Montagpena.ru

Строительство и Монтаж
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Чугун серый и белый: условия образования

Чугун серый и белый: условия образования

Чугуны являются тройными сплавами железо-углерод-кремний. Различают четыре основных типа чугунов:
– серый чугун;
– белый чугун;
– ковкий чугун;
– чугун с шаровидным графитом.

Химический состав этих четырех типов чугунов представлен в таблице ниже.

Таблица – Четыре основных типа чугунов

Серый чугун – графит, белый чугун – цементит

В сером чугуне формируется графитная эвтектика – углерод находится в нем с основном в форме графита, тогда как в белом чугуне образуется цементитная эвтектика и углерод находится в основном в виде цементита Fe3C.

Влияние кремния на тип эвтектики в чугунах

Добавление кремния позволяет графиту образовываться более легко, особенно при формировании непосредственно из жидкой фазы. Возможно, что более правильно было бы даже сказать, что добавка кремния делает более трудным образование цементита Fe3C.

На рисунке 1 показано как кремний снижает температуру эвтектики аустенит-цементит и в то же время поднимает температуру эвтектики аустенит-графит.

Рисунок 1 – Изменение эвтектических температур графита и цементита Fe3C
с увеличением содержания кремния в чугуне от 0 до 2 %

По рисунку 1 для сплава железо-углерод с содержанием кремния 2 % существует две эвтектические температуры: 1163 ºС при образовании графита и 1120 ºС при образовании цементита. В процессе охлаждения сплава жидкость между дендридами продолжает обогащаться углеродом пока температура до тех пор, пока не образуется одна из этих эвтектик.

Конкуренция между графитом и цементитом

Между двумя типами эвтектик происходит своего рода конкуренция зато, какая из них образуется первой. Эта конкуренция включает три важных фактора:

1) Обе типа эвтектик до начала формирования эвтектики требуют некоторого переохлаждения ниже их эвтектических температур, которые показаны на рисунке 1.
2) Величина переохлаждения возрастает с ростом скорости охлаждения.
3) Величина переохлаждения для образования эвтектики аустенит-цементит меньше, чем та, что требуется для образования эвтектики аустенит-графит.

Медленное охлаждение – серый чугун

Предположим, что междендритная жидкость охлаждается до 1130 ºС и при этом ни одна из эвтектик не сформировалась. Затем жидкость охлаждается еще на 33 ºС – с 1163 до 1130 ºС. Этого переохлаждения достаточно для образования графитной эвтектики. Для образования цементитной эвтектики этого охлаждения не достаточно, так как температура жидкости не опустилась ниже 1120 ºС. Поэтому в этих условиях цементитная эвтектика не может образоваться. Теоретически переохлаждения 33 ºС достаточно для образования графитной эвтектики и в результате этого получается серый чугун.

Быстрое охлаждение – белый чугун

Представим, что охлаждение того же железоуглеродистого сплава с 2 % кремния ведется быстрее, так, что необходимая величина переохлаждения для образования графитной эвтектики увеличивается с 33 до 53 ºС. Это значит, что графитная эвтектика не будет образовываться, пока междендритная жидкость не достигнет 1110 ºС. Однако при температуре 1110 ºС жидкость переохлаждается на 10 ºС температуры цементитной эвтектики 1120 ºС. Поскольку для формирования цементитной эвтектики достаточно небольшого переохлаждения – менее 10 ºС – этот сплав затвердеет как белый чугун.

Практика производства чугунов

Эти «теоретические» выкладки подтверждают практические рекомендации для производства серого и белого чугунов:
1) При одном и том же химическом составе чугуна он будет белым чугуном при быстром охлаждении или серым чугуном при медленном охлаждении.
2) Повышенное содержание кремния в чугуне способствует образованию серого чугуна. Различие графитной и цементитной эвтектических температур снижается с 43 ºС для содержания кремния 2 % до только 6 ºС в чугуне совсем без кремния.
3) В чугуне без кремния, как правило, образуется белый чугун. Это происходит потому, что междендритная жидкость раньше достигает переохлаждения для «белой эвтектики», чем для «серой эвтектики».

Читайте так же:
Оборудование для напыления металлов

Источник: John D. Verhoeven, Steel Metallurgy for Non-Metallurgists, 2007

Разница между серым чугуном и белым чугуном

Различия между серым чугуном и белым чугуном проявляются в составе и цвете поверхности материала после разрушения. Оба этих сплава для литья чугуна в основном содержат углерод и кремний, но в разных п

Содержание:

Ключевое отличие —Серый чугун против белого чугуна

Различия между серым чугуном и белым чугуном проявляются в составе и цвете поверхности материала после разрушения. Оба этих сплава для литья чугуна в основном содержат углерод и кремний, но в разных пропорциях. А ключевое отличие между серым чугунным и белым чугунным после разрушения белый чугун дает поверхность трещины белого цвета, а серый чугун дает поверхность трещины серого цвета. В основном это связано с их составляющими в сплаве.

Что такое серый чугун?

Наиболее часто используемая категория литейных сплавов — серый чугун. В состав входит около От 2,5% до 4% углерода и От 1% до 3% кремния. В процессе производства серого чугуна надлежащий контроль содержания углерода и кремния и поддержание надлежащей скорости охлаждения предотвращает образование карбида железа во время затвердевания, что помогает осаждать графит непосредственно из расплава в виде регулярных, обычно удлиненных и изогнутых чешуек. матрица железа, насыщенная углеродом. Когда он разрушается, путь трещины проходит через чешуйки, и изломанная поверхность отображается серым цветом из-за присутствия графита в материале.

Что такое белый чугун?

Белый чугун получил свое название из-за белой кристаллической поверхности трещин, которую он оставляет после разрушения. Как правило, большинство материалов из белого чугуна содержат менее 4,3% углерода и меньше кремния. Это препятствует осаждению углерода в виде графита. Белый чугун чаще всего используется в приложениях, где важна стойкость к истиранию и не очень важна пластичность. Примерами являются футеровки для бетономешалок, в некоторых волочильных штампах, шаровых мельницах и экструзионных соплах. Белый чугун нельзя сваривать, потому что очень трудно выдержать напряжение, вызванное сваркой, при отсутствии каких-либо пластичных свойств основного металла. Кроме того, зона термического влияния, прилегающая к сварному шву, может растрескаться во время охлаждения после сварки.

В чем разница между серым чугуном и белым чугуном?

Сочинение:

Серый чугун: Преимущественно в составе серого чугуна; примерно от 2,5% до 4,0% углерода, от 1% до 3% кремния, а остальное — с использованием железа.

Белый чугун: Как правило, белый чугун в основном содержит углерод и кремний; от 1,7% до 4,5% углерода и от 0,5% до 3% кремния. Кроме того, он может содержать следовые количества серы, марганца и фосфора.

Читайте так же:
Формула расчета массы металла

Свойства:

Серый чугун: Серый чугун имеет более высокую прочность на сжатие и высокую устойчивость к деформации. Его температура плавления относительно низкая, от 1140 ºC до 1200 ºC. Он также обладает большей устойчивостью к окислению; поэтому он очень медленно ржавеет, и это дает постоянное решение проблемы коррозии.

Белый чугун: В белом чугуне углерод присутствует в виде карбида железа. Он твердый и хрупкий, обладает большей прочностью на разрыв и чрезвычайно пластичен (способность постоянно терять форму молотком или давить без разрушения или растрескивания). Он также обладает высокой прочностью на сжатие и отличной износостойкостью. Он может сохранять свою твердость в течение ограниченного периода времени даже до красного каления. Его нелегко лить, как другие чугуны, потому что он имеет относительно высокую температуру затвердевания.

Использует:

Серый чугун: Наиболее часто используемые области серого чугуна: в цилиндрах двигателей внутреннего сгорания, корпусах насосов, электрических коробках, корпусах клапанов и декоративных отливках. Он также используется в кухонном оборудовании и тормозных дисках.

Белый чугун: Белый чугун наиболее широко используется при дроблении, шлифовании, фрезеровании и обработке абразивных материалов.

1. «Чугун-Сковорода» Эвана-Амоса — Собственная работа. [Public Domain] через Commons

Сравниваем серый и белый чугун | Важные отличия

Чугун – это один из самых известных материалов для производства литых изделий. Он характеризуется прочностью, хорошей износоустойчивостью, теплопроводностью и другими привлекательными эксплуатационными качествами. Вот только он сам по себе – не металл. Это сплав.

По нормативам этот материал являет собой сплав железа с углеродом. Металлической части в нём не менее 90%, неметаллической – до 6,67%. Кроме непосредственно углерода, сплав может включать и другие примеси – марганец, фосфор, кремний и так далее. От процентного соотношения этих включений зависит не только марка, но и физико-химические свойства.

Так, наиболее широко применяются белый и серый чугуны. Они как раз различаются процентом содержания углерода в составе. И из-за этого эксплуатационные свойства также разнятся.

В этой статье мы разберёмся, в чём разница между серым и белым чугуном – и что лучше использовать в тех или иных целях.

«Серый» чугун

серый чугун

Серый чугун содержит до 3,5% углерода в своём составе. Причём этот неметалл представлен в графитовой своей форме (то есть в виде гексагональных пластинчатых двумерных кристаллов). Кроме того, ГОСТ 1412 предусматривает включение в состав таких веществ, как:

Кремний (до 2,5%). Улучшает литейные свойства, повышает мягкость, но при этом находится в недостаточных для снижения устойчивости к деформациям пропорциях;

Марганец (до 0,8%). Повышает прочность, формирует устойчивые внутренние напряжения, которые увеличивают устойчивость к внешним механическим воздействиям;

Фосфор (до 0,3%). Вредная примесь, от которой, тем не менее, не удаётся полностью избавиться при производстве. Впрочем, концентрация её в «сером» минимальны.

В целом состав материала обеспечивает превосходную устойчивость и износостойкость. Именно поэтому он наиболее широко используется в тяжёлом машиностроении для производства деталей, не подвергающихся ударным воздействиям. Также его применяют для изготовления конструкционных элементов станков.

Читайте так же:
Метчик для нарезки резьбы это

Интересной особенностью «серого» является его текучесть при литье. Поэтому ещё одна сфера его применения – это изготовление художественных изделий. Различные чугунные заборы со сложной геометрией и текстурой, элементы витражей и декоративные изделия – всё это изготавливается именно из данного сплава.

Кроме того, он податлив для обработки резанием.

С другой стороны, механическая прочность его достаточно средняя. При ударных нагрузках и подобных воздействиях деталь может треснуть или расколоться. Его редко используют для отливки «ответственных» функциональных узлов и конструкционных элементов, что также обусловлено небольшой прочностью.

Зато «серый материал» устойчив к сжатию и выдерживает даже серьёзные нагрузки. Как следствие, он используется в производстве колонн, канализационных, водопроводных и отопительных труб, станин станков и поршней двигателей.

Достоинства

Прочность на сжатие, позволяющая использовать детали под нагрузкой;

Механическая устойчивость и износостойкость;

Текучесть при литье.

Недостатки

Низкая прочность, из-за чего конструкция плохо переносит ударные нагрузки;

В бытовой среде серый чугун практически не применяется, да и в производстве он чаще используется для дальнейшего преобразования в ковкие, износостойкие и пластичные варианты. После легирования другими примесями он также может использоваться для изготовления посуды.

«Белый» чугун

Белый чугун – железоуглеродный сплав, в котором весь углерод находится в связанном состоянии (в виде цементита Fe3C). Содержание данного неметалла – до 3,8%. И это значительно изменяет эксплуатационные свойства материала. Других примесей, к слову, практически нет.

Белый чугун характеризуется твёрдостью – и при этом он очень хрупкий. Разрушение или деформация изготовленного из него изделия может произойти вследствие как механических, так и термических внешних факторов. Кроме того, данный сплав практически не обладает важными для производства конечных продуктов качествами.

Так, он не пластичен, плохо поддаётся литью, устойчив к резанию и ковке. Из-за этого изготовить из него предметы сложной геометрии или малых размеров не представляется возможным.

Да и сам по себе «белый материал» практически не используется в производстве. Он служит основой для других сплавов – включая высокопрочный и ковкий. Кроме того, его очень часто переделывают в сталь – соединения железа с углеродом в малых количествах (до 0,6%) и другими постоянными либо легирующими примесями.

Итак, подведём итоги.

Достоинства

Чистота материала (малое содержание сторонних примесей);

Прочность, не поддаётся резанию и другим деформирующим воздействиям;

Недостатки

Крайне низкие эксплуатационные качества, практически не поддаётся обработке;

Малая текучесть, вследствие чего сложен в литье;

Хрупкость, легко трескается и разрушается даже при незначительных ударных воздействиях.

Все эти недостатки делают белый чугун неподходящим для использования ни в машиностроении, ни в других сферах. Поэтому он практически нигде и не применяется. Зато на его основе с легированием сторонними примесями или, напротив, очисткой получают другие практичные и широко использующими сплавы.

Что лучше – серый или белый чугун?

Итак, «серый» текуч, прочен и механически устойчив, но легко повреждается резанием и не всегда переносит ударные нагрузки. Белый, в свою очередь, напротив – практически не повреждается резанием, но при этом очень хрупок, не пластичен, не текуч и в принципе не применяется в чистом своём виде.

Читайте так же:
Сопротивление открытого биполярного транзистора

Но этим разница между материалами не ограничивается.

Содержание и форма углерода

До 3,5% в виде графита

До 3,8% в виде цементита (соединения Fe3C)

Кремний (до 2,5%), марганец (до 0,8%)

Механическая прочность (способность переносить единичные ударные нагрузки)

Высокая (но недостаточно для производства «ответственных» конструкционных узлов)

Хрупкость (насколько высок риск раскола при ударе или температурном перепаде)

Твёрдость (способность выдерживать режущие нагрузки)

Максимальная среди всех чугунных сплавов

Текучесть (способность принимать сложные формы при литье)

Устойчивость к сжатию

Низкая (обусловлено хрупкостью)

Пластичность (способность деформироваться при ковке или постоянных механических нагрузках)

Износостойкость (способность сохранять форму и эксплуатационные качества при постоянных, периодических или регулярных ударных нагрузках)

В целом белый чугун практически не используется в производстве конечных изделий. Он – сырьё для других сплавов, включая сталь. А вот серый применяется достаточно широко. Но в бытовой сфере проще «встретить» легированный или специально подготовленный – например, высокопрочный, антифрикционный или ковкий чугуны.

6.3. Чугуны

По сравнению с углеродистой сталью чугуны отличаются более высоким содержанием углерода, лучшими литейными и худшими пластическими свойствами.

Свойства чугуна определяются структурой металлической основы, формой, количеством и размерами графитных включений. Металлическая основа чугуна аналогична по строению и близка по свойствам стали.

Структуру и свойства чугуна определяет в основном углерод. С повышением содержания углерода ухудшаются механические свойства, но повышаются его литейные свойства. Содержание углерода в чугуне не должно превышать 4,3%. Углерод в составе чугуна может быть в виде карбида Fe3C, графита или их смеси. В зависимости от того, в каком виде находится в чугунах углерод, а также от формы графита и условий его образования различают белые, серые, высокопрочные и ковкие чугуны.

Белым называют чугун, в котором при нормальных условиях весь углерод находится в химически связанном состоянии в виде цементита Fe3C. Такой чугун в изломе имеет белый цвет и характерный металлический блеск. Белые чугуны отличаются высокой твердостью, хрупкостью, низкой прочностью и трудностью механической обработки. В качестве конструкционного материала используется редко, например, для износостойкой наплавки зубьев землеройной техники. Из белого чугуна получают отливки деталей машин с последующим их отжигом (см. ниже) на ковкий чугун.

Серым называют такой чугун, в котором весь углерод или большая его часть находится в виде графита. На изломе такой чугун имеет серый цвет. В сером чугуне графит имеет форму слегка изогнутых пластинок. Они нарушают целостность металлической основы чугуна и играют роль надрезов и мелких трещин. Механическая прочность серого чугуна в основном определяется количеством, формой и размерами включений графита. Чугуны с пластичным графитом имеют сравнительно низкую прочность на растяжение и пластичность. Чем меньше в металлической структуре феррита, тем мельче графитные включения и тем выше механические свойства чугуна.

Наиболее высокие механические свойства имеют серые модифицированные чугуны с мелкими пластинками графита. Для серых чугунов в качестве модификаторов используют силикокальций, алюминий и ферросилиций. Модификаторы вводят в незначительном количестве, поэтому они химического состава чугуна не изменяют, но оказывают значительное влияние на процесс графитизации. Кроме того, они играют роль зародышей центров выделения графита. Серый чугун маркируется буквами СЧ (серый чугун) в сочетании с числом, которое характеризует значение предела прочности при растяжении ?в.

Читайте так же:
Фото подключения двухклавишного выключателя на две лампочки

Например, марка СЧ20 означает, что чугун имеет ?в = 200МПа. Серый чугун выпускается марок СЧ15, СЧ 25, СЧ30, СЧ35, СЧ40 и др., причем высшие марки получают введением модифицирующих добавок.

Серый чугун обладает высокими литейными свойствами, хорошо обрабатывается резанием (стружка становится ломкой), менее хрупок, чем белый чугун, имеет хорошие антифрикционные свойства (графит является сухой смазкой). В машиностроении серый чугун используется главным образом для производства отливок и поэтому его называют литейным.

Высокопрочным называется чугун с шаровидной формой графита. Его получают специальной обработкой – модифицированием жидкого серого чугуна. В качестве модификаторов применяют магний, церий, иттрий и др. в количестве до 0,1% от массы обрабатываемого чугуна. Модификаторы вводятся в жидкий чугун перед его разливкой. Шаровидный графит в меньшей степени ослабляет металлическую основу, чем пластинчатый графит серого чугуна. В отличие от пластинчатого, шаровидный графит не является также активным концентратом напряжений. Все это обуславливает значительное повышение прочности и пластичности чугуна. Маркируют высокопрочные чугуны буквами ВЧ в сочетании с числом, характеризующим прочность чугуна при растяжении.

Например, марка ВЧ45 означает, что чугун имеет ?в = 450 МПа.

Высокопрочный чугун выпускают марок ВЧ35, ВЧ40, ВЧ50, ВЧ60, ВЧ80, ВЧ100. Благодаря хорошему сочетанию механических, технологических и эксплуатационных свойств высокопрочные чугуны широко применяются в различных отраслях машиностроения как перспективный конструкционный материал, в том числе и как заменитель сталей для изготовления особо нагруженных деталей.

Ковким называется чугун с хлопьевидным графитом, который получают из белого чугуна в результате специального графитизирующего отжига (см. ниже). Термин “ковкий чугун” является условным, поскольку изделия из него, также как и из любого другого чугуна, ковке не подвергаются. Наиболее трудоемкой и энергоемкой операцией при получении изделий из ковкого чугуна является процесс отжига, который длится иногда несколько десятков часов. В результате отжига происходит распад цементита белого чугуна и образование графита хлопьевидной формы. Вследствие этого из хрупкого и твердого белого чугуна получается более пластичный и мягкий ковкий чугун.

По своим литейным и механическим свойствам, ковкий чугун занимает промежуточное положение между серым чугуном и сталью. По сравнению со сталью, ковкий чугун более дешевый, имеет лучшие литейные свойства, а также повышенную способность гасить возникающие в нем вибрации. Ковкий чугун маркируется буквами КЧ с добавлением двух чисел: первое указывает предел прочности при растяжении, а второе относительное удлинение.

Например, марка КЧ55-4 означает, что чугун имеет ?в = 550 МПа и ? = 4%. Ковкий чугун выпускается марок КЧ30-6, КЧ35-10, КЧ50-5 и др.

Ковкий чугун широко применяется в автомобильной, тракторной и других отраслях промышленности для изготовления деталей, работающих при ударных и вибрационных нагрузках.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector