Чугун представляет собой – понятие, производство, особенности, структура, свойства и применение

Чугун Виды, состав и назначение чугунов. Статьи компании «ООО ПФК Металлосфера»

Виды, состав и назначение чугунов

Чугун представляет собой многокомпонентный сплав железа с углеродом ( > 2.14%), кремнием, марганцем, фосфором и серой. В зависимости от назначения чугуна и от состава проплавляемых шихтовых материалов в нем может содержаться еще хром, никель, ванадий, титан, медь и мышьяк.

Содержание основных элементов (С, Si, Mn, P, S, Cr, Ni, Cu, As) в чугуне регламентируется соответствующим ГОСТом или техническими условиями.

Состав чугуна, получаемый в ходе доменной плавки, определяется требованиями потребителей и возможностями доменной плавки. Сообразно с этим стремятся подобрать состав шихтовых материалов и технологический режим плавки.

Все доменные чугуны по своему назначению подразделяют на два основных вида:

Передельный – предназначен для дальнейшего передела в сталь.

Литейный — используется после переплава в чугуноплавильных цехах для отливки изделий или присадки в сталеплавильном и чугунолитейном производствах.

Следует отметить, что в последние годы передельный чугун используют не только для выплавки стали, но и для переплавки в чугунолитейных цехах для производства чугунных отливок.

Передельный чугун является преобладающим видом продукции доменного производства. На его долю приходится около 90% общего производства чугуна.

Он предназначен для произ¬водства стали в конвертерах или мартеновских печах и обычно содержит 0,3-1,2 % Si; 0,2-1,0 % Мn, 0,15-0,2 % Р и 0,02-0,07 % S.

В чугуне некоторых марок, предназначенных для передела в кислых конверторах, фосфора должно быть очень мало ( < 0,07 0=»» p=»» >

Литейный чугун по содержанию фосфора делят на четыре класса:

А — до 0,1 % Р (малофосфористый),

Б — 0,1-0,3 % Р (обычный),

 

В и Г — высокофосфористые чугуны с содержанием фосфора соответственно 0,31-0,7 и 0,71-1,2 %.

Для изготовления высокопрочных изделий применяют чугуны с низким содержанием фосфора, а для художественного литья — высокофосфористые чугуны.

Каждый класс литейных коксовых чугунов (ЛК) состоит из шести марок. Наиболее кремнистый чугун марки ЛК 0 содержит 3,26-3,75 % Si.

В каждой следующей марке кремния содержится на 0,5 % меньше.

Кроме того, каждую марку делят на три группы по содержанию марганца (0,5; 0,51-0,90 и 0,91-1,3%) и на три категории по содержанию серы (0,02-0,05; 0,03-0,06 и 0,04-0,07 %).

В зависимости от химического состава и скорости охлаждения кристаллизация чугуна заканчивается образованием белого, половинчатого или серого чугуна.

Белый чугун имеет в своей структуре цемен¬тит и перлит и обладает светлым изломом. Весь углерод в нем находится в связанном состоянии. Он очень тверд и хорошо сопротивляется износу, но вместе с тем хрупок и плохо поддается механической обработке.

Поэтому белый чугун применяется для изготовления отливок с большой поверхностной твердостью: валков прокатных станов, штампов, волочильных досок и многих деталей сельскохозяйственного машиностроения.

После длительного отжига он приобретает высокие механические свойства и хорошую обрабатываемость режущим инструментом вследствие разложения цементита на железо и углерод отжига.

Половинчатый чугун состоит из перлита, цементита и небольших включений графита, расположенных островками в виде скоплений пластинчатой формы. Он обладает повышенной твердостью и почти не поддается механической обработке, в силу чего в машиностроении распространения не получил.

Серый чугун характеризуется наличием значительного количества графитных включений пластинчатой или шаровидной формы. В зависимости от структуры металлической основы серый чугун делится на три группы: феррито-перлитный, перлитный и перлито-цементитный.

Феррито-перлитный серый чугун имеет в своей структуре феррит, перлит и графит. Вследствие большого количества пластинок графита и структурно свобод¬ного феррита этот чугун мягок, легко обрабатывается и по срав¬нению с перлитным чугуном отличается меньшей прочностью.

В феррито-перлитном чугуне графит может иметь и шаровидную форму, если чугун перед разливкой обработан магнием. Приме¬няется феррито-перлитный чугун для отливки большинства ма¬шиностроительных деталей.

Перлитный серый чугун состоит из перлита, содержащего 0,8% связанного углерода, и равномерно распределенных пластинок графита. Этот чугун обладает высо¬кой прочностью, умеренной твердостью и хорошей обрабатывае¬мостью.

Перлитный высокопрочный магниевый чугун обладает еще более высокими механическими свойствами и износоустойчивостью.

Перлито-цементитный серый чугун имеет в своей структуре перлит, графит и большое количество мелких разрозненных выделений цементита.

Располагаясь по границам исходных аустенитных зерен, цементит ослабляет связь между ними и понижает прочность металлической основы чугуна. Обладая большой твердостью, перлито-цементитный чугун с тру¬дом обрабатывается режущим инструментом. Однако после отжига он приобретает перлитную структуру и высокие показа¬тели прочности.

Ферритный серый чугун из-за наличия феррита и крупнопластинчатого графита обладает низкой прочностью, малой твердостью и легкой обрабатывае¬мостью, в связи с чем может применяться только для неответственных отливок.

Обычный серый чугун имеет следующий хи¬мический состав: 3,0-3,8% углерода, 2,2-3,0% кремния, 0,5-11,0% марганца, до 0,12% серы и до 0,2% фосфора. Углерод и кремний являются важнейшими элементами, входящими в состав чугуна. Они оба способствуют выделению углерода в форме графита и, понижая температуру плавления чугуна, обеспечивают его высокие литейные и технологические свойства. Углерод присутствует в чугуне в форме графита и в связанном состоянии — в виде цементита. Кремний в чугуне растворяется в его металлической основе и способствует про¬цессу выделения графита.

Марганец увеличивает твердость чугуна, так как препятствует процессу выделения углерода в свободном состоянии. С углеродом марганец образует химическое соединение Мn3С — карбид марганца, способный растворяться в цементите, увели¬чивая его устойчивость. Следовательно, действие марганца на свойства чугуна обратно действию кремния.

Поэтому, если содержание марганца в чугуне повышено, то для устранения его отбеливающего действия увеличивают содержание кремния.

Сера попадает в чугун из руд и топлива и считается вредной примесью. Она способствует отбеливанию чугуна, делает его тугоплавким и склонным к образованию газовых пузырей в отливках.

Фосфор в небольших количествах является полезной примесью, увеличивающей жидкотекучесть серого чугуна, что является особо ценным при производстве тонкостенного литья. Так, при изготовлении художественных изделий, отличающихся боль¬шой ажурностью, содержание фосфора повышают до 1 и более процентов. Однако значительное содержание фосфора в чугуне вследствие образования хрупких фосфидных соединений сильно понижает его механические свойства.

Водород является также вредной примесью. Попадая в чугун из влажного воздуха и шихты, он повышает устойчивость цементита, вызывает отбел и образование раковин в отливках.

Таким образом, углерод и кремний способствуют процессу графитообразования в чугуне, а марганец, сера, кислород и во¬дород, наоборот, препятствуют этому процессу. Из легирующих элементов никель, алюминий и медь являются графитизаторами, а хром, вольфрам, молибден, ванадий — карбидообразователями.

metallosfera.prom.ua

Чугун — Художественное материаловедение

Чугун

Категория:

Художественное материаловедение

Чугун

Сыродутный способ получения железа из руды по экономическим соображениям в настоящее время не применяется. Теперь из пуды сначала выплавляют чугун, часть которого идет на литье, а часть различными способами перерабатывается в сталь. Получение чугуна из руды осуществляется в доменных печах.

Родиной чугунолитейного производства, по-видимому, является Восток. В XIII в. чугунолитейное мастерство делается достоянием европейцев. В России первые доменные печи были построены в 1632 г. под Тулой (городищенские заводы).

Доменная печь представляет собой высокую башню, выложенную из огнеупорного кирпича. Снаружи для прочности домна оковывается стальными листами и полосами. В доменную печь через верхнее отверстие в своде загружают шихту, т. е. смесь руды, кокса и известняка.

