Чугун виды и использование - Информационный портал ...

Чугуны

Чугун – сплав железа с углеродом с содержанием последнего более 2,14%. Углерод в чугуне может содержаться в виде цементита и графита. Чугуны содержат постоянные примеси (Si, Mn, S, P), а в некоторых случаях также легирующие элементы (Cr, Ni, V, Al и др.).

Чугуны дешевле сталей, широко применяются в машиностроении, обладают лучшими по сравнению со сталью литейными свойствами, но худшими механическими, практически не поддаются обработке давлением, но лучше – резанием. Обладают повышенной хрупкостью и твёрдостью.

В зависимости от содержания углерода чугун называется доэвтектическим (С = 2,14-4,3%), эвтектическими (С = 4,3 %) или заэвтектическим (С = 4,3-6,67 %).

Белый чугун

Белый (передельный) чугун – вид чугуна, в котором углерод находится в связанном состоянии в виде цементита, в изломе имеет белый цвет и металлический блеск. В структуре такого чугуна отсутствуют видимые включения графита.

Отливки белого чугуна обладают износостойкостью, жаростойкостью и коррозионной стойкостью. Прочность снижается, а твёрдость возрастает с увеличением содержания углерода и карбидов.

Наивысшую твёрдость имеет белый чугун с мартенситной структурой. Особо высокий твёрдостью НВ 800-850 обладает чугун с содержанием 0,7-1,8% бора.

Белый чугун является весьма ценным материалом для деталей, работающих в условиях износа при очень высоких удельных давлениях и преимущественно без смазки.

Характерные особенности легированного белого чугуна определили области его использования в качестве нержавеющего и магнитного чугуна, а также чугуна с высоким электросопротивлением.

Однако преимущественно белый чугун впоследствии переделывается в сталь (80%) и другие виды чугуна, поэтому носит название передельного.

Серый чугун

Серый (литейный) чугун – сплав железа с графитом, который присутствует в виде пластин или волокон.

Серый чугун характеризуется высокими литейными свойствами (низкая температура кристаллизации, высокая жидкотекучесть, малая усадка) и служит основным материалом для литья. Широко применяется в машиностроении для отливки станин станков и механизмов, поршней, цилиндров.

Кроме углерода, серый чугун содержит в себе другие элементы. Важнейшие из них – кремний и марганец. В большинстве марок серого чугуна содержание углерода лежит в пределах 2,4-3,8%, кремния 1,0-4,0% и марганца до 1,4%.

Ковкий чугун

Ковкий чугун – мягкий и вязкий чугун, получаемый из белого отливкой и дальнейшей термической обработкой. Используется графитизирующий отжиг – длительный отжиг, в результате которого происходит распад цементита с образованием графита.

Ковкий чугун, как и серый, состоит из сталистой основы и содержит углерод в виде графита, однако в форме хлопьев, которые получаются при отжиге (углерод отжига) и изолированы друг от друга, в результате чего металлическая основа менее разобщена и чугун обладает вязкостью и пластичностью.

По составу белый чугун, подвергающийся отжигу на ковкий чугун, является доэвтектическим и имеет структуру ледебурит-цементит (вторичный)-перлит. Для получения структуры феррит-углерод отжига в процессе отжига должен быть разложен цементит ледебурита, вторичный цементит и цементит эвтектоидный, то есть входящий в перлит. Разложение цементита ледебурита и цементита вторичного (частично) происходит на первой стадии графитизации, которую проводят при температуре выше критической (950-1000 °С); разложение эвтектоидного цементита происходит на второй стадии графитизации, которую проводят путём выдержки при температуре ниже критической (740-720 °С), или при медленном охлаждении в интервале критических температур (760-720 °С).

Высокопрочный чугун

Высокопрочный (модифицированный) чугун – чугун, имеющий графитные включения сфероидальной формы, который имеет меньшее отношение поверхности к объему, что определяет наибольшую сплошность металлической основы и прочность чугуна. Структура металлической основы чугунов с шаровидным (сфероидальным) графитом такая же, как и в сером чугуне. В зависимости от химического состава, скорости охлаждения (толщины стенки отливки) могут быть получены ферритный, феррито-перлитный или перлитный высокопрочный чугун.

Высокопрочный чугун наиболее часто применяется для изготовления изделий ответственного назначения в машиностроении, а также для производства высокопрочных труб, которые отличаются высокой прочностью, долговечностью, высокими эксплуатационными свойствами.

Понятие чугуна, его особенности и нюансы использования

Чугун прочно вошел в нашу жизнь много лет назад. Он относительно легко производится и широко применяется в различных областях. Чтобы иметь четкое представление об этом материале необходимо знать его особенности, минусы, плюсы, химический состав, свойства, структуру чугуна и его сплавов, их производство и область применения.

Что такое чугун

Итак, давайте узнаем, какие железоуглеродистые сплавы называют чугунами.

Понятие

Чугуном называется железоуглеродистый сплав с содержанием углерода, то есть под ним понимается материал, который состоит из сплава железа и углерода. Процентное содержание углерода в чугуне составляет более 2,14%. Последний элемент может входить в чугун в виде графита или цементита.

Данное видео рассказывает об особенностях чугуна:

Разновидности

Различают белый и серый чугун.

Углерод в белом чугуне представлен в виде карбида железа. Если переломить его, то можно увидеть белый отлив. В чистом виде белый чугун не используют. Его добавляют к процессу производства ковкого чугуна.
На изломе серый чугун имеет серебристый отлив. У этого вида чугуна большая сфера использования. Он хорошо поддается обработке резцами.

Кроме этого, чугуны бывают высокопрочные, ковкие и со специальными свойствами.

Высокопрочный чугун используют в целях повышения прочности изделия. Механические свойства такого чугуна позволяют это сделать на отлично. Высокопрочный чугун получают из серого в результате добавление к массе примеси магния.
Ковкий чугун — это разновидность серого. Название не означает, что этот чугун легко подвергают ковке. Он обладает повышенными свойствами пластичности. Его получают помощью отжига из белого чугуна.
Различают так же половинчатый чугун. В нем некоторая часть углерода находится виде графита, а оставшиеся часть в форме цементита.

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.

Плюсы и минусы

Чугун, как и любой материал, имеет положительные и отрицательные стороны.

К плюсам чугуна относят:

Углерод в чугуне может находиться в разном состоянии. Поэтому этот материал может быть двух видов (серый и белый).
Определенные виды чугуна обладают повышенной прочностью, поэтому чугун иногда ставят на одну линию со сталью.
Чугун может достаточно долго сохранять температуру. То есть при нагреве тепло равномерно распределяется по материалу и остается в нем длительное время.
По экологичности чугун является чистым материалом. Поэтому его часто используют для изготовления посуды, в которой впоследствии готовится пища.
Чугун стоек в кислотно-щелочной среде.
Чугун обладает хорошей гигиеничностью.
Материал отличается достаточно долгим сроком службы. Замечено, что чем продолжительнее используется чугун, тем его качество лучше.
Чугун – долговечный материал.
Чугун – это безвредный материал. Он не способен нанести организму даже маленького вреда.

К минусам чугуна относят:

Чугун покроется ржавчиной, если на нем непродолжительное время будет находиться вода.
Чугун – дорогостоящий материал. Однако этот минус оправдан. Чугун очень качественный, практичный и надежный. Предметы, изготовленные из него, так же получаются качественными и долговечными.
Для серого чугуна характерна маленькая пластичность.
Для белого чугуна характерна хрупкость. Он в основном идет на переплавку.

Свойства и характеристики

Физическими. К этим характеристикам относятся: удельный вес, коэффициент линейного расширения, действительная усадка. Удельный вес меняется в зависимости от содержания в материале углерода.
Тепловыми. Теплопроводность материала принята рассчитывать по правилу смещения. Для твердого чугуна объемная теплоемкость равна 1 кал/см 3* о С. Если чугун жидкий, то она равна примерно 1,5 кал/см 3 * о С.
Механическими. Эти свойства зависят от самой основы, а так же от размеров и формы графита. Самым прочным считается серый чугун с перлитной основой, а самым пластичным — с ферритной основой. Максимальное снижение прочности наблюдается при форме графита «пластинка», а минимальное – при форме «шар».
Гидродинамическими. Вязкость в чугуне меняется в зависимости от наличия марганца и серы. Так же она резко возрастает когда температура чугуна переходит точку начала затвердевания.
Технологическими. Чугун обладает отличными литейными свойствами, стойкости к износу и вибрации.
Химическими. По электродному потенциалу (по мере убывания) структурные составляющие чугуна располагаются в следующем виде: цементит — фосфидная эвтектика — феррит.

Отличия чугуна от стали по химическому составу и свойствам

На свойства чугуна влияют специальные примеси.

Так добавление серы позволяет существенно уменьшить жидкотекучесть и снизить тугоплавкость.
Добавление фосфора одновременно дает возможность создать изделие сложной формы, но не дает ему повышенной прочности.
Примесь в виде кремния делает температуру плавления не такой высокой и значительно улучшает свойства литья. Различное процентное содержания кремния позволяет создать разный чугун: от чисто-белого до ферритного.
Марганец ухудшает литейные и технологические свойства, но повышает прочность и твердость.

Далее вы узнаете, какие элементы входят в хим.состав чугуна.

О том, как сварить чугун электросваркой, расскажет видеоролик ниже:

Структура и состав

Если рассматривать чугун как структурный материал, то он представляет собой металлическую полость с графитными включениями. Структура чугуна это в основном перлит, ледебурит и пластичный графит. При этом у каждого вида чугуна эти элементы преобладают в разных пропорциях или отсутствуют совсем.

По структуре чугуны бывают:

перлитные,
ферритные и
ферритно-перлитный.

Графит присутствует в этом материале в одной из форм:

Шаровидная. Графит приобретает такую форму при добавлении присадки магния. Шаровидная форма графита характерна для высокопрочных чугунов.
Пластичная. Графит похож на форму лепестков. В такой виде графит присутствует в обычном чугуне. Этот чугун обладает повышенными свойствами пластичности.
Хлопьевидный. Графит приобретает такую форму в результате отжига белого чугуна. Графит в хлопьевидном виде находится у ковкого чугуна.
Вермикулярный. Графит названной форма находится у серого чугуна. Она была разработана специально для улучшения пластичных и прочих свойств.

Производство металла

Чугун производят в специальных доменных печах. Основное сырье для получения чугуна – это железная руда. Технологический процесс заключается в восстановлении оксидов железа руды и получении на выходе другого материала – чугуна. Для изготовления чугуна используются следующее топливо: кокс, природный газ и термоантрацит.

После восстановления руды железо имеет твердую форму. Далее его опускают в специальную часть печи (распар), где происходит растворение в железе углерода. На выходе получается жидкий чугун, который опускается в нижнюю часть печи.

Цена на чугун (за 1 кг) зависит от количества углерода в нем, от наличия дополнительных примесей и легирующих компонентов. Примерно цена тонны чугуна будет составлять 8000 рублей.

Области применения

Чугун распространен во многих сферах.

Его используют для производства деталей в машиностроении. В основном из чугуна делают блоки для двигателей и коленчатые валы. Для последних требуется усовершенственный чугун, в который добавляют специальные добавки из графита. Благодаря устойчивости чугуна к трению из него делают тормозные колодки отличного качества.
Чугун может бесперебойно работать даже при сильно низких температурах. Поэтому его часто используют в производстве деталей машин, которым придется работать в жестких климатических условиях.
Хорошо зарекомендовал себя чугун в металлургической области. Его ценят за относительно небольшую цену и отличные литейные свойства. Изготовленные из чугуна изделия характеризуются отличной прочностью и износостойкостью.
Из чугуна делают большое множество сантехнических изделий. К ним можно отнести раковины, батареи, мойки и различные трубы. Особо славятся чугунные ванны и радиаторы отопления. Некоторые из них служат в квартирах по настоящее время, хотя приобретены были много лет назад. Чугунные изделия сохраняют свой первоначальный вид и не нуждаются в реставрации.
Благодаря хорошим литейным свойствам из чугуна получают настоящие произведения искусства. Его часто применяют в изготовлении художественных изделий. Например, таких как красивые ажурные ворота или памятники архитектуры.

Выбираете ванну? Не знаете, что лучше, чугунная или стальная? Тогда это видео поможет вам:

Характеристики, свойства, виды и применение чугуна

В идеале сплав чугуна состоит из железа и углерода. Но в него часто входят различного рода присадки, потому что без них сплав был бы ещё более хрупким. Так для увеличения прочности в материал добавляются кремний, марганец, фосфор и серу (не больше 1%).

Наличие в чугуне углерода, процент содержания которого колеблется от 2,14 до 4, способствует исключительной твёрдости материала. Но в то же время именно углерод увеличивает его хрупкость. В практике обычно применяется чугун, содержащий около 3 процентов углерода.

Изделия из чугуна

В некоторые виды чугуна также добавляют специальные примеси, чтобы придать материалу дополнительные свойства. Как правило, это хром, никель и алюминий. Если вам нужно решить вопрос связанный с литьём чугуна, советуем обратиться сюда.

Преимущества чугуна

1) Чугун имеет широкое использование в литейном производстве. У него низкая температура плавления. Она равна примерно 1200 градусов, что ниже показателей стали на 250-300 градусов. Всё потому, что углерод и железо образуют не слишком прочную связь между собой. Благодаря этому, а также плотности 7,2 г/см3 чугун превосходит по литейным свойствам другие материалы, за исключением нескольких разновидностей стали.

2) Ещё одним неоспоримым преимуществом чугуна является его твёрдость. Она достигает 7,5 баллов по шкале Мооса. Этот результат превышает показатели кварца и лишь на 2,5 балла меньше от твёрдости алмаза.

3) Детали из чугуна отличаются долговечностью.

4) Чугун – экологически чистый материал. Поэтому его и применяют для создания посуды, в которой готовится пища. Сплав не включает в себя вредных компонентов и безопасен для здоровья человека.

5) Чугун способен долгое время поддерживать высокую температуру.

Процесс литья чугуна

Недостатки чугуна

1) Из-за значительного части углерода в сплаве материал очень хрупок. А потому он не пригоден для создания деталей, которые будут находиться под давлением.

2) Чугун быстро начнёт покрываться ржавчиной, если на нём длительное время будет собираться вода. Полностью изделие не проржавеет, но может утратить опрятный вид. Поэтому для деталей из чугуна необходимо покрытие для защиты от коррозии.

3) Также изделия всегда отличаются массивностью.

Виды чугуна

1) Белый чугун. Этот сплав приобрёл своё название за светлый оттенок на сколе. Он характеризуется входящим в его состав чрезмерным количеством углерода в виде цементита.

Процент углерода чаще всего выше 3, поэтому белый чугун – материал очень хрупкий и ломкий. Он тяжело плавится и с трудом поддаётся обработке стальными инструментами. В чистом виде его применяют не часто, в основном для деталей, не предназначенных для нагрузок.

Но характеристики материала можно изменить, если добавить в сплав примеси. Обычно для этого используют хром и никель. Полученный материал называется «сормайт», его применяют для нагрева. Основное применение белого чугуна – это отливка ванн.

2) Серый чугун. Эта разновидность чугуна тоже была названа по цвету в месте разлома. Материал используется практически во всех сферах народного хозяйства. Количество углерода в сплаве примерно равно 2,5%. И в отличие от белого, в сером чугуне он содержится также в виде графита.

Применение из чугуна

Материал обладает и пластичностью, и хорошей для чугуна прочностью. Благодаря этому материал применяется в производстве деталей, эксплуатируемых при циклических нагрузках. Из серого чугуна изготавливают втулки, зубчатые шестерёнки, литые конструкции.

3) Ковкий чугун. Для создания этого сплава используют белый чугун. Его подвергают обжигу, что способствует образованию феррита. Этот материал наиболее пластичен. Из него получают шестерни, поршни, подшипники, звенья и ролики конвейерных цепей, муфты, тормозные детали и педали.

4) Высокопрочный чугун. Это вид серого чугуна, в котором графит решётке имеет шаровидную форму. Округлость графита ослабляет кристаллическую решётку, что улучшает механические свойства материала.

Вследствие этого свойственные чугуну характеристики (прочность, удобство литья) дополняются устойчивостью к трещинам и пластичностью, которые близки к показателям стали. Высокопрочным чугуном даже можно заменить все стальные механизмы. Из материала изготавливаются турбопроводы и другие отопительные аппараты.

Применение

1) Чугун незаменим в машиностроении. Большое количество деталей (поршни, шестерни, электродвигатели) производятся именно из него.
2) Ценен чугун и в металлургической отрасли. Он обладает отличными литейными качествами, а также не дорог в цене.
2) Продолжает чугун широко использоваться для создания канализационных труб и сантехники. Из него изготавливаются ванны, отличающиеся долговечностью, раковины и фитинги. Некоторые радиаторы, приобретённые годы назад, всё ещё продолжают служить своим владельцам.
3) Сплав идёт и на производство посуды. Сковородки из чугуна пользуются особой популярностью.
4) Печи из чугуна не только значительно дешевле аналогов, но и не подвержены деформации при нагреве.
5) Также из чугуна создаются декоративные элементы или художественные элементы: ажурные ограды, ворота и решётки.

В последнее время из-за высокой затратности производства чугуна, его использование значительно сократилось. Чтобы облегчить производство, вместо него стали использовать сплавы более лёгкие для изготовления. Эта тенденция продолжается уже несколько лет, и для многих сейчас чугун кажется пережитком прошлого. Но остались отрасли, в которых он пока не сдаёт позиции и по-прежнему крайне необходим. Поэтому полностью отказаться от использования чугуна не представляется возможным.

Чугун сплав, его свойства, характеристики, виды и применение

Сплав железа с углеродом, где процентное содержание углерода варьируется от 2,14% до 6,67%, носит название «чугун». Помимо этих 2-х химических элементов, в состав входят следующие компоненты:

Кремний – количество не превышает 4,3% и влияет на пластичность и литейные свойства сплава.
Марганец – повышает прочность материала. Исполняет отбеливающую функцию, препятствуя графитизации. Количество составляет не больше 2%.
Сера – оказывает негативное воздействие на материал и может стать причиной возникновения трещин. Содержание в сплаве варьируется от 0,07% до 0,15%
Фосфор – увеличивает жидкотекучесть чугунного сплава. Примерное количество – 0,03%.

Слиток из чугуна

Углерод делает материал твердым и плотным, при этом снижая его пластичность. Из-за своей хрупкости чугун хорошо поддается только литейной обработке. В производстве сплав железа с углеродом занимает лидирующую позицию, уступая только стали. Количество углерода делит сплав на 3 вида:

Доэвтектический – процентная часть углерода составляет от 2,14% до 4,2%.
Эвтектический – количество углерода составляет 4,3%.
Заэвтектический – содержание углерода варьируется от 4,4% до 6,67%.

По структуре чугунный сплав делится на 5 видов:

Белый. На разрезе имеет светлый оттенок и отличительный блеск, из-за содержащегося карбида железа. Цемент придает сплаву твердость и высокую износостойкость. Поэтому, он трудно поддается резке. Из-за своей прочности используется в качестве наружного слоя. Из-за своей плотности белый чугун часто перерабатывается в сталь.
Серый. Углерод представлен в виде пластичного графита. От этого, цвет чугуна на разрезе – темно-серый. Твердость металла значительно ниже, чем у белого. Хорошо поддается резной обработке. Материал обладает высоким уровнем вязкости и текучести. Если вам нужны услуги литья серого чугуна, то рекомендуем вам обратиться сюда.
Ковкий. Изготавливается из серого чугуна путем литья. Графит в составе принимает хлопьевидную форму, что придает материалу пластичность. Может подвергаться деформации даже при комнатной температуре. Из-за отсутствия внутренних колебаний, изделия из ковкого чугуна не поддаются вибрационным нагрузкам.
Высокопрочный. В серый чугун добавляется примесь марганца. Графит представлен шаровидной формой. Увеличивает прочность качества изделий, что приравнивает материал к стальным сплавам. Хорошо поддается литью.
Половинчатый. Углерод представлен в составе как графитом, так и карбидом. Используется для производства деталей, которые подвергаются постоянному трению.

Сплав чугуна

По химическому составу выделяют легированный и нелегированный чугун.

Нелегированный. В этот вид чугунного сплава не добавляются примеси. Количество марганца не превышает 2%, а кремния – 4%.
Легированный. В состав добавляют различные примеси для улучшения качества материала. Например, если ввести в структуру 12% хрома, полученное изделие будет обладать повышенной стойкостью к коррозии. Добавление меди сделает материал плотнее, снизится вероятность появление трещин и улучшатся литейные качества. Так же, в состав добавляют никель, марганец, фосфор. От количества легированных компонентов выделяют низколегированные (меньше 2,5% дополнительных элементов), среднелегированные (от 2,5% до 10%) и высоколегированные (больше 10%) сплавы.

Чугун наделен следующими свойствами:

Химические. Химический состав металла влияет на остальные свойства чугунного сплава.
Физические. На удельный вес чугунного сплава влияет количество содержащегося углерода. Усадка чугуна, или уменьшения объема во время остывания после литья, зависит от степени графитизации и химического состава.
Тепловые. Показатель теплоемкости определяет способность проведения тепла материалом. Различные добавки снижают теплопроводность железа. Интенсивность нагревания увеличивает теплоемкость.
Гидродинамические. Высокое содержание марганца и серы делают материал вязким. Это свойство увеличивается при переходе в точку затвердевания.
Технологические. Металл обладает стойкостью к внутренней вибрации, а также не дает материалу изнашиваться.
Механические. На прочность изделия влияет количество графитных включений. Чем их меньше – тем прочнее готовый материал.

Применение чугуна

Чугунные изделия изготавливаются и используются в различных сферах, благодаря своей прочности и стойкости к низким температурам. Обширное применение металл получил в машиностроении. Из него изготавливают блоки для двигателей внутреннего сгорания, тормозные колодки.

Чугунные радиаторы отопления

В металлургической сфере чугунный сплав ценится за свои литейные свойства и низкую цену. Стоимость материала зависит от количества содержащегося углерода в составе сплава. Сантехническое оборудование, изготовленное из чугуна, до сих пор стоит во многих квартирах и исправно служит своим владельцам.

Благодаря своей пластичности, из металла получаются изделия различной формы. Ванны, раковины, радиаторы, трубы – они обладают продолжительном сроком эксплуатации и не подвергаются внешней деформации на протяжении долгого времени.

Заборные решётки из чугуна

Вещи, созданные из высокопрочного металла, можно встретить в архитектуре дворцов, усадеб и домов прошлых столетий. Из чугуна изготавливали решетки на окна, входные ворота, украшения для крыши и сада, памятники.

Металлический сплав может длительное время сохранять тепло. Поэтому, из него изготавливают посуду – казаны, сковородки. Изделия легко очищаются, благодаря хорошей гигиеничности, а химический состав не несет вреда для организма.

Детали водопроводные из чугуна

Изделия из чугунных сплавов уже долгое время считаются надежными, качественными и экологически чистыми. Материал включает в себя множество ценных свойств, благодаря чему большое количество деталей и оборудований активно выпускаются и используются.