Home » Misc » Виды чугуна

Виды чугуна


Виды и особенности чугуна - Печное и каминное литьё из чугуна. Рубцовск.

Домой Статьи

Чугунные сплавы являются неотъемлемой частью человеческой жизни. Его применение распространилось от тяжёлой промышленности до произведений искусства. Давайте разберёмся, в чём же особенность чугуна, почему он настолько универсален и незаменим.

Чугун – это сплав, основными элементами которого является железо и углерод (более 2, 14 %). Механические и литейные свойства чугуна определяются концентрацией углерода и наличием прочих химических элементов.

Если говорить о чугуне в целом и в сравнении с прочими сплавами, он отличается высокой жаростойкостью, теплоёмкостью, устойчивостью к коррозии, и т.д. Положительные характеристики сплава делают его применение необходимостью как в тяжёлой промышленности, так и в быту.

Выплавка чугуна осуществляется в доменных печах, вагранках и электропечах.

В процессе нагрева в печах проходят химические реакции, позволяющие создавать чугун различных марок с различными механическими и литейными свойствами.

В вагранках(только серый) и электропечах обычно переплавляют отливки в изделия, что с точки зрения затраты топлива более экономично, да и в целом более практично если завод занимается изготовлением изделий, а не производством чугуна разных марок.

Виды чугунов:

На физические и химические свойства чугуна влияют его  химический состав и вид термической обработки.

Белые чугуны – получаются в процессе ускоренного охлаждения.

Белые чугуны отличаются высокой твёрдостью и хрупкостью. Тяжело поддаётся резке, в процессе откалываются куски. В связи с этим в большей степени используются не как конструктивный металл, а как заготовка для производства ковкого и иных марок чугуна.

Производные белых чугунов:

Ковкие чугуны получаются в результате обработки (отжига) белого чугуна.

Название ковкий никак не связано с процессом деформации (ковки) металла. Историки утверждают, что подобное название появилось вследствие того, что  из чугуна с характерными свойствами делали подковы.

Ковкий чугун обладает высокими механическими свойствами, такими как прочность, износостойкость и т.д.. Благодаря чему металл активно используется в автомобильной промышленности, сельскохозяйственном машиностроении  при производстве мелких деталей

В результате средней между белым и серым чугуном интенсивности охлаждения образуются половинчатые чугуны. Как следствие, имеющие промежуточные свойства и структуру металла.

Помимо изменения химического состава металла, регулируя интенсивность его охлаждения возможно получать отливки с различным уровнем прочности, пластичности и прочими механическими свойствами чугуна.

Чугуны со специальными свойствами:

Подобной классификации подвергаются белые и серые чугуны, отливаемые с применением определённой технологии для дальнейшего использования в определённых условиях или по специальному назначению. К таким относятся:

  • Антифрикционные чугуны. Применяются для изготовления деталей, используемых в особо нагруженных узлах трения (корпус подшипников, втулки, вкладыши, валы)
  • Износостойкие чугуны.  Применяются в отраслях с высоким уровнем воздействия внешней среды: детали агрегатов для азотной промышленности, насосного оборудования, печного литья (дверки, колосники и т.д.).
  • Жаростойкий чугун. Применяется для изготовления деталей, подверженных интенсивному воздействию высоких температур: печное литьё, в частности колосники, детали коксохимического оборудования, трубокомплексов, газотурбинных двигателей и т.д.
  • Коррозионностойкие чугуны. Применяются для изготовления деталей, используемых в агрессивных средах. В большей степени химическая и авиационная промышленность.
  • Жаропрочные чугуны. Благодаря высокой прочности при нормальных и повышенных температурах  применяется для изготовления деталей арматуры и котлов, промышленных колосниковых решёток, обжиговых печей.

На сегодняшний день простое перечисление деталей, которые изготавливают из чугуна, составит приличную книгу. Сложно переоценить значимость чугуна и изделий из него в промышленности и быту не только нашей страны, но и всего мира.

  • Теги
  • Виды чугуна
  • Чугун

Предыдущая статьяФролов Сергей – печник из Вологды

Следующая статьяВиталий Клепалов – печник из Угловки

Популярные посты

Что такое чугун? Виды чугуна, свойства и применения

  • Чугун: краткая справка
  • Виды чугунов и их применение
    • Передельный чугун
    • Белый чугун
    • Серый чугун
    • Высокопрочный (модифицированный) чугун
    • Ковкий чугун и его маркировка
    • Специальные чугуны
    • Как специальные примеси сказываются на структуре чугуна?
  • Достоинства и недостатки
  • Пригодность чугунов к сварочным работам
  • Объемы производства чугуна
  • Что получают из чугуна и где он используется?

Чугун – это железоуглеродистый сплав, в котором содержание углерода составляет более 2,14%. В нем также могут присутствовать постоянные примеси, а иногда и легирующие компоненты. Его механические свойства зависят от структуры и главным образом от формы, в которой находится углерод, а основными структурными составляющими являются цементит или графит и продукты распада аустенита, которые в зависимости от скорости охлаждения могут быть мартенситом, трооститом, сорбитом, перлитом и ферритом. Введение различных легирующих элементов позволяет управлять процессом графитизации и по-разному корректировать свойства чугуна.

Чугун: краткая справка

Сталь и чугун – это общепринятые технические термины для обозначения сплавов железа и углерода. Содержание углерода в чугуне от 2,14% и до 6,67%, остальное – железо, примеси и легирующие добавки. Углерод может быть в виде графитовых или цементитных (Fe3C – цементит, карбид железа) включений. Основные примеси - кремний, сера, марганец и фосфор. Чугун применяется в литейном производстве, а также в качестве сырья используется для выплавки стали.

Особенности и классификация чугунов

Характеристики сплава формируются еще на стадии производства. В зависимости от параметров протекания эвтектического превращения чугуны бывают серыми (углерод в виде графита), белыми (углерод в виде цементита) и половинчатыми.

Размер и конфигурация графитовых вкраплений определяют марки чугуна и их применение. По форме графитных включений они подразделяются на чугуны с пластинчатым, шаровидным, вермикулярным и хлопьевидным графитом, а по виду металлической основы – на перлитные, перлито-ферритные, ферритные, аустенитные, бейнитные и мартенситные. Помимо углерода в чугуне присутствуют:

  • сера – 0,02-0,2%;
  • кремний – 0,5-3,6%;
  • марганец – 0,2-1,5%;
  • фосфор – 0,04-1,5%.

В зависимости от содержания дополнительных добавок чугуны разделяют на нелегированные и легированные. К легированным относятся сплавы, в которые для создания специфических свойств добавлены такие элементы, как никель, хром, медь, алюминий, титан, ванадий, вольфрам, молибден и др. В свою очередь легированные чугуны классифицируют в соответствии с основным легирующим на хромистые, алюминиевые, никелевые и т. д.

Основные различия между сталью и чугуном

Основное, чем отличается чугун от стали – это доля углерода в их составе (у стали она находится в диапазоне от 0,025% до 2,14%, у чугуна – свыше 2,14%) и содержание примесей (в чугуне их больше). Это формирует температуру плавления сплавов. Если у чугунов она составляет 1150−1250 градусов, то у сталей этот показатель достигает 1500°С.

По внешнему виду сталь будет более светлой, а серые чугуны имеют темный и матовый оттенок. Сталь легче сваривается и куется, но хуже поддается литью. У чугунного продукта теплопроводность несколько выше, чем у стального.

 

Производство чугунных отливок

Виды чугунов и их применение

Передельный чугун

Этот сплав выплавляется в доменных печах и предназначен для дальнейшего передела в сталь или изготовления отливок. Может использоваться как в жидком, так и в твердом состоянии. В передельных чугунах строго контролируется содержание кремния, марганца, серы и фосфора. Основной стандарт, оговаривающий требования к данной продукции – ГОСТ 805. В зависимости от содержания кремния и назначения различают следующие виды передельных чугунов:

  • передельный чугун для сталеплавильного производства марок П1, П2;
  • передельный чугун для литейного производства марок ПЛ1, ПЛ2;
  • передельный фосфористый чугун ПФ1, ПФ2, ПФ3;
  • передельный высококачественный чугун ПВК1, ПВК2, ПВК3.

Белый чугун

В нем весь углерод находится в виде цементита. Структура формируется при высокой скорости охлаждения. Отличительная особенность такого вида чугуна – белый отлив в месте излома, а также высокие хрупкость и твердость (НВ 450-550). Продукт практически не поддается механической обработке режущим инструментом. Такие сплавы используют для изготовления литых износостойких деталей (мелющие шары, лопасти шнеков, лопатки дробеметных турбин, прокатные валки), а также в качестве основы при производстве ковких разновидностей чугуна. Износостойкость чугуна увеличивают путем легирования молибденом, никелем, марганцем и другими элементами.

Серый чугун

В серых чугунах углерод представлен пластинчатым графитом. Находится он в свободном виде, благодаря чему излом имеет характерный серый цвет. Такой сплав сравнительно хорошо поддается механической обработке, имеет относительно невысокую прочность и низкую пластичность при растяжении. При этом, благодаря наличию пластинчатого графита, серый чугун обладает хорошими антифрикционными и демпфирующими свойствами, малой чувствительностью к концентраторам напряжения. Внутренняя структура формируется при низких темпах охлаждения.

Серый чугун имеет хорошую жидкотекучесть, мало склонен к образованию усадочных дефектов по сравнению с другими видами чугуна, поэтому его широко используют для изготовления отливок сложной формы с толщиной стенок вплоть до 500 мм.

Маркировка определена ГОСТ 1412 и обозначает перечень марок от СЧ 10 до СЧ 35.

  • Буквы СЧ – серый чугун;
  • цифры – сведения о временном сопротивлении при растяжении (МПа/10).

Высокопрочный (модифицированный) чугун

Особенность этого сплава, получаемого путем добавления в расплав чугуна чистого магния (Mg), аего соединений или других модификаторов-сфероидизаторов(церия, иттрия и пр.), в том, что графит в таком чугуне имеет шаровидную форму. Количество модифицирующего компонента, того же магния, составляет 0,02–0,08%.

Свойства чугуна с шаровидным графитом определяет в основном металлическая основа (в отличие от серого чугуна с пластинчатыми графитными включениями). Такой высокопрочный сплав используют при производстве износостойких деталей ответственного назначения, выдерживающих большие статические, циклические и ударные нагрузки в условиях износа, в том числе в агрессивных средах и при высоких температурах.

ГОСТ 7293 регламентирует требования к химическому составу и свойствам сплавов с шаровидным графитом для отливок. В соответствии с данным стандартом выпускают изделия марок ВЧ 35, ВЧ 40, ВЧ 45, ВЧ 50, ВЧ 60, ВЧ 70, ВЧ 80 и ВЧ 100, где «ВЧ» - обозначение высокопрочного чугуна, а цифра – минимальное значение временного сопротивления σв (МПа/10). Так, продукт ВЧ 40 имеет σв не менее 400 МПа. Высокопрочные чугуны бывают на ферритной, феррито-перлитной, перлитной основе.

Ковкий чугун и его маркировка

Продукт отжига заготовок белого чугуна, имеющий в своей структуре графит в форме хлопьев («углерод отжига»). Это придает сплаву высокую прочность и повышенную пластичность, однородность распределения свойств, хорошую обрабатываемость и практически полное отсутствие внутренних напряжений в отливках. Благодаря этим свойствам ковкий чугун применение нашел в производстве продукции ответственного назначения – деталей и элементов, работающих при вибрационных и ударных нагрузках.

В зависимости от химического состава чугуна и режимов отжига можно получать различную основу – ферритную, перлитную или ферритоперлитную. Различают также две разновидности ковкого металла — черносердечный и белосердечный. Основные параметры такой продукции регламентированы ГОСТ 1215.

Емко и точно характеризует ковкий чугун маркировка, которая содержит не только его обозначение (КЧ), но и основные механические свойства – минимальное временное сопротивление и относительное удлинение Например, буквенно-цифровой код КЧ 33-8 обозначает, что у ковкого чугуна данной марки минимальное временное сопротивление 37 кгс/мм2 (или 323 МПа), а показатель относительного удлинения – не менее 8%.

Специальные чугуны

Существуют марки сплавов со специальными характеристиками, которые достигаются путем легирования, применения специальной технологии отжига и охлаждения. К таким чугунам относятся:

  • жаростойкие;
  • коррозионностойкие;
  • художественные;
  • антифрикционные и износостойкие;
  • чугуны с особыми электромагнитными свойствами;
  • ферросплавы и другие.

Технические условия на легированные специальные чугуны регламентируют стандарты ДСТУ 8851, ГОСТ 7769, ISO 2892 и другие. В них указывается из чего состоит чугун для различных особых применений, какими механическими свойствами он должен обладать и каким образом необходимо его маркировать.

Как специальные примеси сказываются на структуре чугуна?

При производстве отдельных сплавов добавление специальных присадок в чугун меняет его состав и свойства.

  • Кремний является самым важным легирующим элементом в чугуне, который вместе с углеродом влияет на структуру и свойства. Кремний позитивно влияет на выделение графита, улучшает литейные характеристики сплава.
  • Сера уменьшает способность жидкого чугуна заполнять литейные формы, снижает его механические свойства и придает красноломкость.
  • Марганец негативно сказывается на литейных свойствах, противодействует графитизации, но увеличивает твердость и прочность.
  • Фосфор необходим при изготовлении чугунных отливок сложной формы, в том числе тонкостенных, поскольку способствует повышению жидкотекучести сплава. Но при этом теряется прочность, возрастает хрупкость.

Добиться специфических свойств позволяют и другие легирующие добавки, вводимые на этапе выплавки материала. Получается измененная характеристика чугуна с улучшенными износо- или жаростойкостью, коррозийной прочностью или электропроводностью.

Достоинства и недостатки

Первые обнаруженные грубые чугунные отливки датируются серединой XIV столетия. С тех пор существенно изменились технологии, расширилось и применение чугуна. Объективно оценивая этот продукт черной металлургии, нужно назвать как его положительные, так и отрицательные стороны.

Бесспорные преимущества

В первую очередь это экологичность и отменные гигиенические качества. Та же чугунная посуда не разрушается в кислотно-щелочных растворах, хорошо моется и прогревается, долго сохраняя аккумулированное тепло. Следует отметить долговечность и широкую линейку ассортимента, экономичность и относительную несложный процесс производства чугунных изделий.

Варьируя состояние нахождения углерода в сплаве, можно получить белый или серый чугун. Широкий спектр применения объясняется легкой обработкой (ковкой), высокой теплоотдачей и прочностью.

Недостатки чугуна, как материала

Самыми слабыми сторонами сплавов считаются хрупкость и подверженность ржавлению даже при кратковременном взаимодействии с водой. К тому же изделия из чугуна отличаются большим весом и специфическим набором физико-механических характеристик, требующих особых условий для их транспортировки, сборки и обслуживания.

Чугун 

Как делают чугун?

Сплав выплавляется в доменных печах и вагранках. Основным источником железа служит железорудное сырье – продукт обогащения руды. Применяется топливо – кокс (продукт специальной обработки каменного угля), природный газ, пылеугольное топливо. Высокотемпературная технология плавки чугуна в шахтной печи позволяет запускать восстановительные химические процессы и выделять железо из оксидов.

В результате доменной плавки получается сплав железа и углерода – чугун, а также шлак, содержащий невосстановленные окислы, остатки флюсов, золы топлива и пр.

Пригодность чугунов к сварочным работам

Соединение чугунных деталей при помощи сварки как никогда актуально и требует серьезного подхода. В технологическом аспекте пригодность металла низкая. На это существует ряд причин, и основная из них – очень высокое содержание углерода и примесей. Кроме того, трудно сформировать сварной шов из-за жидкотекучести материала. Возможны непровары – результат образование тугоплавких оксидов в процессе окисления кремния, других компонентов сплава. Интенсивное выделение газа приводит к образованию в шве пор.

Применение чугуна для сваривания с металлами, отличающимися скоростью охлаждения/нагрева приводит к трещинообразованию на сварном шве и его хрупкости. Поэтому, для сварки прибегают к использованию покрытых или угольных электродов, порошковой проволоки, установок газовой сварки. Избежать образования закаленных участков помогает предварительный прогрев свариваемых деталей и правильный выбор режима сварки.

Объемы производства чугуна

Первое место в мире по производству чугуна вот уже несколько лет подряд прочно удерживает Китайская Народная Республика. За первые два месяца 2019 году китайские компании увеличили объемы его выплавки до 126, 59 млн. тонн. Таким образом, более половины мировых объемов чугуна сегодня выплавляется в Поднебесной.

Объемы мирового производства чугуна, тыс. тонн

Кроме Китая, в рейтинг ведущих производителей чугуна входят Индия, Япония, РФ, Южная Корея, Иран, Бразилия, Германия и США. А замыкает ТОП-10 Украина, что стало возможным благодаря стабильной деятельности предприятий Группы Метинвест.

Производство чугуна в мире с 2010 по 2019 год

Регион

Годы

2010

2011

2012

2013

2014

2015

2016

2017

2018

2019

Евросоюз

94054

93 855

90 493

92 328

95 176

93 596

91 312

93 235

90 787

85 691

Другие страны Европы

9 643

10 184

9 774

10 411

10 876

11 992

12 280

12 741

12 873

12 265

СНГ

77 923

80 174

81 860

81 962

79 452

77 585

82 396

75 952

75 396

73 938

Северная Америка

39 216

42 159

44 328

41 319

41 218

35 859

33 008

32 946

34 886

32 567

Южная Америка

34 531

37 535

30 454

29 992

30 671

31 627

29 439

31 654

31 744

29 087

Африка

6 725

5 564

5 499

5 778

5 252

5 264

5 111

5 152

5 411

4 266

Азия

763 032

826 220

854 111

902 136

917 651

897 875

913 410

927 722

994 748

1 037 317

Средний Восток

2 540

2 242

2 143

2 007

2 782

2 459

2 251

2 293

2 362

2 530

Океания

6 672

5 925

4 381

4 160

3 962

4 272

4 313

4 441

4 561

4 336

Что получают из чугуна и где он используется?

Материал довольно популярный в машиностроении и других отраслях промышленности. Это главный компонент исходных материалов для выплавки стали в кислородных конвертерах, мартенах и электродуговых печах. Кроме того, чугун – наиболее популярный сплав для изготовления отливок различной формы. Востребованность чугуна в других сферах объясняется высокими прочностными характеристиками и достаточной плотностью. Области применения некоторых марок сведены в таблицу.

Сплавы

Сферы применения

Серые

Производство колонн, маховиков, опорных и фундаментальных плит, шкивов, станин, прокатных станков, канализационных изделий.

Ковкие

Основания под тяжелое оборудование, опоры ж/д и автомобильных мостов, коленвалы для двигателей дизельного транспорта и тракторов.

Легированные белые

Мелющие части оборудования, прессовочные формы для огнеупоров, прокатные валки.

Антифрикционные

Подшипники скольжения, втулки топливных насосов, направляющие клапаны, поршневые кольца автомобилей.

Высокопрочные

Детали турбин, коленчатые валы, двигатели на тракторы и автомобили, изложницы, шестерни, прокатные валки.

Если же вас интересует качественный металлопрокат из сертифицированных материалов, обращайтесь в компанию «Метинвест-СМЦ». В нашем каталоге металлопроката вы найдете любую продукцию из более 200 основных наименований в нужных типоразмерах и по адекватной цене.

 

Руководство для начинающих по идентификации чугуна

Из-за темпераментной природы всех типов чугуна существует распространенное — и досадное — заблуждение, что практически невозможно создать качественный сварной шов с использованием чугуна. Несколько сварщиков были дезинформированы о возможностях, открывающихся в чугуне при правильном обращении с ним. Профессионалы компании Muggy Weld нередко получают положительные отзывы от клиентов, которые, наконец, обнаруживают, что то, что они раньше считали невыполнимым проектом, на самом деле стало управляемым.

Что такое чугун?

 

— это сплав, содержащий от 2 до 4 процентов углерода, а также небольшое количество кремния и марганца. Вы также часто найдете другие примеси в чугуне; есть конгломерат элементов, которые могут затруднить работу с металлом. Чугун также содержит частицы углерода, которые делают его склонным к растрескиванию или разрушению. Кованое железо, в отличие от чугуна, представляет собой металл, который вы просто нагреваете, а не плавите, и в результате вы можете легко придать ему форму. Поскольку он податлив, для сварки часто используется кованое железо. К сожалению, с чугуном это часто не так.

Мы часто ассоциируем чугун с посудой, бытовой утварью и некоторыми зданиями. Существуют разные типы чугуна, и слесарям полезно знать, с какой вариацией они будут работать. Мы дадим краткий обзор четырех типов чугуна: серого, белого, ковкого и пластичного.

Серый

Серый чугун — одна из наиболее широко используемых форм чугуна, поэтому любой рабочий по металлу может захотеть ознакомиться с этим типом, прежде чем использовать другие варианты. Серый чугун характеризуется чешуйчатым внешним видом и серым цветом, создаваемым графитом внутри его состава. Свойства серого чугуна будут меняться в зависимости от того, какие материалы соединяются при их совместном плавлении.

Вопреки распространенному мнению, некоторые виды чугуна действительно можно успешно сваривать. Благодаря своей низкой цене серый чугун является привлекательным вариантом для любых проектов, где он применим. Он чрезвычайно устойчив к нагреву, а также является одним из немногих металлов, которые хорошо противостоят термоциклированию (серии быстрых переключений между теплом и холодом). Некоторые металлы начинают трескаться, если они быстро переключаются между резкими перепадами температур. Серый чугун — один из самых устойчивых металлов к частым перепадам температуры, поэтому многие используют его для этой цели.

Белый

По сравнению с другими типами чугуна белый чугун является единственным типом, в котором углерод представлен только в виде карбида. Белый чугун получил свое название и внешний вид из-за соединений, известных как цементит и перлит в его структуре. Как и его серый аналог, белый чугун имеет множество мелких чешуек и трещин.

Однако, в отличие от своего серого аналога, белый чугун имеет низкое содержание углерода и силикона. Это делает его менее ударопрочным, чем многие виды железа. Белый чугун часто комбинируют с серым, чтобы повысить его ударную вязкость. Хотя это и недорогой вариант, белое железо чрезвычайно хрупкое, что затрудняет его резку. Это происходит из-за быстрой скорости охлаждения.

Ковкий

При нагревании белого чугуна получается ковкий чугун. Когда первый нагревается до 920 градусов по Цельсию, ему дают невероятно медленно остыть. Это позволяет графиту медленно отделяться и формироваться в сфероидальные частицы. Это создает более гладкую поверхность, чем шелушащаяся поверхность белого железа.

Существует два типа ковкого чугуна; черное сердце и белое сердце. Уайт-сердце нагревают в окисленной атмосфере, чтобы удалить углерод с поверхности. Процесс охлаждения белого сердца занимает несколько дней, и в результате получается очень устойчивый к растрескиванию продукт.

Серый чугун получают путем отжига в нейтральной атмосфере. Затем он выдерживается при высокой температуре до четырех дней и, подобно белому сердцу, создает поверхность без чешуек.

Как следует из названия, этот тип чугуна является наиболее ковким из своих аналогов. Вы можете легко работать и манипулировать им, придавая ему различные формы, что делает его идеальным для создания уникальных изделий.

Ковкий

Свойства магния в сплаве ковкого чугуна придают графиту сфероидальную форму, в отличие от чешуйчатых форм белого и серого чугуна. Ковкий чугун устойчив к износу и повреждениям, сохраняющимся при сильном ударе. Отсутствие чешуек делает ковкий чугун более устойчивым к повреждениям, чем белый или серый чугун. Ситуации, которые могут привести к разрушению белого и серого чугуна, вместо этого позволят изгибаться ковкому чугуну. Хотя с ковким чугуном может быть сложнее работать, чем с другими вариантами, его слава заключается в его долговечности.

Как можно использовать чугун при сварке?

Как мы уже говорили выше, чугун не так уж невозможно сварить, как многие думают. Многие отвергают предметы, содержащие чугун, как не подлежащие ремонту. Мы в Muggy Weld стремимся донести до сварщиков тот факт, что они могут сэкономить деньги, научившись работать с чугуном. Задача просто требует навыка оценки металла, с которым вы работаете, и методов, которые помогут вам достичь нужных результатов.
Мы изучили несколько различных типов чугуна, и от того, какой из них вы выберете, будет зависеть метод, который вы используете, и конечный результат. Ниже мы приводим несколько моментов, которые следует учитывать при попытке сварки чугуна:

  • Очистить металл
  • Предварительный нагрев металла до температуры 260-650 градусов Цельсия, но не выше 780 градусов
  • Убедитесь, что вы работаете низко и медленно при работе с металлом

Правильные продукты

В конечном счете, методы, которые вы используете для сварки любого металла, идут рука об руку с тем, что вы используете для его сварки. Muggy Weld стремится предоставить решение для всех, кто ранее не верил, что оно доступно. Мы предлагаем высококачественную сварочную продукцию, от обожженных чугунных электродов до серебряного припоя. У нас также есть подборка видеороликов, демонстрирующих, как выполнять сложный ремонт. Чтобы узнать больше о продуктах, которые мы предлагаем, не стесняйтесь обращаться к Muggy Weld сегодня.

Чугун: свойства, обработка и применение

Чугун представляет собой сплав железа, содержащий 2–4 мас. % углерода, 1–3 мас.% кремния и меньшее количество второстепенных элементов [1]. ]. Для сравнения, сталь имеет более низкое содержание углерода до 2 мас.% и более низкое содержание кремния.

Чугун можно дополнительно оптимизировать путем легирования небольшими количествами марганца, молибдена, церия, никеля, меди, ванадия и титана перед литьем.

В зависимости от содержания кремния в чугуне он классифицируется как белый или серый чугун и может подвергаться дальнейшей обработке при определенных температурах для получения ковкого или ковкого чугуна.

Общие свойства чугуна

Чугун высоко ценится за его способность легко отливать сложные формы в расплавленном состоянии и за его низкую стоимость. Кроме того, его свойства можно легко изменить, регулируя состав и скорость охлаждения без существенных изменений в методах производства.

Другие его основные преимущества перед стальным литьем включают простоту обработки, гашение вибрации, прочность на сжатие, износостойкость и коррозионную стойкость [2]. Коррозионная стойкость чугуна повышается за счет добавления второстепенных элементов, таких как кремний, никель, хром, молибден и медь [3].

Типы чугуна и их применение

Чугун можно разделить на серый чугун, белый чугун, ковкий чугун и ковкий чугун, в зависимости от его состава.

Серый чугун

Серый чугун, или серый чугун, имеет темно-серый цвет излома из-за графитовой микроструктуры. Наличие чешуек графита связано с добавлением кремния, который стабилизирует углерод в форме графита, а не карбида железа. Серый чугун обычно имеет состав от 2,5% до 4,0% углерода и от 1,0% до 3,0% кремния [1].

Применение серого чугуна

Серый чугун является наиболее распространенной формой чугуна. Он используется в приложениях, где его высокая жесткость, обрабатываемость, гашение вибрации, высокая теплоемкость и высокая теплопроводность имеют преимущество, например, блоки цилиндров двигателей внутреннего сгорания, маховики, корпуса коробок передач, коллекторы, роторы дисковых тормозов и посуда.

Широко используемой классификацией серого чугуна является международный стандарт ASTM A48. В соответствии с этой системой серый чугун классифицируется в зависимости от его прочности на растяжение, например, серый чугун класса 20 имеет минимальную прочность на растяжение 20 000 фунтов на квадратный дюйм (140 МПа).

Белый чугун

Белый чугун имеет белый цвет излома из-за присутствия карбида железа или цементита Fe3C. Наличие углерода в этой форме, в отличие от графита, является результатом более низкого содержания кремния по сравнению с серым чугуном. Белый чугун обычно содержит от 1,8 до 3,6 вес. % углерода, от 0,5 до 1,9 вес. % кремния и от 1,0 до 2,0 вес. % марганца.

Белые чугуны очень износостойкие, но хрупкие. Они обладают высокой твердостью из-за своей микроструктуры, содержащей крупные частицы карбида железа, и плохо поддаются механической обработке.

Применение белого чугуна

Белый чугун используется в износостойких деталях, где его хрупкость не имеет большого значения, таких как гильзы, шламовые насосы, шаровые мельницы, подъемники, экструзионные сопла, бетономешалки, трубопроводная арматура, фланцы, дробилки и рабочие колеса насосов.

Популярным сортом белого чугуна является белый чугун с высоким содержанием хрома, ASTM A532. Он содержит никель и хром для обеспечения хорошей износостойкости [4].

Ковкий чугун

Ковкий чугун получают медленным отжигом белого чугуна. Это приводит к превращению углерода в виде карбида железа в белом чугуне в графит, а оставшаяся матрица состоит из феррита или перлита [1]. Графит присутствует в виде сферических или узловатых форм.

Ковкий чугун обладает хорошей ковкостью и пластичностью. Из-за более низкого содержания кремния по сравнению с другими чугунами он обладает хорошей вязкостью разрушения при низких температурах.

Применение ковкого чугуна

Благодаря хорошей прочности на растяжение и пластичности ковкий чугун используется для изготовления электрических фитингов и оборудования, ручных инструментов, фитингов для труб, шайб, скоб, сельскохозяйственного оборудования, оборудования для горнодобывающей промышленности и деталей машин.

Общепринятой классификацией ковкого чугуна является ASTM A47.

Ковкий чугун

Ковкий чугун, также известный как чугун с шаровидным графитом и чугун с шаровидным графитом, характеризуется наличием графита в форме сферических узелков, как и в ковком чугуне. В отличие от ковкого чугуна, ковкий чугун образуется не термической обработкой белого чугуна, а за счет определенного химического состава.

Чугун ковкий содержит 3,2 мас. % - 3,6 мас. % углерода, 2,2 мас. % - 2,8 мас. % кремния и 0,1 мас. % - 0,2 мас. % марганца, а также меньшие количества магния, фосфора, серы и медь. Присутствие марганца обуславливает сферическую форму графитовых включений [4].

Применение ковкого чугуна

Благодаря своей микроструктуре этот материал более пластичен, чем серый или белый чугун. По этой причине он используется в качестве трубы из ковкого чугуна для водопроводной и канализационной инфраструктуры. Он также может выдерживать термоциклирование и поэтому используется в автомобильных передачах и компонентах подвески, тормозах и клапанах, насосах и гидравлических деталях, а также в корпусах ветряных турбин.

Ковкий чугун обычно классифицируется как ASTM A536.

Производство и переработка 

Для производства чугуна железо должно быть извлечено из железной руды. Руда плавится в доменной печи, где она разделяется на чугун и шлак. Печь нагревается примерно до 1800 градусов по Цельсию в атмосфере кислорода, и образовавшийся шлак поднимается наверх и может быть удален.

Приведенный ниже расплавленный чугун содержит около 3–5 % масс. углерода. Затем его смешивают с железом, сталью, коксом и известняком.

После селективного удаления примесей из этого железа содержание углерода снижается. На этом этапе может быть добавлен кремний для преобразования содержания углерода в графит или цементит. Затем железо отливается в различные формы.

[1] Р. Эллиотт, Технология чугуна. Баттервортс, 1988, с. 1

[2] «Чугун против литой стали», Reliance Foundry, май. 17, 2017. [Онлайн]. [Доступ: 8 октября 2018 г.

Learn more