Кокс служит топливом. Сгорая, он развивает температуру до 1900 °С. Раньше вместо кокса применялся древесный уголь. Чугун, выплавляемый на древесном угле на Каслинском чугунолитейном заводе, построенном в 1646 —1647 гг., обладал лучшими свойствами, так как он почти не содержал серы и был высокофосфорным.

Известняк служит флюсом. Флюс химически соединяется с пустой породой и золой, образуя легкоплавкий шлак. Шлак легко удаляется из домны через специальное отверстие — шлаковую летку, которая располагается немного выше чугунной летки.

Под влиянием высокой температуры начинается восстановление железа из руды, которая представляет собой окись железа, т. е. соединение железа с кислородом. Процесс восстановления заключается в следующем: углерод топлива (кокса) и образующаяся в печи окись углерода отнимают от руды кислород, а выделившееся чистое железо насыщается углеродом от раскаленного угля и превращается в чугун, который стекает на дно печи. Над чугуном, как более легкий, скапливается шлак.

Современные доменные печи за сутки выплавляют свыше 2000 т чугуна, а при кислородном дутье их производительность еще более повышается. Когда чугун готов, его выпускают из специального отверстия— чугунной летки. На старых заводах чугун отливался в песчаные формы, приготовленные на литейном дворе. На современных заводах для этого служит специальная разливочная машина, представляющая собой длинный конвейер с чугунными формами. На одном конце конвейера идет разливка, а с другого конца на железнодорожную платформу сходят уже остывшие чушки чугуна. В том случае, если сталелитейные цехи расположены рядом с доменным, расплавленный чугун доставляется туда в специальных миксерах, Укрепленных на колесах.

При доменном процессе получаются следующие виды чугуна:
1) литейный, или серый;
2) передельный, или белый;
3) специальный чугун, или ферросплавы.

Литейный, или серый, чугун с содержанием углерода от 3,2 до 4,1% идет на чугунное литье. Он широко применяется в художественной промышленности и при изготовлении декоративных архитектурных деталей.

В литейном чугуне большая часть углерода находится в форме свободного графита. Это объясняется повышенным содержанием кремния, который является полезной примесью серого чугуна, способствующей выделению углерода в виде мелких пластинок графита. Кремний попадает в чугун из кварца во время доменного процесса, и его содержание составляет 1,25 — 4,25%. Свежий излом серого чугуна имеет серый цвет, откуда он и получил свое название.

В литейных чугунах, предназначенных для художественного литья, допускается сравнительно высокое — до 1,2% содержание фосфора. Он попадает в чугун при плавке из руды. Фосфор увеличивает жидкотекучесть и дает хорошее заполнение формы, хотя повышенное содержание фосфора увеличивает хрупкость чугунных отливок после их остывания — так называемую хладоломкость, но для художественных изделий это не столь существенно.

Вредной примесью в литейных чугунах является сера. Она в противоположность фосфору вызывает густоплавкость расплавленного металла, а при застывании металла способствует образованию усадочных раковин и трещин, а также вызывает красноломкость, т. е. разрушение металла при высокой температуре. В чугун сера попадает из кокса, ее содержание в литейных чугунах не должно превышать 0,05%.

Присутствие марганца в сером чугуне, с одной стороны, ослабляет действие серы и способствует удалению окислов, но в то же время препятствует выделению углерода в виде графита, т. е. оказывает противоположное действие по сравнению с кремнием. Поэтому в литейных чугунах его содержание желательно иметь в пределах 1%.

Серый чугун хорошо обрабатывается резанием; он отличается меньшей хрупкостью и меньшей твердостью по сравнению с белым чугуном. Цвет его после отделки от теплого темно-серого до черного с коричневатым оттенком одинаково красив и на матовой, и на гладкой блестящей поверхности. Плотность серого чугуна находится в пределах 7—7,5; температура плавления 1200—1300 °С. Чугун обладает лучшими антикоррозионными свойствами по сравнению со сталью и является более долговечным материалом.

Особенностью антикоррозионных свойств чугуна является их способность возрастать во времени. Например, в первый год после отливки изделия скорость коррозии выражается в 160—180 г на 1 м2 поверхности в год, а по прошествии 6 лет — всего 2—3 г на 1 м2 в год. Наиболее прочно литье из серого чугуна работает на сжатие, примерно в два раза слабее на изгиб и в три-четыре раза хужена растяжение. Эти свойства литого чугуна необходимо учитывать при проектировании различных художественных изделий, предназначенных под отливку.

Рис. 1. Чугунная литая деталь павильона на Всемирной выставке в Париже в 1900 г. г. Каст

Серый чугун как материал для изделий прикладного искусства применяется чрезвычайно широко. Благодаря своей высокой коррозионной стойкости литейный чугун является одним из основных материалов для производства различных изделий экстерьерного характера: ваз и скульптур, парковых декоративных фигур и фонтанов, садовых оград, ворот, надгробных плит и решеток. Высокая прочность на истирание и долговечность определяют применение чугуна для изготовления плит для полов, ступеней и ограждений лестниц и др.

Наконец, исключительно высокие литейные свойства позволяют отливать тончайшие ажурные предметы с красивым черно-коричневым цветом. Чугун является прекрасным материалом для производства всевозможных мелких бытовых предметов: настольных фигур, ларцов, шкатулок, пепельниц, дверных ручек, туалетных принадлежностей и даже цепочек для часов, которые с исключительной виртуозностью отливались еще на знаменитых уральских Каслинском и Кусинском заводах. Там же был отлит по частям ажурный павильон для Всемирной выставки в Париже в 1900 г. На рис. 4 показан фрагмент ажурной вставки этого павильона.

Чугун на Руси начали отливать в XVI в. Наиболее древними образцами художественного литья из чугуна, относящегося к XVI и XVII вв., являются орнаментальные плиты полов в древних соборах, Двери и надгробные плиты.

При Петре I чугунолитейное дело развивается довольно быстро. Появляются чугунолитейные заводы на Урале. В 1774 г. в Петербурге был построен Александровский завод, который после оборудования его новыми доменными и пламенными печами начал выпускать са-Mbie разнообразные художественные изделия: вазы, статуи, колонны, решетки и т. п. Например, на этом заводе были отлиты чугунные ворота дома Демидова в Москве, решетки для Ассигнационного Банка в Петербурге и др.

В дальнейшем в XIX в. чугун как материал для художественного литья использовался очень широко. Крупнейшие русские архитекторы и скульпторы применяли чугунное литье для воплощения своих художественных замыслов. Исключительной по своей композиции и красоте является чугунная решетка у Казанского собора, отлитая по проекту архитектора А. Н. Воронихина, а также другие замечательные орнаментальные чугунные ограды нынешнего Ленинграда. Великолепными образцами чугунного статуарного и барельефного литья являются фигуры воинов и «Славы» скульптора И. П. Витали, а также гербы и фризы, украшавшие Триумфальную арку, построенную в Москве в 1829—1834 гг. (в 1930 г. при реконструкции улицы Горького арка была снесена и теперь восстановлена на Кутузовском проспекте).

Из современного художественного чугунного литья можно отметить отлитую на Мытищинском заводе художественного литья фигуру рабочего, выполненную по модели скульптора А. Е. Зеленского и поставленную около наружного вестибюля станции московского метро «Краснопресненская», решетки Страстного бульвара и другие работы.

Кроме литейного, или серого, чугуна существуют передельный, или белый, чугун и специальный чугун. Однако оба эти вида чугуна в художественной промышленности не применяются. Передельный чугун идет на дальнейшую переработку в сталь, что подтверждает его название; специальные чугуны применяются также в сталеплавильном производстве в качестве добавок.

Разновидностью белого чугуна является ковкий чугун. Он получается при отливке изделий из белого чугуна с последующей термической обработкой в течение нескольких часов при температуре 950—1000 °С. По своим механическим свойствам ковкий чугун занимает среднее место между чугуном и сталью. Он более вязкий, подвергается правке и чеканке, но не куется. В зависимости от того, как производится отжиг изделий, можно получить два варианта ковкого чугуна: черносердечный и белосердечный.

Если отливку из белого чугуна нагреть до высокой температуры, предварительно поместив ее в железный ящик, и засыпать со всех сторон ржавой железной стружкой или окалиной, то часть углерода выгорит и получится белосердечный чугун. Если при нагревании отливки вместо железной стружки насыпать песок или шлак, то углерод сохранится в сплаве, но только выделится в виде круглых гнездообразных включений графита — такой чугун называется черносердечным. Белосердечный и черносердечный чугуны легко отличаются друг от друга по виду и цвету свежего излома.

Черносердечный чугун иногда применяется при отливке мелких художественных изделий сложной формы, требующих тщательной отделки, которая осуществляется чеканкой.

Легированный чугун представляет собой разновидность обыкновенного серого чугуна и отличается от него содержанием специальных примесей других металлов, например никеля, хрома, меди, воль-лоама и т. п. Эти примеси повышают стойкость против коррозии, а также механические свойства чугуна.

Зеркальный чугун — это один из сортов специального чугуна; из-пом его белый, лучистый, он содержит углерода 4—5% и марганца 10-22%.

Реклама:

Читать далее:

Сталь

Статьи по теме:

pereosnastka.ru

Классификация чугунов

Темы: Сварка чугуна.

Чугун представляет собой многокомпонентный сплав железа с углеродом, содержащий >2,1% С. Кроме углерода в чугуне обычно содержится (в %): до 4 Si; 2 Мп; 0,3 Р; 0,25 S, а также 0,1 Cr, Ni или Cu. Классификация чугунов в зависимости от состояния углерода в сплаве:

  • белые,
  • серые,
  • ковкие,
  • высокопрочные чугуны.

В белом чугуне весь углерод находится в виде химического соединения с железом — цементита (Fе3С). Цементит обладает высокими твердостью (800 НВ) и хрупкостью, поэтому трудно поддается механической обработке. Из-за этого белые чугуны нашли ограниченное применение в качестве конструкционных материалов и служат в основном для получения ковких чугунов. При длительном обжиге белого чугуна цементит в нем распадается и углерод выделяется в свободное состояние.

Серые чугуны в изломе имеют серебристый цвет из-за наличия в них пластинчатых включений графита. Они широко используются в литейном производстве и выпускаются в соответствии с ГОСТ 1412-85. Прочность серого чугуна с пластинчатым графитом при растяжении находится в пределах 120.. .440 МПа, твердость 140…290 НВ. Структура серых чугунов в зависимости от состава и условий охлаждения может быть с перлитной, перлитно-ферритной и ферритной основой.

Наличие свободного графита в чугуне (до 50 % С) оказывает влияние на его свойства. Увеличение количества и размеров графитовых включений и неравномерность их распределения уменьшают прочность чугуна. Вместе с тем, свободный графит придает чугуну износостойкость, высокие литейные свойства, хорошую обрабатываемость режущим инструментом и высокую сопротивляемость при знакопеременных нагрузках. Все это обусловливает широкое применение серого чугуна в качестве конструкционного материала.

Чугун, полученный из белого чугуна продолжительным отжигом при температуре 800…850oС, называют ковким. В отличие от серого чугуна в ковком углерод находится не в виде пластинчатого графита, а в виде хлопьевидного. Ковкий чугун по сравнению с серым чугуном обладает более высокой прочностью (300 … 630 МПа), пластичностью и ударной вязкостью. Ковкий чугун имеет однородные свойства по сечению, в его отливках отсутствуют напряжения, ему при суши высокие механические свойства, он хорошо обрабатывается.

В зависимости от режима термообработки основа ковкого чугуна может быть ферритной или перлитной. Состав основных элементов в ковком чугуне (в %): 2,3 …3 С; 0,9 … 16 Si; 0,3 … 1,2 Мn; >0,15 Р и S. Основные характеристики ковких чугунов определены ГОСТ 1215-79. Ферритные чугуны отличаются более высокой пластичностью, а перлитные обеспечивают лучшую износостойкость.

В промышленности получили распространение высокопрочные и легированные чугуны. В высокопрочном чугуне (ГОСТ 7293-85) углерод находится в виде шаровидного графита. Содержание основных элементов в таких чугунах составляет (в %): до 38 С; 2.9 Si; 0,9 Мn; 0,1 Сг; 0,02 S; 0,1 Р; 0,08 Mg. Чугуны с шаровидным графитом значительно превосходят по характеристикам серые чугуны. в частности по износо-, жаро- и коррозионной стойкости.

Легированные чугуны выпускаются согласно ГОСТ 7769-82.

Классификация чугунов легированных:

  • жаростойкие хромовые чугуны,
  • коррозионно-стойкие чугуны,
  • износостойкие чугуны
  • другие.

