Чугун - свойства, типы и использование

Что такое чугун?

Чугун представляет собой сплав железа, содержащий от 2 до 4 % углерода. , а также различные количества кремния и марганца и следы примесей, таких как сера и фосфор. Железная руда восстанавливается в доменной печи для ее производства.

Углерод в чугуне обычно существует в двух формах, связанных вместе

(1 ) В качестве составного цементита то есть в состоянии химического соединения, а железо известно как белый чугун и

(2 ) Как свободный углерод , т. е. в состоянии механической смеси. Углерод в первой форме называется «комбинированный углерод». ", а в последнем называется серый чугун .

Промежуточная стадия между этими двумя разновидностями железа показывает пятна серого цвета в белой структуре. Этот утюг называется пятнистое железо. .

Пятнистый чугун (MCI) представляет собой материал, который используется в прокатном стане, особенно в последних клетях, благодаря сочетанию в нем высокого сопротивления, теплопроводности и модуля упругости. В MCI области микроструктуры белого и серого чугуна возникают в результате затвердевания.

Таким образом, качество чугуна зависит не только от абсолютного количества содержащегося в нем углерода, но и от условий, в которых этот углерод существует. Обычно используются следующие разновидности чугуна:

Типы чугуна

Широко используются следующие разновидности чугуна:-

1. Серый чугун
2. Белый чугун
3. Ковкий чугун
4. Чугун с шаровидным графитом
5. Охлажденный чугун
6. Легированный чугун
7. Механитовый чугун

1. Серый чугун

Для этого расплавленному металлу дают остыть и медленно затвердевать. При затвердевании железо содержит большую часть углерода в виде чешуек графита. .

Серый чугун содержит большое количество углерода и относительно небольшое количество другого элемента, например кремний, фосфор, серу и марганец.

Он представляет собой тускло-серую кристаллическую или зернистую структуру. а сильный свет даст эффект мерцания за счет отражения свободных чешуек графита. Присутствие этого свободного графита также видно при шлифовке или механической обработке чугуна, поскольку он делает стрелки черными.

Чугун хрупкий и может быть легко сломана, если используется тяжелый молоток. Прочность железа на сжатие намного выше, чем на растяжение. Предел прочности чугуна на растяжение колеблется от 12 до 13 кгс на мм2 (от 120 до 300 ньютонов на мм2) и зависит от состава чугуна. На сжатие серый чугун выдержит примерно 60-75 кгс на мм? (от 600 до 750 ньютонов на мм2) до разрушения, а при сдвиге его прочность составляет примерно 15-22 кгс на мм2 (150-225 ньютонов на мм2). Твердость колеблется от 150 до 240 BHN. Основными преимуществами в пользу его использования являются:(1) его дешевизна, (2)

Низкая температура плавления (от 1150°C до 1200°C) и текучесть в расплавленном состоянии, а также (3) легкость обработки. Еще одним хорошим свойством чугуна является то, что свободный графит в его структуре действует как смазка. , а когда из него делают большие машинные салазки, получается очень свободное действие. Анализ текучести чугуна позволяет широко использовать его для изготовления отливок деталей сложной формы практически во всех формах чугуна.

2. Белый чугун

Белый чугун содержит углерод исключительно в виде цементита (карбида железа). Это достигается наличием относительно большого количества марганца, очень небольшого количества кремния и быстрым охлаждением. При обычной скорости охлаждения песка образуется свободный графит, а при быстром охлаждении образуется цементит. Кроме того, марганец способствует образованию карбида. Примерный химический состав белого чугуна приведен в таблице 4.2.

Белый чугун очень твердый (твердость колеблется от 400 до 600 BHN) и хрупкий, а его поверхность излома имеет серебристо-металлический вид. С инженерной точки зрения белый чугун имеет ограниченное применение. Это связано с трудностью механической обработки и в целом с относительно плохой способностью к механической обработке. Этот тип железа широко используется для производства кованого железа. Белый чугун также отливают как промежуточный материал для получения ковкого чугуна. Белый чугун ржавеет не так сильно, как серый.

3. Ковкий чугун

Обычный чугун твердый и хрупкий. Поэтому он не подходит для тонких, легких и подверженных ударам и вибрации изделий или для небольших отливок, используемых в различных компонентах машин.

Применение термина «податливый «отливки» — это скорее неправильное название, потому что они не очень податливы по сравнению со стандартами податливости. Однако по сравнению с отливками из серого чугуна, которые являются довольно хрупкими, ковкие отливки действительно обладают определенной степенью прочности, и, вероятно, поэтому они получили такое название.

Ковкие отливки сначала изготавливают из железа, в котором весь углерод находится в связанной форме, т. е. из белого чугуна. Затем используются два метода ковкости отливок:(1) Белое сердце. и (2) Черное сердце . Названия относятся к цвету излома отливок, полученных каждым методом. Ориентировочные химические составы для обоих сортов приведены в таблице 4.3.

4. Ковкий чугун

Чугун с шаровидным графитом , также называемый чугун с шаровидным графитом , более высокого качества, так как графит осаждается не в виде чешуек, а в виде сфероидов. Этого можно добиться различными способами, например, добавлением одного из следующих элементов:магния, церия, кальция, висмута, цинка, кадмия, титана или бора.

Ферросилиций также используется в качестве модификатора. Чугун с шаровидным графитом можно изготавливать в виде более толстых кусков, чем из ковкого чугуна. Выдающимися характеристиками чугуна с шаровидным графитом являются высокая текучесть, позволяющая получать отливки сложной формы, а также отличное сочетание прочности и пластичности. Прочность на растяжение этого железа составляет около 33 кгс на мм2 (330 ньютон пэт мм). Этот материал также известен как ковкий чугун. .

Чугун с шаровидным графитом широко используется в литых деталях, где очень желательны плотность и герметичность. К ним относятся гидроцилиндры, клапаны, трубы и фитинги, головки блока цилиндров для компрессоров и дизельных двигателей. Валки для прокатных станов и многие виды центробежнолитых деталей также изготавливаются из чугуна с шаровидным графитом.

5. Охлажденный чугун

Быстрое охлаждение называется охлаждением. ", а произведенное таким образом железо является "охлажденным железом". ». Все отливки охлаждаются на внешней поверхности за счет контакта с холодным песком в форме. Так как чугун имеет более высокую теплопроводность, чем песок, застывшие участки отливки подвергаются быстрому затвердеванию и охлаждению, в результате чего образуется стадная поверхность. Но эта твердость проникает только на глубину от 1 до 2 мм.

Иногда отливку охлаждают преднамеренно, а иногда замораживают случайно на небольшую глубину. Преднамеренное охлаждение осуществляется с использованием чугуна вместо песка для тех частей формы, где требуются твердые поверхности. Там, где к ним прикасается расплавленный металл, его поверхность внезапно охлаждается и превращается в белый чугун. При кокильном литье используются постоянные формы из жаропрочной стали или чугуна с чешуйчатым графитом.

Озноб используются в тех отливках, где некоторые детали должны иметь твердость белого чугуна, а другие должны иметь относительно мягкую и прочную сердцевину из серого чугуна.

6. Легированный чугун

Легированный чугун были разработаны в последние годы, чтобы преодолеть некоторые недостатки, присущие обычному чугуну, и придать свойства, более подходящие для специальных целей. Добавление никеля, хрома, молибдена, титана, кремния, меди и других легирующих элементов придает этому чугуну особые свойства.

Использование 1 или 2 процентов никеля в подходящем чугуне хорошего качества предлагает простой и эффективный способ улучшения свойств этого чугуна.

Использование от 1 до 2 процентов никеля является подходящим чугуном хорошего качества, который предлагает простые и эффективные средства улучшения свойств и службы чугунных отливок. Обеспечивает обрабатываемость и однородность структуры чугуна. Использование никеля в количестве порядка 25 % позволяет увеличить срок службы деталей, подверженных абразивному износу.

7. Механитовый чугун

Цилиндры или гильзы цилиндров всех размеров, от самых маленьких до самых больших, представляют собой выдающиеся примеры. Никелевый чугун также используется для защиты от щелочной коррозии. По этой причине он широко используется для изготовления каустических горшков, трубок и других отливок, контактирующих с едким раствором.

Добавление всего 1% никеля дает для этой цели всестороннюю пользу. Наиболее важным фактором использования никеля в чугуне является получение плотности и герметичности отливок с большими и переменными сечениями. Это привело к применению никелевого литья для изготовления многих деталей паровых и гидравлических машин, компрессоров и двигателей внутреннего сгорания.

Там, где важно улучшить износостойкость, часто оказываются полезными добавки хрома к никелю. Чугун, легированный таким образом, находит широкое применение в насосах всех типов, в которых необходимо учитывать как фрикционный, так и эрозионный износ. Легированный чугун, содержащий от 10 до 30% хрома и от 1 до 3% общего углерода, также проявляет высокую степень жаростойкости в сочетании с прочностью при высоких температурах.

Чугун, легированный 10% никеля и 6% марганца, становится немагнитным. Специальный немагнитный запатентованный чугун известен под названием «Nomag. ».

МЕХАНИТ ЧУГУН

Чугуны, в которых металл был обработан силицидом кальция, известны под торговым названием механита. Силицид кальция действует как графитизатор и образует тонкую графитовую структуру, придающую чугуну превосходные механические свойства. Однако высокие качества механитного железа обусловлены не только использованием силицида кальция, но и тщательным контролем всех факторов, связанных с плавлением железа в копулах или электропечах и при формовании отливки. После затвердевания в железе остается очень мало силицида кальция.

Используемый металл имеет низкое содержание кремния, умеренно низкое содержание углерода, которое ограничено, примерно от 2,5 до 3%. Обычно он был бы белым, если бы был отлит, но графитирование с помощью системы управления механитом обеспечивает ряд материалов, отвечающих широким требованиям машиностроительной промышленности.

Всего в настоящее время доступно более двадцати шести типов металлического механита по пяти широким классификациям:(a) общее машиностроение , (b) термостойкость , (c) износостойкость , (d) стойкость к коррозии , (e) узелковый S-тип.

Все механитовые утюги обладают высокой прочностью, пластичностью и легкостью обрабатываемости. Поэтому они претендуют на преодоление разрыва между обычным чугуном и сталью. Отливки весят от 500 до 6000 кг. Металл мелкозернистый и имеет число Бринелля от 200 до 210.

Механитовый чугун, в отличие от обычного серого чугуна, поддается термообработке и затвердевает целиком или на поверхности. Его также можно упрочнить соответствующей обработкой, чтобы использовать для литья под станки.

Производство чугуна

Чугун производится из передельного чугуна, который является побочным продуктом плавки железной руды в доменной печи. Чугун можно производить непосредственно из расплавленного чугуна или путем повторного плавления чугуна, часто со значительным количеством железа, стали, известняка, углерода (кокса) и различными этапами удаления нежелательных примесей. Фосфор и серу можно выжечь из расплавленного железа, но при этом выгорает и углерод, который необходимо заменить. Содержание углерода и кремния регулируется до желаемого уровня, который может варьироваться от 2–3,5 % и 1–3 % соответственно в зависимости от области применения. Другие элементы затем могут быть добавлены в расплав, если это необходимо, перед отливкой окончательной формы.

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