Серый чугун - состав, свойства и марки. Чугун состав
Химический состав чугуна
Химический состав чугуна
Химический состав чугуна является очень важным фактором, обусловливающим механические свойства отливок. При этом механизм влияния элементов определяется, главным образом, изменением условий первичной и вторичном кристализации. Изменение же химического чугуна имеет меньшее значение, хотя легирование феррата повышает его прочность. Поэтому одним легированием твердого раствора, без соответственного изменения структуры чугуна, нельзя достичь значительного изменения прочности. По этой причине обычно и не применяется в качестве конструкционного материала легированный ферритный чугун, например ковкий.
Изменением химического состава других структурных составляющих (карбидов, графита, сульфидов, нитридов и т, д.) можно пренебречь с точки зрения механических свойств чугуна, так как действие подобных включений обусловливается только блокированием плоскостей скольжения, сужением сеченля и созданием надрезов. Поэтому главная роль величина, форма и распределение, а нехимический состав чугуна состав и механических свойств этих структурных составляющих.
Таким образом, основное влияние легирующих элементов на механический свойств определяется изменениями в условиях первичной и вторичной кристаллизации чугуна (количество, форма и распределение величина зерна, характер основной металлической массы), которые обусловливают химическим составом металла. Химический состав чугуна при изменении имеет подчиненное значение (вследствие высокого содержание в нем углерода), которым однако не всегда можно пренебречь.
а) Влияние углерода и кремния. С повышением содержания углерода и кремния увеличивается степень графитизации.
Рис.151. Влияние углерода на механические свойства и химический состав чугуна.
Весь химический состав чугуна и его механические свойства (рис. 151) составляют только циклическая вязкость и повышается количество графита и укрупняются его выделения, т. е. изменяются как структура основной металлической массы, так и количество формы графита в чугуне. Такое изменение структуры чугуна, как показывают исследования, сильно понижает. Исключение до некоторой степени пропита, возрастающие с повышением содержания углерода и кремния.
Особо большое влияние на механические свойства имеет содержание углерода. При этом в малоуглеродистом чугуне (2,75 - 3,0%), в противоположность высокоуглеродистому (3,3 - 3,5% С) механические свойства сначала повышаются с увеличенном содержания кремния до известного предела, а затем понижаются. Это объясняется наличием структурно-свободных карбидов или междендритного графита в чугуне, что понижает его механические свойства. Увеличение содержания кремния в этом случае, способствуя графитизации или устранению междендритного графита, повышает механические свойства чугуна. По этой же причине уменьшение содержания углерода тоже имеет целесообразный предел, ниже которого прочность чугуна понижается вследствие междендритной кристаллизации графита.
Так как общая закономерность зависимости структуры чугуна от содержания углерода и кремния выражается структурной диаграммы), то она естественно в состоянии отобразить и соответствующие изменения механических свойств чугуна, как это видно из приведенных и литературе данных. Максимальная прочность чугуна соответствует положению его в средней части перлитной области структурной диаграммы. И верхней ее части прочность понижается вследствие повышения степени эвтектичности увеличения количества углерода и графита: в нижией части - вследствие междендритной кристаллизации графита. В обычных условиях практики химические составы чугуна располагаются в верхней части перлитной области, поэтому, чем больше углеродный эквивалент (Са = С + 0,3 Si), тем ближе находится чугун по своему химическому составу к эвтектическому, тем крупнее выделения графита и тем ниже прочность чугуна.
Рис. 152. Влияние кремния на механические свойства чугуна при разном содержании углерода.
Вместе с тем при этом наблюдается увеличение пластических деформаций: стрели прогиба и до известной степени - ударной вязкости чугуна. Вместе с тем пластические деформации степени - ударная вязкость чугуна.
При замене углерода кремнием так, чтобы структура основной металлической массы не изменилась, т. е. при сохранении условий: С Si const или С + nSi = const, углеродный эквивалент (С1 = С + 0,3Si) понижается. Поэтому понижение содержания углерода в чугуне при соответствуюшем повышении содержания кремния приводит не только к уменьшению количества графита при сохранении структуры основной массы чугуна, но и в размельчении графита вследствии понижения.
Рис. 153. Зависимость прочности чугуна от его положения на структурной диаграмме.
Следовательно, углерод и кремний нельзя считать равноценными в отношении их влияния на механические свойства чугуна и замена (до известного предела) углерода кремнием имеет своим следствием механические свойства в особенности в перлитном чугуне.
При повышении содержания кремния сверх 3% твердости чугуна начинает повышаться вследствии уменьшения количества графита и увеличения концентрации кремния в феррите, хотя прочность и пластичность при этом продолжают падать:
Для оценки чугуна, как конструкционного материала, имеет большое значение однородность его свойств в разных частях отливки. Металл с низкой однородностью может дать высокую прочность в тонких частях отливки и низкую - в толстых. Наоборот, металл с высокой однородностью в состоянии обеспечить высокую прочность во всех частях отливки и,следовательно, во всей детали в целом. Зависимость механических свойств от толшипы стопок отливки выражается показательной функцией:
оD/оD0 = (D/D0)-d (123)
оD - соответствующее свойство бруска диаметром D; oD0 - соответствующее свойство бруска диаметром D0; d - коэффициент однородности.
Рис. 154. Зависимость механических свойств чугуна от величины углеродного эквивалента.
Чем больше абсолютное значение коэффциента однородности, тем больше неоднородность в свойствах различных частей отливки. Исследования показывают, что с увеличением содержания углерода и кремния абсолютное значение коэффициента однородности повышается, а именно:
а = 0,24 + 0,285 (С + 0,8 Si) - 4,2 (124)
Таким образом, с уменьшением содержания углерода и кремния механические свойства чугуна не только повышаются, но и выравниваются в разных частях отливки, охлаждающихся с равной скоростью, причем углерод и этом отношении сильнее кремния.
Уменьшение содержания углерода в ковком чугуне имеет еще большее значение для повышения механических свойств чем в сером чугуне. Как видно из рис. 140 и 144 параллельно с увеличением прочности повышается также и удлинение. Это объясняется уменьшением количества и улучшением формы углерода отжига при одной и той же структуре (ферритной) основной металлической массы.
О влиянии кремния на механические свойства ковкого чугуна существуют противоречия. Однако можно утверждать, что это влияние невелико, хотя все же отрицательно даже в том случае, когда повышение содержания кремния еще не вызывает выделения графита в сырых отливках. Поэтому повышение механических свойств чугуна чаше всего достигается за счет понижения содержания углерода, несмотря на то, что для сокращения времени отжига при этом увеличивают содержание кремния. Однако следует иметь в виду ухудшение литейных свойств чугуна с понижением содержания в нем углерода.
б) Влияние марганца и серы. Влияние марганца и серы на механические свойства чугуна определяется в основном соответствующим изменением структуры основной металлической массы (степень графитизации, дисперсность перлита), а также с изменением нормы графита и образованием включении сульсеидов.
Рис.155.Влияние марганца на механические свойства чугуна.
Это влияние сравнительно невелико и зависит от состава чугуна, вследствие чего литературные данные но этому вопросу часто противоречны. При средних и низких содержаниях углерода повышение содержания марганца 0,8 - 1,2 %, как показывают исследования увеличивается прочность чугупа (рис. 155). Дальнейшее увеличение содержания маргаца оказывает ужи отрицательное влияние. Понижение механических свойств наступает в тот момент, когда марганец начинает резко увеличивать количество связанного углерода с образованием структурно-свободных карбидов. Очевидно, что этот момент наступает чем скорее, чем меньше в чугуне углерода п кремния в чем хуже условия графитизации. В высокоуглеродистом же чугуне понижение прочности не наступает даже при 2,4% Мn.
Стрела прогиба и ударная вязкость имеют наивысшее значения при более низком содержании марганца (0,3 - 0,6%), обусловливающем максимум графтизации. Однако при высоком содержании углерода оптимальное содержание марганца повышается (до 2% и выше) вследствие размельчения графита и сравнительно слабом влиянии марганца на степень графитизации этих условиях. Как видно из рис. 155, увеличение содержания марганца влечет за собой также повышение твердости (тем больше, чем меньше содержание углерода и кремния в чугуне). Однако увеличение содержания марганца до оптимального баланса с самого начала понижает твердость чугуна. При дальнейшем увеличении содержания марганца твердость повышается из-за торможения графитизации и сорбитизации структуры. Особенно сильно повышается твердость при отбеливании чугуна или образовании структуры при достаточно высоком содержании марганца (около 5%), При образовании структуры (10%) твердость чугуна вновь понижается.
Сопоставляя имеющиеся в литературе экспериментальные данные по влиянию серы, можно прийти к заключению, что сама по себе сера, в особенности в виде FeS, оказывает неблагоприятное действие на свойства чугуна, понижая характеристики прочнисти и пластичности (рис. 156). Это объясняется ослаблением границ зерен эвтектикой Fe - FeS и до некоторой степени - образованием дополнительных надрезов включениями MgS. Одноко указанное влияние не проявляется интенсивно.
Поэтому в мягком чугуне вредное влияние серы даже перекрывается повышением колличества связанного углерода, в связи с чем прочность чугуна увеличивается.
Рис. 156. Влияние серы на механические свойства чугуна.
Что касается влияния марганца и серы на однородность механических свойств, то оно выражено в столь слабой форме, что им можно пренебречь. Содержание марганца в ферритом ковком чугуне всегда находится в надлежащем балансе с серой, поэтому влияние этих элементов на механические свойства весьма ограничено. В перлитном ковком чугуне повышение содержания марганца влечет за собой торможение графитизации и увеличение количества перлита в структуре, вследствие чего, как показал И. И. Хорошев, повышаются характеристики прочности и понижается пластичность (удлинение) чугуна (рис. 157).
Рис. 157. Влияние марганца на структуру и механические свойства ковкового чугуна.
Рис. 158. Влияние фосфора на механические свойства чугуна.
Особенно резко прослеживается отрицательное влияние фосфора в высокоуглеродистом чугуне и в чугуне в значительным колличеством феррита в структуре. В перлитном же чугуне и при низком содержании углерода вредное влияние фосфора сказывается в меньшей степени, и ударная вязкость чугуна при однократном и многократном приложении нагрузки начинает падать только с 0,3% Р, как и статические свойства (рис. 159). Влияние фосфора на однородность механических свойств так же отрицательно, как и на структуру чугуна. Поэтому с увеличением содержания фосфора разница в механических свойствах толстых и тонких частей отливок увеличивается. Что касается ковкого чугуна, то повышение содержания фосфора свыше 0,2 - 0,25% увеличивает его хрупкость.
Рис. 159. Влияние фосфора на ударную вязкость перлитного чугуна.
г) Влияние легирующих элементов. Влияние легирующих элементов на механические свойства чугуна весьма разнообразно и зависит от состава металла, его перегрева и условии охлаждения.Благоприятное влияние легирующих элементов в стали определяется, главным образом, повышением прочности феррита, изменением дисперсности карбидной фазы, увеличением прокаливаемости и устойчивости против отпуска, т. е. возможностью более эффективно использовать термическую обработку с соответствующим повышением пластичности при данной прочности. Однако чугунные отливки обычно не подвергаются термической обработке Кроме того, благодаря высокому содержанию углерода в чугуне упрочнение феррита легирующими элементами не имеет столь большого значения, как в стали.
Распространено мнение, особенно за границей, что применение легирующих элементов в чугуне не имеет большого значения и что обеспечение тех или иных механических свойств чугуна возможно другими способами, например понижением содержания углерода. Эта точка зрения неправильна. Легирование чугуна, как способ повышения механических способов, имеет практическое значение в производственном работе наших литейных и научно обосновывается следующими соображениями.
Формирование вторичной структуры чугуна во время охлаждения в форме подобно тому, что происходит при процессе термической обработки. Поэтому влияние легирующих элементов на однородность чугуна в некотором смысле аналогично их влиянию на прокаливаемость стали и оказывается весьма полезным. Кроме того, легирующие элементы оказывают влияние на механические свойства чугуна путем изменении условии первичной и вторичной кристаллизации.
Изменение физических свойств жидкого раствора, образование тугоплавких соединений определенного строения с соответствующим уровнем поверхностной энергии и изменение сил взаимодействия между атомами раствора являются важными путями воздействия легирующих элементов на первичную кристаллизацию и графитизаиию чугуна. Наиболее интенсивно и благоприятно в этом отношении действуют ванадий, молибден, хром, титан.
Рис. 160. Влияние никеля на механические свойства чугуна.
Эти элементы размельчают выделения графита и повышают механические свойства чугуна. Еще большее значение имеет воздействие легирующих элементов на вторичную кристаллизацию, в частности па степень дисперсности перлита. В этом отношении действуют благоприятно почти все легирующие элементы вследствие уменьшения температуры пли скорости превращения. При этом карбидообразующие элементы (хром, молибден) оказывают влияние на фирму энтектоидных карбидов.
Оптимальные результаты можно получить при одновременном воздействий на первичную и вторичную кристаллизацию путем е комплексного легирования. По этой причине из двух групп легирующих элементов, образующих преимущественщо карбиды или твердые растворы, первая действует на механические свойства интенсивнее, чем вторая, так как параллельно с сорбитизацией структуры обычно благоприятно изменяет и форму графита. Экспериментальное сопоставление элементов по интенсивности воздействия на прочность чугуна располагает их в следующий ряд: Mo, V, Cr, Ni, Cu.
Наиболее слабым является влияние никеля и меди, что объясняется их графитизирующим действием. Как видно из опытов автора М. П. Симаповского и Г. М. Голуб (рис. 160), никель несколько повышает прочность, пластичность и вязкость чугуна вне зависимости от его эвтектичности. Твердость же чугуна может при этом повышаться или понижаться в зависимости от содержания никеля и характера исходной структуры. В чугуне, склонном к отбеливанию никель, способствуя графитизацди, уменьшает твердость в мягком же чугуне никель, сорбитизируя структуру, увеличивает твердость. Точно так же в зависимости от содержания никеля.
Рис. 161. Влияние меди на механические свойства.
Влияние меди примерно аналогично влиянию никеля в модифицированном чугуне больше, чем в обычном. Для повышения эффективности действия этих элементов неодновременное снижение содержания кремния, чтобы не увеличилась степень графитизации (иные механические свойства попытаются в малой степени).
Оптимальное же влияние никеля и меди обнаруживается при присадке их к половинчатому чугуну, когда графитизация в нем вызывается этими элементами.
Рис. 162. Влияние хрома на механические свойства чугуна.
Характерным для большинства легирующих элементов, в особенности для никеля и меди, является то обстоятельство, что они повышают главным образом прочность при растяжении, сжатии и срезе и в меньшей степени - прочность при изгибе, понижая, таким образом, отношение. Значительно сильнее влияют хром, молибден и ванадии как в отношении повышения прочности чугуна, так и отношении стрелы прогиба.
При этом, как показали наши исследования, благоприятное влияние хрома сказывается только до 0,5%, благоприятное же влияние молибдена - в пределах до 0,75 - 1,0% (рис. 162, 163 и 164). Все эти элементы особенно эффективно проявляют свое действие при содержании углерода. Как высоки могут быть механические свойства при легировании малоуглеродистого чугуна (после термообработки), показывают следующие данные:
Параллельно со статическими характеристиками прочности повышаются, конечно, и усталостные, причем соответствующий коэффциент эквивалентности обычно не изменяется легирующими элементами, за исключением молибдена, который его несколько повышает. При этом увеличивается также сопротивление усталостному удару. И в этом отношении особенно интенсивно действует молибден (рис. 148), повышение содержания которого до 0,5% значительно увеличивает сопротивление удару при многократном приложении нагрузки. В том же направлении, хотя и менее интенсивно, действует никель и до известного предела (~3%) - медь.
Вместе с тем циклическая вязкость чугуна понижается обычно всеми с легирующими элементами, за исключением меди, которая при небольших напряжениях (15-20% предела прочности) несколько повышается. Это обстоятельство служит одной из причин применения медистого чугуна для коленчатых валов и других подобных деталей.
Рис. 163. Влияние молибдена на механические свойства чугуна.
Максимальное использование легирующих элементов и отношении повышения механических свойств возможно только при правильном их сочетании. Это достигается удачной комбинацией элементов: а) благоприятно влияющих на первичную и вторичную кристаллизацию, б) препятствующих и способствующих графитизации; в) образующих растворы с ферритом и цементитом; г) повышающих кристаллизацию и межкристалливую прочность.
Этими принципами удовлетворяет, например, сочетание никеля и хрома, так как никель способствует графитизации и образует твердый раствор с ферритом, упрочняя его, а хром препятствует графитизации, размельчает несколько графит и образует стойкие карбиды.
Рис. 164. Влияние ванадия на механические свойства чугуна.
При этом оба элемента сорбитизируют структуру. Поэтому никель и хром, действуя совместно, особенно интенсивно повышают механические свойства чугуна. Оптимальное соотношение между ними, как показывают некоторые исследования, зависит от состава чугуна и скорости его охлаждения и колеблется от 2 :1 до 5 : 1 (табл. 19).
Таблица 19. Оптимальное соотношение между никелем и хромом.
Медь также повышает эффективность своего действия при сочетании с элементами, препятствующими графитизации например с хромом, молибденом или марганцем, тем более, что при этом обычно, повышается растворимость меди в твердом расторе.
Молибден же, оказывающий сравнительно слабое влияние на графитизацию и образующий твердые растворы и с ферритом и с карбидами, можно комбинировать как с никелем или медью, так и с хромом или марганцем. В литературе обычно рекомендуются следующие отношения: Ni : Mo = 3:1, реже 2 :1 или 1:1; Сr : Мо = 1:1.
Большим преимуществом легированного чугуна, как было указано выше, является его высокая однородность. В этом отношении особенно благоприятно влияние никеля, меди и молибдена, с повышением содержания которых однородность свойств в разных частях отливок увеличивается:
По этой причине область состава чугуна в диаграмме, соотвестсвует максимальным свойствам значительно расширяется при легировании никелем и другими элементами. В отношении же остальных элементов можно отметить, что в тех пределах, в каких они встречаются в чугуне, их влияние весьма ограничено. Некоторое применение имеет иногда титан, реже цирконий и алюминий, способствующий графитизации и применяющиеся как дегазаторы и модификаторы. При эгом титан особенно полезен в высокоуглеродном чугуне, где препятствует образованию пыли, а также и малоуглеродистом чугуне, где он способствует графитизации. Несколько повышают механические свойства также вольфрам, бор, перий.
Рис 165. Влияние меди на механические свойства ферритного ковкого чугуна
Наоборот, сурьма, отчасти мышьяк, висмут, олово, кобальт и некоторые другие элементы понижают механические свойства чугуна. Легирующие элементы в ковком чугуне применяются главным образом при производстве чугуна перлитного класса, когда необходимо затормозить в той или иной мере вторую стадию графитизации. В этом случае легирующие элементы, подобно марганцу, повышают прочность, соответственно понижая пластичность чугуна. Например, добавки 0,05 - 0,1% V, 0,3 - 0,7 Мо или 0,1 - 0,2% Сг способствуют получению перлитного ковкого чугуна. При производстве же ферритного ковкого чугуна практическое применение в качестве легирующего элемента получила только медь, способствующая, согласно литературным данным, графитизации, размельчающая выделения графита и несколько повышающая механические свойства (рис. 165).
xn----etbgnakbgoaekb6bub9d3d.xn--p1ai
Состав - чугун - Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1
Состав - чугун
Cтраница 1
Состав чугуна назначается применительно к толщине расчетного ( рабочего) сечения, а не к средней толщине фасонной отливки. Прочностная характеристика чугуна, определяемая на стандартных или условных образцах без учета толщины отливки, может служить только сравнительной оценкой материала. При конструкторских расчетах применяются характеристики, определенные на нормальных образцах разных сечений, соответствующих расчетной толщине отливок. [1]
Состав чугуна сильно влияет на его кристаллизацию. Меняя состав чугуна, можно получить любую структуру. Наибольшее влияние оказывают углерод и кремний. Оба элемента действуют в одном направлении и, изменяя их содержание в чугуне, практически добиваются той или иной степени его графитиза-ции и желательной структуры. При увеличении содержания одного элемента следует уменьшать содержание другого. [2]
Состав чугуна, применяемого для графч-тиэирующего отжига, следующий: 2 4 - 2 8 / о С; 0 08 - 0 1 / о S; 0 3 - 0 4 % Мп; до 0 2 % Р; до 0 06 % Сг. Для увеличения глубины отбела, что имеет значение для крупных отливок, иногда вводят около 0 1 % Те или Bi. Однако следует считать более целесообразным в случае толстостенных отливок переходить на высокопрочный ( магниевый) чугун с шаровидным графитом. [4]
Состав чугунов может быть различным в зависимости от назначения отливаемых деталей, причем следует иметь в виду, что сера является вредной примесью, а фосфор увеличивает жидкоте-кучесть. [5]
Состав чугунов может быть различным, в зависимости от назначения отливаемых деталей, причем следует иметь в виду, что сера является вредной примесью, а фосфор увеличивает жидкотекучесть. [7]
Состав чугуна подбирают в зависимости от желаемой марки и от толщины стенок отливок. В результате модифицирования получают высокопрочный чугун с заданной структурой основной металлической массы и с глобулярным графитом. [8]
В состав чугуна, кроме железа и углерода, входит ряд примесей, которые могут существенно влиять на структуру и свойства чугуна. [9]
В состав чугуна входят те же элементы, что и в состав стали - углерод, марганец, кремний, сера и фосфор, но содержится их в чугуне значительно больше, чем в стали. Приближенно можно сказать, что углерода и кремния в чугуне в десять раз больше, марганца и серы - вдвое больше. [10]
В состав чугунов, сталей и сплавов цветных металлов начинают широко вводить легирующие добавки, повышающие химическую, механическую и термическую стойкость этих материалов. Благодаря этому разрешается ряд труднейших вопросов конструирования химической аппаратуры. [11]
Неправильные состав чугуна, ая, режим модифицирования. [12]
В состав чугуна, кроме железа и углерода, входит ряд примесей, которые могут существенно влиять на структуру и свойства чугуна. [13]
В состав чугуна входит углерод. В пробирку кладут несколько кусочков чугуна и наливают) 8 - 10 мл концентрированной соляной кислоты. Для начала реакции соляную кислоту нагревают так, чтобы энергично выделялся водород. Через несколько минут в пробирке появляются черные частички угля. [14]
В состав чугуна входит сера. При выполнении второго опыта в отверстие пробирки вставляют полоску бумаги, смоченную раствором нитрата свинца. Довольно быстро она покрывается сульфидом свинца. Иногда ощущается резкий запах сероводорода. [15]
Страницы: 1 2 3 4
www.ngpedia.ru
Серый чугун
Серый чугун
Структура серого чугуна, как и других сплавов, весьма разнообразна и является главным фактором, определяющим его свойства. При этом основное значение имеет либо графит, либо матрица, в зависимости от рассматриваемых свойств. Важнейший процесс, определяющий структуру серого чугуна, а значит, и его свойства, - это графитизация, от которой зависят не только количество и характер графита, но в значительной степени и структура матрицы.
Большое значение имеет также дисперсность структуры матрицы, на которую значительно влияет состав чугуна. Однако еще большую роль в изменении дисперсности матрицы часто играют жидкое состояние расплава, модифицирование, скорость охлаждения и другие факторы.
Общепризнано, что важнейшими элементами, определяющими структуру и свойства серого чугуна, являются углерод и кремний, всегда присутствующие в металле в том или ином количестве. Эти элементы определяют также положение чугуна по отношению к эвтектике, но в этом отношении влияние фосфора аналогично влиянию кремния.
Другим важным фактором, влияющим на структуру серого чугуна, является жидкое состояние расплава, которое определяется составом и природой шихтовых материалов (структурой графита, матрицы и других фаз, содержанием газов, неконтролируемых примесей, неметаллических включений и т. п.), условиями плавки и характером внепечной обработки (температурой перегрева, выдержкой, рафинированием, модифицированием и др.). При этом размер включений графита и степень графитизации увеличиваются, а количество междендритного графита (МГ) уменьшается с укрупнением графита в шихтовых материалах, уменьшением перегрева и особенно применением модифицирования. Таким образом, действие факторов жидкого состояния является сложным и часто может быть различным с точки зрения оптимизации структуры. Поэтому указанные факторы необходимо сочетать в зависимости от всех условий производства.
В связи с этим, повышая в определенных пределах перегрев и выдержку чугуна в печи, а также применяя модифицирование, можно получить те или иные результаты в зависимости от состава чугуна, наличия в нем зародышей графита и величины переохлаждения при кристаллизации. Чем меньше зародышей в жидком чугуне и чем больше его склонность к переохлаждению, тем эффективнее модифицирование, в отсутствии которого термовременная обработка может отрицательно повлиять на свойства чугуна.
Механические свойства серого чугуна и рекомендуемые для них составы представлены в табл. 1.8.
Таблица 1.8. Механические свойства и рекомендуемые составы серого чугуна.
Большим преимуществом серого чугуна, является его малая чувствительность к надрезам, что характеризует его высокие качества как конструкционного материала.
Кроме состава серого чугуна, на его механические свойства, как и на структуру, большое влияние оказывают факторы жидкого состояния, зависящие от метода плавки, температуры перегрева, природы шихтовых материалов, в частности количества стального лома в шихте. При этом качество чугуна возрастает с уменьшением количества и размера включений графита, газосодержания, примесей (As, Sb, Pb, Sn, Ti, Bi, V) и неметаллических включений в шихтовых материалах. Известно также, что наиболее высокие механические свойства серого чугуна могут быть получены при плавке в электрических печах или при дуплекс-процессе с проведением оптимальной термовременной обработки. Из методов внепечной обработки наиболее эффективными являются модифицирование и ковшовое легирование.
Большое влияние на механические и другие свойства отливок имеет скорость охлаждения, а значит, и толщина стенок отливок. Поэтому при оценке прочности отливок часто приходится изготовлять разные заготовки.
Изменение температуры различно влияет на механические свойства серого чугуна. Прочность начинает заметно понижаться при 350 - 400° С как при кратковременных, так и при длительных нагрузках. Аналогично измеряется твердость, причем уже начиная с нормальной температуры. Пластичность ,наоборот, сначала повышается, достигает максимума при 800° С, но потом начинает резко снижаться, практически до нуля при температурах, близких к солидусу, вызывая опасность образования горячих трещин. Однако характер этих изменений, особенно прочности, зависит от состава чугуна, главным образом от содержания Crr Ni, Мо, которые оказывают положительное влияние, как и при нормальной температуре. При пониженных температурах свойства изменяются в значительно меньшей степени, причем при перлитной структуре прочность несколько понижается, а при ферритной – повышается.
Физические свойства серого чугуна (плотность, тепловые и электромагнитные свойства) приведены в табл. 1.12. Они тоже зависят от состава и структуры, а значит, и от марки чугуна. Плотность отдельных структурных составляющих приводится ниже :
Таблица 1.12. Серый чугун. Физические свойства.
Тепловые свойства серого чугуна - коэффициент линейного расширения, теплоемкость и теплопроводность - также зависят от состава и структуры чугуна. Электрические и магнитные свойства серого чугуна также определяются его составом и структурой. Магнитные свойства серого чугуна зависят, главным образом, от структуры матрицы.
Химические свойства (сопротивление коррозии и жаростойкость) серого чугуна зависят как от состава и структуры чугуна, так и от внешних факторов - состава и температуры среды. Различают классы стойкости в сильно и среднеагрессивных средах.
По сопротивлению коррозии в различных средах серый чугун может быть отнесен к различным классам стойкости. Коррозионная стойкость серого чугуна повышается по мере измельчения графита и уменьшения его количества, при однофазной структуре матрицы (например, Фе), а также при уменьшении содержания Si, S и Р. Для повышения стойкости целесообразно применять модифицированный СЧ, а также легированный Си (до 1,4%), Ni (до З%), Сг (до 1,0%) и другими элементами. Так, для работы в щелочной среде рекомендуются чугуны, содержащие 0,8-1,0% Ni и 0,6-0,8% Сг или 0,35-0,5% Ni и 0,4-0,6% Сг. Однако при воздействии на металл сильных реагентов следует применять высоколегированные чугуны.
Серый чугун по жаростойкости характеризует работоспособность чугуна при повышенных и высоких температурах в условиях действия малых нагрузок, когда главной причиной разрушения отливок является образование окалины или трещин.
Технологические свойства серого чугуна (свариваемость и обрабатываемость) также определяются его составом и структурой. Свариваемость серого чугуна значительно хуже, чем углеродистой стали, такпсак при обычных режимах сварки возникает переходная зона, отличающаяся высокой хрупкостью, что может привести к образованию трещин. Поэтому, газовая и электродуговая сварка СЧ, как и заварка дефектов на отливках, может производиться только по особой технологии.
Серый чугун по обрабатываемости связан с его твердостью НВ обратной зависимостью. Наличие графита полезно, так как в, его присутствии стружка получается крошащейся и давление на резец уменьшается. Влияние формы графита .незначительно. Обрабатываемость оценивается стойкостью режущего инструмента, допустимыми скоростями резания, чистотой обработанной поверхности и т. п. Она улучшается по мере увеличения количества Фе в структуре, а также по мере повышения однородности структуры, т. е. при отсутствии в ней включений (ФЭ, карбидов), обладающих повышенной НВ. Оценку обрабатываемости часто производят по экономической скорости резания, определяющей допустимую скорость обработки при обеспечении определенной стойкости резца.
Важными служебными свойствами СЧ являются износостойкость и герметичность. Износостойкость характеризует долговечность деталей и самих машин, работающих в условиях трения, и определяется как скорость потери металла. Различают износ при трении со смазкой, при сухом трении, абразивный и эрозионно-кавитационный. Износостойкость СЧ, как и других металлов, определяется условиями трения, но большое значение имеет также состав чугуна и особенно его структура, которая должна удовлетворять правилу Шарпи. Поэтому в зависимости от условий трения применяют разные чугуны
Серый чугун по литейным свойствам значительно лучше, чем другие сплавы. Это позволяет применять его для тонкостенных отливок и определяет сравнительную простоту технологических процессов и высокий коэффициент выхода годного. Прежде всего следует отметить жидкотекучесть, которая определяется разными способами, но чаще всего по спиральной пробе, отливаемой в соответствии с ГОСТ 16438-70 в песчаной или металлической форме.
Вторым важнейшим литейным свойством является усадка - изменение объема и линейных размеров отливок в результате термического сжатия, фазовых превращений и силового взаимодействия с формой в процессе затвердевания и остывания. Понижение температуры вызывает уменьшение объема на 1,1- 1,8% на каждые 100° С, а графитизация серого чугуна, наоборот, дает увеличение объема на 2,2% на 1% выделившегося графита. Объемная усадка жидкого металла тем больше, чем больше коэффициент объемной усадки жидкого металла.
xn----etbgnakbgoaekb6bub9d3d.xn--p1ai
марки, химический состав, структура. Серый чугун и применение СЧ
Основные составляющие серого чугуна (СЧ) – железо, углерод и графит. И если первые два элемента являются стандартным сочетанием для большинства сталей, то графит, присутствующий в сером чугуне в виде отдельных включений (хлопья, волокна, пластины), наделяет данный сплав весьма необычными свойствами. Прежде всего, это высокие литейные свойства, которые позволяют применять СЧ для отливки массивных станин промышленных станков, поршней, цилиндров и прочих изделий, вынужденных противостоять силам сжатия.
При этом серый чугун, благодаря всё тому же графиту, является сплавом хрупким, т.е. разрушающимся при относительно небольшой ударной нагрузке. Другими словами, элементы из СЧ не могут применяться в механизмах, работающих на изгиб или растяжение.
Структура серого чугуна
В основу классификации серых чугунов заложены особенности структуры материала, а именно – формы включений из графита. Этот элемент может присутствовать в структуре в виде:
- игольчатых включений
- пластинчатых завихренных
- пластинчатых прямолинейных
- гнездообразных
Свою роль играет и металлическая основа серого чугуна, которая может быть:
- перлитной
- ферритной
- феррито-перлитной
Химический состав
Для всех марок данного сплава характерен следующий химсостав:
- C – в пределах 2,9-3,7%
- Si – в пределах 1,2-2,6%
- Mn – в пределах 0,5-1,1%
- P – до 0,2-0,3%
- S – до 0,12-0,15%
Дополнительно серый чугун может легироваться при помощи хрома (Cr), никеля (Ni) или меди (Cu). Если же в составе материала присутствуют такие элементы как магний (Mg) или церий (Ce), то вкрапления графита приобретают глобулярную форму, в свою очередь, обеспечивающую максимально высокую прочность сплава.
Серый чугун: марки чугуна, маркировка и применение
Данный сплав всегда маркируется символами СЧ, после которых ставятся цифры, указывающие на предел прочности (кг/мм²). Так, существуют сплавы СЧ20, СЧ30 и т.д. Для высокопрочных чугунов технологи используют обозначение «ВЧ», а к цифрам, указывающим прочность, добавляется показатель относительного удлинения (%). К примеру, ВЧ50-2.
На сегодня распространение получили следующие марки чугуна: СЧ10, СЧ15, СЧ18, СЧ20, СЧ21, СЧ25, СЧ30, СЧ35.
Считается, что серый чугун наиболее дешев в производстве, к тому же на фоне его отличных литейных качеств ему находят крайне широкое применение в машиностроении. В частности, СЧ незаменим для отливки разнообразных деталей, которые в процессе эксплуатации не подвергаются большим механическим нагрузкам. Вместе с тем, для серого чугуна с перлитной металлической структурой характерна очень высокая прочность на сжатие, что позволяет отливать из этого материала высоконагруженные детали различных механизмов.
Стоит отметить, что СЧ участвует в производстве более чем 80% всех чугунных отливок. Особой востребованностью пользуется материал с пластинчатыми вкраплениями графита.
fx-commodities.ru
Серый чугун - состав, свойства и марки
В структуре серых чугунов большая часть или весь углерод находится в виде графита. Наибольшее применение нашли доэвтектические группы, содержащие 2,4-3,8% С. Чем выше содержание С, тем больше образуется графита и тем ниже содержание С, тем больше образуется графита и тем ниже его механические свойства. В связи с этим количество углерода в чугуне обычно не превышает (хорошей жидкотекучести) углерода должно быть не меньше 2,4%.
Поскольку структура чугуна состоит из металлической основы и графита, то и свойства чугуна будут зависеть от свойств металлической основы и количества и характера графитных включений.
Графит по сравнению со сталью обладает ничтожно низкими механическими свойствами, и поэтому графитные включения можно считать в первом приближении просто за пустоты, трещины. Отсюда следует, что чугун можно рассматривать как сталь, но испещренную большим количеством пустот и трещин.
Чем больше объема занимают эти пустоты, тем ниже будут свойства чугуна. При одинаковом объеме пустот, то есть количестве графита, свойства чугуна будут зависеть от его формы и расположения.
Чем меньше графитовых включений, чем они мельче и больше степень изолированности их друг от друга, тем выше прочность чугуна. Чугун с мелкими и завихренными графитными включениями обладает более высокими свойствами.
Разрушающая нагрузка при сжатии в зависимости от структуры чугуна в 3-5 раз больше, чем при растяжении, поэтому нужно использовать для изделий, работающих на сжатие.
Пластинки графита менее значительно, чем при растяжении, снижают прочность при изгибе, так как часть изделия при этом испытывает сжимающие напряжения. Предел прочности при изгибе имеет промежуточное значение между пределом прочности на растяжение и пределом прочности на сжатие.
Твердость чугуна в зависимости от металлической основы равна 143-255 НВ.
Сказанное относится главным образом к серому чугуну с пластинчатыми включениями графита. По мере округления графитных включений их данное отрицательное влияние уменьшается.
Округлые включения шаровидного графита не создают резкой концентрации напряжений; такие включения не являются трещинами, и чугун с шаровидным графитом показывает значительно более высокую прочность при растяжении и изгибе, чем чугун с пластинчатым графитом. Отсюда и название чугуна с шаровидным графитом – высокопрочный чугун. Ковкий чугун с хлопьевидным графитом занимает промежуточное положение по прочности между обычным серым и высокопрочным чугуном.
Таким образом, прочность чугуна (в отношении нормальных напряжений) определяется строением металлической основы и формой графитных включений.
Благодаря наличию графита чугун имеет некоторые преимущества перед сталью:
- наличие графита облегчает обрабатываемость резанием, делает стружку ломкой;
- графит повышает износостойкость и антифрикционные свойства чугуна вследствие собственного «смазывающего» действия и повышения прочности пленки смазки;
- наличие графитных включений быстро гасит вибрации и резонансные колебания;
- чугун почти не чувствителен к дефектам поверхности, надрезам и т.д. Графит, нарушая оплошность металлической основы, делает чугун малочувствительным ко всевозможным внешним концентраторам напряжений (дефектам поверхности, надрезам, выточкам и т.д.). Вследствие этого серый чугун имеет примерно одинаковую конструктивную прочность и в отливках простой формы или с ровной поверхностью, и в отливках сложной формы с надрезом или плохо обработанной поверхностью;
- следует также указать на превосходство чугуна перед сталью по литейным свойствам. Более низкая температура плавления и окончание кристаллизации при постоянной температуре (образование эвтектики) обеспечивают лучшую жидкотекучесть и заполняемость формы.
Указанные достоинства чугуна делают его ценными конструкционным материалом, широко применяемым для изготовления деталей машин, главным образом тогда, когда детали не испытывают значительных растягивающих и ударных нагрузок.
Серый чугун маркируется буквами С (серый) и Ч (чугун). После букв следуют цифры, указывающие среднее значение временного сопротивления при растяжении.
Серые чугуны по свойствам и применению можно разделить на следующие группы.
Ферритные и ферритно-перлитные чугуны (СЧ10,СЧ15) имеют при растяжении Qв 10-15 кгс\мм2 (100-150МПа), при изгибе – 28-32 кгс/мм2(280-320 МПа). Их примерный состав: 3,5-3,7%С; 2,0-2,6%Si;0,5-0,8% Mn; <=0,3% Р;<=0,15% S. Структура чугуна – перлит, феррит и графит грубый и средних размеров. Эти чугуны применяют для изготовления малоответственных деталей, испытывающих небольшие нагрузки в работе с толщиной стенки отливки 10-30мм.Так,чугун СЧ10 используют для изготовления строительных колон, фундаментных плит, а чугуны СЧ15 и СЧ18 – для литых малонагруженных деталей станков, автомобилей и тракторов, арматуры.
Перлитные чугуны (СЧ21, СЧ32, СЧ36, СЧ40) применяют для отливки станин мощных станков и механизмов, поршней цилиндров, деталей, работающих на износ в условиях больших давлений (компрессорное, турбинное литье, дизельные цилиндры, блоки двигателей, детали металлургического оборудования). Структура этих чугунов – мелкопластинчатый перлит (сорбит) с мелкими завихренными графитными включениями. К перлитным чугунам относятся так называемые сталистые и модифицированные чугуны.
Сталистые чугуны (СЧ24, СЧ28) получают выплавкой с добавлением в шихту 20-30% стального лома;
Чугуны имеют пониженное содержание углерода, что обеспечивает получение более дисперсной перлитной основы с меньшим количеством графических включений. Содержание кремния в этих чугунах должно быть достаточным для предотвращения возможности отбеливания чугуна.
Модифицированные чугуны (СЧ30, СЧ36, СЧ40, СЧ45) получают добавлением в жидкий чугун перед разливкой специальных модификаторов. Модифицирование применяют для получения в крупных отливках с различной толщиной стенок перлитной основы с вкраплением небольшого количества изолированных пластинок графита средней величины.
Модифицированию подвергают низкоуглеродистый чугун, содержащий небольшое количество кремния и повышенное количество марганца. Примерный состав чугуна до модификаций: половинчатый чугун, то есть ледебурит, перлит и графит (2,8-3,3% С; 1,0-1,5%Si; 0,8-1,2% Mn; не более 0,3%Р и 0,12%S).
Для снятия литейных напряжений и стабилизации размеров чугунные отливки отжигают при 500-700С. В зависимости от формы и размеров отливки выдержка при температуре отжига составляет 3-10ч.
Охлаждение после отжига медленное, вместе с печью. После такой обработки механические свойства изменяются мало, а внутренние нагрузки снижаются на 80-90%. Иногда для снятия напряжений в чугунных отливках применяют естественное старение чугуна – выдержка их на складе в течение 6-10 месяцев. Такая выдержка снижает напряжения на 40-50%.
material.osngrad.info
Белый чугун – состав, легирование, применение + Видео
Структура белого чугуна – в чем принципиальное отличие?
Растворимость цементитов (Fe3C, где содержание С около 6,5%) в аустенитах (не химическое соединение железа и углерода, а раствор включения, где свободный углерод внедрен в кристаллическую решетку железа) на классической диаграмме состояния железоцементитных сплавов (по таким диаграммам вычисляют состав фазы сплава в тот или иной температурный момент) составляет чуть более двух процентов.
В чугунах углероды могут присутствовать как цементит и графит. Формы зерен графитов и соотношение их количества с цементитами (также количеством и формой) определяют виды чугунов.
По составу они могут иметь добавки кремния, фосфора, серы, марганца. Кроме того, в виду хрупкости, иногда применяется легирование алюминием, никелем, хромом или ванадием. Очевидно, что с изменением характеристик и составов, в спектре сплавов чугунов, углероды могут содержаться в большем количестве, как пластинчатые графиты. И цвет изломов будет серым. Поэтому принято называть такие разновидности серыми.
В таких сплавах железа, углеродов и кремния, присутствуют также сера, марганец и фосфор. В отличие от белого сплава, в сером углерод содержится в свободном виде. В то время как структура белого чугуна содержит углероды в виде карбидов железа.
Как уже говорилось, белым называется чугун, в котором преобладающими связанными углеродными структурами являются ледебуриты (как род состояния цементитов точки плавления), перлиты и собственно цементиты. Такое сочетание придает материалу высокую твердость и хрупкость, что затрудняет прямое его применение. Из такого применения можно назвать его использование для изготовления великолепных шаров и цильпебсов (цилиндров) для измельчения рудных материалов, пород, шлаков, клинкеров, других материалов.
Белый и отбеленный чугун – применение
Описанный выше состав белого чугуна определяет его высокую твердость, сочетающуюся с хрупкостью, затрудняющими в целом обработку заготовок механическими способами (резание, фрезерование и т.д.) и требующими применения специальных приемов такой обработки (инструменты из марок быстрорежущих сталей). В чистом виде применение белых чугунов довольно ограничено.
Промышленностью выпускается специальный, называемый передельным, белый чугун, применение которого специализировано для переплавки в различные стали. Нормирование ГОСТами определяет пониженность содержания в его составе кремниевых добавок и более высокую концентрацию марганцев. Такие заготовки получают литьевыми способами.
В зависимости от степени графитизации при выплавке могут получаться половинчатые, переходные стадии чугунов, эти сплавы принято называть отбеленный чугун. Такой сплав содержит наряду с карбидами железа (химически связанный углерод – Fe3C) графитовый углерод (свободный углерод – C).
И этот чугун используется в качестве фрикционных деталей механизмов сухого трения, таких как всем известные тормозные колодки. Наряду с тем, таким сплавам также свойственна высокая износоустойчивость, поэтому из них выполняют валы и валки на прокатном оборудовании широкого назначения.
Добавки и маркировка белого чугуна
Дополнительное легирование белого чугуна хромом и никелем позволяет получать жаростойкие материалы, обладающие фантастически высокой устойчивостью к износу. Их так и называют: износостойкими. Такой легированный белохромистый чугун применяется для отливки деталей (например, лопаток и лопастей различных перекачивающих машин и турбин).
После литья полученные заготовки путем термообработки нормализуют. Получаемые изделия отличаются очень высокой твердостью поверхности, удивительной устойчивостью к действию кислот (даже при температурах в одну тысячу градусов Цельсия).
Кроме легирования хромом и никелем, в износостойких чугунах специальными добавками (в меньшем количестве) могут быть медь, титан, молибден, ванадий. Такие добавки придают ожидаемую износостойкость. Внесение таких элементов в структуру позволяет несколько менять эти свойства в зависимости от назначения, для применения в механизмах с повышенной абразивностью (мельницы, пескометы или дробометы, детали и арматура для обычных и цементных печей).
При этом маркировка белого чугуна может вестись от предельного (П, ПЛ, ПФ или ПВК), что показывает массовую долю кремния. Для чугунов износостойких (ИЧ и ИЧХ) маркировка будет с соответствующими буквенными и цифровыми индексами.
Как видно, белый доэвтектический чугун служит исходным материалом для многих видов продукции металлургии. Так, путем отжига из него получают ковкие чугуны. Опять же получение многочисленных легированных износоустойчивых и жаростойких материалов также ведется благодаря его свойствам и близости микроструктуры легирующим добавкам.
ogodom.ru
Химический состав чугуна | Справочник конструктора-машиностроителя
В отливках конструкционного назначения из бесцветного и высокопрочного чугуна структура матрицы в большинстве событий - перлит и разное количество феррита, а также включения фосфидной эвтектики.Классификация структур в этих отливках приведена в ГОСТ 3443 - 57.Графитовая составляющая структура характеризуется количеством, фигурой, величиной и распределением включений.
moyushie-sr.jpg
19, 0 - 25, 0% Al ;& lt ;= 0, 15% Р. Механические свойства : σ в ( при 20 о С ) = 30/36 кГ/мм 2.Расплавленный чугун обрабатывается церием или мишметаллом отдельно или вместе с силикокальцием.Чугун является высокожаростойким : он может быть применен для подробностей, служащих при температуре до 100 о С. Области его применения : футерованные плиты для камер сгорания газовых турбин, фурмы доменных печей, подробностей обжиговых печей и т.п.
Углерод в составе чугуна может присутствовать в виде химического соединения - - цементит Fe 3 C, графита или их смеси.По сравнению с металлической основой графит имеет низкую прочность.Места его залегания можно считать нарушениями сплошности металла.Чугун как бы пронизан включениями графита, ослабляющими его металлическую основу.По мере округления графитных включений ( за счет модифицирования чугуна присадками SiCa, FeSi, Al, Mg ) их негативная роль как надрезов металлической основы снижается и механические свойства чугуна растут.
Рис.Действие количества перлита в металлической основе на механическиесвойства высокопрочного чугуна В перлитном и ферритном ВЧ совершенно недопустим цементит, т.к.даже очень жалкое его количество понижает ударную вязкость до значения менее 1кгм/см2.Исследования действия химического состава ВЧ на его механические свойства проводились на чугуне, выплавленном в лабораторных обстановках в индукционной печи, а также в разных производственных механизмах ( вагранки, дуговые электропечи ) на ряде фабрик Урала.Во целых эпизодах употребляли данные только тех плавок, чугун которых располагал совершенно шаровидный графит и ферритную металлическую основу в литом состоянии или после отжига ( не более 10% перлита ).Обобщенные итоги изображены на рис.4, 5, 6, 7.
Поверхность образца шлифуют, фрезеруют или обрабатывают наждачной бумагой до чистоты, нужной для проведения должного анализа.Для обработки поверхности образца перед определением содержания кремния методом рентгеноспектрального флуоресцентного анализа или эмиссионной спектрометрии в качестве абразивного материала применяют глинозем.Перед определением теми же методами содержания алюминия поверхность образца обрабатывается кремниевым абразивом.При определении содержания углерода методом эмиссионного спектрометрического анализа для обработки поверхности образца используют абразив па оксидной основе.
Интересное Армирование Гост 15150 Гост 2708 75 Гост 520 89 Журнал нивелирования Квалификационный справочник профессий Конструкции дорожных одежд Нагрузка на 1 см сварного шва Обозначение шлифовальных кругов ะะบ 016 94 Размеры спортивных площадок Сварка арматуры гост Сварка трубопроводов гост Сопротивление теплопередаче Стропальщик обязанности
spravconstr.ru
