43 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Как получают серый чугун

Серый чугун

Серый чугун — это сплав железа с углеродом, который при охлаждении металла образуется в виде хлопьевидных или пластинчатых включений. Содержание углерода в сплаве превышает 2,14%, что выше нормальной растворимости. Этим сплав и отличается от стали, в которой углерод полностью растворен и отсутствует в виде отдельных включений, структура которых определяет их как графит.

Основные характеристики

Серый чугун лежит в основе черной металлургии, поскольку получается в результате восстановления железных руд при помощи углеродного топлива (кокса). В результате, кроме химической реакции восстановления окислов железа, сплав дополнительно насыщается свободным углеродом.

Высокое содержание углерода в свободном состоянии определяет механические свойства серого чугуна. Одно из основных качеств, которые позволяют использовать серый чугун не только в качестве передельного металла, это его высокие литейные качества и малая усадка при застывании. Расплавленный металл имеет высокую текучесть, поэтому из него можно выполнять отливки сложной формы.

Плиты серого чугуна

Ограничение по использованию изделий из серого чугуна обусловлено тем, что он имеет низкую прочность на изгиб, высокую хрупкость. Вместе с тем прочность серого чугуна на сжатие очень высока.

Несмотря на высокую хрупкость, такая характеристика, как износостойкость чугуна, позволяет использовать его в изделиях, работающих в условиях трения. В данных условиях сильное влияние оказывают антифрикционные свойства сплава.

Наличие большого количества углерода снижает плотность серого чугуна по сравнению с большинством сортов стали и составляет от 6,8 до 7,3 т на м 3 .

Из-за наличия вкраплений углерода сварка серого чугуна практически невозможна. Существуют технологии сварки при наличии определенных условий. Это предварительный нагрев деталей, использование специальных высокоуглеродистых электродов, но все равно, структура металла шва сильно отличается от основного материала. Свариваемые детали должны медленно охлаждаться для устранения напряжений в зоне шва.

Химический состав и структура

В химический состав сплава, кроме железа и углерода, входит также некоторое содержание кремния. Свойства сплава зависят от условий охлаждения, поскольку время изменения температуры влияет на формирование внутренней структуры материала.

При медленном остывании образуются крупные кристаллы железа, и соединения металла с углеродом приобретают перлитную основу. Медленное остывание вызывает рост геометрических размеров не только кристаллов железа, но и включений углерода, поэтому, перлитный металл имеет высокую прочность, но повышенную хрупкость.

Микроструктура серого чугуна

В условиях быстрого охлаждения углерод не успевает сформировать крупные включения графита, поэтому сплав приобретает ферритную структуру.

Ферритный серый чугун имеет несколько меньшую хрупкость, чем перлитный.

Выбирая режим охлаждения литой заготовки, можно определенным образом влиять на итоговые свойства материала, в зависимости от предъявляемых требований.

Применение

Серый чугун широко применяется при литье изделий, для которых важна высокая прочность на сжатие. Это свойство важно, главным образом, при изготовлении литых станин инструментального парка. Применение материала ограничивается повышенной хрупкостью изделий при наличии значительных изгибающих усилий.

Изделие из серого чугуна

Ранее широко использовались хорошие литейные свойства материала при изготовлении различных изделий бытового и промышленного назначения. Разнообразная кухонная и бытовая утварь – чугунки, сковороды, утюги, изготовленная литьем при минимальной последующей обработке имела низкую себестоимость и легкость в производстве.

В настоящее время при помощи литья изготавливают также высоконагруженные элементы машин, где они не подвергаются изгибающим нагрузкам. Это поршни и цилиндры двигателей внутреннего сгорания.

Детали высокой прочности, отлитые из серого чугуна, имеют минимальную стоимость и высокий срок службы. Без преувеличения можно сказать, что литые станины и корпуса станков являются практически вечными по сравнению с остальными элементами устройства.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Способ получения серого чугуна

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано для получения серых чугунов различных марок на базе единого исходного расплава с пониженным содержанием углерода и кремния. Способ включает выплавку исходного расплава с содержанием углерода и кремния, составляющим, соответственно, 0,86-0,99 и 0,61-0,90 содержания их по массе в готовом чугуне, обработку расплава комплексной присадкой в одном или нескольких ковшах путем ввода присадки в общем количестве 0,1-1,4% от массы обрабатываемого металла и графитизирующими модификаторами на основе кремния — в разливочном ковше. Способ обеспечивает высокие механические свойства однородных по сечению тонкостенных (5-50 мм) отливок в условиях широкого диапазона температур выплавляемого чугуна, при возможности получения различных марок чугуна из базового расплава единого состава. 2 табл.

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано для получения серых чугунов различных марок на базе единого базового расплава с пониженным содержанием углерода и кремния.

Известны различные способы получения серого чугуна с применением ковшевых добавок.

Так, известен способ получения серого чугуна, включающий перелив расплава из печи в промежуточный ковш, где производится модифицирование ферросилицием марки ФС-75 в количествах, зависящих от марки сплава и окончательной доводки чугуна по содержанию кремния /1/. Этот способ не дает возможности получать заготовки с различными свойствами на базе единого расплава, кроме того, имеет место наличие газовых раковин в отливках.

Известен способ получения серого модифицированного чугуна, включающий плавку в индукционной печи, термовременную обработку, присадку в расплав чугуна поташа в количестве 0,003-0,005% смеси мелкодисперсного графита и колошниковой пыли при соотношении /1-4/:1 в количестве 0,05-0,25% и после выпуска расплава из печи обработку в ковше кремнийсодержащим модификатором в количестве 0,15-0,20% от массы чугуна в ковше /2/. Этот способ не обеспечивает однородности свойств чугуна в сечениях отливок различной толщины, ввиду малой эффективности сочетания внепечных добавок.

Наиболее близким, по мнению авторов, является способ получения серого чугуна, состоящий в выплавке исходного расплава с содержанием углерода и кремния, соответственно, 0,65-0,85 и 0,2-0,5 содержания по массе в готовом чугуне, выпуск расплава в промежуточный ковш, в котором проводится первая обработка расплава путем введения комплексной присадки, содержащей 20-35% углерода и 50-70% кремния, в количестве 1,5-3,5%, а вторая обработка — в разливочном ковше путем введения графитизирующих модификаторов на основе кремния в количестве 0,1-0,5% от массы жидкого чугуна и ковше /3/.

Недостатком указанного способа является его неприменимость для обработки металла комплексной присадкой, содержащей 20-35% углерода и 50-75% кремния при температуре менее 1450 o C, ввиду значительного снижения степени усвоения комплексной присадки в расплаве в количестве свыше 1,4%. При этом, в сечениях отливок толщиной менее 10 мм не обеспечивается однородность структуры и механических свойств. Другим недостатком является непременное требование сложной схемы разливки с обязательным использованием наряду с разливочным ковшом и промежуточного ковша.

Задачей изобретения является устранение указанных недостатков, а именно: получение чугуна в тонкостенных отливках с толщинами сечений от 5 до 50 мм с высокими и однородными механическими свойствами в условиях широкого диапазона температур выплавляемого чугуна и упрощение технологической схемы разливки чугуна.

Техническими результатами от использования данного изобретения являются повышение механических свойств чугуна, достижение однородности механических свойств по сечению тонкостенных отливок и получение различных марок чугуна из единого базового расплава.

Поставленная задача решается тем, что в способе, включающем выплавку исходного расплава, выпуск расплава в ковш и обработку расплава комплексной присадкой, содержащей 20-35% углерода и 50-75% кремния, и графитизирующими модификаторами на основе кремния в количестве 0,1-0,5% от массы жидкого металла, исходный расплав выплавляют с содержанием углерода и кремния, составляющим, соответственно 0,86-0,99 и 0,61-0,90 содержания их по массе в готовом чугуне, при этом обработку расплава комплексной присадкой производят в одном или нескольких ковшах путем ввода присадки в общем количестве 0,1-1,4% от массы жидкого металла, а графитизирующими модификаторами на основе кремния — в разливочном ковше.

Отличительными признаками являются параметры исходного базового расплава /содержание углерода и кремния, соответственно, 0,86-0,99 и 0,61-0,90 содержания их по массе в готовом чугуне/ и способе обработки расплава: комплексной присадкой в одном или нескольких ковшах, путем ввода присадки в общем количестве 0,1-1,4% от массы жидкого металла, а графитизирующими модификаторами — в разливочном ковше.

Граничные пределы параметров предлагаемого способа получения серого чугуна определяются следующим: при содержании в базовом расплаве углерода менее 0,86 и/или кремния менее 0,61 от их конечных содержаний в готовом чугуне ковшевая обработка не обеспечивает достаточного уровня графитизации сплава, что приводит к образованию отбеленных зон и высокой твердости серого чугуна в тонких сечениях.

Если содержание углерода более 0,99 и/или кремния более 0,90 от их содержания в готовом чугуне, снижается эффективность действия комплексной присадки и не обеспечивается равномерность механических свойств по сечению отливок.

Введение в ковш комплексной присадки в количестве менее 0,1% от массы расплава не позволяет достигнуть необходимого уровня содержаний углерода и кремния, что обуславливает образование усадочных дефектов, спаев и отбела в отливках, и не позволяет получить различные марки чугуна из единого базового расплава.

Повышение количества комплексной присадки свыше 1,4% не позволяет получить необходимый уровень прочностных свойств серого чугуна, особенно в центральных перегретых зонах отливок.

Обработка серого чугуна графитизирующими сплавами ни основе кремния обеспечивает модифицирующий эффект, повышая дисперсность и мелкозернистость структуры и, соответственно, уровень прочностных свойств и снижая склонность к отбелу.

При промышленном опробовании способа, в индукционной тигельной печи выплавляли базовый чугун с содержанием углерода 0,86-0,99 и кремния 0,61-0,90 от их конечного содержания в готовом чугуне. Шихта состояла из стального лома, чугунного лома и ферросплавов. Металл в печи перегревали до температуры выпуска 1410-1440 o C и скачивали шлак. Ковшевая обработка расплава производилась комплексной присадкой, содержащей 20-35% углерода и 50-75% кремния в количестве 0,1-1,4%, а модифицирующей смесью ферросилиция ФС75Л и кремнийсодержащей лигатуры с Р3M — в количестве 0,1-0,5% от массы жидкого металла — в разливочном ковше. При этом обработка комплексной лигатурой производилась как последовательно в раздаточном и разливочном ковшах, так и в одном разливочном ковше. Чугун, полученный по данной технологии, заливали в формы для получения тонкостенных отливок фасонного вида и образцов для механических испытаний.

Читать еще:  Как определить толщину профнастила

Результаты, полученные при применении различных вариантов заявленного способа и способа-прототипа, приведены в таблицах.

В табл. 1 представлены конкретные примеры осуществления способа и способа-пртотипа.

В табл. 2 представлены свойства чугуна, полученного эаявленным способом и известным способом-прототипом.

Из результатов табл. 2 следует, что при применении предлагаемого способа при одинаковых конечных химических составах чугуна в различных сечениях тонкостенных отливок обеспечиваются однородные и высокие значения прочности и показатели качества ПК при температуре жидкого чугуна менее 1450 o C.

Экономическая целесообразность применения в производстве прелагаемого способа получения серого чугуне состоит в возможности получения гаммы марок чугуна из единого базового расплава и снижения стоимости шихты для выплавки базового чугуна; кроме того, предлагаемый способ возможно использовать в цехах с различными технологическими схемами разливки металла.

Список литературы 1. Патент ГДР N 259755, МКИ C 21 C 1/08, РЖ ТОЛП, 1989 г., N 4, реф. 4Г119П.

2. А.с. СССР N 1388433, МКИ C 21 C 1/08, БИ N 14, 1986 г.

3. Патент РФ N 2139941, МКИ C 21 C 1/08, БИ N 29, 1999 г.

Способ получения серого чугуна, включающий выплавку исходного расплава, выпуск расплава в ковш и ковшевую обработку расплава комплексной присадкой, содержащей 20-35% углерода и 50-75% кремния, и графитизирующими модификаторами на основе кремния в количестве 0,1-0,5% от массы жидкого металла, отличающийся тем, что исходный расплав выплавляют с содержанием углерода и кремния, составляющим соответственно 0,86-0,99 и 0,61-0,90 содержания их на массе в готовом чугуне, при этом обработку расплава комплексной присадкой производят в одном или нескольких ковшах путем ввода присадки в общем количестве 0,1-1,4% от массы жидкого металла, а графитизирующими модификаторами на основе кремния — в разливочном ковше.

Серый чугун: применение, состав и маркировка

Чугун – это сплав железа и углерода. Один из самых широко распространенных видов – это серый чугун. Объем углерода в его составе превышает 2,14% и содержится в диапазоне от 2,4 до 4,2%.

Свое название материал получил по цвету излома, имеющего серый цвет.

По сути, это литьевой чугун с вкраплениями пластинчатого графита. Но и, тем не менее, его продолжают называть серым. Кстати, такой же цвет можно увидеть и на изломе ковкого чугуна. Металлурги установили зависимость между объемом свободного углерода, но не от его формы.

В сером чугуне углерод по мере охлаждения приобретает форму хлопьевидных или пластинчатых вкраплений. Разница между чугуном и сталью заключена в объеме углерода. Углерод абсолютно полностью растворяется в стали и не содержится в виде вкраплений, в сером чугуне содержатся вкрапления углерода называемыми графитом.

Основные характеристики

Чугун широко распространен и востребован черной металлургией. Его производят путем воссоздания железной руды при поддержке углеродного топлива (кокса). В процессе реакции восстановления, полученный расплав получает дополнительную порцию углерода.

Именно, объем углерода, находящийся в свободном состоянии, определяет механические параметры этого чугуна. Одно из свойств, позволяющее применять этот материал не только как передельный металл, но и как литьевой – это довольно высокие литейные качества и малая усадка при застывании отливки. У серого чугуна отмечается высокая текучесть, и это позволяет отливать довольно сложные изделия.

Существует и ограничение на применение изделий полученных из этого чугуна – оно обусловлено тем, этот материал имеет невысокую прочность на изгиб и высокую хрупкость. Но с другой стороны, его отличает высокая прочность на сжатие.

Этот материал отличает и стойкость к износу. Это допускает применять его в узлах, работающих в условиях высокого трения. В таких условиях сильное воздействие оказывают антифрикционные параметры серого чугуна.

Большой объем углерода понижает плотность серого чугуна, она равна от 6,8 до 7,3 тонны на м 3 .

Включения углерода не позволяют выполнять неразъемные соединения из заготовок, выполненных из серого чугуна, с помощью сварки. Но, тем не менее, разработаны и применяют технологии сварочных работа, которые можно проводить при соблюдении ряд условий. В этот набор входят предварительный нагрев заготовок, применение специализированных электродов с высоким содержанием углерода. Плавное охлаждение шва, это необходимо для удаления напряжений в сварном шве. Но в любом случае, его структура заметно отличается от основного материала.

Маркировка

Металлургические комбинаты производят несколько марок этого материала. Его маркировку осуществляют следующим образом. Две буквы в начале аббревиатуры обозначают тип чугуна, маркировка серого чугуна начинается с СЧ, цифры, которые расположены после букв, говорят о пределе прочности во время растяжения

Принята следующая классификация серого чугуна:

  1. СЧ10 — ферритный;
  2. СЧ15, СЧ18, СЧ20 — ферритно-перлитные чугуны;
  3. начиная с СЧ25 — перлитные чугуны.

Состав серого чугуна и его структура

Параметры и свойства сплава напрямую зависят от режима охлаждения, дело в том, что именно во время охлаждения формируется структура материала.

В процессе медленного охлаждения происходит образование немалых кристаллов железа, а сочетание металла и углерода становится перлитным. В ходе такого охлаждения происходит не только увеличение размера кристаллов металла, но и углеродных включений. Такое сочетание приводит к тому, что перлитный материал имеет не только высокую прочность, но и повышенную хрупкость.

Оценка структуры СЧ определяет:

  • размеры включений графита, измеряя в микрометрах (МКМ), их распределение, количество (в %), вид структуры металлической основы и при наличии перлита — его дисперсность.

По строению металлической основы серые чугуны делят на:

  1. перлитные — в составе структуры перлит и графит;
  2. ферритно-перлитные — феррит, перлит и графит;
  3. ферритные — структура состоит из феррита и графита.

Какая основа будет зависит от скорости охлаждения после затвердевания.

Для обозначения частей микроструктуры чугун этого типа используют терминологию определенную в ГОСТ 3443-87, например, пластинчатый графит обозначают буквами ПГ. Углерод включен в материал в следующих формах.

  • пластинчатая прямолинейная, ее обозначают ПГФ1;
  • пластинчатая завихреная — ПГФ2;
  • игольчатая — ПГФ3;
  • гнездообразная -ПГФ4.

Первоочередную значимость для приобретения требуемых параметров чугунной отливки имеет его структура, именно поэтому при выполнении заготовок требуется тщательное выполнение технологии плавления и заливания сырья. Для обретения требуемых параметров серого чугуна и устранения дефектов применяют операцию модификации.

В составе СЧ, в зависимости от его марки, могут входить следующие вещества:

Основа — Fe (железо), остальное:

  • C (углерод) — 2,9-3,7%;
  • Si (кремний) -1,2-2,6%;
  • Mn (марганец) — 0,5-1,1;
  • P (фосфор) не больше 0,2-0,3%;
  • S (сера) не больше 0,12-0,15%.

Допустимо легирование серого чугуна с использованием таких веществ как Cr, Ni, Cu, и некоторыми другими элементами.

Кремний в составе увеличивает графитизацию углерода. Марганец несмотря на то что затрудняет графитизацию, улучшает его механические свойства.

Химический состав СЧ определен в ГОСТ 1412-85. Серый чугун производят во многих странах мира, в США аналогом этого материала считается A48-30B, в Британии BS 200 или 220, в КНР GB HT 20, в Европейском союзе EN-JL1030 FG20.

Применение

Серый чугун нашел свое применение при получении отливок разной формы, для которых требуется высокая прочность при сжатии. Эта характеристика важна в основном при производстве литых станин, предназначенных для изготовления станочного оборудования. Применение этого материала ограничено высокой хрупкостью готовых изделий. Особенно это проявляется при наличии серьезных нагрузок на изгиб.

Не так давно, литейные характеристики серого чугуна были использованы при изготовлении кухонной посуды и иной бытовой утвари, в частности, чугунки, сковородки и пр. Выпущенная, с использованием литья, продукция отличалась простотой в производстве и низкой себестоимостью.

В наши дни с использованием литья производят нагруженные компоненты машин, которые работают без изгибающих нагрузок, например, детали поршневой группы которые установлены в ДВС.

Детали высокой прочности, отлитые из этого материал, обладают небольшой стоимостью и длительным временем эксплуатации. Можно смело сказать, что литые станины и корпуса станочного оборудования – это вечные компоненты станочного оборудования, в сравнении с другими узлами оборудования.

Чугуны марки СЧ15, СЧ18, СЧ20 применяют для слабо нагруженных деталей. Это: фланцы, крышки, маховик, корпус редуктора.

Марки СЧ20 и СЧ25 используют, где требуется повышенная нагрузка на детали. Это: поршни цилиндров, блоки цилиндров двигателя, станина станка.

Марки повышенной прочности и износостойкости СЧ30, СЧ35, СЧ40, СЧ45 использую в зубчатых колесах, гильзах двигателей, распределительных валах, шпинделях, для деталей паровых котлов. Эти марки обладают высокой теплостойкостью.

ОСНОВНОЙ СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СЕРОГО ЧУГУНА

Для выплавки чугуна используют индукционные и дуговые электропечи промышленной частоты. Наиболее качественный чугун получают в индукционных печах промышленной частоты, обеспечивающих возможность получения точного химического состава.

Индукционная печь (рис. 3) представляет собой своеобразный воздушный трансформатор, у которого первичной обмоткой является водоохлаждаемая катушка-индуктор, а вторичной и одновременно нагрузкой является находящийся в тигле металл. Нагрев и расплавление происходит за счет протекающих в металле токов, которые возникают под воздействием электромагнитного поля, создаваемого индуктором. При этом возникают также электродинамические силы, которые создают интенсивное перемешивание, обеспечивая равномерность температуры и однородность расплавленного металла.

Читать еще:  Электрод лб 52у характеристики

Из плавильной печи чугун выпускают в разливочный ковш (рис. 4), который мостовым краном переносят к месту разливки чугуна.

Рис. 3. Схема индукционной печи Рис. 4. Разливочный ковш

Серые чугуны получают из литейных доменных чугунов с добавкой в состав шихты чугунного лома. Химический состав серых чугунов (%): углерод 2,8-3,5, кремний 1,5-2,8, марганец 0,4-0,8, фосфор 0,2-1, сера 0,08-0,12. Для нашего чугуна СЧ20 химический состав приведен в таблице №2:

Таблица 2 — Химический состав чугуна СЧ20, %

Содержание элементов (массовая доля), %

Серый чугун получают при добавлении в расплавленный металл веществ, способствующих распаду цементита и выделению углерода в виде графита. Образование графита происходит в результате термической обработки белого чугуна, когда часть цементита распадается на мягкое пластичное железо и графит по реакции:

Для серого чугуна графитизатором является кремний. При введении в сплав кремния около 2,5% цементит серого чугуна частично распадается и образуется и образуется ферритно-перлитная структура с включениями графита (струтура чугуна СЧ20).

Механические свойства серых чугунов зависят от металлической основы, а также формы и размеров включений графита. Наиболее прочными являются серые чугуны на перлитной основе, а наиболее пластичными — серые чугуны на ферритной основе. Поскольку графит имеет очень малую прочность и не имеет связи с металлической основой чугуна, полости, занятые графитом, можно рассматривать как пустоты, надрезы или трещины в металлической основе чугуна, которые значительно снижают его прочность и пластичность. Наибольшее снижение прочностных свойств вызывают включения графита (рис. 1) в виде пластинок.

По физико-механическим характеристикам серые чугуны условно можно разделить па четыре группы: малой прочности, повышенной прочности, высокой прочности и со специальными свойствами.

Серый чугун малой прочности имеет в основе микроструктуру феррита или феррита и перлита с пластинчатым графитом (рис. 1). Такой чугун обладает прочностью на растяжение 300 МПа и соответствует марке СЧ 20.

Легированный серый чугун имеет мелкозернистую структуру и лучшее строение графита за счет присадки небольших количеств никеля и хрома, молибдена, а иногда титана или меди.

Модифицированный серый чугун имеет однородное строение по сечению отливки и более мелкую завихренную форму графита. Химический состав шихты для изготовления модифицированного чугуна подбирают таким, чтобы обычный немодифицированный чугун затвердевал бы в отливке с отбелом (т. е. белым или половинчатым).

Обычный серый чугун получают медленным охлаждением жидкого расплава или аустенита высокоуглеродистых сплавов. В нем частицы графита имеют пластинчатую форму. В зависимости от механических свойств и назначения серый чугун с пластинчатым графитом разделяют на марки: СЧ-20, СЧ-25, СЧ-30, СЧ-35, СЧ-40, СЧ-45 (цифры показывают минимальный предел прочности при растяжении, кгс/мм2).

Особенности получения отливок из серого чугуна

Технологические особенности получения чугунов

Серый чугун является самым растпространенным материалом для чугунных отливок. На него приходится свыше 60 % всего чугунного литья (Табл. 3.9.1). Основными потребителями отливок из серого чугуна яв­ляются различные отрасли машиностроения (автомобильное, тракторное и сельскохозяйственное машиностроение, тяжелое машиностроение, станкостроение и др.).

Таблица 3.9.1. Структура чугунного литья

Единица измеренияВсего чугунаВ том числе
Серый чугунВысокопрочный чугунКовкий чугунСпециальные чугуны
В тыс. тонн5280 т
В %62,917.14.915,1

Структура. Отличительной особенностью серых чугунов является наличие в структуре графитных включений пластинчатой формы, при этом металлическая матрица могут быть ферритными, перлитными или феррито-перлитными (Рис. 3.9.1).

Рис. 3.9.1. Типичные структуры серых чугунов

Металлическая матрица: а) с преимущественно ферритная (90-98 % Ф);

б) феррито-перлитная и в) преимущественно перлитная (94-98 % П).

Наличие пластинчатого графита в структуре серого чугуна снижает его прочностные свойства, но резко уменьшает его чувствительность к надрезу и хорошо гасит вибрацию. Этим серый чугун выгодно отличается от других типов чугунов и стали.

Механические свойства серых чугунов варьируется в широких пределах: от менее 100 до более 300 МПа. По уровню прочности их классифицируют на 7 марок (Табл. 3.9.2).

Таблица 3.9.2. Марки и механические свойства серого чугуна (ГОСТ 1412-85)

Обозначение марки чугунаσв, МПаσизг., МПаСтрела прогиба, мм, при расстоянии между опорами, ммσсж, МПаτср, МПа
СЧ00Не определяется
СЧ10100-150280-3007,03,0
СЧ15150-200360-4608,03,0
СЧ20200-250440-5309,03,0
СЧ25250-300490-5809,03,5
СЧ30300-350560-65011,04,0
СЧ35350-400630-70012,04,5

Сдаточными характеристиками серого чугуна являются: предел прочности при растяжение (σв) или при изгибе (σизг.) и стрела прогиба (f), а пределы прочности при сжатии σсж и при срезе τср – имеют справочный статус Пределы прочности при изгибе и сжатии примерно в 2-4 раза выше, чем при растяжении. По этой причине для деталей, работающих в условиях воздействия преимущественно сжимающих и изгибающих напряжений, серый чугун является прекрасным технологичным и дешевым конструкционным материалом.

Данные табл. 3.9.2 характеризуют свойства серого чугуна в цилиндрических отливках диаметром 30 мм. Вместе с тем, структура и соответственно свойства серого чугуна существенно зависят от скорости охлаждения. Поэтому отливки из серого чугуна одного и того же состава, но разной толщины будут иметь неодинаковые свойства. В табл. 3.9.3 и 3.9.4 приведены значения временного сопротивления при растяжении и твердости в отливках с различной толщиной стенок.

Таблица 3.9.3. Ориентировочные данные о временном сопротивлении при растяжении серого чугуна в стенках различного сечения (справочное приложение №1, ГОСТ 1412-85)

Марка чугунаВременное сопротивление разрыву при растяжении, МПа (не менее) при толщине стенки отливки, мм
СЧ10
СЧ15
СЧ20
СЧ25
СЧ30
СЧ35

Таблица 3.9.4. Ориентировочные данные о твердости в стенках различного сечения

(справочное приложение №1, ГОСТ 1412-85)

Марка чугунаТвердость, НВ (не более) при толщине стенки отливки, мм
СЧ10
СЧ15
СЧ20
СЧ25

Между некоторыми параметрами механических свойств чугуна (σв и НВ) и степенью его эытектичности (Sэ) установлены аналитические зависимости:

НВ = 387,5 — 189,69 ∙ Sэ ± 15,7 или НВ = 583 – 355 ∙ Sэ . (3.9.2)

Выражения (3.9.1) и (3.9.2) дают оценку максимального уровня достижимых показателей свойств. Для оценки фактического уровня качества чугуна используют такие понятия как относительные прочность (ОП) и твердость (ОТ), а также показатель качества (ПК):

Чугун как конструкционный материал должен иметь высокие прочностные свойства. Но с точки зрения технологичности (механической обработки) он должен иметь низкую твердость. Поэтому, чем больше ОП и меньше ОТ, тем выше ПК и соответственно качество чугуна.

Чугуны низких марок имеют ферритную или преимущественно ферритную металлическую матрицу, а чугуны высоких марок – перлитную или преимущественно перлитную металлическую матрицу. По мере повышения марки чугуна доля ферритной составляющей в структуре сокращается, соответственно, количество перлита увеличивается. При этом размер графитных включений уменьшается, а распределение их улучшается. Относительное количество феррита и перлита регулируют изменением химического состава чугуна, прежде всего содержания углерода и кремния (Табл. 3.9.5).

Таблица 3.9.5. Рекомендуемый химический состав для отливок из серого чугуна

Марка чугунаОсновные компоненты, % масс. долиПримеси, % масс. Доли (не более)
УглеродКремнийМарганецФосфорСера
СЧ103,5 – 3,72,2 – 2,60,5 – 0,80,30,15
СЧ153,5 – 3,72,0 – 2,40,5 – 0,80,20,15
СЧ203,3 – 3,51,4 – 2,40,7 – 1,00,20,15
СЧ253,2 – 3,41,4 – 2,20,7 – 1,00,20,15
СЧ303,0 – 3,21,3 – 1,90,7 – 1,00,20,12
СЧ352,9 – 3,01,2 – 1,50,7 – 1,10,20,12

Но на структуру чугуна и его механические свойства сильное влияние оказывают также компонентный состав шихты и тип плавильного агрегата. При прочих равных условиях, с увеличением в составе шихты количества стольного лома, прочностные показатель возрастают (Рис. 3.9.2). При этом применение электроплавки обеспечивает более высокий уровень свойств.

Доля стального лома в шихте, %

Рис. 3.9.2. Влияние количества стального лома в шихте и варианта плавки на прочность серого чугуна: 1 – плавка в вагранке; 2 – плавка дуплекс-процессом; 3 — плавка в электропечи.

При получении высоких марок чугуна требуется дополнительное легирование чугуна малыми количествами перлитизируюших элементов (Mn, Ni, Cr и др.), которые оказывают на чугун упрочняющее воздействие (Рис. 3.9.3).

Рис. 3.9.3. Относительное влияние легирующих элементов на прочность серого чугуна

Как видно, V, Mo, и Cr оказывают более сильноевлияние на прочность чугуна, чем Mn, Ni и Cu. Наиболее эффективно одновременное легирование такими элементами, которые влияют на графитизацию в противоположных направлениях, например, Cr и Ni. Комплексное легирование этими элементами рекомендуется в соотношениях 1:3 и 3:1 соответственно для тонкостенных и толстостенных отливок.

Количество, размер и распределение графитных включений регулируют за счет графитизирующего модифицирования.

В зависимости от области применения отливок из серого чугуна их работоспособность и эксплуатационнпая надежность определяется не только механическими свойствами, но также теплофизическими и служебными свойствами.

Физические и теплофизические свойства серого чугуна (плотность d, удельная теплоемкость С, теплопроводность λ, электропроводность s, коэффициент линейного расширения α) приведены в табл. 3.9.6.

Таблица 3.9.6. Физические и теплофизические свойства чугуна с пластинчатым графитом

Марки чугунаd·10 –3 , кг/м 3С, Дж/К при 293-473 Кα·10 -6 , Дж/К при 293-472 Кλ, Вт/(м·К) при 293 К
СЧ106,88,0
СЧ157,09,0
СЧ207,19,5
СЧ257,29,5
СЧ307,39,5
СЧ357,411,0
Читать еще:  Как определить бронзу в домашних условиях

Рассматриваемые свойства чугуна определяются его структурой, наличием и количеством тех или иных фаз и структурных составляющих, поскольку они имеют разные индивидуальные показатели свойств (Табл. 3.9.7).

Таблица 3.9.7 Плотность структурных составляющих и фаз чугуна при 20 о С

Структурные составляющие и фазыПлотность, кг/м 3Электросопротивление× 10 8 , Ом×м
Феррит7860 – 7870
Аустенит7680 – 7840
Цементит7660 – 7670
Графит2200 – 2250
Перлит7,78

Служебные свойства серого чугунавключают фрикционные свойства, износостойкость, коррозионную стойкость, жаростойкость и др.

Фрикционные свойства. Серый чугун является хорошим фрикционным материалом при сухом трении в паре с фрикционными пластмассами. В широком диапазоне скоростей скольжения при нагреве поверхностей трения серый чугун обеспечивает достаточно высокий (0,2…0,4) и стабильный коэффициент трения, хорошее торможение. Поэтому он применяется для тормозных барабанов и дисков автомобилей, самолетов, для дисков фрикционов.

При трении со смазкой в паре со сталью, чугуном, другими материалами серый чугун является антифрикционным материалом (коэффициент трения

Износостойкость. Изнашивание деталей машин при трении зависит от двух основных факторов: условий трения (скорости скольжения, нагрузки, среды) и материала трущихся пар. Эти факторы определяют физико-химические процессы взаимодействия и разрушения микровыступов трущихся поверхностей, интенсивность их износа.

При трении серого чугуна в паре с любым другим материалом проявляются его специфические антифрикционные свойства, связанные с наличием в структуре пластинчатого графита. Графит при трении частично выкрашивается и играет роль твердой смазки. Поэтому даже при сухом трении пара работает без интенсивного износа при достаточно высоких скоростях и нагрузках.

При трении со смазкой графитные включения впитывают смазку, которая удерживается в полостях от выкрошившегося графита.

Серый чугун не является износостойким материалом при трении в абразивной среде. Однако при умеренном загрязнении смазки абразивными частицами (условия, характерные для цилиндров двигателей и компрессоров, направляющих станков) его износостойкость достаточно высокая.

Включения фосфидной эвтектики, более твердые, чем перлит, заметно повышают износостойкость и антизадирные свойства чугуна. Это влияние проявляется при содержании фосфора более 0,25 мас. %. Максимальная износостойкость серого чугуна достигается, если фосфористый чугун содержит хром (Cr/P ³ 1,5) или ванадий (V/P ³ 0,8), которые ликвируют в фосфидную эвтектику и повышают ее микротвердость.

Термическая обработка чугуна (закалка) также существенно повышает износостойкость серого чугуна, так как при этом твердость чугуна может повыситься до 42 HRC и более.

Коррозионная стойкость. Серый нелегированный чугун не является коррозионностойким материалом, поскольку имеет многофазное строение. Но при легировании малыми количествами хрома, никеля, меди, олова и сурьмы он становится относительно стойким в слабо агрессивных средах.

Жаростойкость. Жаростойкость серого чугуна невысока ввиду пластинчатой формы графита, поскольку окисление чугуна идет по границам графитных включений. Легирование его хромом и медью (до 1,0 мас. %) препятствует графитизации эвтектоидного цементита и снижает рост чугуна при нагреве. Модифицирование серого чугуна, измельчая графит, повышает стойкость к окислению и ростоустойчивость.

Область применения серого чугунаочень широка как по номенклатуре изделий, так и по отраслям промышленности. Так, масса литых деталей из серого чугуна в конструкции автомобилей и тракторов составляет 15-20 % от их общей массы. Основная номенклатура – это ответственные детали: блоки, головки, гильзы цилиндров, крышки коренных подшипников, тормозные барабаны, распределительные и коленчатые валы и др.

В станкостроении серый чугун применяют для широкой номенклатуры литых деталей от 0,1 кг до 100 т, толщинами стенок от 4 до 200 мм, работающих в самых разнообразных условиях.

Дата добавления: 2014-01-07 ; Просмотров: 1675 ; Нарушение авторских прав? ;

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Серый чугун

Министерство сельского хозяйства и продовольствия РБ

Белорусский Государственный Аграрно Технический Университет

Реферат на тему:

Выполнил: студент 2 эа гр.

Проверил: Довнар И.В.

Чугуном называется сплав железа с углеродом, содержащий углерода от 2,14 до 6,67%.

Чугун — дешевый машиностроительный материал, обладающий хорошими литейными качествами. Он является сырьем для выплавки стали. Получают чугун из железной руды с помощь топлива и флюсов.

Получение чугуна — сложный химический процесс. Он состоит из трех стадии: восстановления железа из окислов, превращения железа в чугун и шлакообразования. Подробно этот процесс рассматривается в курсе химии.

Чугун, у которого большая часть углерода находится в свободном состоянии в виде графита, называется серым чугуном. Серый чугун мягкий, хорошо обрабатывается режущим инструментом. В изломе имеет серый цвет. Серый чугун обладает малой пластичностью, его нельзя ковать, так как содержащийся в нем графит способствует раскалыванию металла. Серый чугун значительно лучше работает на сжатие, чем на растяжение. Получается серый чугун путем медленного охлаждения после плавления или нагревания. Температура плавления серого чугуна 1100—1250° С.

Обычно серый чугун содержит 2,8—3,6% углерода, 1,6—3,0% кремния, 0,5—1% марганца, 0,2—0,8% фосфора и 0,05—0,12% серы. Сера уменьшает жидкотекучесть и прочность чугуна, увеличивает его литейную усадку и затрудняет его сварку. Фосфор делает чугун более жидкоплавким и улучшает его свариваемость, но повышает твердость и хрупкость.

Если серый чугун быстро охлаждать после плавления, то он отбеливается, т. е. частично превращается в белый, и становится очень хрупким и твердым. Наличие в составе чугуна большого количества кремния способствует получению серого чугуна.

Присутствие в чугуне большого количества марганца способствует отбеливанию чугуна.

Недостатком серого чугуна является хрупкость, препятствующая его использованию для изготовления деталей машин, подвергающихся ударным нагрузкам.

Марки чугунов, например СЧ12-28, читаются следующим образом: СЧ— серый чугун, первые двухзначные цифры 12, 15, 18 и т. д. — средняя величина предела прочности при испытании на разрыв в кг/мм2, а вторые — 28, 32 и т. д. — то же при изгибе.

чугун серый сплав примесь

Серый чугун наиболее широко применяется в машиностроении для отливок различных деталей машин. Он достаточно хорошо сваривается, особенно с применением предварительного подогрева. Он мало пластичен и вязок, но легко обрабатывается резанием, применяется для малоответственных деталей и деталей, работающих на износ. Серый чугун с высоким содержанием фосфора (0,3—1,2%) жидкотекуч и используется для художественного литья.

Зависят главным образом от содержания в нем углерода и других примесей, неизбежно входящих в его состав: кремния (до 4,3%), марганца (до 2%), серы (до 0,07%) и фосфора (до 1,2%).

Углерод — один из главных элементов в чугуне. В зависимости от количества и состояния входящего в сплав углерода получаются те или иные сорта чугуна. С железом углерод соединяется двояко: в жидком чугуне углерод находится в растворенном состоянии, а в твердом — в химически связанном с железом или в виде механической примеси в форме мелких пластинок графита.

Кремний — важнейший после углерода элемент в чугуне, он увеличивает его жидкотекучесть, улучшает литейные свойства и делает чугун более мягким.

Марганец повышает прочность чугуна.

Сера в чугуне — вредная примесь, вызывающая красноломкость (образование трещин в горячих отливках). Она ухудшает жидкотекучесть чугуна, делая его густым, вследствие чего он плохо заполняет форму.

Фосфор понижает механические свойства чугуна и вызывает хладноломкость (образование трещин в холодных отливках). В зависимости от состояния, в котором углерод находится в чугуне, чугун подразделяется на белый (углерод в химическом соединении с железом в виде цементита FeC) и серый (свободный углерод в виде графита).

Белый чугун очень твердый и хрупкий, плохо поддается отливке, трудно обрабатывается режущим инструментом. Он обычно идет на переплавку в сталь или на получение ковкого чугуна и поэтому называется передельным.

Серый чугун наиболее широко применяется в машиностроении. Он мало пластичен и вязок, но легко обрабатывается резанием, применяется для малоответственных деталей и деталей, работающих на износ.

Легированный чугун наряду с обычными примесями содержит элементы: хром, никель, титан и др. Эти элементы улучшают твердость, прочность, износостойкость. Различают хромистые, титановые, никелевые чугуны. Их применяют для изготовления деталей машин с повышенными механическими свойствами, работающих в водных растворах, в газовых и других агрессивных средах.

Специальный чугун, или ферросплав, имеет повышенное содержание кремния или марганца. К нему относятся ферромарганец, содержащий до 25% марганца, и ферросилиций, содержащий 9—13% кремния и 15—25% марганца. Эти чугуны применяются при плавке стали для ее раскисления, т.е. для удаления из стали вредной примеси — кислорода.

Ковкий чугун получают термообработкой из белого чугуна. Он получил свое название из-за повышенной пластичности и вязкости (хотя обработке давлением не подвергается). Ковкий чугун обладает повышенной прочностью при растяжении и высоким сопротивлением удару. Из ковкого чугуна изготовляют детали сложной формы: картеры заднего моста автомобилей, тормозные колодки, тройники, угольники и т. д.

Маркируется ковкий чугун двумя буквами и двумя числами, например КЧ 370-12. Буквы КЧ означают ковкий чугун, первое число—предел прочности (в МПа) на разрыв, второе число — относительное удлинение (в процентах), характеризующее пластичность чугуна.

Высокопрочный чугун получают введением в жидкий серый чугун специальных добавок. Он применяется для изготовления более ответственных изделий, заменяя сталь (коленчатых валов, поршней, шестерен и др.). Маркируется высокопрочный чугун также двумя буквами и двумя числами, например ВЧ 450-5. Буквы ВЧ обозначают высокопрочный чугун, а числа имеют то же значение, что и в марках ковкого чугуна

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector