Чугун 101: состав, применение, плюсы и минусы

В этой статье вы узнаете определение, применение, свойства, состав и типы чугуна. Вы также познакомитесь с преимуществами и недостатками чугуна.

Что такое чугун?

Чугун — это группа углеродистых сплавов, содержащая 2–4% углерода и переменное количество кремния и марганца. Он также содержит примеси, такие как фосфор и сера. Он производится восстановлением железной руды в доменной печи, а его основным материалом является чугун, полученный из расплавленной железной руды в печи. Этот железо получается непосредственно из расплавленного чугуна или путем переплавки чугуна, часто вместе с значительными количествами железа, известняка, стали или кокса.

Его можно плавить в специальном типе доменной печи, называемой куполной, но чаще всего он плавится в электрических индукционных печах или электродуговых печах.

Читайте также: Свойства и состав чугуна

Как упоминалось ранее, чугун производится из чугуна, известняка и кокса. Его производственный процесс происходит в куполной печи путем переплавки этих трех материалов. Куполная печь более или менее такая же, как доменная печь. Она цилиндрическая по форме и имеет диаметр около 1 м и высоту около 5 м. Материалы загружаются сверху печи и затем нагреваются. На этом этапе примеси чугуна удаляются в некоторой степени окислением, образуя расплавленное железо. Шлак затем удаляется с верха расплавленного железа через регулярные интервалы. Расплавленное железо затем лится в форму для формирования требуемых форм.

Применение чугуна

Применение чугуна широко распространено в инженерном мире, таком как машиностроение, строительная площадка, столярная мастерская и т.д. Следующее объяснены ниже — применения чугуна.

Одним из его применений является художественная литейка, такая как ворота, фонарные столбы, кронштейны, железный столб для небольшого покрытия.

Он используется для сжатых элементов

Его применения включают производство цистерн, водопроводных труб, газопроводов, сточных труб, санитарной арматуры и люков. и

чугун используется для изготовления железнодорожных цепей, колес карет и т.д.

Читайте также: Понимание кованого железа

Общие применения типов чугуна включают:

• Серый чугун способен противостоять износу, поэтому он используется для производства блоков цилиндров и головок блоков, коллекторов, зубчатых колес газового горелки, обтекателей и корпусов.
• Белый чугун — хрупкий материал из-за процесса закалки, используемого в его производстве. Именно поэтому белый чугун используется в применениях, требующих износостойкости и абразивной стойкости, таких как сопла для песчаноструйной обработки, облицовка мельниц, тормозные колодки железнодорожных вагонов, валы прокатных станков, корпуса насосов для шлама и дробилки.
• Применения ковкого чугуна настолько обширны, потому что они могут быть разделены на разные классы. Материал легко обрабатывается, имеет хорошую устойчивость к усталоте и предел текучести, а также хорошую износостойкость. Он используется для изготовления рулевых кулачков, коленчатых валов, тяжелых зубчатых колес, компонентов автомобильной подвески, гидравлических компонентов и дверных петель автомобилей.
• Наконец, ковкий чугун также имеет разные классы. Он обладает способностью удерживать и накапливать смазочные материалы, неабразивные частицы износа и пористую поверхность, которая удерживает другие абразивные осколки. Из-за этого ковкий чугун используется для тяжелых подшипниковых поверхностей, цепей, звездочек, шатунов, компонентов привода и осей, железнодорожного подвижного состава.

Механические свойства чугуна

Ниже приведены механические свойства чугуна:

Твердость — сопротивление материала абразивному износу и вдавливанию

Вязкость — способность материала поглощать энергию

Вязкость — способность материала деформироваться без разрушения

Упругость — способность материала возвращаться к исходным размерам после деформации

Ковкость — способность материала деформироваться под сжатием без разрыва

Предел прочности на разрыв — наибольшее продольное напряжение, которое материал может выдержать без разрыва

Предел выносливости — наибольшее напряжение, которое материал может выдержать заданное число циклов без разрушения.

Другие легирующие элементы добавляются для получения:

• Марганец: Повышает сопротивление износу и абразивному износу
• Хром: Повышает закаливаемость, износостойкость, коррозионную и окислительную стойкость
• Никель: Повышает предел прочности на разрыв
• Вольфрам: Повышает красную твердость и красную прочность
• Молибден: Повышает закаливаемость
• Ванадий: Повышает закаливаемость и красную твердость
• Кремний: Повышает закаливаемость и электросопротивление
• Алюминий: Работает как деоксидизатор в стали
• Титан: Работает как деоксидизатор в стали
• Ниобий: Снижает закаливаемость и повышает вязкость, что приводит к увеличению ударной вязкости
• Кобальт: Снижает закаливаемость и сопротивляет размягчению при повышенных температурах

Типы чугуна

Ниже приведены различные типы чугуна:

Серый чугун:

Эти типы чугуна сероваты по внешнему виду, вызванные их графитовым микростроением, которое приводит к переломам цвета. У него меньшая прочность на разрыв и сопротивление, чем у стали, а его предел прочности на сжатие сопоставим с низко- и среднеуглеродистой сталью. Это основано на размере и форме графитовых пластинок, присутствующих в микростроении в чугуне.

Белый чугун:

Белый чугун показывает белые ломаные поверхности, потому что он содержит карбид железа, который называется «цементит». Из-за низкого содержания кремния и более высокой скорости охлаждения. Углерод в белом чугуне выпадает в осадок и позволяет ему плавиться как метастабильная фаза цементита, Fe3C, а не графит. Цеменитид выпадает в осадок из расплава в виде относительно крупных частиц. По мере того как карбид железа выпадает в осадок, он выводит углерод из исходного расплава, смешивая смесь к более близкой к эвтектической, а оставшаяся фаза — низкоуглеродистая аустенитная сталь (которая при охлаждении может трансформироваться в мартенсит).

Читайте также: Различные методы сталелитейного процесса

Ковкий чугун:

Процесс ковкого чугуна начинается с белой литья, которая нагревается примерно до 950 °C (1740 °F) и затем охлаждается в течение дня или двух; углерод в карбиде железа тогда превращается в графит и феррит плюс углерод (аустенит). Медленный процесс позволяет поверхностному натяжению сформировать графит в сфероидальные частицы, а не пластинки.

Ковкий чугун (球墨铸铁):

Эти типы чугуна также известны как нодулярный или ковкий чугун. Он был разработан в 1948 году. Ковкие типы чугуна имеют графит в виде очень крошечных нодулов с графитом в виде концентрических слоев, формирующих нодулы. Свойства этих ковких чугунов таковы: губчатая сталь с эффектом концентрации напряжений, который бы произвели хлопья графита — крошечные количества 0,02–0,1% магния и только 0,02–0,4% церия, добавленные к этим сплавам, замедляют рост графитовых осадков за счет связывания с краями графитовых плоскостей.

Читайте также: Различные типы стружки при металлорезании

Преимущества и недостатки чугуна

Преимущества:

Ниже приведены преимущества чугуна в его различных применениях:

• хорошие литейные свойства.
• доступен в больших количествах.
• низкая стоимость материала
• хорошая обрабатываемость для серого чугуна.
• хорошая чувствительность.
• отличное сопротивление износу.
• постоянные механические свойства от 20 до 350 градусов Цельсия.
• высокая долговечность.
• сопротивление деформации.

Недостатки:

Несмотря на хорошие преимущества этого материала, некоторые ограничения все равно возникают. Ниже приведены недостатки чугуна в его различных применениях:

• низкая прочность на разрыв.
• склонность к ржавлению.
• материалы чувствительны к сечению, из-за медленного охлаждения толстых сечений.
• высокая хрупкость
• белый чугун не может быть обработан.
• нет точки текучести.

Это все для этой статьи, где обсуждаются определение, применение, свойства, состав и типы чугуна. Вы также узнали преимущества и недостатки чугуна. Надеюсь, вы получили достаточно из этого поста, если да, поделитесь с другими студентами. Спасибо за чтение, увидимся в следующий раз!