Сплав железа с углеродом – это и есть чугун. Он получается в ходе перерабатывания железной руды в том или ином виде доменной печи. Тот же чугун, что в металлической структуре принимает вид графитовых хлопьев, называют ковким. А вот какими характеристиками он обладает, на какие виды делится и, самое важное, где и для чего применяется, следует разобраться.
Что это такое и как производится?
Ковкий чугун можно получить только путем долговременной термической обработки заготовок из чугуна белого. Отжиг приводит к тому, что структура металла становится иной, трансформируя цементит в графит. У этого процесса даже есть свое название – графитизация.
Термическая обработка приводит и к изменению механических параметров: прочность и твердость становятся значительно меньше, сам материал обретает пластичность.
Условия получения ковкого чугуна (после обжига).
- Стадия 1. Заготовка медленно нагревается, примерно 22-25 часов, доходя до температуры в 1000 градусов или почти такой.
- Стадия 2. Стартует первый этап графитизации. Для чего материал выдерживается при температуре от 950 до 1000 градусов, и часто до 20 часов (иногда хватает и 15 часов).
- Стадия 3. Заготовка неспешно охлаждается до показателей в 730 градусов (плюс/минус 10 делений). Операция занимает от 6 до 12 часов.
- Стадия 4. Начинается второй этап графитизации, в котором заготовка на температуре в 720 градусов выдерживается уже 30 часов.
- Стадия 5. Деталь проходит этап полного охлаждения.
Помимо ковкого чугуна, выделяют серый, высокопрочный, а также чугун особого назначения. Так вот ковкий содержит в себе углерод в границах 2,4-2,8%. А еще в его составе могут быть марганец, сера, фосфор или кремний. Плавка материалов для образования в результате чугуна проводится в электропечах, пламенных печах и вагранках. Но и в комбинированных печках такое действие тоже происходит.
Ковкий чугун | Матвед 8
Самый популярный вид печей для изготовления такого пластичного чугуна – муфельные.
Кстати, название материала обманчиво. Он пластичный, вот почему его называют ковким, но именно ковать из материала все же не получится. По сути, используется он примерно так же, как и другие виды чугуна. Но есть у него несколько серьезных преимуществ.
Характеристики и свойства
Главными преимуществами отливок из ковкого чугуна можно считать однородность их свойств по сечению и практическое отсутствие напряжений.
Какие еще технологические характеристики материала важны:
- обрабатываемость примерно такая же, как у высокопрочного чугуна;
- литейные и механические качества материала занимают срединное место между серым чугуном и сталью;
- отливки проходят несколько этапов очистки, после отжига еще и удаление питателей, правку;
- в некоторых случаях остается возможность отказаться от термической обработки;
- обладает высокой демпфирующей способностью, а еще среди особенностей ковкого чугуна – небольшая чувствительность к надрезам;
- отливки из материала этого класса практически целиком свободны от остаточных напряжений;
- микроструктура определяет высокую плотность материала;
- при сниженных температурах материал работает неплохо, но все же, если сравнивать его с серым чугуном, ему присуще и хрупкое динамическое разрушение;
- химсостав материала имеет требования к технологическим и механическим свойствам (можно ориентироваться на ГОСТ 1215-79);
- механические свойства описываемого класса зависят в основном от общего содержания включений углерода отжига (потому, чтобы получить наиболее качественный сплав, надо брать низкоуглеродистый чугун);
- среди дефектов материала чаще отмечают наличие трещин, недолив и усадочные раковины;
- ковкий чугун считается хорошим литейным материалом, а еще это единственный вид чугуна, поддающийся сварке.
А также материалу присущи хорошая износостойкость, неплохая антикоррозийная стойкость (он не боится влаги и химреактивов), высокая плотность. Это помогает использовать ковкий чугун в водопроводных и газовых сегментах.
Воздействовать на свойства объекта может не только форма, но еще и графит (а точнее, его количество), который имеется в сплаве. Максимальной твердости и прочности материал достигает, когда в нем есть мелкодисперсный перлит и не очень много графита. А предельной пластичности и вязкости классу помогает феррит с графитом в равных долях.
Наибольшую прочность материал обретает в горшках, сделанных из белого чугуна с включениями хрома и минимумом фосфора.
А чтобы готовые отливки не испытывали коробления, заготовки укладывают в горшки с особой осторожностью – очень плотно, а потом еще пересыпают рудой либо песком.
Обзор видов
А теперь подробнее о ферритном, перлитном и комбинированном ферритно-перлитном видах материала.
Ферритный
Такой материал изготавливают в нейтральной среде, у него наблюдается ферритная структура и остаточный углерод отжига. В составе сплава до момента термической обработки будет 2,2- 2,29% углерода, а еще другие элементы, на которые приходится не более 1% от состава. Если концентрация углерода уменьшается, прочностные маркеры чугуна этого класса растут. Но при этом литейные свойства становятся хуже. Применяется ферритный вид преимущественно в производстве машинных деталей и аграрной техники, которой необходима стойкость к перманентным нагрузкам и напряжениям.
Ферритно-перлитный
С ним все понятно: в составе присутствует и феррит, и перлит, и хлопьевидный углерод. Получают такой материал путем повышенной концентрации в металле легирующих элементов, противостоящих графитизации. Обычно это марганец, хоть может быть и кремний, например. Получение такого вида обеспечивает сокращение времени выдержки 3-й стадии отжига, а также форсирование охлаждения.
Перлитный
Если термическая обработка заготовок проходит в окислительной среде, формируется перлитный чугун (его еще могут называть белосердечным). Отличает его прежде всего углеродная концентрация до отжига, равная 2,8-3,3%. Но после термообработки этот показатель падает до 0,6-2,2%. Пластические свойства этого вида ковкого чугуна пониже.
А потому применяется он лишь в целях, которые не так требовательны к особым химическим и пластическим нагрузкам.
Маркировка
Ковка чугуна
Ковкий чугун – это разновидность чугуна, полученного термической обработкой белого чугуна. Отличительной особенностью ковкого чугуна является присутствие графита в хлопьевидной форме.
Какой чугун называют ковким
Надо понимать, что ковкий чугун, это не чугун, полученный ковкой. Изделия из ковкого чугуна при высокой влажности могут деформироваться даже при комнатной температуре. Данное свойство ковкого чугуна и предопределило его название. Ковкий чугун получают литьем. Интересной и важной особенностью ковкого чугуна является отсутствие внутренних напряжений.
Виды чугунов
Напомним, что все чугуны подразделяются на следующие группы:
- белые;
- серые (ГОСТ 1412);
- ковкие (ГОСТ 1215);
- высокопрочные (ГОСт 7293 ).
В белом чугуне углерод присутствует в форме цементита. Белые чугуны обладают высокой твердостью и стойкостью к износу. По причине высокой твердости белый чугун очень трудно поддается обработке на металлорежущем оборудовании.
В сером чугуне углерод присутствует в пластинчатом виде. Серые чугуны не такие твердые, как белые. Основная сфера их применения в конструкциях, которые не испытывают ударных нагрузок.
В ковком чугуне графит присутствует в хлопьевидной форме. Из ковкого чугуна изготавливают изделия, работающие при высоких ударных и вибрационных нагрузках.
В высокопрочном чугуне графит присутствует в шаровидной форме. Высокопрочный чугун получают модифицированием его магнием, который и обеспечивает формирование углерода в виде шариков. Высокопрочные чугуны по своим свойствам близки к углеродистым сталям. Из высокопрочного чугуна изготовляют поршни, коленчатые валы, различные компоненты систем торможения.
Получение ковкого чугуна
Как уже было сказано выше, ковкий чугун получают термической обработкой белого чугуна с последующим томлением (выдержкой при определенной температуре).
Поскольку белые чугуны обладают плохими литьевыми качествами, при производстве ковких чугунов необходимо принимать меры, направленные на снижение дефектов литья. С этой целью белый чугун перегревается, а при отливке учитывается его усадка, а также изменение размеров заготовок во время томления, которое выполняется при температуре 1350-1450°С.
Процесс томления ковкого чугуна проводится в специальных цехах, где заготовки, выполненные из чугунных сплавов, размещаются в горшках, вмещающих до 300 отливок.
Максимальную прочность ковкий чугун получает, если проходит процесс отжига в горшках, выполненных из белого чугуна, легированного хромом.
Ковкий чугун производится в муфельных электропечах, которые могут в режиме томления гибко регулировать температуру, при этом продукты сгорания топлива не контактируют с горшками, с уложенными заготовками.
Марки ковкого чугуна
Ковкий чугун маркируется КЧ 45 – 6. Первое число – это прочность на растяжение, второе – это удлинение в процентах.
Основные физико-технические параметры ковкого чугунного сплава нормированы в ГОСТ 1215-79.
Конкретная марка КЧ непосредственно зависит от условий, в которых проводилось томление. После этой операции получают три класса чугуна КЧ:
- Ферритный класс содержит феррит и хлопьевидный графит:
- КЧ 30-6
- КЧ 33-8
- КЧ 35-10
- КЧ 37-12
- Перлитный класс содержит перлит и хлопьевидный графит:
- КЧ 45-7
- КЧ 50-5
- КЧ 56-4
- КЧ 60-3
- КЧ 65-3
- КЧ 70-2
- КЧ 80-1,5
- Ферритно-перлитный класс содержит феррит, перлит и хлопьевидный графит.
Структура ковкого чугуна
Состав ковкого чугуна:
- C – 2,4-3,0%
- Si – 0,8-1,4%
- Mn – 0,3-1,0%
- P – до 0,2%
- S – до 0,1%
Пройдя процесс томления, ковкий чугун содержит аустенит и графит.
При медленном охлаждении цементит, входящий в состав перлита, разлагается, и структура приобретает вид из феррита и графита (ферритный ковкий чугун).
При быстром охлаждении получается перлитный ковкий чугун, поскольку вторая стадия разложения отсутствует.
Применение ковкого чугуна
Применение изделий из ковкого чугуна обусловлено его механическими свойствами, которые находятся между сталью и серым чугуном. С одной стороны ковкий чугун обладает высокими показателями текучести, износостойкости, хорошими антикоррозионными свойствами. С другой стороны, ковкие чугуны высокопрочны, что позволяет их использовать в производстве трубопроводной арматуры для газа и воды.
При низких температурах ковкий чугун становится достаточно хрупким и боится ударных нагрузок.
Изделия из ковкого чугуна широко применяются в машиностроении, автомобилестроении, железнодорожном транспорте.
Наибольшее применение нашли ферритные отливки, производство которых дешевле. Из ферритного ковкого чугуна изготавливают картеры редукторов, ступицы, крюки, скобы, хомутики, муфты, фланцы.
Перлитный ковкий чугун используется для изготовления деталей, работающих в узлах под высокими нагрузками. Из перлитных чугунов изготавливают вилки карданных валов, звенья и ролики цепей конвейера, тормозные колодки.
Ковкий чугун используют для получения отливок с тонкой стенкой, размер которой может колебаться в диапазоне от 3 до 40 мм.
Источник: mining-prom.ru
Ковкий чугун
Сплав железа и углерода называют чугуном.Мы же посвятим статью ковкому чугуну.Последний, содержится в структуре сплава или в форме графита, или цементита.Кроме, названых компонентов в чугун входят примеси на основе следующих химических веществ — кремния, марганца и пр. .
В состав чугунных сплавов могут добавлять легирующие компоненты, которые оказывают существенное влияние на их технические параметры. Чугун используют при производстве изделий методом литья, например, корпусов станочного оборудования, которые работают при небольших статических и динамических, в том числе и разнонаправленных нагрузках.
В отличие от стали, чугун обладает хорошими литейными параметрами и низкой ценой. Ко всему прочему это сырье хорошо обрабатывается на металлорежущем оборудовании, чем большинство стальных сплавов. Но, с другой стороны, чугунные сплавы, вне зависимости от типа свариваются с определенными сложностями. Ко всему прочему, чугуны обладают невысокими параметрами прочности, твердости, хрупкости.
Виды чугунов
Марка чугунного сплава определяется количеством углерода и других веществ в его составе. Такой подход позволяет выделить следующие виды этого материала:
- белые;
- серые (ГОСТ 1412);
- ковкие (ГОСТ 1215);
- высокопрочные (ГОСт 7293 ).
Белый чугун
В составе этого сплава углерод собран в форме цементита. Эта марка материала обладает стойкостью к износу, хорошими параметрами твердости. Вместе с этим, он довольно плохо подвергается обработке на металлорежущем оборудовании. Белый чугун делится на следующие группы:
- доэвтектический с концентрацией углерода от 2,14% до 4,3%;
- эвтектический — 4,3%;
- заэвтектический от 4,3% до 6,67%.
В других марках чугуна углерод имеет форму графита.
Серый чугун
Углерод в составе этой марки чугуна имеет форму пластин. В составе серого чугуна участвуют и такие компоненты, как:
- кремний до 0,8%;
- марганец до 0,3% и пр.
Для производства отливок из этого материала применяют формы, выполненные из литьевой земли или стали. Такие формы называют кокилем. Ключевая сфера использования серого чугуна – машиностроение. Из него выполняют конструкции, работающие тогда, когда отсутствуют ударные воздействия, к примеру, колесные клиноременных передач, подшипниковые чашки и др.
Чугунный сплав этого типа маркируют следующим образом СЧ 32 – 52. Первая цифра показывает предел прочности на растяжение, вторая предел на изгибе.
Ковкий чугун
В составе этого материала углерод обладает хлопьевидной формой. В химсостав этого материала входит до 1,4% кремния, 1% марганца и пр. Ковкий чугун производят из белого. Для этого выполняют его термическую обработку, то есть прогревают и выдерживают в этом состоянии в течение заданного технологией времени. Эту операция называется томлением.
Ковкий чугун маркируют так КЧ 45 – 6. Первое число обозначает прочность на растяжение, вторая удлинение в процентах.
Высокопрочный чугун
В составе этого чугуна, углерод обладает шаровидной формой. Для производства чугуна этого вила используют модифицирование, то есть в расплав вводят магний. Он обеспечивает формирование углерода в виде включений шаровидной формы. Это решение позволило приблизить чугун этого сорта, по ряду свойств к углеродистым сталям.
Литейные же параметры у него больше чем у других марок чугунных сплавов, за исключением серого. Чугуны этого класса используют в производстве таких деталей, как – поршни, коленвалы, компоненты систем торможения. Высокопрочный чугун маркируют так — ВЧ – 45-5. Первое число обозначает прочность на растяжение, вторая удлинение в процентах.
Особенности производства ковкого чугуна
Изготовление чугуна КЧ обладает рядом тонкостей, которые обусловлены литьевыми характеристиками и другими свойствами. Чугун марки БЧ, являющийся основной производства ковкого, обладает не очень хорошими литьевыми параметрами.
В, частности, он обладает пониженной жидкотекучестью, большим размером усадки во время остывания, и он склонен к формированию различных литейных дефектов. Эти является причиной того, что при производстве необходимо перегревать металл и принимать меры по борьбе с дефектами литья. Изготовление ковкого чугуна может выполняться с обязательным учетом усадки и изменения размеров заготовок во время томления. Максимальную усадку, имеют тонкие заготовки, минимальную, толстые. Операция томления выполняется при 1350 – 1450 градусов Цельсия.
Отжиг (томление) это базовый этап при производстве чугуна КЧ. Его производят в отдельных цехах, называемых томительными. Заготовки размещают в горшках, выполненных из стали или чугунных сплавов разных марок, для томления. В горшок может быть уложено до 300 отливок исходя из того, что до 1 500 кг должно приходиться на один кубометр.
Ковкий чугун получает наибольшую прочность в горшках, произведенных из белого чугуна с добавками хрома и минимальным количеством фосфора. Расход горшков измеряют по весу, он может составлять от 4 до 15 % веса заготовок. Именно поэтому увеличение их стойкости играет большую роль в формировании стоимости готового ковкого чугуна.
Во избежание коробления готовых отливок укладка заготовок в горшки должна выполняться с особой тщательностью. Их укладывают максимально плотно, для повышения эффекта заготовки пересыпают песком или рудой. Эти материалы предохраняют заготовки от деформации и лишнего окисления. Для производства ковкого чугуна применяют электрические печи.
Это вызвано тем, что в процессе томления должна быть возможность регулировки температуры, резкий подъем на время нагрева и быстрое понижения на стадии его графитизации. Кроме того, не будет лишним, и возможность регулировки воздушной смеси в печи.
Большая часть печей, которая используется для получения ковкого чугуна – муфельные. То есть продукты сгорания топлива не вступают в контакт с горшками, в которых уложены заготовки.
Отливки, полученные из ковкого чугуна несколько раз проходят через операцию очистки, а после отжига удалению питателей и правке. Первая чистка проводится для удаления остатков формовочных смесей. Для чистки применяют пескоструйное оборудование или специальные галтовочные барабаны. Удаление остатков питателей происходят на наждаках. Самыми часто встречающимися дефектами ковкого чугуна можно назвать следующие:
- усадочные раковины;
- недолив;
- трещины и пр.
Часть дефектов не может быть исправлена дальнейшей термической обработкой. Следует отметить, то, что изготовление ковкого чугуна требует строго соблюдения всех требований ГОСТ, технологических правил и регламентов. Только в этом случае можно говорить о получении качественного ковкого чугуна, которым допустимо заменять другие, дорогие материала – стали, цветные металлы.
Разновидности ковкого чугуна
Марка чугунного сплава КЧ напрямую связана с условиями, в которых проводят отжиг. После этой операции получают три класса чугуна КЧ:
- ферритный;
- перлитной;
- ферритно-перлитным.
Первый содержит в своем химсоставе феррит и углерод хлопьевидного строения. Второй включает перлит и графит хлопьевидного строения. Третий имеет в своем составе феррит, перлит и углерод хлопьевидного строения. Ковкий перлитный чугун возникает в итоге быстрого охлаждения заготовки, когда она находится в зоне распада.
В этом случае в строении чугуна кроме феррита будет находиться перлит. Он будет сохраняться и при дальнейшем остывании заготовки до температуры ниже чем 727 градусов. То есть, можно сказать, что строение чугуна жестко связано с температурными режимами отжига и наличием легирующих компонентов.
Основные характеристики металла
Ключевые параметры чугуна КЧ определены количеством углерода, который имеет форму графита и наличием кремния. Перлитный ковкий чугунный сплав содержит в себе еще два составных элемента – хром и марганец.
Различие в строении ковкого чугуна отражается и на конечных свойствах изделий, получаемых из него. К, примеру, заготовки, выполненные из ферритного чугуна, имеют меньшую твердость, чем те, которые производят из перлитного материала, но вместе с тем первые имеют повышенную пластичность.
Графит в виде хлопьев обеспечивает высокие параметры прочности готовым деталям при относительно хорошей пластичности. Изделия из чугуна КЧ могут деформироваться в условиях комнатной температуры и влажности. Именно это свойство и определило название этого материала – ковкий.
На самом деле, это условное название и не означает того, что готовые детали получают из него при помощи ковочного оборудования. Для производства изделий применяют литье. Главное свойство этого материала заключено в том, в том, что в нем отсутствуют напряжения.
Механические свойства ковкого чугуна расположены между серым чугуном и сталью. То есть, чугун этого типа обладает высокой текучестью, стойкостью к износу, коррозии, агрессивным веществам. Кроме того, этот материал отличается высокими прочностными свойствами. Так, деталь с толщиной стенки 7 – 8 мм выдерживает давление рабочей среды до 40 атм. Это позволяет использовать его для изготовления трубопроводной арматуры для газа и воды.
Нельзя забывать и том, что при малых температурах, чугун становиться очень хрупким и очень боится ударных воздействий.
Свойства ковких чугунов
Базовое свойство чугунного сплава КЧ состоит в том, в нее входят включения углерода в разной форме, которая определяет его прочность и пластичность. Чугун КЧ с малым количеством углерода (обезуглероженный), по сути, это единственный материал из конструкционных чугунных сплавов, который хорошо сваривается и его применяют для получения сваренных металлоконструкций.
Для производства сварки применяют или защиту газа, или стыковую технологию. Чугун это марки поддается запрессовке, чеканке и достаточно просто заполняет пустоты и зазоры. Детали, полученные из ковкого ферритного чугунного сплава, подвергаются холодной обработке, а из перлитного правке в разогретом виде. Чугун, используемый в производстве, изготавливают из белого чугунного сплава путем его отжига. Строение, получаемое после выполнения этой операции, может иметь ферритную или перлитную форму.
Одним из преимуществ ковкого чугунного сплава является то, что он обладает однородными свойствами по сечению, кроме того, он хорошо обрабатывается на станках токарно-фрезерной группы.
Основные физико-технические параметры ковкого чугунного сплава нормированы в ГОСТ 1215-79. Маркировка этого материала основана допустимых значений на растяжение и удлинение. Твердость материала определена от структуры, а прочностные параметры и пластичность определяет и наличие графита.
Надо понимать, что на свойства материала оказывает не только форма, но и количество графита, содержащегося в сплаве. Максимальных прочностных характеристик ковкий чугун достигает при наличии мелкодисперсного перлита и небольшом количестве графита. Предельная пластичность и вязкость чугуна этого класса достигается при наличии феррита и таком же количестве графита.
Сфера применения
Ковкий чугун нашел свое применение в машиностроении для производства станочного оборудования, отдельных деталей автомобилей, конструкций и механизмов, эксплуатируемых на железнодорожном транспорте и пр.
Чаще всего применяют ферритные отливки, которые стоят несколько дешевле, чем все остальные. Перлитные отливки используют для изготовления деталей, которые применяют для изделий и узлов, работающих под повышенными нагрузками.
Ковкий чугун используют для получения отливок с тонкой стенкой, ее размер может составлять от 3 до 40 мм.
Источник: sterbrust.tech