Ковкий чугун

Отливки из ковкого чугуна имеют много преимуществ

Ковкий чугун, также называемый сфероидальным или шаровидным железом, на самом деле представляет собой группу чугунов, которые обладают высокой прочностью, гибкостью, долговечностью и эластичностью благодаря своей уникальной микроструктуре. Литой ковкий чугун обычно содержит более 3% углерода; его можно сгибать, скручивать или деформировать без разрушения. Его механические свойства аналогичны стали и намного превосходят свойства стандартного чугуна.

Отливки из ковкого чугуна твердые металлические предметы, полученные в результате заливки расплавленного ковкого чугуна в пустоты формы. Ковкий чугун впоследствии охлаждается и затвердевает в форме пустоты, которую он занимает.

Что такое ковкий чугун?

Изобретенный в 1943 году ковкий чугун представляет собой современную версию чугуна. Чугун и ковкий чугун имеют противоположные физические свойства, вызванные различиями в их микроструктуре.

Графит и углерод, содержащиеся в чугуне, встречаются в виде чешуек; Чугун демонстрирует положительную способность к нагрузке на сжатие, но нагрузка на растяжение, превышающая его естественную прочность на растяжение, может вызвать образование и быстрое распространение трещин из точек напряжения в микроструктуре чешуйчатого графита. В результате чугун практически не имеет удлинения. Это хрупкий материал, поэтому его использование при растяжении и ударных нагрузках ограничено.

Графит в ковком чугуне имеет форму сфероидов, поэтому его иногда называют сфероидальным графитом. . Точно так же термин железо с шаровидным графитом связано с тем, что углерод, содержащийся в ковком чугуне, удерживается в виде конкреций. Благодаря этой уникальной микроструктуре ковкий чугун выдерживает изгиб и ударные нагрузки намного лучше, чем традиционный чугун.

Из чего сделан ковкий чугун?

В то время как ковкий чугун можно производить из стального или чугунного лома, передельный чугун является основным источником сырья для большинства современных литейных заводов по производству ковкого чугуна. Чугун относится к производству первичного железа в доменной печи, которое содержит более девяноста процентов железа.

Термин «чугун» возник из-за старинного метода литья доменного чугуна в изложницы, расположенные в песчаных подушках таким образом, чтобы их можно было подавать из общего желоба. Поскольку группы плесени напоминали выводок поросят, отдельные куски железа назывались «свиньями», а бегун назывался свиноматкой. Современные чушки производятся на машинах непрерывного литья чушек.

Чугун используется в производстве ковкого чугуна в качестве основного источника чистого железа. Он предлагает ряд уникальных преимуществ:передельный чугун содержит мало остаточных или вредных элементов, имеет стабильный химический состав, обеспечивает оптимальные условия шлака и улучшает управление технологическим процессом за счет обеспечения стабильных свойств шихты. Спрос на передельный чугун в последние годы увеличился, поскольку литейные цеха по производству ВЧШГ используют его преимущества по сравнению с альтернативными источниками железа, такими как железный лом или плавка стального лома с добавлением углерода.

Преимущества ковкого чугуна

Есть несколько преимуществ, которые ковкий чугун дает дизайнерам:

1. Ковкий чугун легко отливается и обрабатывается.
2. Он имеет отличное соотношение прочности и веса.
3. Производить ковкий чугун можно гораздо дешевле, чем сталь.
4. Он обладает превосходными литейными свойствами и обрабатываемостью.
5. Вковкий чугун обеспечивает конструктору исключительное сочетание прочности, низкой себестоимости и надежности.

Свойства ковкого чугуна

Для создания различных марок высокопрочного чугуна необходимо контролировать структуру матрицы вокруг графита в процессе литья или последующей термообработки. Незначительные различия в составе между различными марками ковкого чугуна существуют для того, чтобы создать желаемую матрицу (микроструктуру).

Ковкий чугун можно рассматривать как сталь с графитовыми сфероидами, рассеянными по всей ее матрице. Качество металлической матрицы, в которой подвешены графитовые сфероиды, оказывает существенное влияние на свойства ковкого чугуна, но сами графитовые сфероиды - нет.

В ковком чугуне есть несколько матриц, наиболее распространенной из которых является;

1. Феррит - чистое, пластичное, гибкое железо с небольшой прочностью. Эта матрица имеет низкую износостойкость, но высокую ударопрочность и хорошую обрабатываемость.
2. Перлит – механическая смесь феррита и карбида железа (Fe₃ С). Он относительно твердый, с умеренной пластичностью. Он обладает высокой прочностью, хорошей износостойкостью, умеренной ударопрочностью и хорошей обрабатываемостью.
3. Перлит/феррит – структура, состоящая из смеси перлита и феррита, и наиболее распространенная матрица для товарных марок высокопрочного чугуна.

Обычные марки ковкого чугуна

Несмотря на то, что существует множество различных спецификаций ковкого чугуна, литейные заводы обычно предлагают 3 распространенных марки;

ФИЗИЧЕСКИЕ И МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

ASTM A536, КЛАСС 60-40-18

ASTM A536, КЛАСС 65-45-12

ASTM A536, КЛАСС 80-55-06

Прочность при растяжении, мин, psi

60 000

65 000

80 000

Прочность при растяжении, не менее, МПа

414

448

552

Предел текучести, мин, psi

40 000

45 000

55 000

Предел текучести, не менее, МПа

276

310

379

Удлинение на 2 дюйма или 50 мм, мин. %

18

12

6

Плотность, фунт/дюйм3

0,256

0,256

0,256

Плотность г/см3

7.1

7.1

7.1

Температура плавления (градусы F)

2100–2190

2100–2190

2100–2190

Температура плавления (градусы C)

1150–1200

1150–1200

1150–1200

Прочность на сжатие, тыс.фунтов на кв. дюйм

429

429

429

Прочность на сжатие, МПа

2960

2960

2960

УНС

F32800

F33100

F33800

ФИЗИЧЕСКИЕ И МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

ASTM A536, КЛАСС 60-40-18

Прочность при растяжении, мин, psi

60 000

Прочность при растяжении, не менее, МПа

414

Предел текучести, мин, psi

40 000

Предел текучести, не менее, МПа

276

Удлинение на 2 дюйма или 50 мм, мин. %

18

Плотность, фунт/дюйм3

0,256

Плотность г/см3

7.1

Температура плавления (градусы F)

2100–2190

Температура плавления (градусы C)

1150–1200

Прочность на сжатие, тыс.фунтов на кв. дюйм

429

Прочность на сжатие, МПа

2960

УНС

F32800

ФИЗИЧЕСКИЕ И МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

ASTM A536, КЛАСС 65-45-12

Прочность при растяжении, мин, psi

65 000

Прочность при растяжении, не менее, МПа

448

Предел текучести, мин, psi

45 000

Предел текучести, не менее, МПа

310

Удлинение на 2 дюйма или 50 мм, мин. %

12

Плотность, фунт/дюйм3

0,256

Плотность г/см3

7.1

Температура плавления (градусы F)

2100–2190

Температура плавления (градусы C)

1150–1200

Прочность на сжатие, тыс.фунтов на кв. дюйм

429

Прочность на сжатие, МПа

2960

УНС

F33100

ФИЗИЧЕСКИЕ И МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

ASTM A536, КЛАСС 80-55-06

Прочность при растяжении, мин, psi

80 000

Прочность при растяжении, не менее, МПа

552

Предел текучести, мин, psi

55 000

Предел текучести, не менее, МПа

379

Удлинение на 2 дюйма или 50 мм, мин. %

6

Плотность, фунт/дюйм3

0,256

Плотность г/см3

7.1

Температура плавления (градусы F)

2100–2190

Температура плавления (градусы C)

1150–1200

Прочность на сжатие, тыс.фунтов на кв. дюйм

429

Прочность на сжатие, МПа

2960

УНС

F33800

Применение ковкого чугуна

Ковкий чугун обладает большей прочностью и пластичностью, чем серый чугун. Эти свойства позволяют эффективно использовать его в широком спектре промышленных применений, включая трубы, автомобильные компоненты, колеса, коробки передач, корпуса насосов, рамы машин для ветроэнергетики и многое другое. Поскольку он не трескается, как серый чугун, ковкий чугун также безопасно использовать в устройствах защиты от ударов, например в боллардах.

Услуги кастинга на заказ

Reliance Foundry работает совместно с клиентами, чтобы определить лучший материал для каждой индивидуальной отливки. Запросите ценовое предложение, чтобы получить дополнительную информацию о том, как наша служба кастинга может соответствовать требованиям вашего проекта.

Источники

• Международное ASTM. «Стандартные технические условия на отливки из ковкого чугуна».
• Общество ковкого чугуна. "Данные по ковкому чугуну для инженеров-проектировщиков".
• Сорельметал. «Семейство ковкого чугуна».