Структура свойства и маркировка в области применения чугуна

Химический составПравить

Высокопрочный чугун в зависимости от марки и требуемой толщины стенок отливки имеет химический состав в следующем диапазоне:

• Углерод: 3,0-3,5 %;
• Кремний: 1,4-3,3 %;
• Марганец: 0,6-0,8 %, для некоторых марок не более 0,6 %;
• Фосфор: не более 0,2 %, для некоторых марок не более 0,1 %;
• Сера: не более 0,03 %, иногда не более 0,01 %
• Магний: 0,04-0,08 %.

Диаграмма состояний железо-углерод

Диаграмма состояний железо-углерод в интервале концентраций от железа до цементита представлена на рис. Линия ABCD является ликвидусом системы, линия AHJECF – солидусом.

У всех сплавов, содержащих свыше 0. 02 % углерода, т. практически у всех промышленных железоуглеродистых сплавов, имеет место перлитное (эвтектоидное) превращение. Таким образом, диаграмма железо – углерод характеризует протекание в этих сплавах эвтектического, эвтектоидного и перитектического превращений.

Внешний вид диаграммы железо – углерод (в своей доцементитной части), т. расположение линий на диаграмме, является вполне определённым и устоявшимся. Уточнению подвергаются лишь координаты (т. температура и концентрация наиболее характерных точек).

Рис. Диаграмма железо – углерод

Характерные точки на диаграмме железо – углерод

Обозначение
точкиТемпература в 0СКонцентрация
углерода в %Обозначение точкиТемпература в 0СКонцентрация
углерода в %
A15350D16006. 67
B14850. 5G9100
H14850. 1P7230. 02
J14850. 16S7230. 8
N14000K7236. 67
E11302. 0Q6000. 01
C11304. 3L6006. 67
F11306. 67———

Особенности производства ковкого чугуна

Форма графитовых включений и металлическая основа.

Чтобы получить ковкий чугун, необходимо следовать технологии, основанной на термическом отжиге заготовок при определенной температуре. В результате данного процесса происходит распад цементита и аустенита. Таким образом, получают углерод, кристаллизующийся в графите хлопьевидной формы.

Аустенитом называют железо с гранецентрированным типом решетки. Данная модификация является высокотемпературной. В железоуглеродистых сталях он может формироваться при температурах более 727 градусов, а в чистом железе при 910 градусах.

Окончательный процесс формирования графита происходит при более низких температурах – в диапазоне 720-760 градусов. Именно углерод в такой модификации определяет такие характеристики, как пластичность и прочность ковкого чугуна.

Метод предусматривает термообработку ковких чугунов в два этапа. Вначале материал подвергают воздействию температуры до 1000 градусов. Выдержка отливок в указанных условиях приводит к распаду ледебурита на графит и аустенит.

После отжига при высокой температуре изделие охлаждают до 720-760 градусов. В результате формируется перлит, распадающийся в дальнейшем на феррит и графит.

Плавку материала для изготовления чугуна осуществляют в вагранках, пламенных и электропечах. Иногда этот процесс осуществляют в комбинированных печах. Исходные отливки могут содержать различное количество углерода.

При изготовлении ферритного сплава необходимо использовать заготовки с меньшей концентрацией углерода. Такие изделия обладают высокой температурой плавления, поэтому требуют повышенную температуру перегрева.

Обычно для плавки в данной ситуации используют две печи. В вагранке происходит расплавление, а в электродуговой печи перегрев. Описанная технология плавки называется дуплекс-процессом.

Для производства перлитного сплава используют заготовки с большим содержанием «С». Для плавки такого материала достаточно вагранки.

Особенностью производства форм для отливок является повышенная усадка белого сплава. Из-за этого процесса возникает необходимость установки боковых прибылей у каждого местного утолщения отливки. Это позволяет избежать формирования раковин.

Для того, чтобы увеличить скорость охлаждения более толстых мест отливки используются металлические холодильники.

Влияние углерода и кремния на структуру чугуна и зависимость структуры от толщины чугуна.

Название данного материала обусловлено лишь его более высокими пластичными свойствами. На самом деле его нельзя подвергать ковке. Данный тип сплава используется так же, как и другие его виды.

Преимуществом ковкого чугуна, по сравнению с белым, является высокая антикоррозионная стойкость. По этому свойству материал занимает более высокие позиции, чем углеродистые стали. По механическим свойствам он уступает сталям, однако превосходит белый чугун.

https://youtube.com/watch?v=FAKbahjhIwQ%3Ffeature%3Doembed

Серые чугуны

Серый чугун (технический) представляет собой, по существу, сплав Fe-Si-C, содержащий в качестве постоянных примесей Mn, Р и S. Как было отмечено выше, в его структуре большая часть или весь углерод находится в виде графита. Характерная особенность строения данных сплавов, определяющая многие свойства, заключается в том, что графит имеет в поле зрения микрошлифа форму пластинок. Наиболее широкое применение получили доэвтектические чугуны, содержащие 2,4 — 3,8 % С. Чем выше концентрация углерода, тем больше образуется графита и тем ниже механические свойства сплава. В то же время для обеспечения высоких литейных свойств (хорошей жидкотекучести) концентрация углерода должна быть не менее 2,4 % С.

Кремний, концентрация которого в серых чугунах колеблется от 0,5 до 4,5 %, оказывает большое влияние на их строение и свойства. Он растворяется в a-Fe с образованием твердого раствора замещения.

Величина температурного интервала, в котором в равновесии с жидким сплавом находятся аустенит и графит, зависит от концентрации кремния. Чем больше содержание кремния, тем шире эвтектический интервал температур.

Охлаждение чугуна в реальных условиях вносит существенные отклонения от условий равновесия. Структура сплава в отливках зависит в первую очередь от химического состава (содержания углерода и кремния) и скорости кристаллизации.

Быстрое охлаждение сплава при производстве чугуна способствует получению его модификации белого цвета, а медленное – серого. Кремний способствует процессу графитизации, действуя в том же направлении, что и замедление скорости охлаждения. Изменяя, с одной стороны, концентрация углерода и кремния в чугуне, а с другой — скорость охлаждения, можно получить различную структуру металлической основы чугуна.

При определенном содержании углерода, чем больше в чугуне кремния, тем полнее протекает его графитизация. Чем выше в сплаве концентрация углерода, тем меньше требуется кремния для получения заданной структуры.

При данном содержании углерода и кремния графитизация протекает тем полнее, чем медленнее охлаждение. В производственных условиях скорость охлаждения удобно характеризовать по толщине стенки отливки. Чем тоньше отливка, тем быстрее охлаждение и в меньшей степени протекает графитизация.

Следовательно, содержание кремния надо увеличивать в отливке небольшого сечения, охлаждающейся ускоренно, или в чугуне с меньшим количеством углерода. В толстых сечениях отливок, охлаждающихся медленнее, образование графита протекает полнее, и концентрация кремния может быть меньше.

Марганец препятствует графитизации и повышает способность сплава к отбеливанию (получению в структуре чугуна цементита) — появлению, особенно в поверхностных слоях, структуры белого или половинчатого чугуна. Концентрация его лежит в диапазоне 0,4 — 1,3 %.

Сера является вредной примесью, ухудшающей механические и литейные свойства сплава, а именно снижает жидкотекучесть и способствует отбеливанию чугуна. Поэтому ее содержание ограничивают до 0,08 — 0,12 %. Сера образует сульфиды (FeS, MnS) или их твердые растворы (Fe, Mn)S.

Фосфор — полезная добавка, так как он в отличие от серы повышает жидкотекучесть сплава. Количество его в чугунах колеблется от 0,3 до 0,8 %. При повышенной концентрации фосфора в структуре сплава образуются твердые включения фосфидной эвтектики: в серых чугунах — двойной (Fe3Р +- аустенит), а в белых — тройной (Fe3C + Fe3P + аустенит). Эвтектика улучшает литейные свойства сплава: увеличивает твердость и износостойкость.

Иногда в чугуны для улучшения их свойств вводят легирующие добавки (никель, хром, алюминий, медь, титан, молибден и др. Хром препятствует, а медь и никель способствуют графитизации сплава. Концентрация никеля, хрома и меди лежит в пределах 0,2 — 0,5 %; титана, алюминия и молибдена составляет не более 0,03 — 0,10 %, а иногда и ниже.

Таким образом, примерный состав серых чугунов следующий: 2,2 — 3,8 % С; 1,0 — 2,9 % Si;0,2 — 1,2 % Мn; 0,15 — 0,40 % Р и не более 0,12 % S.

Механические свойства чугуна обусловлены его структурой, главным образом графитной составляющей. Чугун можно рассматривать как сталь, пронизанную графитом, который играет роль надрезов, ослабляющих металлическую основу структуры. В этом случае механические свойства будут зависеть от количества, величины и характера распределений включений графита.

Чем меньше графитных включений, чем они мельче и больше степень изолированности их, тем выше прочность чугуна. Сплав с большим количеством прямолинейных крупных графитных выделений, разделяющих его металлическую основу, имеет грубозернистый излом и низкие механические свойства. Чугун с мелкими и завихренными графитными выделениями обладает более высокими свойствами. Такой их вид достигается путем модифицирования. В качестве модификаторов в данном случае применяют силикокальций, алюминий и ферросилиций. Их вводят в очень небольшом количестве, чтобы они практически не изменяли химического состава сплава. Данные добавки оказывают сильное влияние на процесс графитизации и играют роль зародышевых центров выделения графита.

Пластинки графита уменьшают сопротивление отрыву, временное сопротивление и особенно сильно пластичность чугуна. Относительное удлинение при растяжении независимо от свойств металлической основы и практически равно нулю. Графитные включения мало влияют на снижение предела прочности при сжатии и твердость, величина их определяется главным образом структурой металлической основы. При уменьшении объема чугун претерпевает значительные деформации и разрушение имеет характер среза под углом 45 °. Разрушающая нагрузка при сжатии в зависимости от качества чугуна и его структуры в 3 — 5 раз больше, чем при растяжении. Поэтому такие железоуглеродистые сплавы рекомендуется использовать преимущественно для изделий, работающих на сжатие.

Пластинки графита менее значительно, чем при растяжении снижают прочность и при изгибе, так как часть изделия испытывает сжимающие напряжения. Предел прочности при изгибе имеет промежуточное значение между таковым на растяжение и на сжатие. Твердость чугуна составляет 143 — 255 НВ.

Графит, нарушая сплошность металлической основы, делает чугун малочувствительным к всевозможным концентраторам напряжений (дефектам поверхности, надрезам, выточкам и т. Вследствие этого серый чугун имеет примерно одинаковую конструктивную прочность в отливках простой формы или с ровной поверхностью и сложной формы с надрезами или с плохо обработанной поверхностью. Графит повышает износостойкость и антифрикционные свойства чугуна вследствие собственного «смазывающего» действия и повышения прочности пленки смазочного материала. Очень важно, что графит улучшает обрабатываемость резанием, делая стружку ломкой.

Металлическая основа обеспечивает наибольшую прочность и износостойкость, если она имеет перлитное строение. Присутствие в структуре феррита, не увеличивая пластичность и вязкость сплава, снижает его прочность и износостойкость. Наименьшей прочностью обладает ферритный чугун.

Серый чугун широко применяют в машиностроении. Этот сплав является достаточно дешевым и недефицитным. Из данных типов чугунов (ферритных и ферритно-перлитных) изготавливают неответственные детали, испытывающие небольшие нагрузки в работе с толщиной стенки отливки 10 — 30 мм: корпуса редукторов, подшипников, насосов, фундаментные плиты, строительные колонны, литые малонагруженные детали сельскохозяйственных машин, станков, автомобилей, тракторов, арматуры и т. Перлитные чугуны применяют для ответственных отливок (станин мощных станков и механизмов, поршней, цилиндров, деталей, работающих на износ в условиях больших давлений, компрессоров, арматуры, дизельных цилиндров, блоков двигателей, деталей металлургического оборудования и т. ) с толщиной стенки до 60 — 100 мм.

МаркировкаПравить

В промышленности разновидности чугуна маркируются следующим образом:

• передельный чугун — П1, П2;
• передельный чугун для отливок (передельно-литейный) — ПЛ1, ПЛ2;
• передельный фосфористый чугун — ПФ1, ПФ2, ПФ3;
• передельный высококачественный чугун — ПВК1, ПВК2, ПВК3;
• чугун с пластинчатым графитом — СЧ (цифры после букв «СЧ», обозначают величину временного сопротивления разрыву в кгс/мм).

• антифрикционный серый — АЧС;
• антифрикционный высокопрочный — АЧВ;
• антифрикционный ковкий — АЧК;
• чугун с шаровидным графитом для отливок — ВЧ (цифры после букв «ВЧ» означают временное сопротивление разрыву в кгс/мм и относительное удлинение (%);

Ковкий чугун маркируется двумя буквами и двумя числами, например КЧ 37-12. Буквы КЧ означают ковкий чугун, первое число — предел прочности на разрыв (в десятках мегапаскалей), второе число — относительное удлинение (в процентах), характеризующее пластичность чугуна.

Состав чугунов
Чугун — сплав железа с углеродом, содержащий
углерода более 2,14 %. Углерод придаёт сплавам железа твёрдость,
снижая пластичность и вязкость. В отличие от стали чугун является более хрупким
материалом. Углерод в чугуне может содержаться в
виде цементита и графита.

Обзор марок чугуна

• Как маркируется серый чугун?
• Марки высокопрочного чугуна
• Маркировка ковкого чугуна

Металлургическая промышленность выпускает несколько классов чугуна, среди которых – ковкий, серый и высокотехнологичный. Чугун, несмотря на свою сравнительно сниженную относительно сталей температуру плавления, нашёл применение как сплав железа, поддающийся более медленному, чем ржавеющая сталь, окислению.

Влияние примесей на свойства материала

Компоненты, входящие в состав чугуна, оказывают влияние на качество сплава:

• сера способствует снижению тугоплавкости и текучести чугуна;
• фосфор уменьшает прочность, но дает возможность варьировать форму готовых изделий;
• кремний снижает температуру плавления металла и усиливает его литейные качества. Кроме того, этот элемент позволяет получать сплавы разного цвета: от чисто-белого до ферритного;
• марганец придает чугуну прочность и твердость, но снижает литейные и технологические свойства готового материала;
• введение в состав титана, алюминия, хрома, никеля или меди позволяет изготавливать легированные сплавы. Они обладают высокими литейными качествами и доказали хорошую механическую обрабатываемость.

Чугун является трудносвариваемым сплавом. Трудности при сварке чугуна обусловлены его химическим составом, структурой и механическими свойствами, при сварке чугуна необходимо учитывать следующие его свойства: жидкотекучесть, поэтому сварка выполняется только в нижнем положении; малая пластичность, характеризующаяся возникновением в процессе сварки значительных внутренних напряжений и закалочных структур, которые часто приводят к образованию трещин; интенсивное выгорание углерода, что приводит к пористости сварного шва; в расплавленном состоянии чугун окисляется с образованием тугоплавких оксидов, температура плавления которых выше, чем чугуна. Сварка чугуна применяется в основном для исправления литейных дефектов, при ремонте изношенных и поврежденных деталей в процессе эксплуатации и при изготовлении сварных конструкций.

Влияние добавок на свойства высокопрочного чугуна

Промышленные ковкие чугуны содержат 3-4 % углерода. Его наличие прямо влияет на образование сфероидальных включений. Чем ниже процентное содержание углерода в сплаве, тем меньше в нем шарообразного графита.

Повышение концентрации углерода способствует улучшению литейных свойств металла, повышая его жидкотекучесть.

Высокое содержание углерода вызывает ускоренный рост сфероидальных включений графита, а за счет того, что плотность этого минерала значительно ниже плотности самого расплава чугуна, эти шарообразные образования обладают плавучестью, поэтому начинают подниматься к поверхности. При таком течении процесса может происходить излишняя сегрегация углеродных включений в расплаве.

Кремний

Этот элемент является очень эффективным модификатором и при этом не образует карбиды. Активируя графит и способствуя его более равномерному распределению в структуре сплава, кремний, кроме того, служит одной из наиболее действенных добавок, повышающих прочность. Также он существенно улучшает пластичность полученного чугуна.

Стабилизируя феррит, кремний способствует увеличению твердости чугунных сплавов (главным образом после отжига металла). Кроме того, присутствие минерала оказывает влияние на распределение шарообразных включений графита. Повышение процентного содержания этого элемента ведет к увеличению числа узелков и повышению концентрации феррита.

В то же время избыточное процентное содержание кремния приводит к образованию массивов графита, снижая качество отливки из высокопрочного чугунного сплава. Другие нежелательные изменения физических свойств металла, вызванные повышенным содержанием кремния, проявляются в:

• снижении устойчивости металла к ударным нагрузкам;
• повышении температуры ударного перехода;
• снижении теплопроводящей способности сплава.

Рекомендованные значения процентной концентрации кремния при промышленной выплавке чугуна лежат в диапазоне от 1,8 до 2,8 %.

Марганец

Кроме того, с повышением процентного содержания этого элемента растет склонность расплава к поглощению атомов водорода и возрастает опасность образования пробоин в тонкостенных отливках. Концентрацию марганца в сплаве не следует использовать как инструмент изменения структуры металлического основания высокопрочного чугуна.

Сера

Процентное содержание этого химического элемента в составе сплава при выплавке высокопрочных чугунов со сфероидальными включениями графита играет крайне важную роль. В случаях, когда в базовом металле при выплавке чугунного сплава высокой прочности содержится сера в концентрации выше 0,015 %, появляется необходимость в добавлении способствующих нодулированию компонентов, таких как магний.

Фосфор

Этот элемент оказывает отрицательное влияние на прочность чугунного сплава. Его содержание в сплаве приводит к снижению ударной вязкости и пластичности металла, ухудшает свариваемость. В большинстве спецификаций указана максимально допустимая концентрация фосфора – не более 0,03 %. На практике приемлемым бывает процентное содержание ниже 0,04 %.

Более высокая концентрация фосфора в чугуне допустима, когда нужно:

• понизить ползучесть сплава;
• повысить теплопроводность чугуна;
• увеличить сопротивляемость истиранию.

Магний

Добавление этого химического элемента необходимо для получения нодулярного легированного чугуна высокого качества. Для высокопрочных чугунов со сфероидальными включениями графита специализированная литература рекомендует процентное содержание магния в диапазоне от 0,02 до 0,06 %.

Коррозионно-стойкий чугун
В состав чугуна вводится хром, титан, молибден, медь, никель с целью повышения его
коррозионной стойкости. Коррозионно-стойкий чугун сохраняет свойства при работе в газовых средах, водных
pастворах. Маркировка коррозионно- стойких чугунов включает:
букву Ч (обозначает «чугун»);
буквы X, Т, М, Д, Н (обозначают легирующие элементы хром, титан, молибден, медь,
никель);
букву Ш (обозначает, что графит имеет шаровидную форму);
цифры (указывают процентное содержание легирующих элементов).

Виды чугунов

Чугун – это сплав железа с углеродом, где содержание последнего более 2,14%. В состав такого сплава могут входить и другие элементы. Их содержание определяет многие параметры и свойства материала.

В железоуглеродистом сплаве содержится цементит, графит и графит с цементитом. Цементитом называют соединение углерода с железом состава Fe3C. Графит – это одна из аллотропных модификаций углерода со слоистой структурой.

В зависимости от содержания указанных соединений меняется цвет изделия. Когда преобладает цементит, материал приобретает светлый отблеск. Отсюда и получилось название «белый».

Графит обладает темной окраской, которую он придает и отливкам. Именно структура графитовых включений определяет пластические свойства материала.

Виды чугуна по ГОСТ.

Исходя из этого сплав разделяют на:

• серый;
• ковкий;
• высокопрочный;
• особого назначения.

К первому типу материалов относится сплав железа с углеродом в графитовой модификации хлопьевидной, пластинчатой или глобулярной формы. Он обладает высокими литейными свойствами. Благодаря им часто используется для получения деталей сложной формы.

В то же время хрупкость сплава ограничивает его применение в изделиях, подвергающихся растяжению или изгибу. Сплав с графитом глобулярной формы характеризуется высокими прочностными свойствами. Его относят к одному из подвидов серого чугуна.

Формирование графита указанной формы достигается благодаря добавкам магния и церия. Другие же формы получаются вследствие разных скоростей охлаждения.

Форма включений может быть различной: в виде хлопьев, шаров или пластин. Именно на получении первого вида структуры основан метод получения ковкого чугуна.

Ковкий чугун содержит углерод в интервале концентраций от 2,4–2,8%. Кроме того, в сплаве могут содержаться: кремний, марганец, сера и фосфор. Указанные элементы влияют на конечные свойства изделий.

Серый чугун

Из этого материала вы узнаете:

• Что такое серый чугун
• Химический состав серого чугуна
• Химический состав серого чугуна разных марок (ГОСТ)
• Литейные характеристики серого чугуна
• Механические свойства серого чугуна
• Виды серого чугуна
• Сферы применения серого чугуна

За счет графитовых вкраплений в железном сплаве серый чугун был выделен в качестве отдельного вида. При охлаждении эти включения имеют вид хлопьев или пластин, благодаря чему такой материал выглядит как пористая губка. Серый чугун очень хрупок, и его легко можно разбить на куски одним ударом кувалды.

Процентный состав углерода 2,14 %. Такое высокое содержание не позволяет говорить о нормальной растворимости, поэтому и возникают хлопьевидные или пластинчатые вкрапления. Но, несмотря на хрупкость серого чугуна, его литейные характеристики довольно высоки, поэтому он активно применяется в машиностроении. О других особенностях этого материала поговорим далее.

Свойства ковкого чугуна

Режим термообработки и содержание легирующих элементов, углерода и кремния определяют механические характеристики отожжённого металла.

Чугуны перлитного класса характеризуются высокими показателями сопротивления на разрыв, твёрдости, износостойкости, антифрикционными свойствами, антикоррозионной стойкостью. Но эти материалы имеют низкие значения относительного удлинения, и как следствие низкую пластичность.

Ковкие чугуны ферритного класса имеют меньшее значения сопротивления на разрыв, пониженную твёрдость и большее относительное удлинение. У них меньше прочность, но выше пластичность.

Рассматриваемый сплав выгодно отличается от сталей и серого чугуна следующими показателями:

• отношение предела текучести к пределу прочности выше, чем у стали, достигает 0,6-0,8 у перлитного сплава;
• рассматриваемый сплав перлитного класса превосходит серый чугун и даже высокопрочные конструкционные стали по твёрдости и прочности (630 Н/мм2);
• ферритный ковкий сплав по значению относительного удлинения превосходит этот показатель у серого чугуна в 10 раз, что говорит о его высокой пластичности.

Кроме того, отожжённый металл обладает высокой величиной внутреннего трения, что позволяет быстро гасить вибрации, хорошими антифрикционными свойствами и малой чувствительностью к надрезам.

При легировании элементами: Mn, Ti, Cr, Cu металл приобретает высокую износостойкость. При добавлении в чугунный расплав хрома и никеля к повышенной износостойкости добавляется жаростойкость.

ЭтимологияПравить

В финском языке чугун обозначается словом Valurauta, которое имеет два корня и переводится как литое железо (rauta); аналогично и в английском языке (cast iron).

Маркировка ковких чугунов по ГОСТ 1215-92 включает
характеристику не только прочности, но и пластичности. Например
КЧ 45-7 ковкий чугун с пределом прочности при растяжении
450 МПа (45 кгс/мм2) и относительным удлинением 7%. Применяют для мелких деталей, работающих с вибрациями,
ударами: крюков, скоб, картеров, ступиц и т.

Особенные черты

Особенность чугуна кроется в процессе его производства. Средняя температура плавления разных видов чугуна составляет 1200ºС. Это значение на 300 градусов меньше, чем у стали. Связано это с очень высоким содержанием углерода. Углерод и атомы железа имеют между собой не очень тесную связь.

Когда идет процесс выплавки, углерод не может полностью внедриться в решетку железа. В результате чугун принимает свойство хрупкости. Его нельзя использовать для изготовления деталей, на которых будет постоянно действовать нагрузка.

Чугун относится к материалам черной металлургии. Его характеристики часто сравнивают со сталью. Изделия из стали или чугуна широко используются в нашей жизни. Их применение является оправданным. Проведя сравнение характеристик, можно сказать следующее об этих двух материалах:

• Стоимость чугунных изделий ниже стоимости стальных.
• Материалы отличаются по цвету. Чугун – это темный матовый материал, а сталь – светлый и блестящий.
• Чугун легче, чем сталь поддается литью. Но сталь легче сваривается и куется.
• Чугун менее прочный, чем сталь.
• По весу чугун легче стали.
• В стали содержание углерода, выше чем в стали.

Маркировка жаропрочных чугунов
Обозначение марки жаропрочного чугуна включает:
букву Ч (обозначает «чугун»);
буквы Н, X, Г (обозначают легирующие элементы никель,
хром, марганец);
букву Ш (обозначает, что графит имеет шаровидную форму);
цифры за буквой (указывают процентное содержание
легирующих элементов).

Марки высокопрочного чугуна

ВЧ – высокопрочный чугун – обладает графитными включениями шарообразной, а не пластинчатой формы. Это придаёт ему более сплошную структуру и повышенную прочность. В зависимости от скорости охлаждения ВЧ, получают ферритный (относительно ВЧ) состав, ферритно-перлитный и перлитные сплавы. Шаровидная форма графита не способствует появлению большого количества микротрещин. ВЧ более устойчив к сгибанию и растягиванию, чем СЧ. Он менее склонен к накоплению так называемой усталости металла, не менее хорошо, чем СЧ, отливается в детали по формам, более терпим к механообработке. Выдерживает большее давление (усилие на сжатие), отчего ВЧ применяют в качестве основы для батарей и трубопроводов.

ВЧ в изготовлении подчиняется нормативам, описанным в ГОСТ 7293-85. Маркировка у этого чугуна похожая – как и у СЧ. Например, ВЧ-50 – высокопрочный чугун с усилием в 50 кг/мм2. ВЧ35 значительно менее устойчив к сдавливанию (сжатию), чем ВЧ50.

Как отличить чугун от стали?

• По плотности изделия. Нужно взвесить предмет и определить, какой водный объем он вытеснит. Плотность стали находится в диапазоне 7,7-7,9 г/см?, серого чугуна — не будет больше 7,2 г/см?. Такой способ не выделяется особенной надежностью, так как белый чугун имеет плотность между 7,6 и 7,8 г/см?.
• С помощью магнита. Чугун магнитится хуже, чем сталь. Минус такого способа в том, что стали с большим содержанием никеля почти не привлекают магнит.
• Наиболее точным способом считается обозначение чугуна с помощью шлиф машинки и вида появляющеся стружки. Необходимо взять напильник с очень маленькой насечкой и провести по поверхности предмета пару раз. Появившиеся опилки нужно собрать на бумагу, сложить ее в два раза и активно потереть. Чугун ощутимо запачкает бумагу, сталь практически не оставляет следов.

Можно создать выводы про материал по величине, цвету и форме искр, появляющихся при шлифовке. Чем больше углерода, тем ярче и крепче будет сноп светло-жёлтых искр. Как мы уже знаем, чугун имеет углерода больше, чем сталь. Также при сверловке изделия тонким сверлом можно определить материал по виду стружки. Чугунная стружка буквально на глазах превратится в пыль, стальная — приобретет вид витой пружины.

Соответственно c требованиями, предъявляемыми и деталям, чугун может использоваться в качестве ферромагнитного (магнитно-мягкого) или паромагнитного материала.

Магнитные свойства в основном, чем какие-нибудь иные, зависят от структуры металла, что определяет разграничение магнитные параметров на первичные и вторичные. К первичным относятся индукция, изобилие (4?I), проницаемость в крепких полях и температура магнитного превращения. Такие свойства зависят от численности и состава ферромагнитных фаз и не зависят от их формы и распределения. К вторичного типа особенностям относятся гистерезисные характеристики: индукция, изобилие и проницаемость в слабых и средних, полях, коэрцитивная сила, последний магнетизм. Вторичные свойства мало зависят от состава фаз и определяются в основном формой и распределением структурных составляющих.

Ключевыми ферромагнитными составляющими чугуна являются феррит и цементит, характеризующиеся следующими данными.

Коррозионная стойкость

Оба сплава склонны к ржавчины, и плохая эксплуатация помогают ускорению данного процесса.

Чугун в процессе применения покрывается сверху сухой ржавчиной. Это говоря иначе химическая коррозия. Мокрая (электрохимическая) коррозия действует на чугун очень медленно, чем на сталь. Сначала напрашивается вывод, что антикоррозионные характеристики чугуна намного больше. В действительности оба эти сплава склонны к ржавчины одинаково, просто в отношении изделий из чугуна из-за толстых стен процесс занимает побольше времени. Этим, к примеру, вполне объясним разницу в служебном сроке котлов: стальные — от 5 до пятнадцати лет, чугунные — от 30 лет.

В 1913 году Гарри Бреарли сделал открытие в области металлургии. Он обнаружил, что сталь с большим содержанием хрома имеет прекрасное сопротивление к кислотной ржавчины. Так возникла нержавейка. Она тоже имеет собственную градацию:

• Коррозионно-стойкая сталь имеет устойчивость к ржавчины в простых промышленных и бытовых условиях (нефтегазовая, нетяжелая, машиностроительная промышленность, хирургические инструменты, домашняя нержавеющая посуда).
• Огнеупорная сталь устойчивая к большим температурам и агрессивным средам (химическая индустрия).
• Жаропрочная сталь выделяется очень высокой прочностью к механическим действиям в условиях больших температур.

Определяем происхождение по типу детали

Рассмотрев подробные характеристики этих сплавов, можно уверенно пользоваться знаниями о том, чугун от стали чем отличается. Имея перед собой металлический предмет, сомневаясь в его происхождении, рационально сразу вспомнить главные отличительные технологические свойства. Итак, чугун – это литейный материал. Из него производят простую посуду, массивные трубы, корпусы станков, двигателей, крупные объекты несложной конфигурации. Из стали изготавливают детали всех размеров и сложности, так как для этого применяются ковка, штамповка, волочение, прокатывание и другие способы обработки металла давлением. Таким образом, если стоит вопрос о происхождении арматуры, сомнений быть не может – это сталь. Если интересует происхождение массивного казана – это чугун. Если же необходимо узнать, из чего изготовлен корпус двигателя или коленчатого вала – следует прибегнуть к иным вариантам распознавания, так как возможны оба варианта.

Цветовые особенности и анализ хрупкости

Для того чтобы знать, как отличить чугун от стали на глаз, нужно помнить о главных визуальных отличиях. Для чугуна характерен матовый серый цвет и более шероховатая внешняя текстура. Сталь характеризуется особым для нее серебристым блестящим оттенком и минимальной шероховатостью.

Также важными знаниями о том, как отличить чугун от стали визуально, является информация о пластичности этих материалов. Если исследуемые заготовки или металлические предметы не имеют серьёзной ценности, можно испробовать их на прочность и пластичность, применив ударную силу. Хрупкий чугун раскрошится на кусочки, в то время как сталь только деформируется. При более серьезных нагрузках, направленных на дробление, крошки чугуна получатся мелкой разнообразной формы, а кусочки стали – крупными, правильной конфигурации.

Резать и сверлить

Как отличить чугун от стали в домашних условиях? Необходимо получить из него мелкую пыль или стружку. Так как сталь обладает высокой пластичностью, то и стружка ее имеет извивистый характер. Чугун же крошится, при сверлении образуется мелкая стружка надлома вместе с пылью.

Для получения пыли можно воспользоваться напильником или рашпилем и немного подточить край интересующей детали. Полученную мелкодисперсную стружку рассмотреть на руке или белом листе бумаги. Чугун содержит углерод в большом количестве в виде графитовых включений. Поэтому при растирании его пыли остается черный графитовый «след». В сталях же углерод находится в связанном состоянии, поэтому механическое влияние на пыль не дает никаких видимых результатов.

Нагревать и искрить

Как отличить чугун от стали? Нужно оперировать необходимым оборудованием и небольшим запасом терпения.

В первом случае можно прибегнуть к нагреванию, к примеру, с помощью паяльной лампы, облачившись изначально в специальную защитную одежду и соблюдая правила безопасности в работе. Температуру нужно повышать до начала плавления металла. Уже было сказано, что температура плавления чугуна выше, чем у стали. Однако это касается преимущественно белых и передельных чугунов. Относительно всех промышленных марок — они содержат углерод в количестве не более 4,3 % и плавятся уже при 1000-1200˚С. Таким образом, его расплавить можно значительно быстрее.

Познавательным методом получения информации о том, чугун от стали чем отличается, является использование экспериментального образца на шлифовальном станке или под острым кругом шлифовальной машинки. Анализ осуществляется по характеристикам искр. Для чугуна характерны неяркие искры красного цвета, а для стали – яркие слепящие короткие лучи с бело-желтым оттенком.

История высокопрочного чугуна с шаровидным графитом (ВЧШГ)

В середине прошлого века американский исследователь-металлург Кейт Дуайт Миллис, добавив в расплавленный чугун магний, обнаружил, что полученная отливка приобрела удивительные свойства – структура металла включала не пластинки графита, как в обычном чугуне, а идеальные графитовые шарики.

Примечательно, что это открытие было сделано через считанные дни после того, как на очередном съезде представителей американских литейных заводов некий Дж. Болтон озвучил свои фантазии о том, что в будущем будет возможно изменять форму графитовых включений в структуре серого чугуна.

С 1943 года принято вести отсчет истории чугуна высокой прочности с включениями сфероидального графита. Во многих статьях на эту тему рождение высокопрочного чугуна датируют 7 мая 1948 года, когда на съезде североамериканских литейщиков представитель компании International Nickel публично объявил о выплавке образцов высокопрочного чугуна с шаровидным графитом.

VT-metall предлагает услуги:

И все же правильнее относить официальный день рождения этого сплава более чем на год позже – на 25. 1949. Именно тогда Кейт Миллис получил, наконец, патент на изобретение высокопрочного чугуна с шаровидным графитом.

В эти годы в Советском Союзе металлурги также проявляют большой интерес к перспективной разработке. Киев и Москва становятся центрами активного изучения физико-химических свойств недавно открытых в Америке сплавов. Начинают свою работу научные коллективы, перед которыми поставлена задача разработки технологии выплавки видов высокопрочного чугуна и исследования их свойств.

Следует отметить, что отечественным государственным стандартом (ГОСТ 7293 от 1985 года), в названии которого указан «чугун с шаровидным графитом для отливок», регламентируется также выплавка ВЧВГ – высокопрочного чугуна с вермикулярным графитом, структура которого содержит графит в виде червеобразных включений.

Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 13 ноября 2021 года; проверки требует 21 правка.

У этого термина существуют и другие значения, см. Чугун (значения).

Чугу́н — сплав железа с углеродом (и другими элементами), в котором содержание углерода — не менее 2,14 % (точка предельной растворимости углерода в аустените на диаграмме состояний), а сплавы с содержанием углерода менее 2,14 % называются сталью. Углерод придаёт сплавам железа твёрдость, снижая пластичность и вязкость. Углерод в чугуне может содержаться в виде цементита и графита. В зависимости от формы графита и количества цементита выделяют белый, серый, ковкий и высокопрочный чугуны. Чугуны содержат постоянные примеси (Si, Mn, S, P), а в некоторых случаях — также легирующие элементы (Cr, Ni, V, Al и другие). Как правило, чугун хрупок. Плотность чугуна — 7. 874 г/см3

Выплавляется чугун, как правило, в доменных печах. Температура плавления чугуна — от 1147 до 1200 °C, то есть примерно на 300 °C ниже, чем у чистого железа.

Классификация чугунов

Чугун, выплавляемый в доменных печах, по своей физико-химической природе может быть различным в зависимости от перерабатываемой железной руды. Практика показала, что если железная руда в своем составе имеет высокое содержание марганца, то получается чугун со структурой цементита. Этот чугун получил название белого. Белый чугун является основным сырьем в производстве стали. В связи с этим он получил название передельного чугуна.

Если чугун имеет структуру перлит + ледебурит или ледебурит + цементит, то такой чугун называется половинчатым.

Если переплавляется железная руда с низким содержанием марганца, но с высоким содержанием кремния, то выплавляемый в доменных печах чугун будет иметь структуру феррит + перлит. Такие чугуны получили название литейных серых чугунов.

Белый передельный чугун идет на переработку в сталь в конвертерах, дуговых и индукционных печах, а также мартеновских печах. Из половинчатого чугуна путем длительного отжига получают ковкий чугун. Высокопрочные и специальные чугуны получают путем введения в литейный серый чугун модификаторов, находящихся в расплавленном состоянии. Литейный серый чугун используют в основном при производстве отливок для машиностроения и станкостроения.

Кроме указанных групп чугунов в последнее десятилетие XX в. в России (ОАО «Тулачермет») освоен выпуск чугуна с повышенной чистотой по содержанию вредных примесей и других химических элементов. Этот чугун получил название нодулярного чугуна (например, ПВК-Н — чугун повышенного качества нодулярный).

Белый

Называется так из-за характерного окраса скола. Углерод C содержится в виде цементита (формула Fe3C), образующегося при остывании расплава. Твердый тугоплавкий материал.

В доэвтектических сплавах – в составе перлита и ледебурита. В эвтектических – в ледебурите. В заэвтектических – первичный цементит и ледебурит.

В исходном виде такой чугун практически не используется. Не поддается обработке инструментом из «быстрорежущей» стали. Только с насадками из карбидов (ВК), да и то с трудом.

Применяется в качестве сырья для получения ковкого.

Также именуется по оттенку на сколе. Содержит фракции графита различной формы. Осаждению углерода способствует добавка кремния.

Свойства и структура сильно зависят от условий остывания после кристаллизации.

Быстрое охлаждение даст преобладание перлита. Сплава феррита и карбида. Своеобразная «закалка» повысит прочность и твердость. И хрупкость, что не всегда приемлемо.

Щадящее остывание определяет рост содержания феррита. Сплава железа с оксидами, в основном с Fe2O3. Улучшится пластичность. Поэтому режимы подбирают исходя из требуемых параметров.

Серый чугун удобен для литых конструкций. Отличается невысокой температурой отвердения, хорошей жидкотекучестью. Не склонен к образованию раковин.

При всем этом, углеродные вкрапления обуславливают низкую трещиностойкость. Материал уверенно воспринимает сжимающие усилия, но совершенно непригоден при растяжении/изгибе.

В маркировке указываются символы СЧ и предельная прочность в кг/мм2: СЧ25. Наиболее распространены чугуны с содержанием C ниже 3,7%.

Половинчатый

Промежуточным материалом между двумя первыми разновидностями является половинчатый чугун. Содержащийся в нем углерод представлен в виде графита и карбида приблизительно в равных долях. Кроме того, в таком сплаве могут присутствовать в незначительных количествах лидебурит (не более 3%) и цементит (не более 1%).

Общее содержание углерода в половинчатом чугуне колеблется 3,5 до 4,2%. Данная разновидность применяется для производства деталей, которые эксплуатируются в условиях постоянного трения. К таковым можно отнести автомобильные тормозные колодки, а также валки для измельчительных станков.

Для еще большего повышения износостойкости в сплав добавляют всяческие присадки.

Передельный чугун

Этот сплав выплавляется в доменных печах и предназначен для дальнейшего передела в сталь или изготовления отливок. Может использоваться как в жидком, так и в твердом состоянии. В передельных чугунах строго контролируется содержание кремния, марганца, серы и фосфора. Основной стандарт, оговаривающий требования к данной продукции – ГОСТ 805. В зависимости от содержания кремния и назначения различают следующие виды передельных чугунов:

• передельный чугун для сталеплавильного производства марок П1, П2;
• передельный чугун для литейного производства марок ПЛ1, ПЛ2;
• передельный фосфористый чугун ПФ1, ПФ2, ПФ3;
• передельный высококачественный чугун ПВК1, ПВК2, ПВК3.

Высокопрочный

Вид серого чугуна, только графитовые образования по форме напоминают шарики. Округлость включений делает кристаллическую решетку не склонной к образованию трещин.

В результате ценные изначально свойства чугунов (стойкость к сжатию, удобство литья и т. ) дополняются сравнимым со сталями пределом текучести при растяжении, появляется трещиностойкость, пластичность.

Маркируются аналогично ковким, но с обозначением «ВЧ».

Ковкий чугун и его маркировка

Продукт отжига заготовок белого чугуна, имеющий в своей структуре графит в форме хлопьев («углерод отжига»). Это придает сплаву высокую прочность и повышенную пластичность, однородность распределения свойств, хорошую обрабатываемость и практически полное отсутствие внутренних напряжений в отливках. Благодаря этим свойствам ковкий чугун применение нашел в производстве продукции ответственного назначения – деталей и элементов, работающих при вибрационных и ударных нагрузках.

Емко и точно характеризует ковкий чугун маркировка, которая содержит не только его обозначение (КЧ), но и основные механические свойства – минимальное временное сопротивление и относительное удлинение Например, буквенно-цифровой код КЧ 33-8 обозначает, что у ковкого чугуна данной марки минимальное временное сопротивление 37 кгс/мм2 (или 323 МПа), а показатель относительного удлинения – не менее 8%.

Специальные чугуны

Существуют марки сплавов со специальными характеристиками, которые достигаются путем легирования, применения специальной технологии отжига и охлаждения. К таким чугунам относятся:

• жаростойкие;
• коррозионностойкие;
• художественные;
• антифрикционные и износостойкие;
• чугуны с особыми электромагнитными свойствами;
• ферросплавы и другие.

Технические условия на легированные специальные чугуны регламентируют стандарты ДСТУ 8851, ГОСТ 7769, ISO 2892 и другие. В них указывается из чего состоит чугун для различных особых применений, какими механическими свойствами он должен обладать и каким образом необходимо его маркировать.

Износостойкие (антифрикционные ) чугуны

Обозначают сочетанием букв АЧС, АЧК, АЧВ. Буквы С, К, В обозначают вид чугуна: серый, ковкий, высокопрочный. Цифра обозначает номер чугуна. Для легирования антифрикционных чугунов применяют хром, никель, медь, титан.

Жаростойкие и жаропрочные чугуны

Обозначают набором заглавных букв русского алфавита и следующими за ними букв. Буква «Ч» — чугун.

Буква «Ш», стоящая в конце марки означает шаровидную форму графита. Остальные буквы означают легирующие элементы, а числа, слежующие за ними, соответствуют их процентному содержанию в чугуне.

Жаростойкие чугуны применяют для изготовления деталей контактных аппаратов химического оборудования, работающих в газовых средах при температуре 900-110000С.

В культуре и искусствеПравить

Как и другие металла или их сплавы, ковкий чугун имеет определённую маркировку. Он обозначается в сокращении КЧ. После букв, обозначающих материал, идут цифры. Первые две обозначают предел прочности на разрыв. Третья цифра указывает на показатель удлинения в процентах.

По ГОСТу 1215–79 существует 11 разновидностей ковкого чугуна, которые имеют собственную маркировку. Их можно найти в справочниках по литью металлов и сплавов или таблицах в интернете.

Белые чугуны содержат углерод только в связанном виде – в виде
цементита. Излом белого чугуна светлый, блестящий – «белый», отсюда и
название. Твердость составляет 450-500HB, материал очень хрупкий и
твердый. Резанием (лезвийным инструментом) не обрабатывается, для
изготовления деталей не используется. Применяют отбеленные чугунные детали, у которых сердцевина
имеет структуру серого чугуна, а наповерхности есть слой белого чугуна
толщиной 5-7 мм. Изготавливают прокатные валки, тормозные колодки, шары
мельниц для размола горных пород, зубья ковшей экскаваторов, – то есть,
изделия, от которых требуется высокая твердость и износостойкость
поверхности. Для получения структуры белого чугуна в отливке необходимо
быстрое охлаждение, а также минимальное содержание кремния и
присутствие марганца и хрома («отбеливающих» компонентов).

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.

По строению металлической основы серые чугуны делят на:

• перлитные — в составе структуры перлит и графит;
• ферритно-перлитные — феррит, перлит и графит;
• 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.