Такие чугуны легируются хромом, никелем, кремнием, магнием, медью и другими элементами. В легированных чугунах с содержанием до 10 % Ni, Сr и Мn и более имеют место перлитно-карбидные, бейнитные, мартенситные и аустенитные основы.

Другие страницы по теме

Классификация чугунов

:

  • < Основные способы сварки чугуна
  • Сварка чугуна >

weldzone.info

Ковкий чугун | Литейные сплавы, их свойства и приготовление

Ковкий чугун представляет собой сплав железа с углеродом, в котором содержится 2,2—3,0 % углерода, 1,1—1,3°/о кремния, 0,3—0,6% марганца, до 0,2% фосфора и до 0,1% серы. Название «ковкий» следует понимать лишь в том смысле, что этот чугун по сравнению с серым является более вязким и пластичным. Благодаря этим свойствам ковкий чугун широко применяют для изготовления машиностроительных деталей, испытывающих в работе ударные нагрузки.

Ковкие чугуны для отливок по ГОСТ 1215—59 (см. табл. 1) изготовляют следующих марок: КЧ 30—6, КЧ 33—8, КЧ 35—10, КЧ 37—12, КЧ 45—6, КЧ 50—4, КЧ 56—4, КЧ 60—3, КЧ 63-2. Условные обозначения марок: К — ковкий; Ч — чугун; первые две цифры — предел прочности при растяжении в кгс/мм2, а последняя цифра — относительное удлинение в процентах. Большинство технологических операций (изготовление форм и стержней, заливка расплава, выбивка и очистка отливок) в литейных цехах ковкого чугуна осуществляют обычными способами. При формовке изменяют лишь способ подвода расплава к отливке и устройство литниково-питающей системы. Следует, однако, иметь в виду, что производство отливок из ковкого чугуна более сложно и длительно, чем из серого. Так как в вагранке получить чугун с низким (менее 3%) содержанием углерода очень трудно, то плавку обычно проводят последовательно в двух печах. Шихту расплавляют в вагранке, а полученный в ней жидкий чугун переливают в дуговую электрическую печь и уже там доводят до требуемого химического состава. Полученный расплав разливают в песчаные формы. Низкое содержание кремния и углерода приводит к образованию в отливках белого чугуна, обладающего большой твердостью и хрупкостью, обусловленной присутствием в основе чугуна цементита (рис. 15, а).

Таблица 1. Физические, технологические и механические свойства литейных сплавов









Сплав Плотность, г/см3 Усадка линейная,
%
Температура заливки, °С Предел прочности при растяжении, к гс/мм2 Относительное удлинение, % Твердость НВ
Серый чугун (обыкновенный) 7,0—7,3 0,8—1,0 1180—1450 12—44 28—64* 143—289
Ковкий чугун 7,1—7,4 1,4-1,6 1350—1480 30—63 2—12 163—269
Сталь литая углеродистая 7,7—7,85 1,6—2,0 1350—1570 40—60 10—24 109—199
Бронза 7,4—8,9 1,3-2,4 1000—1200 3—60 2—20 14—250
Латунь 8,3—8,6 1,9—2,0 1050—1150 15—70 4—20 30—160
Алюминиевые сплавы 2,5—2,9 1,25—1,35 690—780 12—35 0,5—15 45—95
Магниевые сплавы 1,7—1,85 1,35—1,6 690—800 9—28 1—6 30—75

* Предел прочности при изгибе, кгс/мм2.

После выбивки из форм и очистки отливки подвергают отжигу при температуре 900— 1000° С в специальных томильных печах. При отжиге цементит белого чугуна разлагается на феррит и свободный углерод, в результате чего исчезает свойственная белому чугуну хрупкость и он становится пластичным. При распаде цементита объем чугуна несколько увеличивается, отчего отливки во время отжига деформируются (коробятся). Если коробление достигает значительной величины, то отливки правят под прессом или ударами молота.

На рис. 15, б показана схема структуры наиболее распространенного ферритного ковкого чугуна, который характеризуется темным цветом излома и используется при производстве деталей сельскохозяйственных машин, ответственных автомобильных деталей, деталей тормоза и т. д.

Рис. 15. Структуры белого (а) и ковкого (б) чугуна: 1 — цементит, 2 — феррит, 3 — углерод отжига

www.stroitelstvo-new.ru

Опубликовано в категории: Разное

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о