низкая стоимость
• Он обладает долговечностью
• Он обладает устойчивостью к деформации.
• У него прочность на сжатие в три-пять раз выше, чем у стали.
• Он обладает отличными антивибрационными (или демпфирующими) свойствами, поэтому его используют для изготовления рам машин.
• Он имеет постоянные механические свойства в диапазоне от 20 до 350 °C.
• Он доступен в больших количествах, поэтому производится в массовом масштабе. Инструменты, необходимые для процесса литья, относительно дешевы и недороги. Это обуславливает низкую стоимость ее продукции.
• Ему можно придать любую сложную форму и размер без использования дорогостоящих операций механической обработки.

Недостатки чугуна

• Склонен к ржавчине
• Он имеет низкую прочность на растяжение.
• Он имеет высокое соотношение веса и прочности.
• Обладает высокой хрупкостью
• Плохая ударопрочность
• По сравнению со сталью плохо поддается механической обработке.
• Его части чувствительны к разделам; это связано с медленным охлаждением толстых срезов.
• Отказ его частей происходит внезапно и в целом не отражает предела текучести.
• Необрабатываемый (белый чугун).

Часто задаваемые вопросы.

Что такое чугун?

Чугун — группа железоуглеродистых сплавов с содержанием углерода более 2—4%. Кроме того, различные количества кремния от 1 до 3% по весу и марганца, а также следы примесей, таких как сера и фосфор. Чугун производится путем восстановления железной руды в доменной печи.

Какой состав у чугуна?

Чугун — группа железоуглеродистых сплавов с содержанием углерода более 2—4%. Кроме того, различные количества кремния от 1 до 3% по весу и марганца, а также следы примесей, таких как сера и фосфор.

Какие бывают виды чугуна?

Существует четыре основных типа чугуна:белый чугун, серый чугун, ковкий чугун и ковкий чугун.

• Белое железо.
• Серый чугун.
• Ковкий чугун.
• Ковкое железо.

Как можно использовать чугун?

Благодаря хорошей прочности на растяжение и пластичности ковкий чугун используется для изготовления электрических фитингов и оборудования, ручных инструментов, трубной арматуры, шайб, скоб, сельскохозяйственного оборудования, горнодобывающего оборудования и деталей машин. Общепринятой классификацией ковкого чугуна является ASTM A47.

Полезно ли готовить в чугуне?

Чугун предназначен не только для жарки. Правда, чугунная сковорода – отличное средство для жарки. Но его способность удерживать тепло также подходит для приготовления здоровой пищи, говорит Керри-Энн Дженнингс, зарегистрированный диетолог и тренер по питанию из Вермонта.

Каковы преимущества чугуна?

Чугун сохраняет тепло. Посуда из нержавеющей стали может нагреваться равномерно и быстро, а чугунная может удерживать этот жар по всей сковороде гораздо дольше. Это обеспечивает более равномерный и желательный результат для таких продуктов, как мясо и стейки.

Каковы недостатки чугуна?

Недостатки чугуна:

• Склонен к ржавчине.
• Он имеет низкую прочность на растяжение.
• Его детали чувствительны к срезам, это связано с медленным охлаждением толстых срезов.
• отказ его частей внезапен и тотален; он не имеет предела текучести.
• У него плохая ударопрочность.
• По сравнению со сталью он плохо поддается механической обработке.

Чугун лучше стали?

Чугун обычно имеет лучшую стойкость к механическому износу, чем сталь, особенно в условиях трения.

Что лучше железо или чугун?

Чугун более твердый, более хрупкий и менее пластичный, чем кованое железо. Его нельзя согнуть, растянуть или придать форму молотком, поскольку его слабая прочность на растяжение означает, что он сломается до того, как согнется или деформируется. Однако он обладает хорошей прочностью на сжатие.

Чугун прочный?

Чугун, как и каменная кладка, очень прочен на сжатие. Кованое железо, как и большинство других видов железа и вообще, как и большинство металлов в целом, прочно на растяжение, а также прочно – устойчиво к разрушению.

Чугун дешевый?

Розничные продавцы всегда будут взимать максимально возможную сумму за любой данный продукт. Чугунные сковороды дешевы в изготовлении, и у них нет такого преимущества, как брендинг La Creuset. Из него получается тонкая эмалированная чугунная посуда. Приготовление пищи в чугуне — это своего рода нишевый рынок, и их можно передавать из поколения в поколение.

Почему чугун не ржавеет?

Чугун – это сплав с высоким содержанием углерода (не менее 1,7 % и обычно 3,0–3,7 %), что делает его относительно устойчивым к коррозии.

Чугун — это то же самое, что чугун?

Несмотря на свое название, черная железная труба на самом деле сделана из низкосортной «мягкой стали». Это обеспечивает гораздо лучшую коррозионную стойкость, чем традиционные чугунные трубы.

Кто изобрел чугун?

Англичанину Абрахаму Дарби приписывают революцию в чугунной посуде; в 1707 году он запатентовал метод отливки чугуна в относительно тонкие горшки и чайники, что удешевило их производство.

Почему чугун такой тяжелый?

Чугун обладает более высокой теплоемкостью, чем медь, поэтому для нагревания фунта чугуна до заданной температуры требуется больше энергии, чем фунта меди. В каждом фунте чугуна содержится больше энергии. Â Алюминий имеет более высокую теплоемкость, чем железо (он хранит больше тепла на фунт), но гораздо менее плотный, чем железо.

Чугун прочнее алюминия?

Чугун и литой алюминий выглядят и ощущаются одинаково, но литой алюминий легче и прочнее. Из-за большей массы железа оно дольше удерживает тепло, но и нагревается немного дольше. Чугун имеет более длительный срок службы и стоит дороже.

Читайте также

• Графит:свойства, применение и различные типы графита.
• Хром:свойства, использование и влияние на организм человека.
• Сталь:определение, типы и применение
• Нержавеющая сталь:определение, типы и применение