Видове чугун, класификация, състав, свойства, маркиране и приложение

Днес почти няма сфера на човешкия живот, където не се използва чугун. Този материал е известен на човечеството вече дълго време и се е доказал отлично от практическа гледна точка. Леярството от чугун е в основата на много подробности, механизми и механизми, а в някои случаи дори самодостатъчен продукт, способен да изпълнява определените му функции. Ето защо в тази статия ще обърнем най-голямо внимание на това желязо-съдържащо съединение. Също така ще разберем какви видове сурово желязо съществуват, техните физични и химични характеристики.

дефиниция

Чугунът е наистина уникална сплав от желязо и въглерод, в който Fe е над 90%, а С е не повече от 6,67%, но не по-малко от 2,14%. Също така въглеродът може да бъде от чугун под формата на цементий или графит.

Въглеродът придава на сплавта достатъчно висока твърдост, но в същото време намалява пластичността и пластичността. В тази връзка чугунът е крехък материал. Също така специални добавки се добавят към някои марки чугун, които са в състояние да дадат на съединението определени свойства. В ролята легиращи елементи могат да действат: никел, хром, ванадий, алуминий. Индикаторът за плътността на чугуна е равен на 7200 килограма на кубичен метър. От което можем да заключим, че теглото на чугун - индикатор, който не може да се нарече малък.

Исторически контекст

Чугунът е известен на човека дълго време. Първото споменаване на сплавта датира от шести век пр. Хр.

В Китай в древни времена желязото се получава с доста ниска точка на топене. В Европа чугунът започва да се произвежда около 14-ти век, когато за първи път се използват доменни пещи. По това време, такива чугунени отливки отиват за производство на оръжия, черупки и части за строителство.

В Русия производството на чугун започва активно през 16 век и след това се разширява бързо. През времето на Петър Велики, руската империя успя да заобиколи всички щати по света, що се отнася до обема на производството на чугун, но след сто години тя отново зае позициите си на пазара на металургията.

Леярството от чугун се използва за създаване на разнообразие от произведения на изкуството през Средновековието. По-специално, в 10-ти век китайските майстори хвърлят наистина уникална фигура на лъв, чието тегло надвишава 100 тона. От 15-ти век на територията на Германия, и след и в други страни, отливането от чугун е получило най-широко разпространение. От нея са направени огради, решетки, паркови скулптури, градински мебели, надгробни плочи.

През последните години на 18-ти век, чугун леене е максимално участва в архитектурата на Русия. И 19-ти век обикновено е наречен "чугунен век", тъй като сплавта е много активно използвана в архитектурата.

Удобства

Има различни видове чугун, но средната точка на топене на това метално съединение е около 1200 градуса по Целзий. Тази цифра е с 250-300 градуса по-малка от необходимата за производството на стомана. Тази разлика е свързана с достатъчно високо съдържание на въглерод, което води до не толкова здрави връзки с молекулярно ниво на атомите на желязото.

По време на топенето и последващата кристализация въглеродът, съдържащ се в чугуна, няма време да проникне напълно в молекулярната решетка на желязото и поради това чугунът в крайна сметка се оказва доста крехък. В тази връзка той не се използва където има постоянни динамични натоварвания. Но в същото време е отлично за онези части, които имат високи изисквания към силата.

Производствена технология

Абсолютно всички видове чугун се произвеждат в доменни пещи. Всъщност, самият процес на топене е по-скоро трудоемка дейност, която изисква сериозни материални инвестиции. Един тон чугун изисква около 550 килограма кокс и почти един тон вода. Количеството руда, заредено в пещта, зависи от съдържанието на желязо. Най-често се използва руда, в която желязото е най-малко 70%. По-малка концентрация на елемента е нежелателна, тъй като няма да бъде икономически икономично да се използва.

Първият етап на производството

Чугунът се стопява по следния начин. Преди всичко пещта е покрита с руда, както и с коксуващи се въглища, които служат за инжектиране и поддържане на необходимата температура вътре минната пещ. В допълнение, тези продукти в процеса на изгаряне са активно включени в продължаващите химични реакции в ролята на железни редуктори.

Успоредно, потокът се изпраща към пещта, служещ като катализатор. Той помага на скалите да се разтопят по-бързо, което спомага за бързото освобождаване на желязото.

Важно е да се отбележи, че рудата се подлага на специална предварителна обработка преди да бъде заредена в пещта. Тя се раздробява в трошачка (фините частици се разтопяват по-бързо). След това се измива, за да се отстранят частиците, които не съдържат метал. След това суровите материали се изгарят, поради което сярата и други чужди елементи се изваждат от нея.

Вторият етап от производството

Натоварена и готова за използване пещ се доставя с природен газ през специални горелки. Коксът загрява суровините. В този случай се отделя въглерод, който се комбинира с кислорода и образува оксид. Този оксид впоследствие участва в намаляването на желязото от рудата. Отбелязваме, че с увеличаването на количеството газ в пещта скоростта на протичане на химическата реакция се намалява и когато достигне определено съотношение, то спира напълно.

Излишният въглерод прониква в стопилката и влиза в съединението с желязо, в крайна сметка формира чугун. Всички елементи, които не се стопят, са на повърхността и накрая се отстраняват. Тези отпадъчни продукти се наричат ​​шлака. Може да се използва и за производството на други материали. Типовете чугун, получени по този начин, се наричат ​​леярски и се преработват отново.

разграничаване

Съвременната класификация на чугуна осигурява отделянето на тези сплави в следните видове:

• Бяла.
• Анемични.
• Сив с ламеларен графит.
• Висока якост с нодуларен графит.
• Коване.

Нека разгледаме всеки отделен вид.

Бял чугун

Такъв чугун е този, чийто практически целия въглерод е химически свързан. В инженерството тази сплав не се използва много често, защото е твърда, но много крехка. Също така не може да се обработва с различни режещи инструменти и следователно се използва за леене на части, които не изискват обработка. Въпреки че този тип чугун позволява шлайфане на абразивни колела. Бял чугун може да бъде обикновен или легиран. Заваряването обаче води до затруднения, тъй като е съпътствано от образуването на различни пукнатини по време на охлаждането или нагряването, както и поради хетерогенността на структурата, образувана в точката на заваряване.

Бели лещи, устойчиви на износване, се получават чрез първична кристализация на течната сплав по време на преходно охлаждане. Най-често те се използват за работа при условия на сухо триене (например спирачни накладки) или за производство на части, които имат повишена износоустойчивост и топлоустойчивост (ролки валцови мелници).

Между другото, бял чугун получи своето име, поради факта, че появата на фрактурата му е светлокристална, лъчиста повърхност. Структурата на този чугун е комбинация от ледебурит, перлит и вторичен цементий. Ако този чугун е легиран, перлитът се трансформира в боровинка, аустенит или мартензит.

Половин чугун

Класификация на чугун ще бъде непълна, ако не споменавате този вид метална сплав.

За това чугун се характеризира с комбинация от карбидна евтектика и графит в своята структура. По принцип пълната структура има следната форма: графит, перлит, ледебурит. Ако чугунът е подложен на топлинна обработка или сплавяване, това ще доведе до образуването на аустенит, мартензит или ацикуларен борстит.

Този тип чугун е достатъчно крехък, поради което използването му е много ограничено. Самото име на сплавта се получава, защото фрактурата му е комбинация от тъмни и светли участъци от кристална структура.

Най-често срещаният машинен строителен материал

Сив чугун GOST 1412-85 съдържа около 3,5% въглерод, от 1,9 до 2,5% силиций, до 0,8% манган, до 0,3% фосфор и по-малко от 0,12% сяра.

Графитът в този чугун има плоча. Не се изискват специални промени.

Плочите от графит имат много слаб ефект и следователно сивият чугун се характеризира с много ниска сила на удар и почти пълна липса на удължение (индексът е по-малък от 0.5%).

Сив чугун е добре обработен. Структурата на сплавта може да бъде, както следва:

• Ферит-графит.
• Ферит-перлит, графит.
• Перлит, графит.

За компресията, сивият чугун работи много по-добре от опън. Също така е доста добре заварено, но това изисква предварително загряване, а като пълнител трябва да се използват специални чугунени пръти с високо съдържание на силиций и въглерод. Без предварително загряване заваряването ще бъде трудно, тъй като в заваръчната зона ще има избелване на чугун.

От сив чугун се произвеждат частите, които работят при липса на ударно натоварване (ремъчни шайби, капаци, рамки).

Обозначението на това чугунено желязо се основава на този принцип: MF 25-52. Две букви сочат, че става дума само за сив чугун, а числото 25 е индексът на якост на опън (в MPa или kgf / mm²), числото 52 е крайната сила в момента на огъване.

Висококачествен чугун

Чугунът с нодуларен графит се различава съществено от другите си "братя", тъй като съдържа графит със сферична форма. Той се получава чрез вкарване в течната сплав на специални модификатори (Mg, Ce). Броят на включенията на графитите и техните линейни размери могат да бъдат различни.

Какво е добро за сферичния графит? Фактът, че тази форма минимизира металната основа, която на свой ред може да бъде перлитична, феритна или перлити-феритна.

Поради прилагането на топлинна обработка или легиране, основата от чугун може да бъде игла-троститна, мартензитна, аустенитна.

Щатите от чугун с висока якост могат да бъдат различни, но в общи линии наименованието му е както следва: HF 40-5. Лесно е да се предположи, че HF е чугун с висока якост, номера 40 е индекс на якост на опън (kgf / mm)²), числото 5 - относително удължение, изразено в проценти.

Сферографитен чугун

Структурата на ковкото желязо се състои в наличието на графит в него в люспеста или сферична форма. В този случай, люспестият графит може да има различна дисперсия и компактност, което от своя страна има пряк ефект върху механичните свойства на чугуна.

В промишлеността, ковък чугун често се произвежда с феритна основа, което осигурява по-голяма пластичност.

Появата на фрактурата на феритни ковък чугун има черно-кадифен вид. Колкото по-голямо е количеството на перлите в структурата, толкова по-лек става, че се разбива.

Като цяло, ковък чугун се получава от отливки от бял чугун, дължащи се на продължително фретиране в пещи, нагрети до температура 800-950 градуса по Целзий.

Към днешна дата има два начина да се направи ковък чугун: европейски и американски.

Американският метод е да се индуцира сплавта в пясък при температура 800-850 градуса. В този процес графитът се намира между зърната на най-чистата желязо. В резултат на това чугунът придобива вискозитет.

В европейския метод на леене губи в желязна руда. Температурата е около 850-950 градуса по Целзий. Въглеродът се превръща в желязна руда, поради което повърхностният слой на отливките се декарбуризира и става мек. Чугунът става ковък и ядрото остава крехко.

Марки от ковък чугун: KCH 40-6, където KC е, разбира се ковък чугун- 40 - индекс на якост на опън - 6 - удължение,%.

Други показатели

По отношение на отделянето на чугун по сила, се прилага следната класификация:

• Обичайна сила: сигма-в до 20 кг / мм².
• Повишена здравина: сигма-ин = 20-38 кг / мм².
• Висока здравина: сигма-ин = 40 кг / мм² и по-високо.

Чрез пластичност чугунът се разделя на:

• Непластмасов - удължението е по-малко от 1%.
• Ниска пластмаса - от 1% до 5%.
• Пластмаса - от 5% до 10%.
• Повишена пластичност - повече от 10%.

В заключение бих искал също така да отбележа, че формата и естеството на леянето са доста значителни, дори засягайки свойствата на всеки чугун.