Montagpena.ru

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

Виды чугунов

Виды чугунов

Передельный чугун является основным компонентом металлошихты для производства стали. От качества чугуна зависит и качество стали.

Сталь получают из железной руды, но сам процесс передела происходит в несколько этапов:

  1. из железной руды получают чугун,
  2. чугун переделывают на сталь.

Основной смысл получения стали заключается в снижении в чугуне содержания углерода и некоторых вредных хим. элементов (фосфор, сера).

Что представляет собой чугун?

Чугун — многокомпонентный железоуглеродистый сплав, который содержит больше 2, 14 процентов углерода, кремния, некоторое количество марганца серы и фосфора.Существуют и специальные чугуны которые обогащают легирующими добавками: никелем, хромом, молибденом, ванадием и другими.

Чугуны могут образовывать эвтектики при затвердевании.

Эвтектики— это тип кристаллизации сплава.
Эвтектика есть пересекания плоскостей поверхности, которые участвуют в кристаллических фазах, и которые состоят в равновесном состоянии с расплавом при min температуре расплавления.

Исходя из диаграммы состояний железо-углерод — чугунный бывают доэвтектическими, эвтектическими, заэвтектическими.

Положение чугуна касательно эвтектической точке характеризуется величиной углеродного эквивалента.
Доэвтектический чугун затвердевает с начальным выделения из расплавов структурно свободного аустенита. Заэвтектический- затвердевает с выделением первичного графита или цементита.

Виды чугунов

Чугуны различают на:

  • белые
  • серые
  • высокопрочные
  • ковкие
  • аустенитно-никелевые
  • высоколегированные хромистые

Применение чугунов

Белый чугун применяют в производстве ковких чугунов.

  • Серые -обладают высокими литейными свойствами , хорошей обрабатываемостью простыми режущими инструментами ,высокой устойчивостью к износу. Благодаря этим свойствам серые чугуны нашли широкое применение, и являются важнейшим конструкционным материалом.
  • Высокопрочный чугун получают при отливке , с соблюдением определенной технологии, и с использованием специальный примесей, таких, как магний, редкоземельные элементы, мишметалла и другие.
  • Ковкие чугуны применяется в разных сферах промышленности, но особо популярны в автотракторном и сельхозмашиностроение. В них содержится более низкое количество углерода, в сравнении с другими чугуна: серый и высокопрочный.
  • Аустенитно-никелевые чугуны применяются в следующих видах промышленности : химическая, пищевая, нефтяная, текстильная. Из этих чугунов делают насосы, реакторы, котлы, части трубопроводов, вентилей и многих других. Из них также делают детали : клапаны, фитинги, печную арматуру- которые обычно изготавливают из медных сплавов.

Помимо этого, аустенитно-никелевый чугун применяется для коксового, газового, металлургического, энергетического производств — для создания всевозможных деталей, которые обладают высокой жаростойкость и жаропрочность.

Pereosnastka.ru

Чугун
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.

Читайте так же:
Швеллер 10п размеры гост 8240 89

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.

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%.

Применение чугуна

На машиностроительных заводах производят в основном ферритный ковкий чугун, и в крайне незначительном количестве перлитный, хотя последний и обладает высокрй прочностью, износостойкостью, хорошо работает в условиях повышенных температур, обладает высокой усталостной прочностью, хорошо гасит вибрации и т. %

Из перлитного ковкого чугуна можно изготовлять такие детали, как коленчатые и распределительные валы, поршни дизельных двигателей, коромысла клапанов, детали сцепления и т. д..

Чугун с шаровидным графитом находит применение в промышленности как новый конструкционный материал, а также как заменитель углеродистой стали, ковкого чугуна и серого чугуна с пластинчатым графитом.

Области применения чугуна с шаровидным графитом определяются его высокими конструкционными, эксплуатационными (служебными) и технологическими свой ствами и во многих случаях хорошим сочетанием этих свойств.

Важной особенностью чугуна является то, что он применяется для изготовления как мелких деталей весом в несколько сот граммов (например, поршневых колец), так и весьма крупных деталей весом до 150 т в одной отливке (например, шаботы ковочных молотов, станины и рамы прессов и прокатных станов); как деталей с толстыми стенками (до 1000 мм), так и деталей, имеющих тонкие стенки (3—5 мм). Детали могут применяться как в литом состоянии, так и после соответствующей термической обработки.

Характерным примером применения чугуна с шаровидным графитом взамен стальных поковок являются коленчатые валы для двигателей крупных дизельных двигателей автомобилей и тракторов. Коленчатые валы, изготовленные из чугуна с шаровидным графитом, не только дешевле стальных кованых, но и превосходят их по эксплуатационным качествам (стойкость их выше стойкости стальных кованых валов).

Чугун с шаровидным графитом получил широкое применение для замены стального литья. Имея аналогичные показатели со сталью по пределу прочности при растяжении, этот чугун имеет более высокие показатели по пределу текучести, что позволяет использовать его для деталей ответственного назначения.

Читайте так же:
Фрезер makita rp1801f отзывы

Кроме того, в сравнении со сталью он имеет более высокие эксплуатационные свойства (более высокую износостойкость, лучшие антифрикционные и антикоррозионные свойства, более высокую жаростойкость).

Замене стального литья литьем из высокопрочного чугуна благоприятствует и то обстоятельство, что высокопрочный чугун, при аналогичных показателях механических свойств, имеет гораздо лучшие литейные свойства, в том числе более высокую жидкотекучесть и меньшую склонность к образованию горячих трещин. Хорошая жидкотекучесть чугуна позволяет заливать им очень тонкостенные детали, изготовление которых из стали представляет значительные трудности.

Небольшая склонность чугуна к образованию горячих грещин значительно упрощает технологию производства отливок и резко сокращает брак по этому виду дефектов.

Более низкая температура плавления чугуна значительно облегчает технологию плавки, так как не требуется высокожаростойких огнеупорных материалов для печей и высокожаростойких формовочных материалов

Применение высокопрочного чугуна вместо стали дает возможность снизить вей машин вследствие меньшего удельного веса чугуна (примерно на 8—10%).

При замене стального литья литьем из высокопрочного чугуна себестоимость литья, как правило, снижается (на 20—30 руб. на 1 т литья).

Характерными примерами замены стального литья литьем из высокопрочного чугуна являются стальные литые прокатные валки, станины и рамы прокатных станов, молотов и прессов, лопатки направляющих аппаратов гидротурбин и многие другие детали.

Чугун с шаровидным графитом успешно применяется вместо чугуна с пластинчатым графитом в тех случаях, когда такая замена приводит к повышению срока службы деталей или к значительной экономии металла и уменьшению веса машин.

Характерными примерами успешной замены чугуна с пластинчатым графитом чугуном с шаровидным графитом являются прокатные валки, изложницы и трубы. В результате такой замены стойкость прокатных валков возросла в 2—4 раза, стойкость изложниц повысилась в 2—3 раза, а вес труб уменьшился на 20—30%.

Преимущества чугуна с шаровидным графитом в сравнении с ковким чугуном заключаются в возможности отливать детали любого сечения, веса и размеров и применять детали в ряде случаев без термической обработки, а там, где требуется термическая обработка, —значительно сократить ее цикл. Кроме того, чугун с шаровидным графитом имеет меньшую склонность к образованию горячих трещин и более низкую температуру плавления, чем ковкий чугун.

Правда, опыт замены ковкого чугуна высокопрочным чугуном еще невелик. Однако зарубежные работы показывают возможность такой замены. Так, например, французская фирма «Рено» перевела детали автомобилей из ковкого чугуна на высокопрочный чугун с шаровидным графитом.

Применение чугуна с шаровидным графитом для изготовления деталей, работающих в условиях высоких статических нагрузок. Во многих случаях, там где ранее применяли обыкновенную углеродистую, а иногда и легированную сталь, теперь успешно применяют чугун с шаровидным графитом благодаря высоким значениям предела прочности при растяжении, сжатии и изгибе.

Из этого чугуна изготовляют детали прокатного оборудования (прокатные валки, станины прокатных станов), детали кузнечно-прессового оборудования (шаботы и станины ковочных молотов), детали дробильно-размольного оборудования (валы эксцентриков и корпусы нижних частей конусных дробилок), детали турбин (лопатки направляющего аппарата), детали автомобилей, тепловозов, тракторов, плугов, компрессоров, насосов и многие другие.

Чугун с шаровидным графитом начали применять в станкостроении для многих деталей, как, например, суппортов, резцедержателей, тяжелых планшайб, шпинделей, конических оправок, корпусов токарных патронов, рычагов передачи движения от барабана к суппортам в автоматах, шкивов клиноременных передач, зубчатых колес и т. п.

В вагоностроении чугун с шаровидным графитом применяют для изготовления цилиндров буферов и букс железнодорожных вагонов.

За последние годы чугун с шаровидным графитом начал успешно применяться для изготовления деталей выключателей и рубильников вместо деталей из ковкого чугуна и стали. К числу таких деталей относятся рычаги, звенья, стойки, цоколи, являющиеся частями механизмов управления и рычажных систем рубильников и выключателей.;

Колпачки и фланцы изоляторов, защелки, подшипники, кожухи, крышки, кронштейны, рукоятки, крестовины также изготовляют из чугуна с шаровидным графитом.

Из этого чугуна отливают коробки для автоматических выключателей, устанавливаемых на нефтяных промыслах, нефтеперегонных заводах и других предприятиях с взрывоопасными атмосферами.

При переводе этих коробок на высокопрочный чугун толщина стенок была уменьшена вдвое. Коробки подвергаются гидравлическому испытанию под давлением воды в 24,5 am в течение 1 мин.

Из чугуна с шаровидным графитом отливают шапки высоковольтных изоляторов. Перевод их на высокопрочный чугун снижает вес на 28% и себестоимость 1 т литья на 25—28%.

Применение чугуна с шаровидным графитом для изготовления прокатных валков. Прокатные валки в процессе эксплуатации воспринимают на себя большое давление, подвергаются сильному износу и испытывают переменные тепловые нагрузки. В соответствии с этим они должны иметь высокую общую прочность, высокую термическую стойкость, обладать хорошей износостойкостью, иметь высокую твердость рабочего слоя и хорошую обрабатываемость.

Помимо этого, поверхность прокатных валков должна быть совершенно гладкой, обеспечивающей высокое качество проката, особенно прокатываемых листов.

В связи с высокими требованиями, предъявляемыми к прокатным валкам, наиболее ответственные валки для горячей прокатки изготовлялись из кованой или литой стали и легированного чугуна с пластинчатым графитом.

Однако качество прокатных валков, отливаемых из чугуна с пластинчатым графитом и стали, и стальных кованых валков не удовлетворяет непрерывно возрастающим требованиям прокатного производства.

Как показала длительная эксплуатация прокатных валков, изготовленных из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом, стойкость их значительно выше стойкости прокатных валков, изготовленных из серого чугуна и стали, при хорошем качестве проката.

Для изготовления прокатных валков применяют нелегированный и легированный хромом, никелем и молибденом чугун с шаровидным графитом.

В СССР из чугуна с шаровидным графитом отливают прокатные валки с диаметром бочки 150—1400 мм, длиной 300—6000 мм и весом 0,15—36 т для листопрокатных, сортопрокатных и трубопрокатных станов горячей прокатки.

Многолетний опыт эксплуатации прокатных валков, изготовленных из чугуна с шаровидным графитом, показывает, что этот чугун оправдал себя как хороший материал для листопрокатных станов при прокатке толстого, среднего, тонкого листа и жести. При этом применяется высокопрочный чугун, нелегированный и легированный хромом, никелем, ванадием, молибденом, титаном. Легирование чугуна позволяет дополнительно повысить стойкость валков и качество проката.

В результате замены прокатных валков для горячей прокатки тонкого листа и жести, изготовлявшихся из отбеленного чугуна с пластинчатым графитом, валками из чугуна с шаровидным графитом резко сократились поломки валков, а срок службы их повысился в 2—2,5 раза.

Автор: Администрация

_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

СТРУКТУРА, МЕХАНИЧЕСКИЕ, ЛИТЕЙНЫЕ СВОЙСТВА И СТАНДАРТИЗАЦИЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ ЧУГУНОВ

Основные свойства и области применения серого чугуна

В основу стандартизации серого чугуна заложен принцип регламентирования минимально допустимого значения временного сопротивления разрыву при растяжении ( />В). В соответствии с этим принципом обозначение марки чугуна содержит минимально допустимое значение />В определенного в стандартной пробной литой заготовке. Механические свойства серого чугуна регламентируются ГОСТ 1412-85 и приведены в табл.1.2. Необходимо учитывать, что порядок подготовки и проведения механических испытаний серого и других чугунов отличаются от методов испытания стали. Например, для чугунных отливок контроль свойств проводят по ГОСТ 27208-87 «Отливки из чугуна. Методы механических испытаний», а способы получения заготовок для образцов из каждого чугуна регламентированы соответствующим стандартом (для серого – ГОСТ 24648 –81).

Читайте так же:
Рукав воздушный для компрессора

Таблица 1.2 — Механические свойства и рекомендуемые составы серого чугуна (ГОСТ 1412-85)

Механические свойства и рекомендуемые составы серого чугуна

K большинству чугунных отливок в силу особенностей их эксплуатации часто предъявляются различные условия, включающие другие (не предусмотренные ГОСТ 1412-85) требования по механическим свойствам, а также по физическим и теплофизическим показателям. На практике достаточно часто удается проследить связь между определенной группой физико-механических и теплофизических свойств чугуна и эксплуатационными показателями конкретного изделия. Наиболее часто встречающиеся показатели механических свойств серого чугуна, часть из которых не регламентируется ГОСТ 1412-85, приведены в табл.1.3-1.5.

Большое влияние на механические свойства чугуна имеет скорость охлаждения металла, а, следовательно, и толщина стенок отливок. В этом случае при оценке реальной прочности отливок рекомендуется изготавливать различного рода тестовые заготовки, которые соответствуют толщине отливок, и из них вырезать образцы для испытаний. Определенные представления о влиянии толщины стенки отливки на прочность и твердость чугуна можно получить, воспользовавшись данными табл.1.6.

Таблица 1.3 – Механические свойства серого чугуна при растяжении и изгибе

Механические свойства серого чугуна при растяжении и изгибе

Основные показатели, характеризующие физические свойства чугуна (плотность, удельная теплоемкость, теплопроводность и коэффициент линейного расширения), приведены в табл.1.7 в соответствии с приложением № 2 ГОСТ 1412-85. Данные такого рода имеются также в стандартах других стран, например, Британский стандарт BS 1452 1977.

Модуль упругости чугуна зависит от размеров графитных пластин и уменьшается с увеличением их размера. Более высокий уровень пластичности серый чугун с пластинчатым графитом показывает при сжатии. Например, осадка серого чугуна в холодном состоянии при сжатии может составлять 20 – 40 %. При растяжении пластичность, как видно из табл. 1.3, не достигает и 1 % удлинения.

Таблица 1.4 – Механические свойства серого чугуна при сжатии

Механические свойства серого чугуна при сжатии

Таблица 1.5 – Механические свойства серого чугуна при кручении

Механические свойства серого чугуна при кручении

Обобщая имеющиеся в литературе данные, необходимо заметить, что плотность чугуна тем выше, чем ниже содержания в нем углерода и кремния. Коэффициенты теплового расширения и удельной теплоемкости зависят не столько от химического состава чугуна, сколько от его структуры. При этом легирующие элементы слабо влияют на эти коэффициенты. Исключение составляет только медь. Теплопроводность чугуна, связанная с теплопроводностью структурных составляющих, оказывается наибольшей при максимальном содержании графита.

Таблица 1.6 — Зависимость прочности (В) и твердости (НВ) серого чугуна от толщины стенок отливок

Зависимость прочности и твердости серого чугуна от толщины стенок отливок

Таблица 1.7 – Физические свойства чугуна с пластинчатым графитом (ГОСТ 1412-85)

Физические свойства чугуна с пластинчатым графитом ГОСТ 1412-85

Как конструкционный материал серый чугун используются для широкого спектра изделий практически во всех отраслях машиностроительного комплекса. К числу наиболее крупных потребителей чугунного литья следует отнести автомобилестроение, станкостроение, тяжелое и металлургическое машиностроение, санитарно-техническую промышленность и пр.

В конструкции автомобилей и тракторов масса литых деталей из серого чугуна, например, составляет 15-25% от общей массы. Преимущественное применение серого чугуна обусловлено тем фактом, что в нем сочетаются высокая износостойкость и противозадирные свойства при трении с ограниченной смазкой, демпфирующая способность. Основная номенклатура изделий — это блоки, головки и гильзы цилиндров, крышки коренных подшипников двигателей, тормозные диски и диски сцепления, тормозные барабаны и другие детали, для которых серый чугун яв-ляется оптимально технологичным и экономичным конструкционным материалом.

Блоки цилиндров карбюраторных и дизельных двигателей изготавливают из низколегированных чугунов марки СЧ20, СЧ25, которые обеспечивают в стенках отливок толщиной 15-25 мм В =200-250 Н/мм 2 , а в более тонких стенках до 270 Н/мм 2 . Такого же типа чугуны обычно применяют для головок цилиндров дизельных двигателей и гильз цилиндров карбюраторных и дизельных двигателей. Основными требованиями к чугуну для гильз являются: перлитная структура матрицы (не более 5% феррита), графит среднепластинчатый неориентированный, твердость в пределах 200-250 НВ. В конструкции автомобильных дизельных, карбюраторных, а также тракторных двигателей широко применяют гильзы цилиндров из специальных легированных чугунов, чаще всего — фосфористые.

Для блоков и головок цилиндров тяжело нагруженных дизельных двигателей (автомобильных и судовых) применяют специальные легированные чугуны, а для головок цилиндров — высокоуглеродистые (более 3,5% С) легированные термостойкие чугуны. Эти требования выполняются при использовании для отливки гильз низколегированных чугунов, химический состав которых выбирают с учетом технологии формы, метода плавки, сечения отливки.

Чугунные распределительные валы дизельных и карбюраторных двигателей (легированные чугуны марки СЧ 25 и СЧ 30) имеют высокую износостойкость и широко применяются в автомобилестроении. Легирование молибденом, хромом, никелем обеспечивает хорошую закаливаемость и прокаливаемость чугуна, и заданную глубину отбеленного слоя (в отбеленных кулачках). Высокая твердость и износостойкость кулачков достигаются либо за счет поверхностной закалки чугуна, в структуре которого (в носике кулачков) имеются игольчатые карбиды, либо за счет поверхностного отбела чугуна в кулачках при кристаллизации в контакте с холодильником. Отбеленные кулачки предпочтительны в тяжелых условиях работы.

Тормозные диски, барабаны и нажимные диски сцепления, работающие в условиях сухого трения с высокими скоростями скольжения должны обеспечивать в паре с фрикционной пластмассой стабильный коэффициент трения и износостойкость. При многократных циклах торможения, во время которых в контакте фрикционной пары выделяется тепло, а затем быстро отводится, на поверхности чугунной детали образуются термические трещины, снижающие прочность. Для тормозных барабанов и дисков средней нагруженности чаще всего применяют серый чугун марки СЧ20 или СЧ25. В условиях высокой нагруженности деталей, когда на поверхности трения образуются термические трещины, применяют специальные высокоуглеродистые термостойкие чугуны с повышенным уровнем легирования. Для наиболее тяжелых условий работы рекомендуется использовать перлитные чугуны с вермикулярным графитом.

Маховики в процессе работы вращаются с частотой порядка 2500-8000 об/мин. Соответственно, в них возникают большие растягивающие напряжения, а поверхность маховика периодически трется о сопряженную рабочую поверхность. Трение с большими скоростями приводит к выделению тепла на поверхности трения, образованию усталостных термических трещин, снижающих прочность маховика. Требования повышенной прочности с учетом большой массы маховиков и толщины сечения обусловили применение для их изготовления серых чугунов марки СЧ25, СЧ30, СЧ35 (чем больше сечение отливки, тем выше марка). Выбранная марка чугуна должна обеспечивать получение в теле отливки прочности не ниже 200-250 Н/мм 2 . Если прочность чугуна СЧ 35 недостаточна для обеспечения условий работы маховиков, то необходимо применять чугуны с вермикулярным или шаровидным графитом.

Крышки коренных подшипников из серого чугуна применяют в основном в карбюраторных двигателях легковых автомобилей. Для обеспечения перлитной структуры и твердости не менее 200 НВ крышки подшипников отливают из серого чугуна марки СЧ25. Для тяжело нагруженных карбюраторных двигателей и для дизельных двигателей применяют крышки подшипников из ковкого чугуна или чугуна с шаровидным графитом.

Читайте так же:
Насадка краскопульт для пылесоса

Выпускные коллекторы подвергаются воздействию горячих агрессивных выхлопных газов и в процессе работы подвержены окислению, термическим деформациям, а иногда — растрескиванию. Во многих случаях серый чугун является экономичным и достаточно долговечным материалом для этих деталей. Учитывая, что коллекторы имеют тонкие стенки (3-7 мм), их отливают из чугунов марки СЧ15, СЧ20, которые для повышения жаростойкости легируют небольшими добавками хрома и никеля. Для термически нагруженных коллекторов применяют ковкий чугун, чугун с шаровидным графитом, а иногда — аустенитный чугун с шаровидным графитом, имеющим высокую термостойкость и стойкость против окисления.

