Что такое чугун; формула, состав, виды и достоинства

Что такое чугун — формула, состав, виды и достоинства

что такое чугун

Чугун — это сплав железа (Fe) и углерода (C), при всем этом содержание углерода в сплаве составляет 2,14% и выше. Но при выплавке чугуна, в сплав постоянно попадают примеси, также добавляются легирующие элементы, потому данное соотношение постоянно относительно, и может изменяться.

По содержанию углерода относительно эвтектики различают три вида чугуна. Эвтектика – состав сплава с малой температурой плавления.

Содержание углерода в чугуне приблизительно составляет 4,3%. Потому он разделяется на последующие виды:

  • доэвтектический — 2,14 — 4,3% углерода;
  • эвтектический — 4,3% углерода;
  • заэвтектический — от 4,3 до 6,67% углерода.

Формула чугуна

Обычный состав чугуна имеет последующие составляющие:

  • Железо (Fe) — база чугунка
  • Углерод (С) – 1 — 4,5%
  • Кремний (Si) – 0,2 – 3,75%
  • Марганец (Mn) – 0,2 – 1,75% (вредная примесь)
  • Фосфор (Р) – 0,1 – 1,2% (вредная примесь)
  • Сера (S) – 0,02 – 0,08% (вредная примесь)
  • Хром (Cr) (легирующий компонент)
  • Никель (Ni) (легирующий компонент)
  • Молибден (Mo) (легирующий компонент)

Виды чугуна

В главном чугун систематизируют по форме углерода, который содержится в сплаве.

типы чугуна

Белоснежный чугун

Белоснежный чугун имеет соответствующий окрас скола, потому что углерод (С) заходит в состав в виде цементита (Fe3C), который появляется когда расплав остывает. Цементит – это жесткий тугоплавкий материал.

В доэвтектическом сплаве углерод содержится в перлите и ледебурите. В эвтектическом сплавеуглерод заходит в состав ледебурита. В заэвтектическом он содержится в первичном цементите и ледебурите.

В начальном виде он нигде не употребляется, т.к. его тяжело обрабатывать инструментами при механической обработке. Естественно, может быть употреблять насадки из карбидов (ВК), но трудозатратность процесса весьма велика. Потому белоснежный чугун употребляется в качестве сырья для получения ковкого чугуна.

чугун

Сероватый чугун

Сероватый чугун также берет свое наименования от колера на сколе. Он имеет в составе фракции графита, которые могут иметь разную форму. При добавке кремния, он содействует осаждению углерода.

серый чугун

Физико-механические характеристики, также структура сероватого чугуна, зависят от критерий остывания опосля кристаллизации.

Резвое остывание приведет к доминированию перлита в составе чугуна. Закалка (иными словами термообработка) может повысить крепкость и твердость, но при всем этом чугун становится хрупким, что быть может не приемлемо.

Неспешное остывание приводит к росту содержания феррита. Феррит – это сплав железа с оксидами, в главном с Fe2O3. При таковых критериях улучшается пластичность.

Потому условия, при которых остывает сплав, выбирают, ориентируясь на желаемые характеристики конечного продукта.

чугунные отливки

Сероватый чугун употребляется для литых изделий и конструкций (металлического литья).

Он имеет невысокую температуру отвердения, неплохую жидкотекучесть, нет склоненности к образованию раковин. Сероватый чугун отлично реагирует на сжатие, но плохо противоборствует растяжению/извиву. Это происходит из-за углеродных вкраплений, которые приводят к низкой трещиностойкости.

Маркировка сероватого чугуна состоит из знаков СЧ (сероватый чугун) и числа, которая обозначает предельную крепкость в кг/мм2: к примеру, СЧ35. В более всераспространенных чугунах содержание углерода ниже 3,7%.

Ковкий чугун

Для производства ковкого чугуна, белоснежный чугун нагревают до нужной температуры, выдерживают определенное время, и позже медлительно охлаждают (процесс называется «отжигом»). Это содействует процессу распада Fe3C и выделению графита с образованием феррита.

При всем этом включения углерода по не имеют схожести с подобными в сероватом чугуне. Потому стойкость к разрыву и ударная вязкость из-за этих различий свойственна ковкому чугуну.

Маркировка ковкого чугуна состоит из букв «КЧ» и прибавления цифр, которые указывают на допустимую крепкость на растяжение в МПа х 10-1 и наибольшее относительное удлинение. К примеру: КЧ 37-12.

Прочный чугун

Прочный чугун это вид сероватого чугуна, в каком графитовые образования имеют шаровидную форму. Из-за таковой округлости включений кристаллическая сетка становится не склонна к образованию трещинок.

Прочные чугуны имеют ценные первичные характеристики чугунов (стойкость к сжатию, жидкотекучесть и т. д.), при всем этом имеют соответствующие для сталей предел текучести при растяжении, трещиностойкость и пластичность.

Интересно почитать:  Что такое ковкий чугун

Маркируется аналогично ковкому, но с знаками «ВЧ (Высокие частоты)».

Передельный чугун

Передельный чугун употребляется как сырье для выплавки стали. При всем этом он может даже не покидать предприятие, где его произвели.

передельный чугун

Особый чугун

Выпуск этих марок имеет не большенный размер, приблизительно до 2% от всего впускаемого чугуна. Такие виды чугуна могут иметь в составе огромное количество легирующих частей. Сфера использования имеет ограниченные цели и специальные условия.

Антифрикционный чугун может употребляться для производства деталей, подвергающихся трению. Главным компонентом для легирования является хром, также могут употребляться никель, титан, медь и остальные сплавы. Он имеет высшую твердость (до HB 300) и маленький коэффициент трения (до 0,8 при отсутствии смазки).

Базисными материалами для производства антифрикционного чугуна являются сероватый, ковкий и прочный чугуны. Маркируется соответственно – АЧС, АЧК, АЧВ.

Плюсы и недочеты чугуна

Свойства чугуна дискуссируются по сопоставлению со сталью, хотя, к примеру, низкокачественная углеродистая сталь – это на самом деле этот же чугун.

По неким показателям (плотность, магнитные характеристики, хим реакция) эти ферросплавы фактически схожи, но имеют огромные отличия в сферах внедрения.

Систематизация железоуглеродистых сплавов

Все железоуглеродистые сплавы, в согласовании с диаграммой железо-углерод, разделяются на техническое железо (содержание углерода в сплаве наименее 0,02%), стали (содержание углерода в сплаве от 0,02% до 2,14%) и чугуны (содержание углерода наиболее 2,14%)

Классификация железоуглеродистых сплавов

Черта сталей

Стали — сплавы железа (Fe) с углеродом (С), с содержанием крайнего не наиболее 2,14%. Стали характеризуются довольно высочайшей плотностью (7,7 — 7,9 г/см 3 ) и иными физическими величинами:*

  • Удельная теплоёмкость при 20°C: 462 Дж/(кг·°C)
  • Температура плавления: 1450—1520°C
  • Удельная теплота плавления: 84 кДж/кг (20 ккал/кг, 23 Вт·ч/кг)
  • Коэффициент линейного термического расширения при температуре около 20°C: 11,5·10-6 1/°С
  • Коэффициент теплопроводимости при температуре 100°С: 30 Вт/(м·К)

*Данные свойства представляют среднее значение. Фактическая величина параметров зависит от содержания углерода и легирующих частей в стали. Для ее четкого определения стоит воспользоваться марочниками сталей и сплавов.

На практике употребляются стали с содержанием углерода не наиболее 1,3%, т.к. при его наиболее высочайшем содержании возрастает хрупкость.

Систематизация сталей

Стали характеризуются либо классифицируются по огромному количеству признаков:

Систематизация по хим составу

  • углеродистые стали — классифицируются зависимо от содержания углерода в %:
    • низкоуглеродистые (< 0,25 %C)
    • среднеуглеродистые (0,25-0,65 %C)
    • высокоуглеродистые (> 0,65 %C)
    • легированные стали — классифицируются зависимо от суммарного содержания легирующих частей в %:
      • низколегированные (< 2,5%)
      • среднелегированные (2,5-10 %)
      • высоколегированные (> 10 %)

      Если содержание Fe меньше 45 %, то это сплав, на базе элемента самого высочайшего содержания. Если содержание Fe больше 45 %, то это сталь.

      Систематизация по предназначению

      • конструкционные – используются для производства деталей машин и устройств, содержание углерода <0,8%. Конструкционные разделяются на цементуемые, с содержанием углерода <0,3% и улучшаемые, с содержанием углерода >0,3%. Основную систематизацию и группы конструкционных сталей можно поглядеть тут
      • инструментальные – используются для производства мерительного, режущего инструмента, штампов жаркого и прохладного деформирования. Содержание углерода >0,8%;
      • с особенными качествами: электротехнические, с особенными магнитными качествами, жаропрочные, износостойкие и др.

      Систематизация по структуре

      Систематизация по Обергофферу — по структуре в сбалансированном состоянии

      Вначале эта систематизация содержала лишь 4 типа сталей:

      • доэвтектоидные
      • эвтектоидные
      • заэвтектоидные
      • ледебуритные (имеющие в литом состоянии эвтектику)

      Позднее были внесены дополнения:

      • ферритные
      • аустенитные

      Сбалансированное состояние — состояние сплава либо стали опосля неспешного остывания, почаще всего опосля отжига

      Систематизация по Гийе — по структуре опосля нормализации (нагрева и остывания на воздухе)

      • перлитные
      • мартенситные
      • ферритные
      • аустенитные
      • карбидные

      Также могут быть смешанные классы: феррито-перлитный, аустенитно-ферритный и т.д.

      Систематизация сталей по качеству

      Количественным показателем свойства является содержания вредных примесей- серы и фосфора:

      • обычного свойства (S≤0,05, P≤0,04)
      • высококачественные стали (S, P ≤0,035)
      • качественные (S, P ≤0,025)
      • особовысококачественные (S≤0,015, P≤0,025)

      Систематизация по способу выплавки

      • в мартеновских печах
      • в кислородных конверторах
      • в электронных печах: электродуговых, индукционных и др.

      Систематизация по степени раскисления

      • бурлящие (кп)
      • полуспокойные (пс)
      • размеренные (сп)

      Расширенные свойства и характеристики (технологические, физические. хим состав) неких марок сталей смотрите тут.

      Систематизация и маркировка чугунов

      Чугунами именуют сплавы железа с углеродом, содержащие наиболее 2,14% углерода. Они содержат те же примеси, что и сталь, но в большем количестве.

      Систематизация чугунов

      Зависимо от состояния углерода в чугуне, его подразделяют на последующие виды:

      • белоснежный чугун, в каком весь углерод находится в связанном состоянии в виде карбида

      Таковой чугун быть может доэвтектическими и заэвтектическими, а делит их эвтектический чугун (4,31% С). Структура доэвтектического чугуна – перлит, вторичный цементит и ледебурит, заэвтектического – первичный цементит с ледебуритом.

      • графитизированный чугун, в каком углерод в значимой степени либо на сто процентов находится в вольном состоянии в виде графита, что описывает прочностные характеристики сплава. Такие чугуны подразделяют на:
        • сероватые — пластинчатая либо червеобразная форма графита (ЧПГ)
        • прочные — с шаровидным графитом (ЧШГ)
        • ковкие — хлопьевидный графит (ЧХГ)
        • чугун с вермикулярным графитом (ЧВГ) — имеет промежные характеристики меж СЧ и ВЧ (Высокие частоты). По форме графита припоминает СЧ, но имеет наиболее толстые и наиболее недлинные пластинки с округлыми концами

        Еще чугуны классифицируются по базе, в какой размещен графит. База быть может перлитной, ферритной, феррито-перлитной.

        Маркировка чугунов

        Чугуны маркируют 2-мя знаками и 2-мя цифрами, надлежащими минимальному значению временного сопротивления δв при растяжении в МПа-10. Сероватый чугун обозначают знаками «СЧ» (ГОСТ 1412-85), прочный — «ВЧ» (ГОСТ 7293-85), ковкий — «КЧ» (ГОСТ 1215-85).

        Пример маркировки

        СЧ10 — сероватый чугун с пределом прочности при растяжении 100 МПа;
        ВЧ70 — прочный чугун с сигма временным при растяжении 700 МПа;
        КЧ35 — ковкий чугун с δв растяжением приблизительно 350 МПа.

        Для работы в узлах трения со смазкой используют отливки из антифрикционного чугуна АЧС-1, АЧС-6, АЧВ-2, АЧК-2 и др., что расшифровывается последующим образом: АЧ — антифрикционный чугун: С — сероватый, В — прочный, К — ковкий. А числа обозначают порядковый номер сплава согласно ГОСТу 1585-79.

        Чугуны специального предназначения

        К данной для нас группе чугунов относятся жаростойкие (ГОСТ 7769—82), жаропрочные и коррозионностойкие (ГОСТ 11849—76) чугуны. Сюда же можно отнести немагнитные, износостойкие и антифрикционные чугуны.

        Жаростойкими являются сероватые и прочные чугуны, легированные кремнием (ЧС5) и колченогом (4Х28, 4Х32). Высочайшей термо- и жаростойкостью владеют аустенитные чугуны: высоколегированный никелевый сероватый ЧН15Д7 и с шаровидным графитом ЧН15ДЗШ.

        К жаропрочным относятся аустенитные чугуны с шаровидным графитом ЧН19ХЗШ и ЧН11Г7Ш.

        В качестве коррозионностойких используют чугуны, легированные кремнием (ферросилиды) — ЧС13, ЧС15, ЧС17 и колченогом — 4Х22, 4Х28, 4Х32. Для увеличения коррозионной стойкости кремнистых чугунов их легируют молибденом (4С15М4, 4С17МЗ — антихлоры). Высочайшей коррозионной стойкостью в щелочах владеют никелевые чугуны, к примеру аустенитный чугун 4Н15Д7.

        В качестве немагнитных чугунов также используются аустенитные чугуны.

        К износостойким чугунам относятся половинчатые и отбеленные чугуны. К износостойким половинчатым чугунам относится, к примеру, сероватый чугун марки И4НХ2, легированный никелем и колченогом, также чугуны И4ХНТ, И4Н1МШ (с шаровидным графитом).

        Белоснежный чугун

        Белоснежный чугун — это разновидность чугуна, которая в своём составе содержит углеродные соединения. В этом сплаве они именуются цементитами. Своё заглавие схожий сплав получил благодаря соответствующему белоснежному цвету и блеску, который отлично виден на изломе. Этот сияние проявляется благодаря тому, что в составе подобного чугуна отсутствуют огромные включения графита. В процентном отношении, он составляет не наиболее 0,3%. Потому найти его можно лишь спектральным либо хим анализом.

        Белый чугун

        Состав и виды белоснежного чугуна

        Белоснежный чугун состоит из так именуемой цементитной эвтектики. В связи с сиим его делят на три группы:

        • Доэвтектические. Это такие сплавы, в каких углерод не превосходит 4,3% от общего состава. Он выходит опосля полного остывания. В итоге приобретает соответствующую структуру таковых частей как перлит, вторичный цементит и ледебурит.
        • Эвтектические. У их содержание углерода приравнивается 4,3%.
        • Заэвтектический белоснежный чугун. Содержание превосходит 4,35% и может достигать 6,67%.

        Не считая приведенной систематизации его делят на обычный, отбеленный и легированный.

        Внутренняя структура белоснежного чугуна представляет собой сплав 2-ух частей: железа и углерода. Невзирая на высокотемпературное создание в нём сохраняется структура с маленькой зернистостью. Потому если надломить деталь из такового сплава будет наблюдаться соответствующий белоснежный цвет. Не считая этого, в структуре доэвтектического сплава, к примеру, твёрдых марок, не считая перлита и вторичного цементита постоянно находится цементит. Его процентное содержание может приближаться к 100%. Это типично для эвтектического сплава. Для третьего вида структура представляет собой состав из эвтектики (Лп) и первичного цементита.

        Одной из разновидностей схожих сплавов является так именуемый отбелённый чугун. Его базу, другими словами сердцевину, составляет сероватый либо прочный чугун. Поверхностный слой содержит высочайший процент таковых частей, как ледебурит и перлит. Эффекта отбеливания глубиной до 30 мм достигают, используя способ резвого остывания. В итоге поверхностный слой выходит из белоснежного цвета, а дальше отливка состоит из обычного сероватого сплава.

        Структура белого чугуна

        Структура белоснежного чугуна

        Зависимо от процентного содержания легированных добавок, различают последующие виды сплава:

        • низколегированные (в их содержится легирующих частей не наиболее 2,5%);
        • среднелегированные (процент схожих частей добивается 10%);
        • высоколегированные (в их количество легирующих добавок превосходит 10%).

        В качестве легирующих добавок используют довольно распространённые элементы. Приобретенный таковым образом легированный белоснежный чугун приобретает новейшие, заблаговременно данные характеристики.

        Характеристики белоснежного чугуна

        Хоть какой металлический сплав, с одной стороны, весьма крепкий, но в то же время владеет достаточной хрупкостью. Потому в качестве главных положительных параметров белоснежного чугуна можно выделить:

        • Высшую твёрдость. Это существенно затрудняет обработку деталей, а именно, резанием.
        • Весьма высочайшее удельное сопротивление.
        • Лучшую износостойкость.
        • Неплохую стойкость к завышенному термическому действию.
        • Достаточную коррозийную стойкость, в том числе, к разным кислотам.

        Белоснежные чугуны, с пониженным процентом углерода, владеют большей устойчивостью к высочайшим температурам. Это свойство употребляется для понижения количества трещинок в отливках.

        Внешний вид белого чугуна

        Наружный вид белоснежного чугуна

        К недочетам следует отнести:

        • Низкие литейные характеристики. Он имеет нехорошее наполнение отливочных форм. Во время заливки могут создаваться внутренние трещинкы.
        • Завышенная хрупкость.
        • Нехорошая обрабатываемость самих отливок и деталей из белоснежного чугуна.
        • Большая усадка, которая может достигать 2%.
        • Низкая стойкость к ударным действиям.

        Ещё одним недочетом является нехорошая свариваемость. Задачи в сварке деталей из подобного материала вызваны тем, что в момент сварки происходит образование трещинок, как при нагреве, так и при охлаждении.

        Маркировка белоснежного чугуна

        Для маркировки белоснежного чугуна используют буковкы российского алфавита и числа. Если в нём имеются примеси, то маркировка начинается с буковкы «Ч». Состав имеющихся легирующих добавок можно найти по следующим буковкам П, ПЛ, ПФ, ПВК. Они свидетельствую о наличии кремния. Если приобретенный сплав владеет завышенной износостойкостью, то его маркировка будет начинаться с буковкы «И», к примеру ИЧХ, ИЧ. К примеру, наличие в маркировке обозначения «Ш», значит, что в структуре сплава имеется графит шаровидной формы.

        Числа указывают на количество доп веществ, присутствующих в белоснежном чугуне.

        Марка ЧН20Д2ХШ расшифровывается последующим образом. Это жаропрочный высоколегированный сплав. Он содержит последующие элементы: никеля — 20%, меди — 2%, хрома — 1%. Другие элементы — это железо, углерод, графит шаровидной формы.

        Область внедрения

        Этот сплав употребляют в последующих отраслях: машиностроение, станкостроение, кораблестроение. Из него создают некие элементы бытовых изделий. В машиностроении из него изготавливают: детали грузовых и легковых каров, тракторов, комбайнов и иной сельскохозяйственной техники. Применение легирующих добавок дозволяет получать специально данные характеристики. К примеру, употребляют при изготовлении плит с различной формой поверхности.

        Отливка из белого чугуна

        Отливка из белоснежного чугуна

        Отбелённый чугун имеет довольно ограниченную область внедрения. Из него создают детали легкой конфигурации. К примеру: шары для мельниц, колеса различного предназначения, детали для прокатных станов.

        Обширное применение он получил при производстве деталей таковых больших агрегатов, как гидравлические и формовочные машинки, остальные промышленные механизмы этого направления. Специфичная изюминка их работы состоит в том, что они повсевременно подвергаются действию абразивного материала.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector