Находящиеся в чугуне элементы можно условно разделить на две группы:
Легирующими элементами также могут быть и Si c Mn.
Химический состав чугуна и механические свойства оговариваются в технических условиях чертежей на каждые конкретные литые детали.
Влияние элементов
Кремний –Si.
Уменьшает растворимость углерода в жидком и твердом растворах, способствует графитообразованию, поэтому с увеличением его содержания механические свойства высокоуглеродистых чугунов снижается из-за образования крупных зерен графита.
Марганец – Mn.
Растворяется в феррите и соединяется с углеродом, образуя карбиды, а с серой – сульфид марганца MnS, что повышает прочность чугуна и снижает вязкость. Марганец в чугуне нейтрализует вредное влияние серы – S. Содержание Mn до 1,5% положительно влияет на механические свойства серого чугуна.
Сера – S.
Образует с железом легкоплавкую эвтектику, с температурой плавления 985°С. Сера присутствует в виде сульфидов, богатых железом, или в виде эвтектики, она тормозит графитизацию в низкомарганцовистых чугунах, снижает их механические свойства из- за образованияна границах крупных зерен эвтектики.
Свойства чугуна.
Сульфидные соединения увеличивают вязкость чугуна, ухудшают жидкотекучесть и механические свойства.
Фосфор – Р.
Хром – Cr.
Хром увеличивает прочность чугуна при повышенных температурах и многократных нагревах, поэтому его применяют в составе жаростойких и окалиностойких чугунов. Хром повышает твердость, сопротивление износу, коррозии в морской воде и слабых растворах кислот, но увеличивает хрупкость чугуна.
Никель – Ni.
Повышает коррозионную стойкость чугунных отливок в морской воде и щелочах.
Медь — Cu.
При содержании в пределах 3-4 % легко растворяется в жидком чугуне способствует графитизации и уменьшает твердость, в сером чугуне способствует стабилизации перлита и увеличивает твердость, повышает температуру эвтектического превращения, способствует получению структуры, близкой к однородной в тонких и массивных сечениях отливки.
Титан — Ti.
Титан нейтрализует действие хрома в чугуне, являясь модификатором, в следстве чего отпадает необходимость в повышении содержания кремния. Титан используется как модификатор при производстве ковкого чугуна, но в высокопрочном чугуне Ti нежелательная примесь,так как препятствует образованию шаровидного графита.
Исходные материалы для производства чугуна
Исходными материалами, входящими в состав металлической шихты для производства чугуна, являются: доменный чушковый чугун ( литейный и передельный чугуны),
чугунный и стальной лом,чугунная и стальная брикетированная стружка, возврат собственного производства ( литники, скрап, сливы, бракованные отливки), которые загружаются в плавильную печь.
Технология получения чугуна
В качестве добавок в зависимости от марки выплавляемого чугуна применяются ферросплавы: ферросилиций, ферромарганец и другие.
Источник: liteinoeproizvodstvo.ru
5. Химический состав
По химическому составу чугуны подразделяются на нелегированные (чугуны общего назначения) илегированные (чугуны со специальными свойствами).
Легированный чугун(износостойкий, жаростойкий, жаропрочный, антифрикционный)
Маркировка чугунов
I. Нелегированные чугуны.
1. Серый чугун.
Серый чугун получают в домне из руды. Структура серого чугуна формируется при низких скоростях охлаждения. В серых чугунах углерод в значительной степени или полностью находится в свободном состоянии в форме пластинчатого графита. Из-за этого излом имеет серый цвет.
Маркировка.Маркируется серый чугун буквами СЧ и цифрами, которые обозначают предел прочности при растяжении (σв). Например, марка СЧ18 означает, что чугун этой марки имеетσв=180 МПа (18 кгс/мм 2 ).
Литейные свойства:высокая жидкотекучесть и малая усадка
Область применения: серый чугун обладает высокой способностью рассеивать вибрационные колебания при переменных нагрузках ( высокая циклическая вязкость), поэтому из серого чугуна изготавливают станины станков , прокатных станков , шкивы, маховики, корпуса механических редукторов, блоки и гильзы автомобильных и тракторных двигателей, поршневые кольца, корпуса и др.
2. Высокопрочный чугун
В высокопрочном чугуне графитовые включения имеют шаровидную форму. Это достигается модифицированием* серого чугунамагнием до 0,08 % от массы чугуна. Шаровидная форма графита не создает резкой концентрации напряжений, поэтому чугун имеет высокую прочность при растяжении и изгибе.
Маркировка. Маркируется высокопрочный чугун буквами ВЧ и цифрами, которые обозначают предел прочности при растяжении (σв). Например, марка ВЧ42 означает, что чугун данной марки имеетσв =420 МПа (42 кгс/мм 2 ).
Литейные свойства: высокая жидкотекучесть и малая усадка
Область применения: высокопрочные чугуны по своим механическим свойствам приближаются к стали. Из них изготавливают детали ответственного назначения: коленчатые валы двигателей автомобилей и тракторов, шестерни и звездочки, детали турбин, изложницы и т.д.
* Модифицирование чугуна — введение в расплав чугуна в небольших количествах специальных добавок — модификаторов, которые способствуют измельчению пластин графита или получению графита соответствующей формы. В результате модифицирования механические свойства чугуна улучшаются: возрастает прочность, пластичность и вязкость.
3. Чугуны с вермикулярным графитом
Эти чугуны содержат в структуре графит вермикулярной формы и не более 40 % шаровидного графита. Чугуны с вермикулярным графитом получают из серого чугуна в результате его модифицирования магнием (Mgот 0,02 до 0,08 % от массы чугуна) и церием (Се от 0,02 до 0,07 % от массы чугуна)
Маркировка. Маркируется чугун с вермикулярным графитом буквами ЧВГ и цифрами, которые обозначают предел прочности при растяжении (σв). Например, марка ЧВГ30 означает, что чугун этой марки имеетσв=300 МПа (30 кгс/мм 2 ).
Литейные свойства:высокая жидкотекучесть и малая усадка
Область применения:чугуны с вермикулярным графитом по механическим свойствам занимают промежуточное положение между серым и высокопрочным чугунами. Кроме того, чугуны с вермикулярным графитом отличаются хорошей теплопроводностью, что обеспечивает их стойкость к резким перепадам температур. Из этих чугунов изготавливают детали, работающие в условиях износа и переменных температур.
Источник: studfile.net
Свойства чугуна
1208
+ Оглавление
Люди научились получать чугун еще несколько веков назад, и по сей день он остается одним из наиболее востребованных материалов. Уникальные свойства чугуна позволяют использовать его в быту и в самых разных сферах деятельности. Так чем же примечателен этот металл, и почему он так популярен?
Общее описание 
Благодаря насыщению углеродом этот сплав обретает высокую прочность и твердость. Но эти же качества придают чугуну хрупкость. Чугунные изделия не выдерживают ударных нагрузок. При ударах они трескаются. Поэтому этот металл не поддается никаким видам обработки, кроме литья.
Все изделия, включая детали для машин, посуду и предметы интерьера, отливаются.
Виды сплавов
Углерод в чугунах может содержаться в двух видах:
- в виде цементита – химического соединения;
- в виде графита – природного минерала, являющегося аналогом углерода.
Цементит придает сплаву белый цвет, а графит – серый. За счет такой особенности выделяют две разновидности чугунов – белый и серый. Серый чугун содержит крупные включения графита, которые значительно повышают его хрупкость.
Применение белой разновидности очень ограничено. Из-за чрезмерной твердости и хрупкости он плохо поддается резке. Поэтому чаще всего его используют для создания поверхностного слоя, требующего повышенной твердости. Также из белого чугунного соединения отливают шары, предназначенные для перемалывания промышленного сырья.
Графит добавляет материалу пластичности. Но серая разновидность содержит больше вредных примесей в виде серы и фосфора, от которых не удается избавиться в процессе производства.
С целью повышения пластичности чугуна и снижения его хрупкости в сплавы добавляют магний и церий. С помощью эти веществ удается изменить форму графита и, соответственно, устранить хрупкость металла. В результате производители получают высокопрочный чугун, качество которого не уступает стали.
Также современные методы производства позволяют получить ковкий чугун и легированный. Название первой модификации не указывает на возможность обработки металла методом ковки. Оно лишь указывает на высокую прочность, пластичность и вязкость сплава.
Легирующие соединения обладают улучшенными свойствами, так как в их состав вводятся легирующие компоненты, оказывающие положительное влияние на структуру, форму и размеры включений углерода.
Химический состав
Химической формулы чугуна не существует, так как это не отдельное вещество, а сплав двух и более веществ. В состав чугуна входят следующие компоненты:
- железо (Fe) – основа сплава;
- углерод (C);
- кремний (Si);
- марганец (Mn);
- фосфор (P);
- сера (S);
- хром (Cr);
- никель (Ni);
- молибден (Mo).
Железо и углерод – это основные компоненты сплава.
Кремний – второй по важности элемент после углерода. Он увеличивает жидкотекучесть, делая материал более мягким. За счет добавления кремния удается улучшить его литейные качества. Марганец повышает прочность сплава.
Сера и фосфор – вредные примеси, от которых не удается избавиться в процессе производства. Увеличение содержания серы и фосфора ухудшает жидкотекучесть металла и приводит к образованию трещин в отливках.
Остальные компоненты добавляются с целью придания металлу большей прочности, износостойкости, жаропрочности. Они повышают устойчивость материала к сухой и влажной коррозии, а также к воздействию агрессивных сред.
Количество легирующих компонентов определяет степень легированности чугуна. В зависимости от этих показателей выделяют следующие виды чугунных сплавов:
- низколегированные, в которых содержится не более 2,5% дополнительных компонентов;
- среднелегированные (не более 10%);
- высоколегированные (более 10%).
Хотя стоимость легированных чугунных соединений значительно ниже, чем у нержавеющих сталей, изделия из них получаются прочными и качественными.
Физико-механические свойства
| Плотность чугуна | 6,6-7,8 г/см 3 |
| Температура плавления | 1200°С |
| Удельная теплоемкость | 500 Дж/кг |
| Теплопроводность | 58 Вт (м*К) |
| Термический коэффициент линейного расширения | 10,4 |
| Твердость | 7,5 баллов по шкале Мооса |
| Модуль упругости | От 8000 для серых типов |
Улучшение физических свойств чугуна достигается за счет добавления ванадия и молибдена. Увеличить прочность позволяют марганец и кремний. Хотя количество каждой примеси в сплаве не превышает 1%, за счет их добавления удается увеличить вязкость сплава, уменьшив его хрупкость.
Плотность чугуна в кг/м3 колеблется в пределах 6600-7800. То есть он легче стали, но значительно прочнее. Этот фактор объясняется его твердостью, которая всего на 2,5 балла ниже, чем у алмаза.
Тепловые свойства
Свойства чугуна при нагревании изменяются. Тепловые характеристики зависят от состава сплава. Показатель теплоемкости зависит от наличия легирующих компонентов, а также интенсивности нагрева материала – чем она выше, тем больше теплоемкость. Удельная теплоемкость чугуна соответствует следующим значениям:
- в твердом состоянии – 1 кал/см 3 ;
- в расплавленном виде – 1,5 кал/см 3 .
Теплопроводность определяет, насколько материал способен проводить тепло. Значение этого показателя зависит не только от того, какие компоненты входят в состав чугуна в процентах, но и от структуры самого сплава. Для твердого материала он гораздо выше, чем для расплавленного, и варьируется в пределах 0,08-0,13 кал/см3.
Гидродинамические свойства
В зависимости от того, сколько углерода в чугуне, его вязкость может снижаться или увеличиваться. Уменьшить показатели вязкости удается за счет увеличения процентного содержания марганца, уменьшения части серы и добавления компонентов неметаллического происхождения. Вязкость увеличивается, когда температура сплава переходит в точку затвердевания.
Химические свойства
К химическим свойствам относятся способность металла к окислению и его способность сопротивляться коррозии. Для определения каждого из этих показателей огромное значение имеет то, из чего состоит чугун.
Его окисление происходит под действием кислорода и углекислого газа. Уменьшить процесс окисления при заливке сплава позволяет обработка соединениями, содержащими литий.
Степень окисления имеет огромное значение в процессе сцепление металла с грунтом. В этот момент на поверхности металла образуется окисная пленка. А при значительной степени окисления образуется легкоотделяемый слой окалины, который значительно ухудшает сцепление.
Процесс окисления чугунных соединений с шаровидным графитом происходит по-другому. Образующаяся на его поверхности пленка полностью изолирует в металлической основе включения водорода друг от друга и прекращает доступ окислителя вовнутрь сплава.
Чугун подвержен избирательной коррозии (графитации), при которой частично удаляются основные металлические фазы, а на их месте остаются графит, феррит и губчатая масса. При этом получившийся графитный слой впоследствии препятствует дальнейшей коррозии.
В таблице приведены примерные сведения о скорости коррозии чугуна в разных агрессивных средах.
| Воздействующая среда | Потеря веса, г/м 2 в день | |
| Нержавеющий чугун | Серый чугун | |
| Соляные и щелочные растворы | до 3,85 | 23,33-97,23 |
| Кислоты | до 531 | 1,11-675 |
| Вода | до 18,04 | 0,17-13,05 |
Источник: svarkaipayka.ru