В станкостроении серый чугун применяют для широкой номенклатуры литых деталей с массой от 0,1 кг до 100 тонн с толщиной стенок от 4 до 200 мм, работающих в самых разнообразных условиях. Классификация станкостроительных литых деталей из серого чугуна с учетом этого разнообразия конструкций и условий работы осуществляется в соответствии с ОСТ 2 МТ 21-2-83. При выборе марки чугуна конструктор в зависимости от класса, группы детали и приведенной толщины стенки отливки определяет необходимый минимальный уровень твердости и микроструктуры.

С учетом специфики большинства станкостроительных деталей, работающих преимущественно на жесткость, а не на прочность, предпочтение отдают чугунам, обладающим повышенной твердостью и пониженной пластичностью. Такие чугуны по химическому составу отличаются повышенным (против рекомендаций ГОСТ 1412-85) содержанием кремния и марганца при пониженном содержании углерода. Если невозможно получить необходимый уровень твердости чугуна, в направляющих применяют легирование, формовку с холодильниками и др.

Отливки из серого чугуна весьма широко и успешно используются для определенной номенклатуры деталей сменного металлургического оборудования: сорто- и листопрокатные валки, всевозможные изложницы для разливки слитков, шлаковые чаши и т.п.

Свойства чугуна

Чугуном называет сплав железа с углеродом, а также с другими элементами.

Характеристика чугуна

Важным фактором именно при производстве чугуна служит то, что в составе сплава минимальное количество углерода составляет 2,14% и более. Если же в сплаве содержание углерода ниже указанного количества, то данный сплав не является чугуном, а называется сталью. Процесс производства стали и чугуна примерно одинаковый. Главным отличием двух данных сплавов является количественное содержание углерода в их составе. Так как в чугуне содержится большее количество углерода, чем в стали, то чугун представляет собой очень прочный, но хрупкий материал. В то время, как сталь является очень гибкой. Именно большое содержание углерода в составе чугуна придает данному материалу исключительную твердость, которая по шкале Мооса составляет целых 7,5 баллов. Данный показатель существенно больше, чем у кварца, однако, меньше, чем у алмаза, но всего лишь на 2,5 балла.

Свойства чугуна

Углерод в чугуне может представлять собой цементит и графит. Именно формой графита и количественным содержанием цементита в сплаве определяется вид чугуна. Таким образом, чугун подразделяется на белый, серый, ковкий и высокопрочный. Химический состав чугуна, в котором присутствуют такие примеси как, кремний, марганец, сера и фосфор, является почти всегда постоянным. Однако, в некоторых случаях, чугун также может содержать следующие легирующие элементы: хром, никель, алюминий, ванадий и другие. Данные компоненты вводятся в состав сплава с целью придания ему большей прочности, износостойкости, жароупорности, устойчивости к коррозии, немагнитности. Чугун, в котором присутствуют указанные примеси, называется легированный чугун. Количественное содержание указанных примесей в сплаве определяет степень его легирования. В зависимости от этого, различают:

  • низколегированный чугун. В его составе содержится менее 2,5% всех легирующих примесей;
  • среднелегированный чугун. Тут примеси составляют порядка 2,5 – 10%;
  • высоколегированные, содержащие более 10% легирующих элементов.

Химические признаки легированных чугунов являются главным фактором для их классификации. Таким образом, среди легированных чугунов выделяют:

  • алюминиевый чугун. В его составе присутствует алюминий в количестве от 0,6 до 31%. Такой чугун более прочный, более жаростойкий, устойчивый к коррозии, а также имеет высокую износостойкость. Применение данного сплава уместно там, где осуществляется работа в агрессивной среде и при высоких температурах – термические печи, аппараты химического оборудования, газовые двигатели.
  • никелевый чугун. В его составе присутствует никель в количестве от 0,3-0,7% до 19-21%. Содержание никеля напрямую оказывает влияние на форму графитовых выделений в структуре никелевого чугуна. Данный сплав обладает такими свойствами, как высокая устойчивость к коррозии, высокая устойчивость к воздействию на материал как высоких так и достаточно низких температур (жаропрочность и хладостойкость), а также способен выдерживать воздействие такой агрессивной среды, как морская вода. Последнее свойство никелевого чугуна определяет высокую востребованность данного материала в судостроительстве, так как используется для изготовления деталей, работающих в морской воде.
  • хромистый чугун. В составе данного сплава находится около 32% хрома. Данный вид легированного чугуна обладает следующими свойствами: жаростойкость, коррозионностойкость, износостойкость.

Стоит отметить, что в целом стоимость легированных чугунов существенно ниже, чем стоимость нержавеющих сталей. Кроме этого, им присущи хорошие литейные свойства. В связи с этим, изделия из данного сплава получаются очень прочными, качественными, и в то же время экономичными.

Добыча чугуна осуществляется в процессе выплавки железной руды в доменных печах при температуре в пределах 1150 – 1200 0 С.

История чугуна

Чугун известен человечеству с далеких времен, которые уходят своими корнями еще в эпоху до нашей эры. Этому свидетельствуют многочисленные археологические находки, среди которых присутствуют как и чугунные предметы, так и сами сыродутные печи, в которых, собственно, люди и получали данный материал. Однако, железо является далеко не первым историческим металлом, с которым познакомилось человечество. Изначально люди использовали самородную медь, которую добывали в неглубоких шахтах. Однако, не смотря на появление металла в жизни людей, на протяжении достаточно длительного времени очень популярным оставался камень. Позже люди научились изготавливать бронзу, и только в VI-V до нашей эры в жизни людей появилось железо, а вместе с ним сталь и чугун.

История чугуна

Родиной чугунных изделий является Китай. Именно там была впервые освоена технология литья чугуна и зародился данный термин, который и пришел позже в Россию через татаро-монгольское посредничество. Таким образом, первые чугунные изделия также появились в Китае. Это было множество разнообразных предметов повседневного обихода, кухонная утварь, а также монеты. Достаточно популярная на сегодняшний день сковорода «вок» одной из первой была произведена в Китае именно из чугуна. В те далекие времена она представляла собой сосуд, диаметр которой достигал одного метра. Данная сковорода также имела очень тонкие стенки. Ее стоимость была достаточно высока, однако, не смотря на это, данный кухонный инвентарь был крайне популярен и востребован в больших китайских семьях.

Читайте так же:
Сборка принципиальной схемы щита электрического квартирного

Кроме этого, археологи находят уникальные вещи, вылитые из чугуна, среди которых следует отметь чугунного льва, имеющего высоту 6 метров и длину 5 метров. По словам ученых, данная статуя была отлита за один раз. Это свидетельствует о том, что в те далекие доисторические времена, при отсутствие современных высококлассных технологий, китайские металлурги достигли огромного мастерства в работе с металлами, в частности с чугуном.

Достаточно интересным и в какой-то степени необычным фактом является то, что считается, что ковкий чугун начали производить лишь только в ХІХ веке нашей эры, при том, что археологи находят чугунные мечи, сделанные еще в дохристианскую эпоху.

Россия и Европа познакомились с чугуном спустя не одно столетие, а именно только в ХІV – XVI веках. В это время чугун был основным материалом для производства артиллерийских снарядов и оружия. И только в XVII веке использование чугуна существенно расширяется. Этому способствовало развитие металлургической промышленности. Постепенно закончилась эпоха артиллерийского применения чугуна и началась эпоха художественного литья – новую столицу Российской Империи повсюду украшали литые ограды, лавки, а также другие элементы тонкого чугунного литья. Чугун также стал причиной изменений в печном деле, поскольку на смену пришли чугунные задвижки и печные дверцы, имеющие существенно преимущество – устойчивость к высоким температурам, а также герметичность, что не позволяло печному дыму выходить из печи и задымлять помещение.

Русские мастера-металлурги считались в те времена лучшими. Они владели многими технологиями обработки чугуна, которые постоянно перенимали английские, французские и немецкие мастера.

На сегодняшний день, в эпоху нано-технологий и технологического прогресса, когда с каждым годом появляются все новые материалы, развитие металлургии не останавливается и продолжает двигаться вперед. И спустя более двух тысяч лет человечество так и не смогло найти материал, который смог бы заменить чугун. Он и дальше продолжает использоваться для изготовления различных предметов, окружающих людей.

Использование чугуна

Свойства чугуна настолько уникальны, что до настоящего времени не нашлось еще более подходящего материала, который мог бы заменить данный сплав. Кроме того, чугун является достаточно дешевым материалом. В связи с этим, применение чугуна остается широким и разнообразным. Особенно применение чугуна уместно там, где следует изготовить детали, имеющие сложную форму, а также обладающие высокой прочностью. В связи с этим, чугун нашел свое широкое применение в следующих сферах человеческой деятельности:

Использование чугуна

  • автомобильная промышленность. В данном случае применяется чугун с вермикулярным графитом. Именно он является основным материалом для изготовления коленчатых валов дизельных двигателей, а также блоков цилиндров двигателей внутреннего сгорания. Благодаря содержанию графита прочность сплава в разы увеличивается, что и является основной причиной популярности чугуна в данной отрасли.
  • сантехническое оборудование. Как и в случае с автомобильной промышленностью, также применяется чугун с графитом. Именно такой материал отлично подходит для производства труб, применяемых как для водоотведения, так и для водоснабжения. Также его активно используют при производстве ванн, раковин, рукомойников, фитингов и много другого. В данном случае, изделия обладают высокой надежностью, не требуют определенного специфического ухода, сохраняют на протяжении длительного периода свой первозданный внешний вид.
  • нефтегазовая промышленность. Из чугуна изготавливаются не только водопроводные трубы, но и трубы для транспортировки, закачки и выкачки нефти и газа. Основная причина использования чугуна в данной отрасли кроется в том, что изделия из чугуна обладают достаточно высокими эксплуатационными качествами.
  • отопление. Из чугуна производятся трубы и радиаторы отопления. Использование материала в данном случае обусловлено его высокой теплоотдачей, а также хорошими теплоаккумулирующими свойствами, что является очень важным и выгодным. После отключения отопления, спустя час времени, чугунные трубы способны продолжать излучать тепло на треть от своей изначальной мощности. И тут чугун полностью преобладает над сталью, которая не может похвалиться подобными качествами, ведь стальные трубы остывают вдвое быстрее.
  • кухонный инвентарь. Материал имеет большие поры, благодаря чему у него присутствует способность впитывания жиров во время приготовления пищи. В связи с этим, из чугуна производятся горшки, казаны и сковороды, антипригарные свойства которых с годами становятся все лучше. Кроме этого, учеными было доказано, что во время приготовления блюд в чугунной посуде, происходит обогащение пищи полезными питательными свойствами. Кроме этого, чугунная посуда способна предотвращать во время дальнейшего хранения пищи канцерогенов.

Из чугуна изготавливаются ограждения и решетки, винтовые лестницы, балконы, беседки, камины, светильники, столбы, фонари, скульптуры и т.д.

Как определить чугун

Знание материала, из которого сделаны те или иные предметы, очень важно. Например, оно необходимо для того, чтобы произвести ремонтные работы некоторых автомобильных комплектующих, отдельных деталей или других предметов. Это связано, прежде всего, с тем, что разный материал поддается разным видам и способам обработки (например, сварка, сверление и др.).

Итак, чугун можно в некоторых случаях определить визуально. Однако, такой способ подойдет в том случае, если есть какие-то трещины, сколы или разрывы материала. Если присутствуют любые подобные дефекты, то следует тщательно осмотреть его. Чугунная деталь на сломе или трещине будет окрашена в темно-серый цвет и иметь матовую поверхность. В то время, как сталь будет иметь светло-серый, ближе к белому, цвет и глянцевый блеск. Если присмотреться к поверхностным дефектам, то чугун будет иметь характерные полусферические мелкие зерна. К сожалению, такой способ не является точным определением материала, поскольку определить «на глаз» чугун это или нет можно только в том случае, если заливка сплава (в данном случае чугуна) в форму осуществлялась при низкой температуре, не обрабатывался в дальнейшем и не покрывался никакими лакокрасочными материалами. Именно характерные мелкие полусферические зерна и свидетельствуют о заливке сплава при высокой температуре.

Больше информации в определении чугуна может дать механический способ. Для этого необходимо получить стружку сплава. Это можно сделать путем сверления на небольшую глубину какого-то участка неработающей детали. Для высокопрочного чугуна стружка будет характерной – она будет крошиться, растираясь в руках в пыль и оставляя на пальцах след, похожий на грифель от простого карандаша. Чугунная стружка не способна завернуться в витой вьюн. Это обусловлено одним из свойств чугуна – хрупкостью.

Если же чугунное изделие попробовать разрезать болгаркой, то от него полетят короткие искры, имеющие красноватый оттенок на звездочке в конце трека.

Все указанные варианты имеют место быть для определения чугуна в домашних условиях. Однако, они не могут дать 100% определения. Для более точного определения сплава используют спектральный анализ, микроскопический анализ, а также взвешивание и определение объема.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector