Какое количество углерода содержится в чугуне – состав чугуна, каково содержание в нем углерода и железа, сфера использование материала

Содержание

Содержание углерода в чугуне | Справочник конструктора-машиностроителя

Чугун — сплав железа с углеродом ( содержанием более 2, 14% ).
Углерод в чугуне может содержаться в виде цементита и графита.
В зависимости от формы графита и количества цементита, выделяют : бледный, бесцветный, ковкий и высокопрочные чугуны.
Чугуны держат постоянные примеси ( Si, Mn, S, P ), а в отдельных событиях также легирующие элементы ( Cr, Ni, V, Al и др. ).

Чугу́н — сплав железа с углеродом с содержанием более 2, 14 % ( точка предельной растворимости углерода в аустените на диаграмме состояний ).
Углерод в чугуне может содержаться в виде цементита и графита.
В зависимости от формы графита и количества цементита, выделяют : бледный, бесцветный, ковкий и высокопрочные чугуны.
Чугуны держат постоянные примеси ( Si, Mn, S, P ), а в отдельных событиях также легирующие элементы ( Cr, Ni, V, Al и др. ).

Обыкновенно, чугун хрупок.

Ковкий чугун получают длительным отжигом белого чугуна, в итоге которого образуется графит хлопьевидной формы.
Металлическая основа такого чугуна : феррит и реже перлит.
Ковкий чугун получил свое название из — за повышенной пластичности и вязкости ( при всем при том, что обработке давлением не подвергается ).
Ковкий чугун обладает повышенной крепостью при растяжении и рослым сопротивлением удару.
Из ковкого чугуна изготовляют детали непростой фигуры : картеры заднего моста машин, тормозные колодки, тройники, угольники и т. д.

Включая небольшое сопротивление отливок из серого

чугуна растягивающим и ударным нагрузкам, следует использовать сей материал для подробностей, которые подвергаются сжимающим или изгибающим нагрузкам.
В станкостроении это – базовые, корпусные детали, кронштейны, зубчатые колеса, ведущие ;
в автостроении — блоки цилиндров, поршневые кольца, распределительные валы, диски сцепления.
Отливки из серого чугуна также используются в электромашиностроении, для изготовления товаров народного потребления.

Углерод в чугуне может находиться в виде цементита, графита или в то же самое время в виде цементита и графита.
Возникновение постоянной фазы — графита

в чугуне может происходить в итоге прямого выделения его из слабого ( твердого ) раствора или вследствие распада предварительно образовавшегося цементита ( при замедленном охлаждении расплавленного чугуна цементит может подвергнуться разложению РезС — > Fe + ЗС с образованием феррита и графита ).
Процесс формирования в чугуне ( стали ) графита называют графитизацией.

По содержанию углерода чугуны подразделяются на доэвтектический — 2, 14 …
4, 3 % С, эвтектический — 4, 3 % С и заэвтектический — 4, 3 …
6, 67 % С углерода.
Доэвтектические чугуны, включающие 2, 14 …

4, 3 % С, после окончательного охлаждения имеют структуру перлита, ледебурита ( перлит + цементит ) и вторичного цементита.
Эвтектический чугун ( 4, 3% С ) при температуре ниже + 727 °С состоит только из ледебурита ( перлит + цементит ).
Заэвтектический, который нельзя отменить 4, 3 …
6, 67 % С, при температуре ниже + 727 °С состоят из первичного цементита и ледебурита ( перлит + цементит ).
На практике наибольшее распространение получили доэвтектические чугуны, включающие 2, 4 …
3, 8% С углерода.
Тельное значение содержания углерода в чугуне определяется его технологическими характеристиками при литье — обеспечение хорошей жидкотекучести.
Жидкотекучесть — это способность металлов и сплавов в расплавленном состоянии заполнять полость формы, точно воспроизводить очертания и размеры отливки.
Увеличенное содержание углерода в чугуне выше 3, 8% С приводит к резкому возрастанию твердости и хрупкости.
Жидкотекучесть определяется по спиральной пробе, а ее величина по длине заполнения части спирали.
Усадка — уменьшение линейных и обьемных размеров металла, затопленного в фигуру при его кристаллизации и охлаждении.

В промышленности разновидности чугуна маркируются следующим типом : 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 », значат величину временного сопротивления разрыву в кгс/мм ) ;
антифрикционный чугун 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 удлиненние ( % ) ;
чугун легированный со специальными свойствами — Ч.

spravconstr.ru

Процент содержания углерода в чугуне

Микроструктура чугунов (табл. 1) зависит от скорости охлаждения металла: при быстром охлаждении будет белый чугун (углерод находится в химически связанном состоянии в виде цементита и ледебурита), а при медленном охлаждении будет серый чугун (углерод находится в виде графита).

Табл. 1. Марки и механические свойства чугуна разлиных типов.

Группа	Марка чугуна	σВ, МПа	НВ	δ
серые	СЧ10	100	120. 150
СЧ15	150	130. 241
.	.	.
СЧ35	350	179. 290
Высокопрочные	ВЧ35	350	140. 170	22
ВЧ40	400	140. 202	15
.	.	.	.
ВЧ100	1000	270. 360	2
Ковкие	КЧ30-6	300	163	6
КЧ33-8	330	163	8
КЧ37-12	370	163	12
.	.	.	.
КЧ63-2	630	269	2

Кремний Si способствует графитизации чугуна, и улучшает его литейные свойства. В серых чугунах содержится 0,8 …4,5 % Si.

Марганец Mn способствует отбеливанию чугуна, но содержание Mn до 1,2% полезно, т.к. увеличиваются твердость и прочность чугуна.

Фосфор Р повышает жидкотекучесть чугуна, поэтому допустимо его содержание до 0,4%, но в ответственных чугунных отливках содержится фосфора менее 0,15%, т.к. с ростом содержания его увеличивается хрупкость чугуна.

Сера S затрудняет графитизацию, увеличивает хрупкость и ухудшает жидкотекучесть чугуна, поэтому серы в чугунах должно быть не более 0,1%.

Серые чугуны делятся на модифицированные, высокопрочные и ковкие (табл. 2).

В серых чугунах графит имеет пластинчатую форму, в высокопрочных — шаровидную, а в ковких — хлопьевидную.П римеры обозначения чугунов:

Табл. 2 — Влияние химических элементов на свойства чугуна

Серый чугун	Высокопрочный чугун	Ковкий чугун
Углерод
Повышенное содержание углерода приводит к уменьшению прочности, твердости и увеличению пластичности; углерод улучшает литейные свойства чугуна	Увеличенное содержание углерода улучшает литейные свойства чугуна	Углерод — основной регулятор механических свойств ковкого чугуна; чугун обладает низкой жидкотекучестью и требует высокого перегрева
Кремний
Кремний (с учетом содержания углерода) способствует выделению графита и снижает твердость, а также уменьшает усадку; повышенное содержание кремния снижает пластичность и несколько увеличивает твердость	С повышением содержания кремния возрастает предел прочности при растяжении, при дальнейшем увеличении содержания — уменьшаются предел прочности при растяжении и относительное удлинение	Для ферритного ковкового чугуна суммарное содержание кремния и углерода должно быть 3,7-4,1%. Содержание кремния зависит от количества углерода и толщины стенки. При содержании кремния до 1,5% механические свойства сплава повышаются
Марганец
Марганец тормозит выделение графита, способствует размельчению перлита и отбеливанию чугуна; взаимодействуя с серой, нейтрализует ее вредное действие. Механические свойства чугуна повышаются при содержании марганца до 0,7-1,3 %, а при дальнейшем увеличении — снижаются. Марганец увеличивает усадку сплава	С повышением содержания марганца уменьшается доля феррита и увеличивается количество перлита; при этом повышается предел прочности при растяжении и уменьшается относительное удлинение. Для повышения износостойкости содержание марганца увеличивают до 1,0- 1,3%	Марганец увеличивает количество связанного углерода, повышает прочность феррита. При повышении содержания марганца до 0,8-1,4% увеличивается количество перлита, прочность сплава повышается, но резко падает пластичность и ударная вязкость. В ферритном чугуне содержание марганца не должно превышать 0,6%, в перлитном — 1,0%
Магний
—	Для образования графита шаровидной формы содержание магния должно быть не ниже 0,03%, а церия не ниже 0,02% (остаточное содержание). При более низком содержании не весь графит получает шаровидную форму; часть его содержится в виде пластинок, что снижает механические свойства сплава. При повышенном содержании магния (и церия) в структуре сплава образуется цементит и, следовательно, снижаются механические свойства. Оптимальное содержание остаточного магния — 0,04-0,08%	—
Сера
Сера снижает прочность и пластичность, но несколько повышает износостойкость сплава, считается вредной примесью, придает чугуну красноломкость (образование трещин при высоких температурах), препятствует выделению графита	Чем выше содержание серы в исходном чугуне, тем труднее получить полностью шаровидную форму графита и, следовательно, высокие механические свойства	Содержание серы в ферритном ковком чугуне, модифицированном алюминием, может быть повышено до 0,2 %; при этом механические свойства возрастают за счет улучшения формы графита. Определяющее влияние на механические свойства чугуна оказывает отношение содержания марганца и серы, которое должно быть в пределах 0,8-3,0
Фосфор
Фосфор на процесс графитизации углерода влияет слабо, но повышает жидкотекучесть сплава, придает чугуну хладноломкость, т. е. хрупкость	Фосфор оказывает существенное влияние на структуру и механические свойства. Чтобы получить чугун с высокой пластичностью, содержание фосфора не должно превышать 0,08%. Для получения чугуна с невысокой пластичностью содержание фосфора увеличивают до 0,12-0,15%	Фосфор оказывает такое же, как для серого чугуна влияние на структуру и механические свойства сплава
Никель
Никель — легирующий элемент, благоприятно влияет на выравнивание механических свойств в отливках с различной толщиной стенок, повышает твердость на 10 НВ. С увеличением содержания никеля возрастает коррозионная стойкость и улучшается обрабатываемость сплава	Никель влияет на тепло- и электропроводность, а также на коррозионную стойкость и жаростойкость сплава. С увеличением содержания никеля эти свойства повышаются	Никель способствует графитизации углерода и увеличивает количество перлита в металлической основе сплава
Хром
Хром — карбидообразующий элемент. С увеличением хрома растет прочность и твердость отливок, замедляется процесс графитизации углерода	С увеличением содержания хрома в определенных пределах повышается жаростойкость, коррозионная стойкость и износостойкость сплава	Хром замедляет процесс графитизации углерода. Содержание хрома в сплаве не превышает 0,06-0,08%; повышение содержания до 0,1 -0,12% приводит к образованию в структуре сплава стойких карбидов
Молибден
Молибден — легирующий элемент; замедляет процесс графитизации углерода и способствует карбидообразованию. С увеличением содержания молибдена повышается твердость без ухудшения обрабатываемости и возрастает сопротивление износу	—	Молибден способствует измельчению перлита и графитовых включений, увеличивает предел прочности на 3-7 кгс/мм 2 при содержании молибдена 0,5%; замедляет процесс графитизации углерода
Медь
Медь способствует графитизации углерода, увеличивает жидкотекучесть, повышает прочность и твердость сплава	При содержании в сплаве 1 % меди прочность при растяжении повышается до 40%, а текучесть — до 50 % и соответственно при 2% меди — до 65% и до 70%. Содержание меди более 2% препятствует образованию в структуре сплава шаровидного графита	Медь способствует графитизации углерода и увеличивает содержание в сплаве перлита

Небольшие количества множества элементов могут попасть в состав литейного чугуна и оказывать заметное воздействие на структуру и свойства отливок. Добавки некоторых из этих элементов производят специально, в то время как другие представляют собой примеси, привнесенные в металл из шихты. Некоторые из этих элементов оказывают положительное воздействие, особенно в сером чугуне, в то время как другие оказывают отрицательное воздействие и попадания их с расплав следует избегать. В таблице перечислены обычные источники этих элементов, часто встречающиеся уровни их содержания и основное воздействие на чугун. Результаты применения некоторых элементов в качестве основных легирующих (например, хром), в таблице не указаны.

Чугун литейный
Л1	Л2	Л3	Л4	Л5
Л6	ЛР1	ЛР2	ЛР3	ЛР4
ЛР5	ЛР6	ЛР7

Чугун передельный
П1	П2	ПВК1	ПВК2	ПВК3
ПЛ1	ПЛ2	ПФ1	ПФ2	ПФ3

Чугун низколегированный
ЧН2Х	ЧН3ХМДШ	ЧНМШ	ЧНХМД	ЧНХМДШ
ЧНХТ	ЧС5	ЧС5Ш	ЧХ1	ЧХ2
ЧХ3	ЧХ3Т	ЧЮХШ

Чугун высоколегированный
ЧГ6С3Ш	ЧГ7Х4	ЧГ8Д3	ЧН11Г7Ш	ЧН15Д3Ш
ЧН15Д7	ЧН19Х3Ш	ЧН20Д2Ш	ЧН4Х2	ЧС13
ЧС15	ЧС15М4	ЧС17	ЧС17М3	ЧХ16
ЧХ16М2	ЧХ22	ЧХ22С	ЧХ28	ЧХ28Д2
ЧХ28П	ЧХ32	ЧХ9Н5	ЧЮ22Ш	ЧЮ30
ЧЮ6С5	ЧЮ7Х2

Чугун с вермикулярным графитом для отливок
ЧВГ30	ЧВГ35	ЧВГ40	ЧВГ45

Чугуном называют железоуглеродистые сплавы (содержащие также то или иное количество примесей и легирующих элементов), затвердевающие с образованием эвтектики. Следовательно, в отличие от стали, чугун не может приобрести однофазное строение (например, аустенитное) при термической обработке. Согласно диаграмме состояния сплавов Fe—С (рис. 1), область чугуна охватывает сплавы, содержащие свыше 2,11% С. Практически же в качестве указанного граничного содержания углерода принято считать 2% С. С повышением содержания легирующих элементов эта граница, как правило, смещается в сторону меньших концентраций углерода. Так, многие высокохромистые, высококремнистые (например, ферросилиды), высокоалюминиевые сплавы железа содержат значительное количество эвтектики и условно считаются чугуном, несмотря на весьма низкое содержание углерода.

Присутствие эвтектики в структуре чугуна обусловливает его использование исключительно в качестве литейного сплава (работы по прокатке чугуна, особенно высокопрочного с шаровидным графитом, дали некоторые положительные результаты, но промышленного применения не нашли; перспективной является прокатка низкоуглеродистого низкокремнистого белого чугуна).

Чугун менее прочен и более хрупок, чем сталь, но дешевле стали и хорошо отливается в формы. Поэтому чугун широко используют для изготовления литых деталей. Углерод в чугуне может содержаться в виде цементита (Fe₃C) или графита. Цементит имеет светлый цвет, обладает большой твердостью и трудно поддается механической обработке. Графит, наоборот, темного цвета и достаточно мягок. В зависимости от того, какая форма углерода преобладает в структуре, различают два основных вида чугуна: белый и серый.

По степени эвтектичности чугун подразделяют на доэвтектический, эвтектический и заэвтектический (см. рис. 1). Неправомерно принято отождествлять степень эвтектичности чугуна со степенью «насыщенности». Последняя относится как к чугуну, так и к стали и отражает лишь отношение содержания углерода в сплаве к эвтектическому или, с учетом влияния кремния и фосфора на смещение эвтектической точки влево.

Чугун считается эвтектическим, когда углеродный эквивалент равен 4,2—4,3%.

По содержанию дополнительных компонентов чугун подразделяют на нелегированный, низколегированный, средне- и высоколегированный. Нелегированным считают чугун, содержащий до 3,5—4% Si, до 1,5—2% Мп, до 0,3% Р, до 0,2— 0,25% S и до 0,1% таких элементов, как Cr, Ni, Си. В низколегированном чугуне содержание каждого из перечисленных легирующих элементов обычно не превышает 1,0—1,5%, в среднелегированном оно может достигать 7%, а в высоколегированном превышает 7—10%. Добавки сотых и даже тысячных долей процента таких элементов, как магний, азот, бор, висмут, считаются легирующими (микролегирование, модифицирование).

По степени графитизации чугун подразделяют на белый (практически не графитизированный), отбеленный или половинчатый (частично графити-зированный) и серый (в значительной степени или полностью графитизированный). Ковким называют чугун, полученный из белого путем его графитизации в твердом состоянии при термической обработке.

Белый чугун представляет собой сплав, в котором весь или практически весь избыточный углерод, не находящийся в твердом растворе в железе, присутствует в виде цементита Fe₃C (или специальных карбидов в легированном чугуне). В нелегированном чугуне цементит представляет собой метастабильную фазу, способную распадаться с образованием железа и графита. На рисунке выше линии метастабильных равновесий (цементитная система) PSK, ES, ECF и CD показаны сплошными, а линии стабильных равновесий (графитная система) P`S`К`, E`S`, E`C`F` и C`D` —- пунктирными (в физической химии металлов принят обратный порядок обозначения).

В неполностью графитизированном сером чугуне эвтектоидное превращение протекает не в стабильной (графитной), а в метастабильной (цементитной системе) и аустенит превращается не в феррито-графитный эвтектоид, а в феррито-цементит-ную смесь — перлит. При этом наличие перлитного цементита и даже небольшого количества вторичного цементита (выпадающего из аустенита при его охлаждении в соответствии с линией метастабильного равновесия ES на рисунке выше) не является признаком отбела серого чугуна.

В производственной практике чаще всего наблюдаются случаи, когда эвтек-тоидное превращение протекает частично в стабильной и частично в метастабильной системах. Получающийся перлито-ферритный чугун обладает свойствами, приближающимися к свойствам перлитного или ферритного серого чугуна в зависимости от процентного содержания феррита и перлита в структуре металлической основы.

При отжиге белого чугуна на ковкий графит выделяется в виде более компактных включений, в результате чего металл приобретает определенные пластические свойства (откуда и название этого вида чугуна). Как и серый чугун, ковкий чугун может быть полностью и неполностью графитизированным и подразделяется соответственно на ферритный, феррито-перлитный и перлитный. Ледебуритного или вторичного цементита в ковком чугуне не должно быть (за исключением отдельных изолированных, так называемых «остаточных» карбидов). Половинчатый ковкий чугун промышленного применения не нашел.

В конце сороковых годов был изобретен метод модифицирования чугуна магнием, церием (а в настоящее время также иттрием и рядом других элементов), при котором графитные включения приобретают шаровидную или близкую к ней форму. Такой сплав фактически является разновидностью серого чугуна, однако ввиду приобретения им ряда специфических свойств (сочетания высокой прочности и пластичности, повышенной ударной вязкости) его классифицируют отдельно под названием «высокопрочный» чугун (ВЧ) или чугун с шаровидным графитом (ЧШГ). В зависимости от использованного модификатора его также называют магниевым, либо цериевым чугуном. В зарубежной литературе его часто называют «пластичным» чугуном (ductile iron). Высокопрочный чугун так же подразделяется на перлитный, перлито-ферритный и ферритный. В промышленности используют также отбеленный чугун с шаровидным графитом.

Часто модифицирование магнием или церием приводит к практически полному отбелу чугуна. После графитизирующего отжига в металле образуются шаровидные включения графита. Такой материал фактически представляет собой разновидность ковкого чугуна. Однако ввиду ряда специфических особенностей (кратковременности отжига, обусловленной высоким содержанием кремния в металле и отсутствием инкубационного периода) его классифицируют в одной группе с высокопрочным чугуном.

Таким образом, значительно графитизированный чугун условно подразделяют на серый (СЧ), ковкий (КЧ) и высокопрочный (ВЧ), хотя в ряде случаев провести между ними границу очень трудно.

Серый, ковкий и высокопрочный чугун классифицируют по механическим свойствам. Согласно общей классификации принято следующее деление:

По специальным свойствам чугун подразделяют на износостойкий, антифрикционный, коррозионностойкий, жаростойкий, немагнитный.

По твердости чугун подразделяют на:

Мягкий чугун HB269

По прочности чугун подразделяют на:

Обыкновенной прочности 2

Повышенной прочности = 20-38 кГ/мм 2

Высокой прочности > 38кГ/мм 2

В белом чугуне почти весь углерод содержится в связанном состоянии в форме цементита. Такой чугун имеет в изломе светло-серый цвет, очень тверд, почти не поддается механической обработке и поэтому не применяется для изготовления деталей, а используется для переделки в сталь и для изготовления деталей из ковкого чугуна. Такой чугун называется также передельным.

Серый чугун в изломе темно-серого цвета, мягок, хорошо обрабатывается инструментами и поэтому широко применяется в машиностроении. Температура плавления серого чугуна 1100— 1250° С. Чем больше в чугуне углерода, тем ниже температура плавления. Основное количество углерода в сером чугуне содержится в виде графита, равномерно распределенного среди зерен основного сплава.

В сером чугуне, по сравнению с белым, содержится больше кремния и меньше марганца, так как кремний способствует графитизации углерода в чугуне, а марганец, наоборот, вызывает образование связанного углерода — цементита.

Примерный состав серого чугуна: 3—3,6% углерода; 1,6—2,5% кремния; 0,5—1% марганца; 0,05—0,12% серы; 0,1—0,8% фосфора. Сера является вредной примесью в чугуне, затрудняет его сварку и понижает прочность; она повышает вязкость чугуна в расплавленном состоянии и увеличивает его литейную усадку.

Фосфор делает чугун более жидкоплавким и улучшает его свариваемость, но одновременно повышает хрупкость и твердость. Поэтому содержание серы и фосфора в чугуне не должно превышать указанных пределов.

По ГОСТ 1412—54 марка серого чугуна обозначается буквами СЧ и двумя числами, из которых первое обозначает среднюю величину временного сопротивления в кгс/мм 2 , а второе — то же, при изгибе. Выпускается, например, серый чугун марок СЧ12-28, СЧ15-32, СЧ18-36 и т. д. Наиболее прочным является чугун марки СЧ38-60. Твердость по Бринеллю для серого чугуна СЧ12-28 составляет от 143 до 229, чугуна СЧ38-60 —от 207 до 262.

Ковкий чугун по механическим свойствам занимает промежуточное положение между чугуном и сталью, отличается от серого чугуна большей вязкостью и меньшей хрупкостью. Для получения деталей из ковкого чугуна их отливают из белого чугуна, а затем подвергают термообработке, например длительному отжигу или «томлению» в песке при 800—850° С. При этом выделяется свободный углерод в форме мелких округленных частиц, располагающихся в виде обособленных скоплений (хлопьев) между кристаллами железа. При температуре выше 900—950° С углерод переходит в цементит и деталь теряет свойства ковкого чугуна. Поэтому детали после сварки приходится вновь подвергать полному циклу термообработки для получения в шве и околошовной зоне структуры ковкого чугуна.

Ковкий чугун по ГОСТ 1215—59 обозначается буквами КЧ и двумя числами: первое указывает временное сопротивление в кгс/мм 2 , а второе — относительное удлинение в процентах, например КЧ35-4.

Легированный чугун обладает особыми свойствами — кислотоупорностью, высокой прочностью при ударных нагрузках и др. Эти свойства чугун получает в результате легирования хромом, никелем.

Модифицированный чугун получают из серого чугуна, вводя в жидкий чугун специальные добавки, называемые модификаторами — силикокальций, ферросилиций, силикоалюминий и др. Количество вводимых модификаторов не превышает 0,1 — 0,5%, при этом температура жидкого чугуна должна быть не ниже 1400° С.

При модификации состав чугуна почти не изменяется, но зерна графита принимают мелкопластинчатый, слегка завихренный вид, и располагаются изолированно друг от друга. От этого структура чугуна становится однородной, плотной, повышаются его прочность, износо- и коррозиоустойчивость.

По ГОСТ 1412—54 модифицированный чугун обозначается так же, как и серый, но с добавлением буквы М, например: МСЧ2848.

Высокопрочный и сверхпрочный чугуны имеют, графит шаровой формы. Это достигается введением в жидкий чугун при 1400° С чистого магния или его сплавов с медью и ферросилицием, с последующей модификацией силикокальцием или ферросилицием. Сверхпрочный чугун имеет временное сопротивление при растяжении 50—65 кгс/мм 2 (при изгибе 80—120 кгс/мм 2 ) и относительное удлинение 1,5—3%.

Механические и технологические свойства: чугун является своеобразным композитным материалом, механические и эксплуатационные свойства которого зависят от характеристик металлической основы (прочность, пластичность, твердость и др.), а также формы, размеров, количества и распределения графитовых включений. При этом решающее значение в ряде случаев имеет либо графит, либо металлическая основа. Например, модуль упругости чугуна в решающей степени зависит от формы и величины графитовых включений, а твердость в основном определяется свойствами металлической основы. Такие свойства, как временное сопротивление разрыву, ударная вязкость, длительная прочность, зависят как от свойств металлической основы, так и от формы или размеров и количества графитовых включений.

Получение той или иной структуры чугуна в отливках зависит от многих факторов: химического состава чугуна, вида шихтовых материалов, технологии плавки и внепечной обработки металла, скорости кристаллизации и охлаждения расплава в форме, а следовательно, толщины стенки отливки, теплофизических свойств материала формы и др. Структуру металлической основы чугуна можно изменять также термической обработкой отливок, общие закономерности влияния которой аналогичны возникающим при термической обработке углеродистой стали, а особенности связаны с сопутствующими изменениями металлической основы процессами графитизации.

Среди элементов химического состава С и Si определяют формирование структуры чугуна, а при заданной технологии литья приведенный размер стенки отливки R_np характеризует скорость ее охлаждения — отношение площади сечения стенки к периметру).

Наряду с Si большое значение как графитизирующий элемент имеет Аl, который иногда частично или полностью заменяет Si. Это улучшает свойства чугуна, особенно пластичность. Наиболее благоприятное сочетание характеристик прочности, вязкости и пластичности достигается в алюминиевых чугунах при содержании в них Si ε

— относительная осадка при появлении первой трещины, %σ_0,05— предел упругости, МПа J_к— предел прочности при кручении, максимальное касательное напряжение, МПаσ_0,2— предел текучести условный, МПаσ_изг— предел прочности при изгибе, МПаδ₅,δ₄,δ₁₀— относительное удлинение после разрыва, %σ_-1— предел выносливости при испытании на изгиб с симметричным циклом нагружения, МПаσ_сж0,05 и σ_сж— предел текучести при сжатии, МПа J_-1— предел выносливости при испытание на кручение с симметричным циклом нагружения, МПаν— относительный сдвиг, % n— количество циклов нагружения s _в— предел кратковременной прочности, МПаR и ρ— удельное электросопротивление, Ом·мψ— относительное сужение, %E— модуль упругости нормальный, ГПаKCU и KCV— ударная вязкость, определенная на образце с концентраторами соответственно вида U и V, Дж/см 2 T— температура, при которой получены свойства, Град s _T— предел пропорциональности (предел текучести для остаточной деформации), МПа l и λ— коэффициент теплопроводности (теплоемкость материала), Вт/(м·°С)HB— твердость по БринеллюC— удельная теплоемкость материала (диапазон 20 o — T ), [Дж/(кг·град)]HV— твердость по Виккерсу p_n и r— плотность кг/м 3HRC_э— твердость по Роквеллу, шкала Са— коэффициент температурного (линейного) расширения (диапазон 20 o — T ), 1/°СHRB— твердость по Роквеллу, шкала Вσ t _Т— предел длительной прочности, МПаHSD— твердость по ШоруG— модуль упругости при сдвиге кручением, ГПа
_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _
Чугунами называют сплавы железа с углеродом, содержащие более 2,14% углерода. Они содержат те же примеси, что и сталь, но в большем количестве. В зависимости от состояния углерода в чугуне, различают:
Белый чугун, в котором весь углерод находится в связанном состоянии в виде карбида, и чугун, в котором углерод в значительной степени или полностью находится в свободном состоянии в виде графита, что определяет прочностные свойства сплава, чугуны подразделяют на:
1) серые — пластинчатая или червеобразная форма графита;
2) высокопрочные — шаровидный графит;
3) ковкие — хлопьевидный графит. Чугуны маркируют двумя буквами и двумя цифрами,
соответствующими минимальному значению временного сопротивления δ_в при растяжении в МПа -10 . Серый чугун обозначают буквами «СЧ» (ГОСТ 1412-85), высокопрочный — «ВЧ» (ГОСТ 7293-85), ковкий — «КЧ» (ГОСТ 1215-85).
СЧ10 — серый чугун с пределомпрочности при растяжении 100 МПа;
ВЧ70 — высокопрочный чугун с сигма временным при растяжении 700 МПа;
КЧ35 — ковкий чугун с δ_в растяжением примерно 350 МПа.
Для работы в узлах трения со смазкой применяют отливки из антифрикционного чугуна АЧС-1, АЧС-6, АЧВ-2, АЧК-2 и др., что расшифровывается следующим образом: АЧ — антифрикционный чугун:
С — серый, В — высокопрочный, К — ковкий. А цифры обозначают порядковый номер сплава согласно ГОСТу 1585-79.
Вопрос 16. Легированные стали. Легирующие элементы. Маркировка л/с.
Легированные стали широко применяют в тракторном и сельскохозяйственном машиностроении, в автомобильной промышленности, тяжелом и транспортном машиностроении в меньшей степени в станкостроении, инструментальной и других видах промышленности. Это стали применяют для тяжело нагруженных металлоконструкций.
Стали, в которых суммарное количество содержание легирующих элементов не превышает 2.5%, относятся к низколегированным, содержащие 2.5-10% — к легированным, и более 10% к высоколегированным (содержание железа более 45%).
Наиболее широкое применение в строительстве получили низколегированные стали, а в машиностроении — легированные стали.
Легированные конструкционные стали маркируют цифрами и буквами. Двухзначные цифры, приводимые в начале марки, указывают среднее содержание углерода в сотых долях процента, буквы справа от цифры обозначают легирующий элемент. Пример, сталь 12Х2Н4А содержит 0.12% С, 2% Cr, 4% Ni и относится к высококачественным, на что указывает в конце марки буква ІАІ.
Строительные низколегированные стали
Низко легированными называют стали, содержащие не более 0.22% С и сравнительно небольшое количество недефицитных легирующих элементов: до 1.8% Mn, до 1,2% Si, до 0,8% Cr и другие.
К этим сталям относятся стали 09Г2, 09ГС, 17ГС, 10Г2С1, 14Г2, 15ХСНД, 10ХНДП и многие другие. Стали в виде листов, сортового фасонного проката применяют в строительстве и машиностроении для сварных конструкций, в основном без дополнительной термической обработки. Низколегированные низкоуглеродистые стали хорошо свариваются.
Для изготовления труб большого диаметра применяют сталь 17ГС (s0.2=360МПа, sв=520МПа).
Для изготовления деталей, упрочняемых цементацией, применяют низкоуглеродистые (0.15-0.25% С) стали. Содержание легирующих элементов в сталях не должно быть слишком высоким, но должно обеспечить требуемую прокаливаемость поверхностного слоя и сердцевины.
Хромистые стали 15Х, 20Х предназначены для изготовления небольших изделий простой формы, цементируемых на глубину 1.0-1.5мм. Хромистые стали по сравнению с углеродистыми обладают более высокими прочностными свойствами при некоторой меньшей пластичности в сердцевине и лучшей прочности в цементируемом слое.
vi-pole.ru
Чугун содержит углерода | Справочник конструктора-машиностроителя
Чугу́н — сплав железа с углеродом ( и прочими элементами ).
Содержание углерода в чугуне не менее 2, 14 % ( точка предельной растворимости углерода в аустените на диаграмме состояний ) : меньше — сталь.
Углерод придаёт сплавам железа крепость и твёрдость, снижая пластичность и вязкость.
Углерод в чугуне может содержаться в виде цементита и графита.
В зависимости от формы графита и количества цементита, выделяют : бледный, бесцветный, ковкий и высокопрочные чугуны.
Чугуны содержат постоянные примеси ( Si, Mn, S, P ), а в отдельных событиях также легирующие элементы ( Cr, Ni, V, Al и др. ).
Обыкновенно, чугун хрупок.

Чугу́н — сплав железа с углеродом ( и прочими элементами ).
Содержание углерода в чугуне не менее 2, 14 % ( точка предельной растворимости углерода в аустените на диаграмме состояний ) : меньше — сталь.
Углерод придаёт сплавам железа крепость и твёрдость, снижая пластичность и вязкость.
Углерод в чугуне может содержаться в виде цементита и графита.
В зависимости от формы графита и количества цементита, выделяют : бледный, бесцветный, ковкий и высокопрочные
чугуны.
Чугуны содержат постоянные примеси ( Si, Mn, S, P ), а в отдельных событиях также легирующие элементы ( Cr, Ni, V, Al и др. ).
Обыкновенно, чугун хрупок.
Ковкий чугун получают длительным отжигом белого чугуна, в итоге которого образуется графит хлопьевидной формы.
Металлическая основа такого чугуна : феррит и реже перлит.
Ковкий чугун получил свое название из — за повышенной пластичности и вязкости ( при всем при том, что обработке давлением не подвергается ).
Ковкий чугун
обладает повышенной крепостью при растяжении и рослым сопротивлением удару.
Из ковкого чугуна изготовляют детали непростой фигуры : картеры заднего моста машин, тормозные колодки, тройники, угольники и т. д.
При нормальных температурах структура чугуна состоит из перлита, вторичного цементита и ледебурита.
Ледебурит после эвтектоидного превращения представляет собой механическую смесь перлита и цементита.
Чугуны с содержанием углерода до 4, 3 % называются доэвтектическими чугунами.
такие чугуны называются белыми чугунами , если углерод находится в чугунах в химически связанном состоянии с железом, т.е. в цементите .
Микроструктура сплава IV, воображающего собой доэвтектический белый
чугун, изображена на рис.
По содержанию углерода чугуны подразделяются на доэвтектический — 2, 14 …
4, 3 % С, эвтектический — 4, 3 % С и заэвтектический — 4, 3 …
6, 67 % С углерода.
Доэвтектические чугуны, содержащие 2, 14 …
4, 3 % С, после окончательного охлаждения имеют структуру перлита, ледебурита ( перлит + цементит ) и вторичного цементита.
Эвтектический чугун ( 4, 3% С ) при температуре ниже + 727 °С состоит только из ледебурита ( перлит + цементит ).
Заэвтектический, который нельзя отменить 4, 3 …
6, 67 % С, при температуре ниже + 727 °С состоят из первичного цементита и ледебурита ( перлит + цементит ).

На практике наибольшее распространение получили доэвтектические чугуны, содержащие 2, 4 …
3, 8% С углерода.
Тельное значение содержания углерода в чугуне определяется его технологическими характеристиками при литье — обеспечение хорошей жидкотекучести.
Жидкотекучесть — это способность металлов и сплавов в расплавленном состоянии заполнять полость формы, точно воспроизводить очертания и размеры отливки.
Увеличенное содержание углерода в чугуне выше 3, 8% С приводит к резкому возрастанию твердости и хрупкости.
Жидкотекучесть определяется по спиральной пробе, а ее величина по длине заполнения части спирали.
Усадка — уменьшение линейных и обьемных размеров металла, затопленного в фигуру при его кристаллизации и охлаждении.
В стандарте Германии DIN 1693 — 506 — 50 в прозвании марки буквы обозначают : G — «gegosen» ( отлито ), G — «gubeisen» ( чугун ), G — «globular» ( шаровой ), 50 — наименьшее значение предела крепости в МПа 10 — 1 ( например, GGG — 50 ).
В В большинстве национальных образцов на высокопрочные нелегированные чугуны, регламентирующих механические свойства, химический состав чугунов не оговаривается.
Неизбежными для контроля являются предел крепости при растяжении, предел текучести, и относительное удлинение.
В образцах всех сторон, за исключением стандартов Германии и США, приводятся контролируемые пределы величин твердости.
Включая небольшое сопротивление отливок из серого чугуна растягивающим и ударным нагрузкам, следует использовать сей материал для подробностей, которые подвергаются сжимающим или изгибающим нагрузкам.
В станкостроении это – базовые, корпусные детали, кронштейны, зубчатые колеса, ведущие ;
в автостроении — блоки цилиндров, поршневые кольца, распределительные валы, диски сцепления.
Отливки из серого чугуна также используются в электромашиностроении, для изготовления товаров народного потребления.
Высокопрочные чугуны ( ГОСТ 7293 ) могут иметь ферритную ( ВЧ 35 ), феррито — перлитную ( ВЧ45 ) и перлитную ( ВЧ 80 ) металлическую основу.
Зарабатывают эти чугуны из бесцветных, в результате модифицирования магнием или церием ( добавляется 0, 03…0, 07% от массы отливки ).
По сравнению с серыми чугунами, механические свойства повышаются, это порождено отсутствием неравномерности в распределении усилий из — за шаровой формы графита.
spravconstr.ru
Количество углерода в чугуне и стали
Часто применяемыми в быту продуктами металлургической промышленности являются чугун и сталь. Оба материала представляют собой уникальный сплав железа и углерода. Но использование одинаковых компонентов при производстве не наделяет материалы схожими свойствами. Чугун и сталь – два различных материала. В чем же их отличия?
Сталь
Чтобы получить сталь, необходимо сплавить железо, углерод и примеси. При этом содержание углерода в смеси не должно превышать 2%, а железа быть не менее 45%. Остальной процент в смеси могут составлять легирующие элементы (связывающие смесь вещества, например, молибден, никель, хром и другие). Благодаря углероду железо приобретает прочность и предельную твердость. Без его участия получалось бы вязкое и пластичное вещество.
Чугун
При производстве чугуна также сплавляют железо и углерод. Только содержание последнего в смеси составляет более 2%. Помимо перечисленных компонентов в смеси содержатся постоянные примеси: кремний, марганец, фосфор, сера и легирующие добавки.
Отличия
В металлургии различают довольно большое количество разновидностей стали. Их классификация зависит от количества того или иного компонента в смеси. Например, большое содержание связывающих элементов дает высоколегированную (более 11%) сталь. Кроме этого существуют:
низколегированные – до 4% связывающих компонентов;
среднелегированные – до 11% связывающих элементов.
Содержание углерода в сплаве также дает свою классификацию металлу:
низкоуглеродистый металл – до 0,25%С;
среднеуглеродистый металл – до 0,55%С;
высокоуглеродистый – до 2%С.
И, наконец, в зависимости от содержания неметаллических включений, которые образуются в результате реакций (например, оксиды, фосфиды, сульфиды), осуществляется классификация по физическим свойствам:
особо высококачественная;
высококачественная;
качественная;
обычная сталь.
Это далеко не полная классификация стали. Еще различают виды по структуре материала, методу производства и так далее. Но каким бы способом ни сплавляли основные компоненты, в итоге получают твердый, прочный, износостойкий и устойчивый к деформациям материал с удельным весом 7,75 (до 7,9) Г/см 3 . Температура плавления стали – от 1450 до 1520°C.
В отличие от стали чугун более хрупок, его отличает способность разрушаться без заметных остаточных деформаций. При этом сам углерод в сплаве представлен в виде графита и/или цементита, их форма и соответственно количество определяют разновидности чугуна:
белый – весь необходимый углерод содержится в виде цементита. Материал белый на изломе. Очень тверд, но хрупок. Он поддается обработке и в основном используется для получения ковкой разновидности;
серый – углерод в виде графита (пластичная форма). Мягок, отлично поддается обработке (можно резать) и имеет низкую температуру плавления;
ковкий – получается после продолжительного отжига белого вида, в результате чего образуется графит. Нагрев (свыше 900°C) и скорость охлаждения графита негативно влияют на свойства материала. Это затрудняет сварку и обработку;
высокопрочный – содержит шаровидный графит, образующийся в результате кристаллизации.
Содержание углерода в составе определяет его температуру плавления (чем его больше, тем ниже температура) и выше текучесть при нагреве. Поэтому чугун – это жидкотекучий, непластичный, хрупкий и трудно поддающийся обработке материал с удельным весом 6,9 (7,3) Г/см 3 . Температура плавления – от 1150 до 1250°C.
Среди металлов, производимых в одном технологическом процессе выделяются одни из самых распространенных — сталь и чугун. При том, что один делается в результате переделки другого, эти металлы существенно отличаются друг от друга, как по своему составу, так и по использованию в экономике.
Как варят сталь
Сталью называют железо-углеродистый сплав, в котором содержание углерода не превышает 3,4 процентов. Обычный показатель — в пределах 0,1-2,14 %. Он снижает пластические характеристики стали, при этом делая ее тверже и прочнее. В легированной и высоколегированной содержится более 45% железа. Упругость стали определяет ее востребованность при создании машиностроительной продукции, в первую очередь силовых пружин и рессор, амортизаторов, подвесок, растяжек и других упругих частей.
Независимо от форм и условий эксплуатации упругих частей машин, механизмов и приборов, у них есть общее замечательное качество. Оно заключается в том, что, несмотря на большие ударные, периодические и статические нагрузки у них нет остаточной деформации.
Стали классифицируют в соответствии с их назначением, химическим составом, структурой и качеством. Категорий назначений стали множество, в том числе такие как:
Инструментальные.
Конструкционные.
Нержавеющие.
Жаропрочные.
Устойчивые к сверхнизким температурам.
Стали могут различаться по содержанию в них углерода, от низкоуглеродистых, в которых его до 0,25%, до высокоуглеродистых с 0,6-2%. В легированных может быть от 4 до 11 и выше процентов соответствующих добавок. В зависимости от содержания различных примесей они классифицируются на стали с обыкновенными качествами, высококачественные и обладающие особо высокими качествами.
При ее производстве главное — добиться снижения до необходимого уровня содержания серы и фосфора, делающих металл ломким и хрупким. При этом применяются разные способы, окисления углерода, которые могут быть мартеновским, конверторным и электротермическим. При мартеновском способе необходимо много тепловой энергии, которая выделяется при сжигании газа или мазута. С помощью электричества нагреваются дуговые или индукционные печи. Для конвертерного варианта внешнего источника тепла не нужно. Здесь обычно расплавленный чугун отделяется от примесей путем продувания через него кислорода.
Сырьем для производства стали служит металлом, передельный чугун, добавки, образующие шлаки и обеспечивающие легирование стали. Сам процесс плавки может проводиться в разных вариантах. Случается, что он начинается в мартеновской печи, а заканчивается в электрической. Или для того, чтобы получилась сталь, устойчивая против коррозии, она после плавления в электропечи сливается в конвертер. В нем она продувается кислородом и аргоном для минимизации содержания углерода. Плавится сталь при температуре 1450—1520 °C.
Как получают чугун
Сплав железа с углеродом также может именоваться чугуном. Однако в отличие от стали, в нем должно быть не менее 2,14 % углерода, придающему этому очень твердому материалу высокую хрупкость, При этом он становится менее пластичным и вязким. В зависимости от содержания в нем цементита и графита чугун может именоваться белым, серым, ковким и высокопрочным.
Первый содержит 4,3-6,67 % углерода. Он светло-серый на изломе. Используют его преимущественно для получения ковких чугунов с применением технологии отжига. Серым называется чугун по серому цвету его излома из-за наличия графита в пластинчатом виде и наличия кремния. В результате продолжительного отжига белого чугуна выходит чугун ковкий. У него повышенная пластичность и вязкость, удароустойчивость и большая прочность. Из него изготавливают сложные детали для машин и механизмов. Его маркируют буквами «К» и «Ч», после которых ставятся цифры, указывающие на предел прочности и относительное удлинение.
Высокопрочный чугун отличается наличием в нем шаровидного графита, не допускающего концентрации напряжений и ослабления металлической основы. Для его упрочнения используют лазер, что позволяет получать ответственные детали машин повышенной прочности. Для промышленных потребностей существуют различные классификации чугуна передельного, антифрикционного, легированного и графитсодержащего. Его температура плавления в пределах 1 150 до 1 200 °C.
Чугун зарекомендовал себя универсальным, недорогим и прочным материалом. Из него изготавливают сложные и массивные детали машин и механизмов, уникальные художественные изделия. Чугунные украшения и памятники украшают многие города мира. Столетиями служат людям искусно выполненные из него ограды старинных зданий, ступеньки в них, водопроводные и канализационные трубы. Чугунные люки закрывают коммуникационные колодцы на улицах многих населенных пунктов. Ванны, мойки и раковины, отопительные радиаторы из этого материала отличаются надежностью и долговечностью. Из чугуна отливают коленчатые валы и блоки цилиндров двигателей внутреннего сгорания, тормозные диски и другие детали автомобилей. Обычно чугунные детали после отливки подвергаются дополнительной механической обработке.
Что их отличает
Сталь и чугун являются материалами, широко используемыми в промышленности, на транспорте и в строительстве. Внешне они бывают очень схожими.
Однако существуют такие основные различия между ними:
Сталь является конечным продуктов сталеплавильного производства, а чугун — сырьем для него.
У стали прочность и твердость выше, чем у хрупкого чугуна.
В ней содержание углерода намного меньше, чем у чугуна.
Сталь тяжелее чугуна, у нее выше температура плавления.
Сталь можно обрабатывать путем резки, прокатки, ковки и пр., изделия из чугуна преимущественно отливаются.
Чугунные изделия пористые и имеют теплопроводность значительно ниже, чем стальные
Новые стальные детали имеют серебристый блеск, чугунные матовые и черные.
Для придания стали особых свойств, ее могут закаливать, с чугуном это не делают.
Чугун — это сплав железа с углеродом. По процентному содержанию железа содержится более 90%. Количество углерода колеблется в пределах 2,14- 6,67%. Благодаря этому элементу материал имеет высокую твердость, но появляется хрупкость. Это влечет ухудшение ковкости и пластичности. В некоторые виды для улучшения характеристики добавляются легирующие элементы: алюминий, хром, ванадий, никель.
Характеристика видов углеродистого металла
Диаграмма железо-углерод показывает, из чего состоит чугун. Кроме железа, присутствует углерод в виде графита и цементита.
Состав сплава чугуна имеет разновидности:
Белый. Присутствующий здесь углерод находится в химически связанном состоянии. Металл прочный, но хрупкий, поэтому плохо поддается механической обработке. В промышленности используется в виде отливок. Свойство материала позволяют вести его обработку абразивным кругом. Сложность вызывает процесс сварки, поскольку есть вероятность появления трещин из-за неоднородности структуры. Применение нашел в областях, связанных с сухим трением. Обладает повышенной жаростойкостью и износостойкостью.
Половинчатый. Обладает повышенной хрупкостью, поэтому не нашел широкого применения.
Серый. ГОСТ 1412–85 указывает, какой процент примесей содержит в своем составе этот металл: 3,5% углерода, 0,8% марганца, 0,3% фосфора, 0,12% серы и до 2,5% кремния. Присутствующий в пластинчатой форме углерод создает низкую ударную вязкость. Характеристика вида указывает, что на сжатие материал работает лучше, чем на растяжение. При достаточном нагреве обладает неплохой свариваемостью.
Ковкий. Ферритовая основа такого вида обеспечивает ему высокую пластичность. В изломе имеет черный, бархатистый цвет. Получается из белого, который томится длительное время при температуре 800−950 градусов.
Высокопрочный. Отличие от других видов заключается в присутствии графита шаровидной формы. Получается из серого после добавления в него магния.
Индивидуальные свойства металла
Материал характеризуется определенными характеристиками. К ним относятся:
Физические. Такие величины, как удельный вес или коэффициент расширения зависят от того, сколько составляет в металле содержание углерода. Материал тяжелый, поэтому из него можно делать чугунные ванны.
Тепловые. Теплопроводность позволяет аккумулировать тепло и удерживать, распространяя его равномерно во все стороны. Это используется при изготовлении сковородок или батарей для отопления.
Механические. Эти характеристики меняются в зависимости от графитовой основы. Наиболее прочный — серый чугун, имеющий перлитовую основу. Материал с ферритовой составляющей более ковкий.
В зависимости от наличия примесей появляется разница в свойствах материала.
К таким элементам относятся сера, фосфор, кремний, марганец:
Сера уменьшает текучесть металла.
Фосфор понижает прочность, но позволяет изготавливать изделия сложной формы.
Кремний увеличивает текучесть материала, снижая его температуру плавления.
Марганец дает прочность, но понижает текучесть.
Различия между чугуном и сталью
Чтобы понять, чем отличается сталь от чугуна, нужно рассмотреть их характеристики. Отличительной особенностью чугуна является количество углерода. Минимальное содержание его составляет 2,14%. Это основной показатель, по которому можно отличить этот материал от стали.
Содержание железа в стали составляет 45%, а процентное содержание углерода до 2. Для определения различий на глаз нужно обратить внимание на цвет. Сталь имеет светлый оттенок, а чугун темный.
Определить же процентное содержание примесей может только химический анализ. Если сравнивать температуру плавления чугуна и стали, то у чугуна она ниже и составляет 1150−1250 градусов. У стали — в районе 1500.
Чтобы отличить материал, нужно провести следующие действия:
Изделие опускается в воду и определяется объем вытесненной воды. У чугуна плотность меньше. Она составляет 7,2г/см3. У стали — 7,7−7,9 г / см3 .
К поверхности прикладывается магнит, который к стали притягивается лучше.
При помощи шлифовальной машинки или напильника натирается стружка. Затем она собирается в бумагу и вытирается об нее. Сталь не оставит следов.
Плюсы и минусы материала
Как и любой материал, чугун имеет положительные и отрицательнее стороны. К положительным качествам относятся:
большая разновидность состояний.
некоторые виды обладают высокой прочностью;
возможность длительное время сохранять температуру;
экологическая чистота, что позволяет изготавливать из него посуду;
стойкость к кислотно-щелочной среде;
высокая гигиеничность;
длительный срок эксплуатации и долговечность;
безвредность материала.
Однако и минусы тоже присутствуют. К ним относятся:
при длительном нахождении в воде поверхность покрывается ржавчиной;
высокая стоимость материала;
низкая пластичность серого вида чугуна;
хрупкость.
Чугун — это металл, который характеризуется высоким содержанием углерода. Благодаря этому у него присутствуют качества, которые бывают необходимы для промышленных и бытовых целей.
crast.ru
Состояние углерода в чугуне — Энциклопедия по машиностроению XXL
В зависимости от состояния углерода в чугуне различают [c.203]
Состояние углерода в чугуне [c.199]
В зависимости от состояния углерода в чугуне различают белы чугуны, в которых углерод находится в виде цементита серые чугуны, в которых углерод в значительной степени или полностью находится в свободном состоянии в форме пластинчатого графита [c.181]
Сплавы железа с углеродом, в которых содержание углерода больше 2,14%, называются чугунами. В зависимости от состояния углерода в чугуне различают [c.181]

Сплавы железа с углеродом, в которых содержание углерода больше 2,14%, называются чугунами. В зависимости от состояния углерода в чугуне различают белые чугуны, в которых весь углерод находится в связанном состоянии в виде цементита (структуры белых чугунов были рассмотрены в 8), излом чугуна матово-белый [c.166]
В зависимости от состояния углерода в чугуне различают белый чугун, в котором весь углерод связан в цементит (см. 2) серый чугун в котором весь углерод находится в свободном состоянии р виде графита или часть углерода (большая) находится в виде [c.62]
В зависимости от состояния углерода в чугуне различают два вида чугуна серый и белый. Серый чугун имеет в изломе серый цвет. Большинство отливок изготовляют из серого чугуна. Серый чугун хорошо обрабатывается резанием. В белом или отбеленном чугуне весь углерод находится в химическом соединении с железом в виде цементита (Ре С) Цементит очень тверд и хрупок, поэтому белый чугун обладает высокой твердостью и хрупкостью и не поддается обработке обычным режущим инструментом. В изломе белый чугун имеет белый цвет. Если белый чугун подвергать длительному отжигу (томлению), то цементит в чугуне распадается и углерод выделяется в свободном состоянии. [c.459]
Свариваемость и свойства сварных соединений зависят от структуры чугуна. Структура определяется составом чугуна и технологическими факторами, главным из которых является скорость охлаждения с высоких температур. Главный процесс, формирующий структуру,— это процесс графитизации, т. е. процесс выделения углерода в чугуне. Процесс графитизации при сварке является благоприятным, так как выделение углерода в свободном состоянии уменьшает хрупкость чугуна. Все элементы, содержащиеся в чугуне, делятся на две группы [c.129]
Графит — углерод в свободном состоянии, образующийся в чугунах в результате распада цементита при медленном охлаждении. Графит не магнитен, мягок и обладает низкой прочностью. [c.14]
Чугун — сплав на железной основе. Принципиальное отличие чугуна от стали заключается в более высоком содержании в нем углерода (более 2,14 %). Наибольшее распространение получили чугуны, содержаш ие 3-3,5 % углерода. В состав чугунов входят те же примеси, что и в сталь, т. е. кремний, марганец, сера и фосфор, но в несколько больших количествах. Углерод в чугуне может находиться в химическом соединении с железом либо в свободном состоянии в виде графита. Чугуны, у которых весь углерод находится в химическом соединении с железом, называют белыми (по виду излома), а чугуны, весь углерод которых или большая его часть представляет собой графит, получили название серых. В данной главе рассматривается строение белых чугунов. [c.58]

Углерод в чугуне может быть как в связанном с железом состоянии (цементит), так и в свободном (графит). Графит в чугуне имеет разнообразную форму 1) пластинчатого графита, [c.122]
Шихту подбирают так, чтобы получить нужный химический состав чугуна в зависимости от назначения отливок. При составлении шихты учитывают также возможные изменения состава чугуна при плавке. Они состоят в том, что в процессе плавки от соприкосновения с топливом изменяется количество углерода в чугуне, повышается содержание серы, а также происходит частичное окисление содержащихся в чугуне кремния и марганца. В результате понижения содержания кремния уменьшается выделение графита, и чугун отбеливается, т. е. в наружном слое отливок углерод остается в химически связанном с железом состоянии в виде очень твердого цементита (условия для образования отбеливания чугуна подробнее изложены в главе П1), [c.200]
После медленного охлаждения и затвердевания углерод в чугуне находите- в свободном состоянии в виде графита. Наличие графита приводит к снижению твердости и улучшению обрабатываемости чугуна. Такой чугун называется серым, он широко используется в промышленности. [c.11]
Углерод в чугуне находится либо в химически связанном состоянии (карбиды железа в виде ледебурита, первичного и вторичного цементита), либо в свободном состоянии, т. е. в виде графита. Поэтому структура чугуна зависит от количества углерода, находящегося в химически связанном состоянии и может быть перлито-графи-товая феррито-перЛито-графитовая феррито-графитовая. Чугуны различают по структуре, способам изготовления, химическому составу и назначению. [c.189]
Выше мы установили, что углерод в чугуне может быть в двух состояниях в виде графита (свободный углерод) и в виде цементита (углерод, химически связанный с железом) — структурно свободного или входящего в состав перлита. Таким образом можно написать [c.200]
В каком состоянии находится углерод в чугуне [c.209]
Чугун представляет собой железоуглеродистый сплав, содержание углерода в котором превышает 2,14%. Углерод в чугуне может находиться в свободном состоянии в виде графита (серый, ковкий, высокопрочный чугун) и в связанно.м состоянии в виде карбидов (белый чугун в приборостроении не используют). Наличие графита в чугунах определяет повышенную износостойкость и способность поглощать вибрацию. Чугуны в основном используют в качестве литейных сплавов, так как для них характерны малая усадка (1 % ) и высокая жидкотекучесть. [c.129]
Хром, переходя частично в твердый раствор с железом, способствует образованию сорбитообразного перлита. Будучи карбидообразующим элементом, хром тормозит графитизацию чугуна, уменьшая тем самым развитие выделений графита. Ввиду того что никель является сравнительно слабой графитизирующей примесью, а хром — сильной карбидообразующей, при присадке обоих этих элементов в чугун необходимо уравновесить влияние их на состояние углерода в структуре чугуна соотношением содержания их N1 Сг [c.304]
В зависимости от состояния углерода различают чугуны серые, белые и половинчатые. Наибольшее распространение получили серые чугуны, в которых большая часть углерода находится в свободном состоянии в виде графитовых включений. В зависимости от формы последних и степени легирования серые чугуны подразделяют на серые с пластинчатым графитом (серые), ковкие, высокопрочные, антифрикционные и легированные со специальными свойствами. [c.267]
Углерод в чугуне находится как в свободном состоянии, так и в виде соедине-н яя с железом. [c.101]
Как и в стали, углерод в чугуне является главной примесью. Он может быть в связанном состоянии в виде цементита или в свободном — в виде графита. Цементит — это вещество, которое представляет собой химическое соединение углерода и железа. Он очень тверд, но хрупок. Графит — это чистый углерод, оц очень мягок. [c.15]
Серые чугуны, обыкновенные и легированные, отличаются от сталей более высоким процентом содержания углерода, колеблющимся примерно от 2,6 до 3,6%. Углерод в чугунах находится либо полностью в свободном состоянии, либо частично в связанном. В свободном состоянии углерод имеет форму графитных включений различных размеров и конфигураций. В сталях весь углерод находится в связанном состоянии в виде химического соединения — цементита. [c.16]
Как указывалось выше, углерод в чугунах может находиться либо в свободном состоянии — в виде графитных включений, либо в связанном состоянии — в виде цементита. Количество связанного или свободного углерода в чугуне определяется наличием кремния, марганца и других легирующих элементов. Например, кремний является графитизирующим элементом. Его содержание в чугуне колеблется от 0,5 до 5%. Кремний не образует с углеродом карбидов, способствуя распаду цементита. Марганец, наоборот, является карбидообразующим элементом. Он уменьшает состав графита, способствуя образованию перлитной структуры. [c.52]
Чугунами называются сплавы железа с углеродом при содержании 2,14…6,3 % С. Наиболее распространены чугуны с 2,5…4 % С. Кроме углерода в чугунах имеется некоторое количество марганца и кремния, а также примесь серы и фосфора. Углерод в чугунах может находиться либо в свободном состоянии -в виде графита (серые чугуны), либо в связанном — в виде карбидов железа (белые чугуны). [c.582]
В зависимости от состояния углерода в сплаве различают белые, серые, ковкие и высокопрочные чугуны. [c.89]
Чугуны представляют собой железоуглеродистые сплавы с содержанием углерода более 1,7%. Углерод в чугуне может находиться или в связанном состоянии в виде карбидов железа, или в свободном состоянии в виде графита. В зависимости от этого чугуны подразделяются на белые и серые. В белых чу-гунах углерод находится только в связанном состоянии, в серых — главным образом в свободном. К особой группе серых чугунов относятся ковкие чугуны, получающиеся из белых путем длительного отжига (томления). Кроме железа и углерода, в чу-гунах содержатся кремний, марганец, сера и фосфор, а в легированных чугунах также могут содержаться никель, хром, ванадий и другие элементы. [c.199]
В зависимости от состояния углерода в чугуне различают два вида чугуна серый и белый. В сером чугуне углерод находится в свободном состоянии в виде пластинчатого графита. Серый чугун в изломе имеет серый цвет. Большинство отливок изготовляется из серого чугуна. Серый чугун хорошо обрабатывается режущим ин-струменто.м. В белом, или отбеленном, чугуне весь углерод находится в связанном состоянии а виде химического соединения с железом (РезС). Химическое соединение углерода с железом называется цементитом, или карбидом железа. Цементит очень тверд и хрупок, поэтому белый чугун обладает высокой твердостью и хрупкостью и не поддается обработке обычным режущим инструментом. В изломе белый чугун имеет белый цвет. Если белый чугун подвергать длительному отжигу (томлению), то в результате этой операции цементит в чугуне распадается и углерод выделяется 3 свободном состоянии. [c.555]
Чугун представляет собой сплав железа с углеродом, кремнием, марганцем, фосфором и серой, в котором содержание углерода колеблется от 1,7 до 6,67 /о. Углерод может находиться в чугуне в химически не связанном состоянии с железом, т. е. в виде свободного графита, располагающегося равномерно по всей массе чугуна блестящими черными чешуйками, либо в виде химического соединения с железом РезС, которое носит название цементита. Состояние углерода в чугуне оказывает большое влияние на его механические свойства. Выделению углерода в виде графита способствует кремний, а образованию цементита—марганец. Сера и фосфор являются вредными примесями, ухудшающими механические свойства чугуна. Сера придает чугуну красноломкость (хрупкость металла в нагретом состоянии) и ухудшает литейные качества. Фосфор придает ему хладноломкость (хрупкость металла в холодном состоянии). Сера вносится в чугун из кокса, а фосфор из руды при ее плавке. [c.14]
Капли железоуглеродистого расплава сливаются в струйки и стекают в горн печи. При движении вниз металл контактирует с кусками раскаленного кокса и путем прямого растворения углерода 3Fe-f = Fe3 дополнительно науглероживается. Благодаря науглероживанию в жидком состоянии концентрация углерода в металле повышается до 3,5—4,5 %. Конечное содержание углерода в чугуне будет определяться следующими факторами 1) химическим составом металла, т. е. содержанием в нем кремния, марганца и других элементов, влияющих на растворимость углерода в железе 2) температурой нагрева чугуна 3) длительностью пребывания чугуна в нижней части печи. Чугун тем больше насыщается углеродом, чем дольше он находится в контак те с раскаленным коксом и чем выше его температура. Высокий нагрев увеличивает растворимость углерода в железе. После выпуска чугуна из печи и некоторого его охлаждения углерод выделяется из сплава в виде твердого чешуйчатого графита или спели, которая при хранении чугуна в ковше или в миксере всплывает на поверхность. Кроме углерода, в железо переходят фосфор, кремний, марганец, сера. Содержание углерода в литейном чугуне составляет -4,0 %, а в передельном 4,5 % [c.76]
Чугун находит широкое применение в промышленности в качестве конструкционного материала, так как имеет невысокую стоимость, хорошие литейные свойства, износостойкость, стойкость при знакопеременных нагрузках и повышенных температурах. Чугун содержит свыше 2 % углерода, до 5 % кремния и некоторое количество марганца. Используются легированные чугуны с добавками хрома, никеля, молибдена. В зависимости от состава, условий кристаллизации и скорости охлаждения углерод в чугуне может находиться в химически связанном или свободном состоянии в виде графита. В первом случае чугун называется белым, так как на изломе он более светлый. Такой чугун имеет высокую твердость, изностойкость, чрезвычайно трудно обрабатывается, имеет ограниченное использование в конструкциях. Во втором случае чугун называется серым, он на изломе имеет серый цвет. Этот чугун имеет удовлетворительную прочность, достаточную твердость, хорошо обрабатывается на механическом оборудовании. Серый чугун более распространен в промышленности в качестве конструкционного материала. [c.127]
Чугун — сплав железа с углеродом (свыше 2 %), кремнием (до 5 %) и марганцем с примесями — серой и фосфором. В специальные чугуны дополнительно вводят хром, никель, молибден, титан, медь и др. Углерод в чугуне может находится в химическом соединении в виде цементита РезС или в структурно-свободном состоянии в виде графита. [c.337]
Согласно другим представлениям в расплаве могут находиться как отдельные ионы углерода, так и плоские макромолекулы (пинакоиды). Однако пинакоиды не являются обособленной фазой — они отдают четвертый валентный электрон в электронный газ металлического расплава, образуя таким образом макроионы. В результате получается истинный, а не коллоидный раствор [27]. Эти точки зрения не противоречат фактам. Для расплавов железо — углерод эффекты, связанные с появлением неоднородности, наблюдаются при концентрации углерода свыше 2% для системы железо — углерод — кремний (2% кремния) они имеют место уже при содержаниях углерода свыше 1,5%. Состояние углерода в расплаве сильно зависит от степени перегрева чугуна над линией ликвидуса. Предполагаются также области су-шествования различных агрегатных состояний углерода в жидких чугунах. В расплавах, имеющих температуру на 100° С и выше температуры ликвидуса углерод находится в растворе и частично в форме полиатомарного состояния. Ближе к температуре ликвидуса возможны дисперсные образования графита из гексагональных колеи (пинакоиды). [c.57]
Классификация чугунов. В зависимости от того, в какой форме содержится углерод в чугунах, различают следующие их виды. В белом чугуне весь углерод находится в связанном состоянии в виде цементита. Структура белого чугуна соответствует диаграмме Fe-Feg (рис. 2.9). В сером чугуне большая часть углерода находится в виде графита, включения которого имеют пластинчатую форму. В высокопрочном чугуне графитные включения имеют шаровидную форму, а в ковком — хлопьевидную. Содержание углерода в виде цементита в сером, высокопрочном и ковком чугунах может составлять не более 0,8 %. [c.78]
Углерод в чугунах может находиться в виде химического соединения — цементита (такие чугуны называют белыми) или в свободном состоянии в виде графита — частично или полностью (в этом случае чугуны называют серыми). Получение того или иного вида чугуна зависит в основном от его химического состава и скорости охлаждения. Такие элементы, как кремний, титан, никель, медь и алюминий, способствующие выделению графита, называют графитизирующими. При введении таких элементов, как марганец, молибден, сера, хром, ванадий, вольфрам, углерод входит в химическое соединение с железом, образуя цементит (Feg ). Эти элементы называют антиграфитизирующими, или тормозящими графитизацию. При одном и том же химическом составе структура чугуна может быть различной в зависимости от толщины отливки. Чтобы обеспечить необходимую структуру отливок разной толщины, надо знать их химический состав. Для определения химического состава отливок опытным путем строят структурные диаграммы. Например отливка имеет химический состав С + Si = 4 % (линия аа. на рис. 8.1). При таком составе в отливке толщиной до 10 мм получится белый чугун, толщиной до 20 мм — половинчатый, толщиной до 60 мм — серый перлитный и толщиной свыше 60 мм — серый ферритно-пер-литный. При толщине отливки свыше 120 мм и указанном химическом составе чугун будет серый ферритный. [c.133]
Углерод в чугуне бывает в двух видах в свободном состоянии — в виде графита в химическом соединеншт с железом РезС — в виде цементита. Если углерод в чугуне находится полностью или частично в виде графита то чугун имеет в изломе серый цвет и называется серым. Если углерод в чугуне находится в виде цементита, то-чугун имеет в изломе белый цвет и называется белым. Кремний способствует получению серого чугуна, а марганец — белого. Сера и фосфор — вредные примеси сера придает чугуну хрупкость, фосфор — хрупкость, но улучшает его литейные качества, жидкотекучесть. Серый и белый чугуны резко отличаются по свойствам. Белые чугуны очень твердые и хрупкие, плохо обрабатываются инструментом, в основном идут на переплавку в сталь и называются передельными чугунами. Часть белого чугуна используется для получения ковкого чугуна. Серые чугуны обладают хорошими литейными свойствами, мягкие, хорошо обрабатываются и сопротивляются износу, они называются литейными чугунами. Чугуны с содержанием фосфора 0,3—1,2% жидкотекучи и применяются для художественного литья. Серый чугун поступает в производство в виде отливок и характеризуется прочностью и твердостью. [c.46]
Углерод, входящий в состав чугуна, может находиться в свободном состоянии в виде отдельных частиц графита, вкрапленных между зернами железа, и в химически связанном состоянии — в виде карбида железа РезС (цементита). В зависимости от того, в какой форме присутствует углерод в чугуне, различают серый, белый, высокопрочный и ковкий чугун. [c.15]
Чугун — это сплав железа с углеродом (более 2% С) я другими элементами. Углерод в чугуне может находиться в химически связанном состоянии в виде цементита или в структурно-свободном состоянии в виде граф1па. Постоянными примесями в чугуне являются кремний, марганец, сера и фосфор. Наряду с этим в состав чугуна могут входить специальные примеси (легирующие элементы). [c.77]
Углерод в чугунной отливке может быть в двух формах а) в виде карбида железа РезС (цементит) б) графита в свободном состоянии, образующ,егося при охлаждении отливки в форме и при термической обработке. [c.36]
Углерод в чугуне может находиться в виде карбида железа РезС (первичный и вторичный цементит). Такой чугун, называемый белым чугуном , обладает повышенной твердостью и плохо поддается механической обработке. Б сером чугуне углерод находится в свободном состоянии в виде прослоек графита и только частично может быть в виде вторичных карбидов (перлит). Кремний способствует графитизации чугуна и увеличению размеров графитовых включений. Мар- [c.134]
Основными составляющими чугуна являются железо и углерод. Железо — элемент VIII группы системы Менделеева, принадлежащий к группе переходных металлов с недостроенной Зг -оболочкой с распределением электронов по энергетическим уровням . Энергетические уровни Зй и 45 очень близки, и между ними может легко осуществляться переход электронов, чем и обусловлены переменная валентность и полиморфизм железа. Углерод — элемент IV группы системы Менделеева с распределением электронов 18 28 2Р в нормальном состоянии и 15 252Р — в возбужденном (при этом наблюдается 5Р — гибридизация). Свойства железа и графита, который является наиболее характерной формой углерода в чугуне, приведены в табл. 1.1. [c.7]
mash-xxl.info
Серый чугун: свойства, применения, состав, маркировка
Чугун – это сплав железа и углерода. Один из самых широко распространенных видов – это серый чугун. Объем углерода в его составе превышает 2,14% и содержится в диапазоне от 2,4 до 4,2%.
Свое название материал получил по цвету излома, имеющего серый цвет.
По сути, это литьевой чугун с вкраплениями пластинчатого графита. Но и, тем не менее, его продолжают называть серым. Кстати, такой же цвет можно увидеть и на изломе ковкого чугуна. Металлурги установили зависимость между объемом свободного углерода, но не от его формы.
В сером чугуне углерод по мере охлаждения приобретает форму хлопьевидных или пластинчатых вкраплений. Разница между чугуном и сталью заключена в объеме углерода. Углерод абсолютно полностью растворяется в стали и не содержится в виде вкраплений, в сером чугуне содержатся вкрапления углерода называемыми графитом.

Основные характеристики
Чугун широко распространен и востребован черной металлургией. Его производят путем воссоздания железной руды при поддержке углеродного топлива (кокса). В процессе реакции восстановления, полученный расплав получает дополнительную порцию углерода.
Именно, объем углерода, находящийся в свободном состоянии, определяет механические параметры этого чугуна. Одно из свойств, позволяющее применять этот материал не только как передельный металл, но и как литьевой – это довольно высокие литейные качества и малая усадка при застывании отливки. У серого чугуна отмечается высокая текучесть, и это позволяет отливать довольно сложные изделия.
Существует и ограничение на применение изделий полученных из этого чугуна – оно обусловлено тем, этот материал имеет невысокую прочность на изгиб и высокую хрупкость. Но с другой стороны, его отличает высокая прочность на сжатие.
Этот материал отличает и стойкость к износу. Это допускает применять его в узлах, работающих в условиях высокого трения. В таких условиях сильное воздействие оказывают антифрикционные параметры серого чугуна.
Большой объем углерода понижает плотность серого чугуна, она равна от 6,8 до 7,3 тонны на м³.
Включения углерода не позволяют выполнять неразъемные соединения из заготовок, выполненных из серого чугуна, с помощью сварки. Но, тем не менее, разработаны и применяют технологии сварочных работа, которые можно проводить при соблюдении ряд условий. В этот набор входят предварительный нагрев заготовок, применение специализированных электродов с высоким содержанием углерода. Плавное охлаждение шва, это необходимо для удаления напряжений в сварном шве. Но в любом случае, его структура заметно отличается от основного материала.
Маркировка
Металлургические комбинаты производят несколько марок этого материала. Его маркировку осуществляют следующим образом. Две буквы в начале аббревиатуры обозначают тип чугуна, маркировка серого чугуна начинается с СЧ, цифры, которые расположены после букв, говорят о пределе прочности во время растяжения
Принята следующая классификация серого чугуна:
СЧ10 — ферритный;

СЧ15, СЧ18, СЧ20 — ферритно-перлитные чугуны;

начиная с СЧ25 — перлитные чугуны.

Состав серого чугуна и его структура
Параметры и свойства сплава напрямую зависят от режима охлаждения, дело в том, что именно во время охлаждения формируется структура материала.
В процессе медленного охлаждения происходит образование немалых кристаллов железа, а сочетание металла и углерода становится перлитным. В ходе такого охлаждения происходит не только увеличение размера кристаллов металла, но и углеродных включений. Такое сочетание приводит к тому, что перлитный материал имеет не только высокую прочность, но и повышенную хрупкость.

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

По строению металлической основы серые чугуны делят на:
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 ПГ_Ф1;

пластинчатая завихреная — ПГ_Ф2;

игольчатая — ПГ_Ф3;

гнездообразная -ПГ_Ф4.

Первоочередную значимость для приобретения требуемых параметров чугунной отливки имеет его структура, именно поэтому при выполнении заготовок требуется тщательное выполнение технологии плавления и заливания сырья. Для обретения требуемых параметров серого чугуна и устранения дефектов применяют операцию модификации.
В составе СЧ, в зависимости от его марки, могут входить следующие вещества:
Основа — Fe (железо), остальное:
C (углерод) — 2,9-3,7%;

Si (кремний) -1,2-2,6%;

Mn (марганец) — 0,5-1,1;

P (фосфор) не больше 0,2-0,3%;

S (сера) не больше 0,12-0,15%.

Допустимо легирование серого чугуна с использованием таких веществ как Cr, Ni, Cu, и некоторыми другими элементами.
Кремний в составе увеличивает графитизацию углерода. Марганец несмотря на то что затрудняет графитизацию, улучшает его механические свойства.
Химический состав СЧ определен в ГОСТ 1412-85. Серый чугун производят во многих странах мира, в США аналогом этого материала считается A48-30B, в Британии BS 200 или 220, в КНР GB HT 20, в Европейском союзе EN-JL1030 FG20.
Применение
Серый чугун нашел свое применение при получении отливок разной формы, для которых требуется высокая прочность при сжатии. Эта характеристика важна в основном при производстве литых станин, предназначенных для изготовления станочного оборудования. Применение этого материала ограничено высокой хрупкостью готовых изделий. Особенно это проявляется при наличии серьезных нагрузок на изгиб.
Не так давно, литейные характеристики серого чугуна были использованы при изготовлении кухонной посуды и иной бытовой утвари, в частности, чугунки, сковородки и пр. Выпущенная, с использованием литья, продукция отличалась простотой в производстве и низкой себестоимостью.
В наши дни с использованием литья производят нагруженные компоненты машин, которые работают без изгибающих нагрузок, например, детали поршневой группы которые установлены в ДВС.
Детали высокой прочности, отлитые из этого материал, обладают небольшой стоимостью и длительным временем эксплуатации. Можно смело сказать, что литые станины и корпуса станочного оборудования – это вечные компоненты станочного оборудования, в сравнении с другими узлами оборудования.
Чугуны марки СЧ15, СЧ18, СЧ20 применяют для слабо нагруженных деталей. Это: фланцы, крышки, маховик, корпус редуктора.
Марки СЧ20 и СЧ25 используют, где требуется повышенная нагрузка на детали. Это: поршни цилиндров, блоки цилиндров двигателя, станина станка.
Марки повышенной прочности и износостойкости СЧ30, СЧ35, СЧ40, СЧ45 использую в зубчатых колесах, гильзах двигателей, распределительных валах, шпинделях, для деталей паровых котлов. Эти марки обладают высокой теплостойкостью.
Оцените статью:
Рейтинг: 0/5 — 0 голосов
prompriem.ru
Способ определения количества свободного углерода в чугуне

ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
Сфез Сеаатскнх
Соцналнетнчеакнх
Реслублнк
{nI877416
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-еу (22) Заявлено 261179 (21) 2846718/22-02 с присоединением заявки ¹â€” (23) Приоритет
Опубликовано 301081. Бюллетень Н9 40
Дата опубликования описания 30.1081
Р1)М. К,.
G N 27/72
Государственный комитет
СССР яо аелам изобретений и открытий (5З) ПЖ536. 42 (088. 8) t
A.ß.Áåòåíüêoâà, P.Е.Ершов и T.Ã,Èâàíåíêî (72) Авторы изобретения
Институт физики им.Л.В.Киренского Сибирского отделения АН СССР (71) Заявитель (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЛИЧЕСТВА СВОБОДНОГО
УГЛЕРОДА В ЧУГУНЕ
Изобретение относится к физикохимическому анализу металлов и спла- вов и может быть использовано для определения количества свободного углерода в чугуне.
Известен способ определения весового содержания свободного углерода
O (графита ) в чугуне.
В контролируемом образце чугуна высверливают стружку, взвешивают ее и растирают в возможно более мелкий порошок, стараясь избежать потерь.
Полученный порошок растворяют в азотной кислоте и раствор пропускают через асбестовый фильтр, на котором оседает графит, не растворившийся в азотной кислоте. В специальном аппарате поджигают фильтр с осадившимся на нем графитом, а полученный при сгорании графита углекислый газ поглощают едким натром. По увеличению веса едкого натра судят о количестве углекислого газа, а значит и о количестве свободного углерода по взятой навеске чугуна.
Согласно известному способу результаты трех последовательных измерений не должны отличаться более чем. на 0,1% при содержании свободного углерода оТ 2,5 до ЗЪ. Таким образом, способ .нормирует лишь случайную ошибку (1) .
Недостатком этого способа определения содержания свободного углерода в чугуне является его большая трудоемкость. На анализ одного образца требуется около четырех часов.
Наиболее бщ эким к предлагаемому является способ.контроля содержания углерода в стали, основанный на изменении объема магнитной фазы при прохождении через точку Кюри цементита и вытекающем отсюда изменении магнитного потока через контролируемый образец. Он заключается в отливке пробного образца в кокиль, охлаждЕнии с произвольной скоростью от 700 до 500ОС, охлаждении в изотермичес.кой ванне до 230-330 С, намагничивании образца постоянным полем до насыщения и измерении приращения магнитного потока при охлаждении образца от 230-330 С до 40 С. IIa изменению магнитного потока судят о содержании углерода в стали (2).
Относительное изменение магнитного потока соответствует процентному содержанию цементита в стали и не превышает 3-5%, что определяет недостаточную чувствительность метода.
877416
Цель изобретения вЂ” увеличение чувствительности контроля и упрощение способа, Поставленная цель достигается тем, что контролируемое изделие намагничивают до насыщения переменным полем и из вторичной ЭДС, наведенной в искательной катушке, выделяют ее третью гармонику, а о количестве свободного углерода судят по отношению амплитуд третьей гармоники вторичной ЭДС при
250 и 20 С по формуле
Юо
С =а+Ь—-, з свод Е о з где Е вЂ” амплитуда третьей гармони25о ки при 250 С; о
2о
F > вЂ” амплитуда третьей гармоники при 20сС; .С вЂ” количество свободного уг-: лерода, 0 и О вЂ” коэффициенты линии perpecсии.
Физическая основа увеличения чувствительности при намагничивании контролируемого изделия переменным полем состоит в том, что при намагничивании переменным полем границы областей спонтанного намагничивания (доменов) в железной матрице чугуна (феррите) совершают колебатеЛьное движение. Подвижность их определяет величину амплитуды третьей гармоники. Включения немагнитного графита и слабомагнитного цементита яв-, ляются препятствиями на пути движения доменных границ и уменьшают их подвижность. Причем включения графита играют значительно большую роль, чем включения цементита в силу их большого (на порядок) размера и неп- равильной формы (цементит кристаллизуется в видй пластинок, включения аморфного графита имеют вид розеток).
На поверхности как графитовых, так и цементитовых включений образуются магнитные заряды, причем в силу близкого расположения. обоих видов включений эти заряды взаимодействуют между собой. При прохождении через точку Кюри цементита его намагниченность падает до нуля и величина магнитных зарядов на поверхности цементитовых включений повышается примерно втрое.
Вследствие взаимодействия зарядов на границах включений обоих типов ! это приводит К увеличению магнитных зарядов и на границах графитовых включений, а значит и к увеличению их тормозящего действия на движение доменных границ. Поэтому амплитуда третьей гармоники уменьшается, причем ее изменение пропорционально количеству тормозящих центров, т.е. количеству свободного углерода (графита).
На фиг.1 показана схема реализации способа, на фиг.2 вЂ” зависимость показаний измерителя от процентного
45 содержания свободного углерод . намагничиваемом чугунном образце, определенном в соответствии с ГОСТ.
Контролируемое изделие 1 намагничивают поочередно. до насыщения пере:менным магнитным полем с помощью обмоток 2 (при комнатной температуре) и 3 (при 250 С). Обмотки 2 и 3 соединены последовательно с батареей 4 конденсаторов, служащей для увеличения силы намагничивающего тока и уменьшения коэффициента нелинейных искажений при настройке контура в резонанс (с частотой тока). Из ЭДС, возникающей в искательных катушках 5 и 6 с помощью избирательных фильтров
7 и 8, выделяют третью гармонику и подают на два входа измерителя 9 отношения амплитуд, который показывает отношение амплитуд третьей гармоники при 250 С и при комнатной температуре.
Методом наименьших квадратов получена формула, связывающая С с
eeoc
2so
— Е уд — = О, 2 8 5+0, 20 6С с во, % з
Среднее квадратичное из отклонений экспериментальных точек от линии регрессии составляет 0,2% С Вс . Это определяет точность предлагаемого способа.
Формула изобретения
Способ определения количества свободного углерода в чугуне, заключающийся в том, что контролируемое изедлие намагничивают, нагревают до
250 С и определяют его магнитные хао рактеристики при 250 и 20 С, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью увеличения чувствительности и упрощения способа, контролируемое изделие намагничивают до насыщения переменным полем, из вторичной электродвижущей силы выделяют ее третью гармонИКу, а количество свободного углерода определяют по отношению амплитуд третьей гармоники вторичной ь электродвижущей силы при 250 и 20 С по формуле
С
Ссао6 =а+Ь
25 о з где E вЂ” амплитуда третьей гармони3 ки при 250 С, о
Е вЂ” амплитуда третьей гармоники
3 при 20о С; количество свободного углесэоэ рода, а и Ь вЂ” коэффициенты линии регрессии.
Источники информации .принятые во внимание при экспертизе
1. ГОСТ 22536.1-77.
2. Авторское свидете. ьство СССР Р 613234, кл. 001 N 27/72, 1976.
877416
Физ.1
Сэр, «/ г, o,w
o,s
Составитель A.Aáðîñèìîâ
Техред А.АЧ корректор С.Шекмар
Редактор Е.Дичинская
Заказ 9604/67 Тираж 910 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5
OE 07
sue. Z
Филиал ППП .»Патент», г.ужгород, ул.Проектная,4 ою гама с
Еу 20 С

findpatent.ru