Прочность чугуна: Графитизированные чугуны

Графитизированные чугуны

Главное меню a> | Учебная работа

Графитизированные чугуны

В зависимости от формы графитных включений различают серые, высокопрочные, ковкие чугуны и чугуны с вермикулярным графитом.

Серые чугуны получают при меньшей скорости охлаждения отливок, чем белые. Они содержат 1–3 %Si, обладающего сильным графитизирующим действием.

Серый чугун широко применяется в машиностроении. Он хорошо обрабатывается режущим инструментом. Из него производят станины станков, блоки цилиндров, фундаментные рамы, цилиндровые втулки, поршни и т.д.

Серые чугуны согласно ГОСТ 1412–85 маркируются буквами «СЧ» и далее следует величина предела прочности при растяжении (в кГ/мм² ), например СЧ 15, CЧ 20, СЧ 35 (табл. 1).

Графит в сером чугуне наблюдается в виде темных включений на светлом фоне нетравленного шлифа. По нетравленному шлифу оценивают форму и дисперсность графита, от которых в сильной степени зависят механические свойства серого чугуна.

Серые чугуны подразделяют по микроструктуре металлической основы в зависимости от полноты графитизации.

Степень или полноту графитизации оценивают по количеству свободно выделившегося (несвязанного) углерода.

Полнота графитизации зависит от многих факторов, из которых главными являются скорость охлаждения и состав сплава. При быстром охлаждении кинетически более выгодно образование цементита, а не графита. Чем медленнее охлаждение, тем больше степень графитизации. Кремний способствует графитизации, а марганец – карбидообразующий элемент – затрудняет графитизацию.

Рис. 3. Схемы микроструктур графитизированных чугунов:

а) серые; б) высокопрочные; в) ковкие; г) с вермикулярным графитом

Если графитизация в твердом состоянии прошла полностью, то чугун содержит две структурные составляющие – графит и феррит. Такой сплав называется серым чугуном на ферритной основе (рис. 3, а). Если же эвтектоидный распад аустенита прошел в соответствии с метастабильной системой

то структура чугуна состоит из графита и перлита. Такой сплав называют серым чугуном на перлитной основе. Наконец, возможен промежуточный вариант, когда аустенит частично распадается по эвтектоидной реакции на феррит и графит, а частично с образованием перлита. В этом случае чугун содержит три структурные составляющие – графит, феррит и перлит. Такой сплав называют серым чугуном на феррито-перлитной основе.

Феррит и перлит в металлической основе чугуна имеют те же микроструктурные признаки, что и в сталях. Серые чугуны содержат повышенное количество фосфора, увеличивающего жидкотекучесть и дающего тройную эвтектику.

В металлической основе серого чугуна фосфидная эвтектика обнаруживается в виде светлых, хорошо очерченных участков.

Высокопрочные чугуны с шаровидным графитом получают модифицированием серого чугуна щелочно-земельными элементами. Чаще для этого используют магний, вводя его в жидкий расплав в количестве 0,02–0,03 %. Под действием магния графит кристаллизуется в шаровидной форме (рис. 3, б). Шаровидные включения графита в металлической матрице не являются такими сильными концентраторами напряжений, как пластинки графита в сером чугуне.

Чугуны с шаровидным графитом имеют более высокие механические свойства, не уступающие литой углеродистой стали.

Маркируют высокопрочный чугун согласно ГОСТ 7293–85 буквами «ВЧ» и далее следует величина предела прочности при растяжении (в кГ/мм²), например ВЧ 40, ВЧ 45, ВЧ 80 (табл. 2). Так же, как и серые чугуны, они подразделяются по микроструктуре металлической основы в зависимости от полноты графитизации и могут быть ферритными, феррито-перлитными и перлитными. Высокопрочный чугун используется во многих областях техники взамен литой и кованой стали, серого и ковкого чугунов. Высокие механические свойства дают возможность широко применять его для производства отливок ответственного назначения, в том числе и в судовом машиностроении: головок цилиндров, турбокомпрессоров, напорных труб, коленчатых и распределительных валов и т.п.

Ковкие чугуны получают путем отжига отливок из белого чугуна. Получение ковкого чугуна основано на том, что вместо неустойчивого цементита белого чугуна при повышенных температурах образуется графит отжига белого чугуна.

Мелкие изделия сложной конфигурации, отлитые из белого чугуна, отжигают (получают ковкий чугун) для придания достаточной пластичности, необходимой при их использовании в работе. Ковкий чугун согласно ГОСТ 1215–79 маркируют буквами «КЧ» и далее следуют величина предела прочности при растяжении (в кГ/мм²) и относительного удлинения (в %), например, КЧ 35-10, КЧ 60-3 (табл. 3).

Графитизация идет путем растворения метастабильного цементита в аустените и одновременного выделения из аустенита более стабильного графита. Чем больше время выдержки при отжиге и меньше скорость охлаждения, тем полнее проходит графитизация. В зависимости от графитизации встречаются те же три основные типа структур, что и в сером чугуне: ковкие чугуны на ферритной, феррито-перлитной и перлитной основах (рис. 3, в). От серых (литейных) чугунов ковкие чугуны отличаются по микроструктуре только формой графита.

Если на шлифах (рис. 3, а) серых чугунов графит имеет форму извилистых прожилок, то в ковких чугунах графит, называемый углеродом отжига, находится в форме более компактных хлопьевидных включений с рваными краями. Более компактная форма графита обеспечивает повышение механических свойств ковкого чугуна по сравнению с серым чугуном с пластинчатым графитом. Обладая механическими свойствами, близкими к литой стали и высокопрочному чугуну, высоким сопротивлением ударным нагрузкам, износостойкостью, обрабатываемостью резанием, ковкий чугун находит свое применение во многих отраслях промышленности. Из него изготавливают поршни, шестерни, шатуны, скобы, иллюминаторные кольца и др.

Чугуны с вермикулярным графитом получают, как и высокопрочные чугуны, модифицированием, только в расплав при этом вводится комплексный модификатор, содержащий магний и редкоземельные металлы. Маркируют чугуны с вермикулярным графитом согласно ГОСТ 28394–89 буквами «ЧВГ» и далее следует цифра, обозначающая величину предела прочности при растяжении (

кГ/мм²), например, ЧВГ 30, ЧВГ 45 (табл. 4). Вермикулярный графит подобно пластинчатому графиту виден на металлографическом шлифе в форме прожилок, но они меньшего размера, утолщенные, с округлыми краями (рис. 3, г). Микроструктура металлической основы ЧВГ также как у других графитизированных чугунов может быть ферритной, перлитной и феррито-перлитной.

По механическим свойствам чугуны с вермикулярным графитом превосходят серые чугуны и близки к высокопрочным чугунам, а демпфирующая способность и теплофизические свойства ЧВГ выше, чем у высокопрочных чугунов. Чугуны с вермикулярным графитом более технологичны, чем высокопрочные, и соперничают с серыми чугунами. Для них характерны высокая жидкотекучесть, хорошая обрабатываемость резанием, малая усадка. Чугуны с вермикулярньм графитом широко используются в мировом и отечественном автомобилестроении, тракторостроении, судостроении, дизелестроении, энергетическом и металлургическом машиностроении для деталей, работающих при значительных механических нагрузках в условиях износа, гидрокавитации, переменном повышении температуры. Например, ЧВГ используется для производства цилиндровых крышек и втулок, поршней судовых и тепловозных двигателей, корпусов газовых турбин и компрессоров.

Начало страницы

Предел прочности серого чугуна — Справочник химика 21

    Пределом прочности на растяжение называют отношение величины нагрузки Р при разрыве образца к площади его первоначального поперечного сечения F (мм ) ав =PIF. У серого чугуна Ств = 100…200 МПа, у рядовой стали [c.64]

    Серый чугун. Выпускается 10 марок серого чугуна (ГОСТ 1412—54) СЧ 00, СЧ 12—28, СЧ 15—32, СЧ 18—36, СЧ 21-40, СЧ 24—44, СЧ 28—48, СЧ 32—52., СЧ, 35—56 и СЧ 38—60. Первая цифра в обозначении марки соответствует пределу прочности металла при растяжении, вторая цифра -пределу прочности при изгибе (в кг мм ). [c.82]

    Предел усталости серого чугуна при изгибе (испытание гладких образцов) обычно колеблется в пределах 0,3—0,5 от предела прочности. 

[c.129]

    Для обозначения чугунов и сталей принята определенная система обозначений. Серые чугуны маркируются буквами СЧ с указанием пределов прочности при растяжении и при изгибе, например, СЧ12-28. Ковкий чугун обозначается буквами КЧ с указанием предела прочности при растяжении и относительного удлинения, например КЧ50-4. [c.47]

    Расчет стальных цилиндров следует производить по пределу текучести, причем для большинства сортов стали в формуле (УП.21) V = = = 1. Расчет чугунных цилиндров ведут по пределу прочности, причем для серых и легированных чугунов V = = 0,3. 

[c.322]

    Сокращенное обозначение серых чугунов состоит из букв СЧ (что означает серый чугун) и двух двузначных чисел, первое из которых характеризует предел прочности на растяжение в кг/мм , а второе — предел прочности на изгиб в кг/мм . Так, маркировка СЧ24—44 обозначает серый чугун с прочностью на растяжение 24 кг/мм и на изгиб 44 кг/мм . [c.22]

    Например, СЧ15 означает серый чугун с временным сопротивлением (пределом прочности) при растяжении = 15 кгс/мм (150 МПа). Ранее серый чугун обозначался следующим образом СЧ 12-28 СЧ 15-32 СЧ 40-60, где цифры 12,15,40 — это предел прочности (временное сопротивление), кгс/мм , при изгибе.  [c.346]

    Марки чугуна в изделиях обозначаются буквами и цифрами. Серый чугун в отливках маркируется буквами СЧ с добавлением двух чисел, из которых первое указывает предел прочности при растяжении, а второе — предел прочности при изгибе. Так, например, марка СЧ 18-36 обозначает серый чугун, имеющий предел прочности при растяжении 18 кПмм и при изгибе 36 кГмм . Отливки из ковкого чугуна маркируются буквами КЧ и числами, из которых первое показывает предел прочности при растяжении, а второе — относительное удлинение. Марка КЧЗО-6 обозначает ковкий чугун, имеющий предел прочности при растяжении 30 кПмм и относительное удлинение 6%. [c.18]

    Высокопрочный чугун с шаровидным графитом в отличие от серого чугуна вызывает меньшие концентрации напряжений и позволяет повысить прочность металлической основы чугуна на 70—90 /о при наличии некоторой пластичности. Химический состав нелегированного высокопрочного учгуна с шаровидным 1 рафитом колеблется до ввода магния и ферросилиция в следующих пределах 2,5—4,0% С 0,8—6,0% 81 0,5—1,2% Мп до 0,2% Р, до 0,14% 8, [c. 132]

    Данные табл, 110 показывают влияние пониженных температур на предел прочности серого чугуна трех видов. [c.288]

    В сером чугуне углерод содержится главным образом в виде пластинок графита. Эти малопрочные пластинчатые включения углерода пронизывают металлическую основу материала и служат центрами разрушения серого чугуна при растяжении. Это влияние графита гораздо меньше сказывается при сжатии чугуна. Поэтому прочность чугуна при сжатии примерно в четыре раза больше прочности при растяжении. Поэтому серый чугун применяют при изготовлении деталей, работающих на сжатие, или для ненагруженных деталей (станины станков, корпуса редукторов и насосов, поршневые кольца двигателей и др.). Серый чугун характеризуется высокими литейными свойствами низкая температура кристаллизации, текучесть в жидком состоянии, малая усадка. Он служит основным материалом для литья. Кроме углерода, серый чугун всегда содержит другие элементы. Важнейшие из них — это кремний и марганец. В большинстве марок серого чугуна содержание углерода лежит в пределах 2,4—3,8%, кремния 1—4% и марганца до 1,4% (масс.). [c.630]

    Чугунные трубопроводы из антихлора и ферросилида вследствие большой твердости и хрупкости требуют особенно осторожного обращения при транспортировании и монтаже. Хрупкость их так велика, что изготовленные из них изделия (трубы и детали) разрушаются от незначительных ударов, а также от местных перегревов и резких перепадов температур. Предел прочности высококремнистого чугуна составляет 7—8 кгс/см , т. е. вдвое ниже, чем у серого чугуна. Из всех видов механической обработки для них применяют только шлифовку и резку абразивными кругами. Сверлить отверстия и нарезать резьбу на изделиях из этих материалов практически невозможно. [c.260]

    Ковкий чугун наиболее рационально применять там, где серый чугун, а иногда и сталь не позволяют получить изделия нужной конфигурации при высоких механических свойствах. Ковкий чугун дает возможность отливать детали с довольно тонкой стенкой (3—6 мм) при хорошей чистоте поверхности отливок. Он характеризуется высоким отношением предела текучести к пределу прочности (около 67%), высоким пределом усталости, хорошей циклической вязкостью, высокой износоустойчивостью и др. (табл. 18). [c.31]

    По ГОСТ 1412-54 серый чугун маркируется по прочности Металла в отливке. Обозначения марок серых чугунов начинаются с букв СЧ — серый чугун, далее следуют два двузначных числа, разделенные дефисом (черточкой), показывающие минимальные пределы прочности чугуна в кГ мм соответственно при испытаниях на растяжение и изгиб. [c.50]

    Характер окружающей атмосферы также влияет на скО рость р-оста чугуна. Так, серый чугун, содержащий 3,48% углерода и 2% кремния, в результате пребывания при 400°С в атмосфере водяного пара в течение 54 недель увеличивается в объеме приблизительно на 3% предел прочности при растяжении снижается с 12,9 до 7,4 кГ/мм . [c.53]

    Дальнейшие исследования показали наличие связи между затуханием и скоростью распространения ультразвуковых колебаний, с одной стороны, и механическими характеристиками серых чугунов — с другой. На рис. 51, б приведены данные выполненных в НИИхиммаше исследований зависимости предела прочности серого чугуна при растяжении от скорости распространения ультразвука в нем. Зависимость скорости распространения ультразвука, коэффициента затухания и твердости от площади, занимаемой графитом в образцах из серого чугуна, представлена на рис. 52. Наличие зависимости между прочностью серого чугуна и скоростью распространения ультразвуковых колебаний было показано в работе [153]. Автор отмечает возможность выявления отбела чугуна, так как скорость ультразвука в этем случае резко возрастает. [c.84]

    В обозначение марки чугуна входит предел прочности на растяжение и предел прочности на изгиб. Например, серый чугун, имеющий предел прочности на растяжение 372 Мн1м и предел прочности на изгиб 590 Мн м , обозначается С438-60, менее прочный чугун СЧ21-40. [c.138]

    Высокопрочный чугун с шаровидным графитом (ВЧШГ) отличается от серого чугуна с пластинчатой формой графита тем, что обладает высокими прочностными свойствами, близкими к свойствам углеродистой стали (предел прочности при растяжении, предел текучести и относительное удлинение), и повышенной коррозионной стойкостью. Основные требования к трубам, серийно производимым ОАО Липецкий металлургический завод Свободный сокол , к их качеству, механической прочности и т. д. определены техническими условиями ТУ 14-154-23—90, соответствующими требованиям международного стандарта ISO 2531. Напорные трубы отливаются центробежным способом из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом и имеют следующий химический состав (табл. 3.1.6.11). [c.867]

    Низкие механические свойства серого чугуна (предел прочности при растяжении и изгибе, ударная вязкость), а также склонность его к росту (необратимому увеличению объема) при повышенных температурах, сопровождающемуся резким снижением прочности, ограничивает применение его в нефтезаводском оборудовании для высоконагруженных элементов, при ударных и знакопеременных нагрузках, а также при повыпюнпых температурах. [c.34]

    Высокие литейные свойства серого чугуна (легко заполняет форму, имеет незначительную усадку, хорошую плотность отливки) позволяют обрабатывать его резанием и применять для изготовления малонапряженных деталей неответственного назначения, не подвергающихся ударным нагрузкам и работающим в основном на сжатие. Предел прочности чугуна при сжатии в несколько раз выше его прочности прп растяжеппи и изгибе. Применение чугунного литья допускается при температуре стенки аппарата от —15 до +250° С. [c.57]

    Серый чугун значительно лучше работает на сжатие, чем на растяжение предел прочности чугуна на сжатие колеблется от 50 до 100 кГ1мм . Модуль упругости серых чугунов увеличивается с повышением напряжения. Величина ударной вязкости серого чугуна весьма невелика 0,1—0,4 кГ м1см —  [c.47]

    Серый чугуа. Серым чугуном называется железный сплав, со-, держащий 2,8—3,8% углерода, 1,0—2,5% кремния и незначительные примеси марганца, фосфора и серы. Такой -чугун хорошо-отливается и обрабатывается. Применяют его для изготовлениа водопроводных и канализационных труб и различной арматуры. Чугун марки СЧ 15-32, используемый в качестве конструкционного материала для арматуры, имеет предел прочности при растяжении / 150 МПа (15кге/мм ). [c.6]

    Ковкий чугун широко применяется в автотракторостроении, транспортном машиностроении, для изготовления различной арматуры и т. п. Наиболее рационально его применять там,где серый чугун, а в ряде случаев и сталь не позволяют получить нужной сложной конфигурации изделий при высоких механических и других свойствах. Ковкий чугун дает возможность отливать детали с довольно тонкой стенкой (3—6 мм) при очень хорошей чистоте поверхности отливок. Он характеризуется высоким отношением предела текучести к пределу прочности (первый составляет около 67% от второго), высоким пределом усталости, хорошей циклической вязкостью, высокой износоустойчивостью и т. п. Однако в нефтяной, нефтехимической и газовой промышленности он не получил широкого применения. В настоящее время ковкий чугун используют для изготовления деталей водогазопаропроводной арматуры, корпусов, вентилей, кранов, задвижек и т. п. [c.174]

    Все виды отливок из серого чугуна независимо от их назначения стандартизованы. На отливки из серого чугуна (в этом числе и модифицированного) с пластинчатым графитом распространяется ГОСТ 1412-54, которым в зависимости от предела прочности при растяжении или при изгибе предусд1атриваются различные марки серого чугуна (табл. 100). [c.153]

    Модуль нормальной упругости серого чугуна находится в пределах 6000—17 ООО кПмм и зависит от количества и формы графита, а также от величины абсолютных значений напряжений (т. е. определенный модуль упругости может быть отнесен только в определенной величине напряжений). Чем выше прочность чугуна, тем выше относительный модуль упругости. Ударная вязкость серого чугуна (образцы без надреза) находится примерно в пределах 0,4— [c.154]

    Обычно в расплавленном литейном чугуне содержится около 0,13% серы содержание серы перед литьем можно уменьшить до 0,005%, но обычно чрезмерная десульфурнзация нежелательна. Основное достоинство десульфуризации в том, что она позволяет использовать для загрузки в печи разнообразное сырье (например, дешевый скрап вместо дорогого передельного чугуна) получать мало-сернистый ( таким образом снижается потребное количество магнийсодержащих добавок, которые также уменьшают количество получаемого шлака и, следовательно, случайных дефектов поверхности в отливках) уменьшить охлаждение снижает брак, обусловленный раковинами, и повышает механические свойства (предел прочности при растяжении для высокопрочного чугуна увеличивается на 12 и на 38% у железа с пределом нрочностп при растяжении 2200 кгс/см ). Как десульфурирующий агент карбид кальция обладает тем преимуществом, что образуется сухой гра-нулпрованны шлак со слабым сцеплением с огнеупорной футеровкой п очень ограниченно обратной отдачей серы из шлака в металл даже в сл5 чае использования кислой огнеупорной футеров си. [c.251]

---

Термическая обработка чугуна :: Технология металлов

В машиностроении применяют отливки из серого, ковкого и высокопрочного чугуна. Эти чугуны отличаются от белого чугуна тем, что у них весь углерод или большая его часть находится в сво­бодном состоянии в виде графита (а у белого чугуна весь углерод находится в виде цементита).

Структура указанных чугунов состоит из металлической основы аналогично стали (перлит, феррит) и неметаллических включений — графита.

 

Серый, ковкий и высокопрочный чугуны отличаются друг от дру­га в основном формой графитовых включений. Это и определяет раз­личие механических свойств указанных чугунов.

У серого чугуна графит (при рассмотрении под микро­скопом) имеет форму пластинок.

Графит обладает низкими механическими свойствами. Он нару­шает сплошность металлической основы и действует как надрез или мелкая трещина. Чем крупнее и прямолинейнее формы графи­товых включений, тем хуже механические свойства серого чугуна.

Основное отличие высокопрочного чу­гуна заключается в том, что графит в нем имеет шаровидную (ок­ругленную) форму. Такая форма графита лучше пластинчатой, так как при этом значительно меньше нарушается сплошность металли­ческой основы.

Ковкий чугун получают длительным отжигом отливок из белого чугуна, в результате которого образуется графит хлопьевид­ной формы — углерод отжига.

Механические свойства рассматриваемых чугунов можно улуч­шить термической обработкой. При этом необходимо помнить, что в чугунах создаются значительные внутренние напряжения, поэто­му нагревать чугунные отливки при термической обработке следу­ет медленно, чтобы избежать образования трещин.

 

Отливки из чугуна подвергают следующим видам термической обработки.

Низкотемпературный отжиг. Чтобы снять внутренние напря­жения и стабилизовать размеры чугунных отливок из серого чугуна, применяют естественное старение или низкотемпературный от­жиг.

Более старым способом является естественное  старе­ние, при котором отливка после полного охлаждения претерпева­ет длительное вылеживание — от 3—5 месяцев до нескольких лет. Естественное старение применяют в том случае, когда нет требуемо­го оборудования для отжига. Этот способ в настоящее время почти не применяют; производят главным образом низкотемпературный отжиг. Для этого отливки после полного затвердевания укладыва­ют в холодную печь (или печь с температурой 100—200° С) и вместе с ней медленно, со скоростью 75—100° С в час нагревают до 500— 550° С, при этой температуре их выдерживают 2—5 часов и охлаж­дают до 200° С со скоростью 30—50° в час, а затем на воздухе.

 

Графитизирующий отжиг.

При отливке изделий возможен час­тичный отбел серого чугуна с поверхности или даже по всему сечению. Чтобы устранить отбел и улучшить обрабатываемость чугуна, производится высокотемпературный графитизирующий отжиг с вы­держкой при температуре 900—950° С в течение 1—4 часов и охлаж­дением изделий до 250—300° С вместе с печью, а затем на воздухе. При таком отжиге в отбеленных участках цементит Fe₃Cраспадает­ся на феррит и графит, вследствие чего белый или половинчатый чугун переходит в серый.

 

Нормализация.

Нормализации подвергают отливки простой фор­мы и небольших сечений. Нормализация проводится при 850—900° С с выдержкой 1—3 часа и последующим охлаждением отливок на воз­духе. При таком нагреве часть углерода-графита растворяется в аустените; после охлаждения на воздухе металлическая основа полу­чает структуру трооститовидного перлита с более высокой твер­достью и лучшей сопротивляемостью износу. Для серого чугуна нормализацию применяют сравнительно редко, более широко приме­няют закалку с отпуском.

 

Закалка.

Повысить прочность серого чугуна можно его закалкой. Она производится с нагревом до 850—900° С и охлаждением в воде. Закалке можно подвергать как перлитные, так и ферритные чугу­ны. Твердость чугуна после закалки достигает НВ 450—500. В структуре закаленного чугуна имеются мартенсит со значительным количеством остаточного аустенита и выделения графита. Эффек­тивным методом повышения прочности и износоустойчивости серого чугуна является изотермическая закалка, которая производится ана­логично закалке стали.

 

Высокопрочные чугуны с шаровидным графитом можно под­вергать пламенной или высокочастотной поверхностной закалке. Чугунные детали после такой обработки имеют высокую поверхностную твердость, вязкую сердцевину и хорошо сопротивляются ударным нагрузкам и истиранию.

Легированные серые чугуны и высокопрочные магниевые чугуны иногда подвергают азотированию. Поверхностная твердость азоти­рованных чугунных изделий достигает HV600—800° С; такие дета­ли имеют высокую износоустойчивость. Хорошие результаты дает сульфидирование чугуна; так, например, сульфидированные порш­невые кольца быстро прирабатываются, хорошо сопротивляются ис­тиранию, и срок их службы повышается в несколько раз.

 

Отпуск.

Чтобы снять закалочные напряжения, после закалки производят отпуск. Детали, предназначенные для работы на истира­ние, проходят низкий отпуск при температуре 200—250° С. Чугун­ные отливки, не работающие на истирание, подвергаются высокому отпуску при 500—600° С. При отпуске закаленных чугунов твер­дость понижается значительно меньше, чем при отпуске стали. Это объясняется тем, что в структуре закаленного чугуна большое ко­личество остаточного аустенита, а также тем, что в нем содержится большое количество кремния, который повышает отпускоустойчивость мартенсита.

Для отжига на ковкий чугун применяют белый чугун примерно следующего химического состава: 2,5—3,2% С; 0,6—0,9% Si; 0,3— 0,4% Μη; 0,1-0,2% Ρ и 0,06-0,1% S.

 

Существуют два способа отжига на ковкий чугун:

графитизирующий  отжиг в нейтральной среде, основанный на разложении цементита на феррит и углерод отжига;

обезуглероживающий  отжиг в окислительной среде, основанный на выжигании углерода.

Отжиг на ковкий чугун по второму способу занимает 5—6 суток, поэтому в настоящее время ковкий чугун получают главным обра­зом графитизацией. Отливки, очищенные от песка и литников, упаковывают в металлические ящики либо укладывают на поддоне, а затем подвергают отжигу в методических, камерных и других от­жигательных печах.

Процесс отжига состоит из двух стадий графитизации. Первая стадия заключается в равномерном нагреве отливок до 950—1000° С свыдержкой 10—25 часов; затем температуру понижают до 750— 720° С при скорости охлаждения 70—100° С в час. На второй ста­дии при температуре 750—720° С дается выдержка 15—30 часов, затем отливки охлаждаются вместе с печью до 500—400° С и при этой температуре извлекаются на воздух, где охлаждаются с произ­вольной скоростью. При таком ступенчатом отжиге в области темпе­ратур 950—1000° С идет распад (графитизация) цементита. В ре­зультате отжига по такому режиму структура ковкого чугуна пред­ставляет собой зерна феррита с включениями гнезд углерода отжи­га — графита.

Перлитный ковкий чугун получается в результате неполного от­жига: после графитизации при 950—1000° С чугун охлаждается вместе с печью. Структура перлитного ковкого чугуна состоит из перлита и углерода отжига.

Чтобы повысить вязкость, перлитный ковкий чугун подвергают сфероидизации при температуре 700—750° С, что создает структуру зернистого перлита.

Чтобы ускорить процесс отжига на ковкий чугун, изделия из белого чугуна подвергают закалке, затем проводят графитизацию при 1000—1100° С Ускорение графитизации закаленных чугунов при отжиге объясняется наличием большого количества центров графитизации, образовавшихся при закалке. Это дает возможность сократить время отжига закаленных отливок до 15—7 часов.

 

Термическая обработка ковкого чугуна.

 

Чтобы повысить проч­ность и износоустойчивость, ковкие чугуны подвергают нормализа­ции или закалке с отпуском. Нормализация ковкого чугуна произ­водится при 850—900° С с выдержкой при этой температуре 1—1,5 часа и охлаждением на воздухе. Если заготовки имеют повышенную твердость, их следует подвергать высокому отпуску при 650—680° С с выдержкой 1—2 часа.

Иногда ковкий чугун подвергают закалке, чтобы получить более высокую прочность и износоустойчивость за счет снижения плас­тичности. Температура нагрева под закалку, та же, что и при нор­мализации; охлаждение в воде или масле, а отпуск — в зависимости от требуемой твердости, обычно при температуре 650—680° С. Быст­рое охлаждение может производиться непосредственно после первой стадии графитизации при достижении температуры 850—880° С с последующим высоким отпуском. Для ковкого чугуна применяют закалку токами высокой частоты или кислородо-ацетиленовым пламенем; при этом может быть достигнута высокая твердость поверх­ностного слоя при достаточной пластичности основной массы. Ме­тод такой закалки тормозных колодок из ферритного ковкого чугуна заключается в нагреве деталей токами высокой частоты до 1000— 1100° С с выдержкой 1—2 минуты и последующим быстрым ох­лаждением.

Структура закаленного слоя состоит из мартенсита и углеро­да отжига HRC56—60.

Ковкий чугун по сравнению со сталью более дешевый материал; он обладает хорошими механическими свойствами и высокой кор­розионной стойкостью (таблица). Поэтому детали из ковкого чугу­на широко применяются в сельскохозяйственном машиностроении, автотракторной промышленности, станкостроении (для изготовле­ния зубчатых колес, звеньев цепей, задних мостов, кронштейнов, тормозных колодок и пр.) и в других отраслях народного хо­зяйства.

 

Таблица

Механические свойства отливок из ковкого чугуна

 

Группы чугуна	Марка чугуна	Механические свойства
		σb    кГ/мм2   [Мн/мм2] не  менее	δ % (образец диаметром 16 мм), не менее	твердость НВ
Ферритные (черносердеч-ные) чугуны	КЧ 37—12 КЧ 35-10 КЧ 33-8 КЧ 30-6	37 [370] 35 [350] 33 [330] 30 [300]	12 10 8 6	149 149 149 163
Перлитные (белосердечные) чугуны	КЧ 40—3 КЧ 35—4 КЧ 30—3	40 [400] 35 [350] 30 [300]	3 4 3	201 201 201

 

Примечание. КЧ — означает ковкий чугун, первые две цифры — предел прочнос­ти при растяжении, вторые — относительное удлинение.

 

Источник:
Остапенко Н.Н.,Крапивницкий Н.Н. Технология металлов. М. Высшая школа,1970г.

Термоциклическая прочность чугуна СЧ20 при высокотемпературных теплосменах | Балакин

1. Андреев В. В., Лубяной Д. А., Самсонов Ю. Н., Каминская И. А., Лубяная С. В. Разработка технологии внепечной обработки доменного чугуна для изготовления сменного металлургического оборудования с повышенной эксплуатационной стойкостью // Металлург. – 2014. – No 6. – С. 86–88.

2. Пантелеева А. В., Ковалевич Е. В. Компьютерное моделирование напряженного состояния изложниц для слитков высоколегированной стали // Литейное производство. – 2013. – No 7. – С. 21–23.

3. Машиностроение. Энциклопедия. Стали. Чугуны. Т. II–2 / Г. Г. Мухин, А. И. Беляков, Н. Н. Александров и др. / Под общ. ред. О. А. Банных и Н. Н. Александрова. – 2000. –784 с.

4. Чугун. Справочник / Под ред. А. Д. Шермана, А. А. Жукова. – М.: Металлургия, 1991. – 576 с.

5. ОСТ 5.9299–79. Термическая усталость и формоизменение при теплосменах. Методы испытаний.

6. Термопрочность деталей машин / Под ред. И. А. Биргера и Б. Ф. Шорра. – М.: Машиностроение, 1975.

7. Махутов Н.А. Деформационные критерии разрушения и расчет элементов конструкций на прочность. – М.: Машиностроение, 1981. – 272с.

8. Методические рекомендации МР 125-02–95. Правила составления расчетных схем и определения параметров нагруженности элементов конструкций с выявленными дефектами. – М., 1995.

Повышение — прочность — чугун

Повышение — прочность — чугун

Cтраница 1

Повышение прочности чугуна позволяет широко производить замену стальных литых деталей и поковок отливками из высокопрочного чугуна. Расширение области применения чугунных отливок взамен стальных деталей зависит от возможности повышения прочности, пластичности и ударной вязкости чугуна.  [1]

Для повышения прочности чугуна, а также для получения чу-гунов со специальными свойствами ( износостойкости, жаропрочности и др.) их легируют различными элементами.  [2]

Существует много способов повышения прочности чугуна: легиров.  [3]

В связи с этим работы ряда отечественных научно-исследовательских институтов ( ЦНИИТМАШ и др.) были направлены на повышение прочности чугуна и его приобщение к числу полноценных конструкционных материалов.  [4]

Из данных фиг 3 видно, что с размельчением зерна модуль упругости чугуна повышается [2], однако эта зависимость уменьшается с повышением прочности чугуна.  [5]

Применение чугуна как конструкционного материала требует во многих случаях практики повышения его механических качеств. В табл. 32 приведены способы повышения прочности чугуна.  [6]

В конце 40 — х годов на основе анализа накопившегося экспериментального и практического материала все чаще высказывались соображения ( И. А. Одинг, Б. С. Мильман, С. В. Сервисен, П. П. Берг, И. В. Кудрявцев) [18, 130, 150, 219] о том, что ценность чугуна как конструкционного материала определяется комплексом показателей, среди которых предел прочности является лишь одним из определяющих. Однако за весь период 20 — 40 — х годов поиски повышения прочности чугуна велись путем улучшения показателей предела прочности при изгибе или при растяжении.  [7]

Титан, раскисляя металл, связывает, кроме того, содержащиеся в жидком чугуне газы и серу. Содержание в чугуне титана в количестве 0 1 % способствует размельчению графита и повышению прочности чугуна. Присадка титана осуществляется добавкой в шихту титансодержащих природно легированных чугунов. При изготовлении отливок со специальными свойствами — кислотоупорных, жароупорных, немагнитных и др. применяют чугуны со значительным содержанием легирующих элементов, обеспечивающим получение структур, обладающих названными свойствами.  [8]

В конце плавки чугуна необходимо температуру довести до 1550 С для более интенсивного распределения графита и увеличения количества связанного углерода. Чем выше содержание углерода в чугуне, тем до более высоких температур допустим перегрев его без образования междендритного графита. Перегрев до определенных пределов является одним из эффективных методов повышения прочности чугуна.  [9]

Сравнительно длительная выдержка жидкого чугуна при низких температурах не сопровождается каким-либо значительным изменением химического состава. При этом форма и характер распределения графита в литых образцах остаются примерно одинаковыми. Количество связанного углерода несколько увеличивается, что, по-видимому, способствует некоторому, хотя и незначительному, повышению прочности чугуна. Практически следует принять, что выдержка расплава при низких температурах не оказывает влияния на прочностные свойства литого металла.  [10]

По характеру воздействия на процесс кристаллизации модификаторы разделяются на образующие дополнительные центры кристаллизации и на поверхностно активные вещества. К модификаторам первого типа относятся ферросилиций, силикокальций и алюминий. Будучи добавленными к жидкому чугуну, эти вещества образуют с углеродом, азотом, кислородом чугуна соединения, которые служат центрами кристаллизации графита, что приводит к измельчению графитных включений и повышению прочности чугуна при растяжении до 28 кгс / мм2 и выше.  [11]

Страницы:      1

Влияние никеля, хрома, марганца, титана, ванадия и меди на свойства чугуна

Справочная информация

Легированные чугуны содержат значительное количество специальных элементов:
— никель,
— хром,
— марганец,
— титан,
— ванадий,
— медь и другие лигирующие элементы…,
Лигирующие элементы способствуют измельчению структуры и повышению физико-механических свойств отливок.
Легированные чугуны получаются присадкой специальных элементов в обыкновенный жидкий чугун или применением в качестве шихтовых материалов природно-легированных чугунов.
Природно-легированные чугуны выплавляются в доменных печах.
Хром — увеличивает твердость и прочность чугуна и особенно его сопротивление износу, но вызывая отбел, затрудняет обрабатываемость отливок. Одновременно хром способствует выделению мелкораздробленного графита и образованию зернистого перлита, в результате чего сильно повышается прочность
металлической основы чугуна.
Никель — способствует распаду цементита, препятствует отбелу и улучшает обрабатываемость чугуна. Никель, кроме того, измельчает перлит и графит и увеличивает прочность и износостойкость отливок. Добавка природно-легированного никелевого чугуна до 10-15% в обычную ваграночную шихту делает графит мелким, а перлиту придает очень тонкое строение. Механические свойства и износостойкость чугуна при этом резко возрастают. Никель способствует также выравниванию твердости по сечению отливки. При наличии никеля в чугуне содержание кремния можно несколько уменьшить, так как оба они способствуют графитизации. Для получения мелкого графита и одинаковой твердости в разных сечениях отливки часто применяют присадку никеля и феррохрома. Получающийся в результате этого хромоникелевый чугун обладает хорошей прокаливаемостью и имеет равномерное падение твердости от поверхности к сердцевине.
Ванадий — способствует получению мелкозернистой структуры в чугуне, одновременно уменьшая в нем количество графита и упрочняя его металлическую основу. Ванадий в количестве до 0,2% увеличивает общую прочность чугуна без заметного снижения его вязкости.
Титан — благоприятно действует на структуру и свойства отливок, способствуя получению мелких включений графита и увеличению прочности металлической основы чугуна. Являясь хорошим раскислителем, титан обеспечивает получение чугуна, свободного от газовых раковин и вредных примесей.
Медь — оказывает действие на свойства чугуна подобно никелю и часто применяется в качестве его заменителя. Медистые чугуны обладают достаточной твердостью, высокой вязкостью и хорошей обрабатываемостью. Особенно благоприятное влияние оказывает медь на чугун, содержащий до 2% кремния.
Применение легированного чугуна дало возможность отечественному машиностроению освоить жаростойкие, жаропрочные, износостойкие, кислотостойкие и конструкционные классы чугунных отливок. В настоящее время автомобильная, тракторная, дизельная, станкостроительная и другие отрасли промышленности резко увеличили срок службы литых деталей благодаря применению легированного чугуна, физико-механические свойства которого значительно превосходят свойства обыкновенного серого чугуна.

 

В Компании ГП Стальмаш Вы можете купить отливки чугунные из следующих видов чугунов:
    Серый чугун для разнообразных фасонных отливок СЧ10-СЧ30 по ГОСТ 1412-85;
    Специальные чугуны ЧХ1-ЧХ16 по ГОСТ 1169-82, отличающиеся повышенной жаропрочностью, износостойкостью и коррозионной устойчивостью;
    Жаростойкий чугун ЖЧХ по ГОСТ 1169-82;
    Антифрикционный (подшипниковый) чугун АСЧ по ГОСТ 1585-85 и другие марки.
Чтобы купить чугунные отливки Вам необходимо позвонить по телефонам отдела сбыта ГП Стальмаш, ООО
(343) 372-3655, (343) 268-8589, (343) 268-6735, (343) 268-6713
или
направить запрос с сайта, через форму — «ОБРАТНАЯ СВЯЗЬ»

Термическая обработка чугуна

Термическая обработка чугуна

Термическая обработка чугуна имеет целью: 1) снятие напряжений, 2) смягчение, 3) повышение твердости и 4) повышение механических свойств. В противоположность факторам, определяющим жидкое состояние, термическая обработка чугуна, воздействуя на чугун в твердом состоянии, видоизменяет главным образом его основную металлическую массу. Форма же графита остается практически без изменения, и только количество его может несколько увеличиться или уменьшиться в зависимости от режима термической обработки чугуна. Это положение по существу справедливо даже для отжига белого чугуна (получение ковкого чугуна), так как при этом образуется углерод отжига, а не изменяется форма существующего графита.

а) Смятие напряжений. Термическая обработка чугуна для снятия напряжений сводится обычно к низкотемпературному отжигу при 500 — 600. Увеличение температуры отжига способствует более полному снятию напряжений, но в то же время опасно с точки зрения понижения прочности чугуна.

Понижение механических свойств при низкотемпературном отжиги объясняется процессами графитизации и дифференциации, которые протекают тем интенсивнее, чем выше температура. Однако, несмотря на понижение механических свойств металла, прочность всей отливки в целом при этом повышается вследствие уменьшения внутренних напряжений. Это объясняется процессами уменьшения микроскопических напряжений, удалением газов и превращением остаточного аустенита и тетрагонального мартенента.  Такое применение низкотемпературного отжига является весьма удобным и экономичным средством повышения механических свойств.

б) Смягчение. Процесс смягчения обычно имеет целью повышение обрабатываемости, что достигается соответствующим распадом или сферодизацией карбидов. В качестве термической обработки чугуна для смягчения чугуна применяют отжиг того или иного режима. В результате процесса смягчения прочность чугуна понижается.

в) Повышение твердости. Повышение твердости чугунных отливок может представлять самостоятельный интерес (увеличение сопротивления износу) безотносительно к другим механическим свойствам.

Для повышения твердости пользуются закалкой или нормализацией. При этом с повышением температуры закалки и скорости охлаждения твердость увеличивается только до известного предела. Дальнейшее увеличение температуры закалки приводит сначала к повышению твердости, а затем к новому ее понижению.

Экспериментально установлено, что высокое содержание углерода и кремния препятствует получению чугуна с большой твердостью. Это объясняется не только медленным растворением грубого графита в аустоните, но и увеличением содержания кремния, вследствие чего критическая температура повышается и иногда не достигается при нагреве. Что касается строения основной массы чугуна, то оно имеет меньшее значение для процесса закалки. Исследования показывают, что твердость после закалки практически не зависит от содержания связанного углерода в исходом чугуне.

Большое значение имеет также прокаливаемость чугуна, характеризующая распределение твердости по сечению отливки. В этом отношении, как показывают исследования, большое влияние имеют легирующие элементы. Легирование чугуна молибденом, хромом и никелем значительно увеличивает его прокаливаемость. Высокая твердость поверхности достигается также посредством специальных видов термической обработки: поверхностной закалки и азотирования.

г) Повышение механических свойств. Повышение прочности чугуна при термообработке достигается лучше всего путем закалки с последующим отпуском, что обеспечивает соответствующую дисперсность перлита и снятие внутренних напряжений.

Абсолютное значение максимума прочности зависит от температуры закалки, толщины отливок и состава к чугуна. Максимальная прочность для тонких 20 мм, и круглых образцов получается при температуре закалкиоколо 800%. При одной и той же твердости характеристики прочности мало отличаются от исходной. Следует отметить, что прочность при растяжении после закалки и отпуска несколько превосходит исходную даже при одной и той же твердости. Стрела прогиба и ударная вязкость, наоборот, чаще всего по достигают исходных значений.

Однако при эффективном снятии напряжений усталостная древность может повыситься уровень закалки и отпуска даже в большей степени, чем предел прочности при  растяжении. Следует также отметить, что сопротивление многократным ударам очень резко возрастает при закалке и отпуске.

Эффективность закалки и отпуска, как и других видов термической обработки чугуна, в значительной степени зависит от формы графита и содержания углерода, кремния и фосфора в чугуне. Даже при одной и той же твердости, прочность чугуна при этом заметно превосходит исходную. Высокие механический свойства, согласно исследованиям Г. И. Николаева, получаются также при закалке и отпуске легированного чугуна.

Максимальные механические свойства получаются при наиболее благоприятной глобулярной форме графита и сочетании с термообработки. С этой целью находят иногда на половинчатого или даже белого чугуна с последующей термообработкой. Исследования автора, проведенные совместно с П. Н. Горюновым, по изучению механических свойств чугуна после низкой и нормализации показывают полную применимость последнего метода.

Вместе с тем следует иметь в виду, что нормализация может быть достаточно эффективной только в условиях хорошей прокаливаемости (мелкие отливки, легированный чугун, раздробленный графит). Иначе твердость, а следовательно, и прочность чугуна могут вовсе не повыситься в условиях недостаточно быстрого охлаждения.

Блог

— Прочность чугуна

Если вы хотите углубиться в эту тему или такой образ мышления, есть отличная вводная книга по этой теме, которую я прочитал ранее в этом году. Системное мышление …

Подробнее

В этой статье я собираюсь обсудить свой опыт реабилитации спортсменов и рассказать о некоторых общих тенденциях, связанных с болью / травмами, с которыми они сталкиваются. Я снова нацеливаю эту статью …

Подробнее

Независимо от того, кто вы, чем вы занимаетесь или где живете, за последние 12 месяцев вы заметили некоторые изменения.Для некоторых из нас это могло быть заменено на …

Подробнее

В этой серии статей я расскажу о некоторых ключевых моментах, которые я усвоил на своем пути от пауэрлифтера к физиотерапевту, и, надеюсь, дам полезную информацию на этом пути ….

Подробнее

Я написал целую кучу ресурсов во время первой блокировки до такой степени, что у меня буквально есть электронная книга с обучающими материалами, которую я дал своим клиентам в то время. What …

Подробнее

О, смотрите все, вы видите, что на горизонте это еще одна несуществующая дихотомия, пасущаяся на полях легковерия.Целью тренировки должно быть повышение вашей физической формы в …

Подробнее

Волей-неволей использование таких слов, как система тренировок, метод XYZ и бог знает, какое еще название всегда раздражало меня в мире силовых тренировок. Вы …

Подробнее

Финал из трех частей, которые я узнал во время серии Lockdown, когда мы приближаемся к зиме 2020 года и, возможно, войдем в Lockdown два электрических бугалу. Это позволит …

Подробнее

Когда дело касалось бизнеса или работы, изоляция была дерьмовым временем практически для всех.Некоторым людям посчастливилось иметь работу, которую они могли выполнять из дома, другим людям …

Подробнее

Сейчас начало сентября, когда я пишу это в 2020 году. Если вы читаете этот текст через 20 лет или если вы не обращали внимания в этом году, это …

Подробнее

Когда вы занимаетесь спортом больше минуты, вы будете сталкиваться со взлетами и падениями, которые связаны с этим видом спорта или хобби. Для тех, кто …

Подробнее

Я имею в виду, что это явно кликбейт-заголовок, и, если вы читаете мое первое предложение, поздравляю, что попался на него! Положительный аргумент в пользу популярных тенденций в области здоровья и фитнеса идет…

Подробнее

После того, как мы выработали понимание движения, которое мы хотим изучить, обучить и создать мастерство, следующий этап — взять наше понимание и попытаться разорвать его …

Подробнее

В сообществе пауэрлифтеров много говорят о технике и форме. В Instagram есть целые страницы мемов, бизнес-модель которых публикует людей с …

Подробнее

Интервальные тренировки высокой интенсивности теперь достигли высот спортивного увлечения.Это основа многих учебных занятий, персональных тренировок, а теперь даже составляет основу …

Подробнее

Дрессировочная наука — это молодая и недостаточно развитая отрасль науки. На данный момент мы все еще бродим вокруг слона, которого мы называем дрессировкой. У некоторых есть …

Подробнее

В зависимости от того, как все это обернется, нам может быть несколько недель до того, чтобы вернуться к тренировкам в тренажерном зале или с отягощениями, или нас может быть несколько…

Подробнее

Дата публикации — 12 мая 2020 г. Мы только что вступили в восьмую неделю карантина в Великобритании, и хотя домашние тренировки и постоянные тренировки — это здорово, некоторые люди могут …

Подробнее

Некоторые из нас, кому посчастливилось иметь возможность позволить себе или даже заполучить какое-то оборудование до того, как возникла эта ситуация, являются немногими счастливчиками. Некоторые …

Подробнее

Разница в свойствах чугуна и низкоуглеродистой стали

Выбирая изделия из металла, важно понимать свойства металла, из которого изготовлено изделие.Без понимания свойств металла, необходимого для вашего продукта или других применений, вы не сможете выбрать наиболее подходящий для ваших конкретных нужд. Чугун и низкоуглеродистая сталь — обычно используемые металлы. Однако в том, что касается их приложений, их нельзя поменять местами.

Давайте посмотрим на разницу в свойствах чугуна и мягкой стали, чтобы лучше понять их характеристики.

Состав

Чугун — это сплав железа с содержанием углерода более 2.11% считается чугуном (в то время как в сталях количество углерода ниже 2,11%). Содержание углерода в чугуне обычно составляет от 2% до 4%. Самое примечательное в его структуре то, что чугун имеет включения графита на микроуровне. Мягкая сталь — это железоуглеродистый сплав, содержащий менее 0,25 процента углерода, что делает ее более пластичной и менее твердой, что делает ее непригодной для строительных работ.

Точка плавления

Чугун имеет более низкую температуру плавления (1200 ⁰ C) по сравнению с температурой плавления низкоуглеродистой стали, которая находится в диапазоне 1300 ⁰ C и 1400 ⁰ C.

Отливка

С чугунным чугуном легче отливать формы из материала. Из-за дополнительного количества углерода, присутствующего в чугуне, его расплавленная форма более текучая, что упрощает отливку материала сложной формы. Это очень удобно для литья больших и тяжелых предметов. С мягкой сталью также легко работать, но чугун обладает более высокой литейной способностью.

Твердость

Чугун твердый, его можно закалить при нагревании и резком охлаждении.Это делает его довольно прочным. Низкоуглеродистую сталь можно закалить и отпустить с помощью соответствующих процессов.

Прочность

Прочность на сжатие чугуна 6,3 — 7,1 т / кв. См. Предел прочности на разрыв составляет 1,26 — 1,57 т / кв. См. Прочность на сжатие мягкой стали составляет 4,75 — 25,2 т / кв. См. Предел прочности на разрыв 5,51 — 11,02 т / кв. См. Это ясно показывает, что мягкая сталь — лучший вариант, чем чугун, когда дело доходит до предела прочности на разрыв.Однако чугун имеет лучшую прочность на сжатие, чем низкоуглеродистая сталь. Благодаря этому он будет иметь большее сопротивление разрыву при сжатии. Это также делает его довольно прочным и идеальным для использования в тяжелых условиях. Он не будет легко показывать признаки износа, и вы можете рассчитывать на долгосрочную работу от чугуна.

Обрабатываемость

Пластичные материалы, такие как низкоуглеродистая сталь, трудно обрабатывать, поскольку они пластически деформируются за пределами предела текучести и имеют тенденцию к образованию непрерывной стружки, которая пытается прилипнуть к образцу, тем самым снижая режущую способность.Хрупкий материал, такой как чугун, почти эластичен до предела прочности на разрыв и дает прерывистую стружку, которая легко отрывается от образца. Это помогает улучшить режущую способность. По этой причине чугун является предпочтительным материалом с точки зрения обрабатываемости и прочности.

Вибрация

Чугун обладает хорошими демпфирующими свойствами, поглощающими вибрации. Следовательно, они используются для изготовления станины для машин. Рассматривайте чугун как композит с перлитом в качестве матрицы и графитом в качестве дисперсной фазы.Именно эта дисперсная фаза вызывает ряд отражений колебаний и в конечном итоге приводит к их исчезновению. Это то, что делает чугун лучшим материалом для струбцин, поддонов для поддонов, угловых пластин и столов для поверхностей.

Steel vs Iron — Сравнение — Плюсы и минусы

На рисунке представлена ​​фазовая диаграмма железо – карбид железа (Fe – Fe3C). Процент присутствующего углерода и температура определяют фазу железоуглеродистого сплава и, следовательно, его физические характеристики и механические свойства.Процент углерода определяет тип сплава черных металлов: чугун, сталь или чугун. Источник: wikipedia.org Läpple, Volker — Wärmebehandlung des Stahls Grundlagen. Лицензия: CC BY-SA 4.0

Как видно из рисунка, процент присутствующего углерода и температура определяют фазу железоуглеродистого сплава и, следовательно, его физические характеристики и механические свойства. Процент углерода определяет тип сплава черных металлов: чугун, углеродистая сталь или чугун.

Стали

Стали — это железоуглеродистые сплавы, которые могут содержать значительные концентрации других легирующих элементов.Добавление небольшого количества неметаллического углерода к железу обменивает его большую пластичность на с большей прочностью . Благодаря своей очень высокой прочности, но все же значительной ударной вязкости и способности сильно изменяться при термообработке, сталь является одним из наиболее полезных и распространенных сплавов на основе черных металлов в современном использовании. Существуют тысячи сплавов, которые имеют различный состав и / или термообработку. Механические свойства чувствительны к содержанию углерода, которое обычно меньше 1.0 мас.%. Согласно классификации AISI углеродистая сталь делится на четыре класса в зависимости от содержания углерода.

Типы сталей — классификация по составу

• Типичные области применения низкоуглеродистой стали включают компоненты кузова автомобилей, конструктивные формы (например, двутавровые балки, швеллеры и уголки) и листы, которые используются в трубопроводах и зданиях.

  Сталь . Стали представляют собой сплавы железо-углерод, которые могут содержать значительные концентрации других легирующих элементов.Добавление небольшого количества неметаллического углерода в железо меняет его большую пластичность на большую прочность. Благодаря своей очень высокой прочности, но все же значительной ударной вязкости и способности сильно изменяться при термообработке, сталь является одним из наиболее полезных и распространенных сплавов на основе черных металлов в современном использовании. Существуют тысячи сплавов, которые имеют различный состав и / или термообработку. Механические свойства чувствительны к содержанию углерода, которое обычно составляет менее 1,0 мас.%. Согласно классификации AISI углеродистая сталь делится на четыре класса в зависимости от содержания углерода:

  • Низкоуглеродистые стали .Низкоуглеродистая сталь, также известная как низкоуглеродистая сталь, в настоящее время является наиболее распространенной формой стали, поскольку ее цена относительно невысока, а свойства материала приемлемы для многих областей применения. Низкоуглеродистая сталь содержит примерно 0,05–0,25% углерода, что делает ее ковкой и пластичной. Низкоуглеродистая сталь имеет относительно низкую прочность на разрыв, но она дешевая и ее легко формовать; твердость поверхности можно повысить за счет науглероживания.
  • Среднеуглеродистые стали . Среднеуглеродистая сталь имеет примерно 0.3–0,6% содержания углерода. Уравновешивает пластичность и прочность, обладает хорошей износостойкостью. Этот сорт стали в основном используется в производстве деталей машин, валов, осей, шестерен, коленчатых валов, муфт и поковок, а также может использоваться в рельсах и железнодорожных колесах.
  • Высокоуглеродистые стали . Высокоуглеродистая сталь содержит примерно от 0,60 до 1,00% углерода. Твердость выше, чем у других марок, но пластичность снижается. Высокоуглеродистые стали могут использоваться для изготовления пружин, канатной проволоки, молотков, отверток и гаечных ключей.
  • Сверхвысокоуглеродистые стали . Ультра-высокоуглеродистая сталь содержит примерно 1,25–2,0% углерода. Стали, которые можно улучшать до высокой твердости. Этот сорт стали может использоваться для изделий из твердой стали, таких как пружины грузовиков, металлорежущие инструменты и другие специальные цели, такие как (непромышленные) ножи, оси или пуансоны. Большинство сталей с содержанием углерода более 2,5% производится методом порошковой металлургии.
• Легированные стали . Сталь представляет собой сплав железа и углерода, но термин «легированная сталь» обычно относится только к тем сталям, которые содержат другие элементы, такие как ванадий, молибден или кобальт, в количествах, достаточных для изменения свойств базовой стали.В общем, легированная сталь — это сталь, которая легирована различными элементами в общем количестве от 1,0% до 50% по весу для улучшения ее механических свойств. Легированные стали делятся на две группы:
  • Стали низколегированные .
  • Стали высоколегированные.
• Нержавеющая сталь . Нержавеющие стали — это низкоуглеродистые стали с содержанием хрома не менее 10% с другими легирующими элементами или без них. Прочность и коррозионная стойкость часто делают его предпочтительным материалом для транспортного и технологического оборудования, деталей двигателей и огнестрельного оружия.Хром увеличивает твердость, прочность и коррозионную стойкость. Никель дает аналогичные преимущества, но увеличивает твердость без ущерба для пластичности и вязкости. Он также снижает тепловое расширение для лучшей стабильности размеров.

Чугун

Серый чугун также обладает отличной демпфирующей способностью, которую дает графит, поскольку он поглощает энергию и преобразует ее в тепло. Большая демпфирующая способность желательна для материалов, используемых в конструкциях, в которых во время работы возникают нежелательные вибрации, таких как основания станков или коленчатые валы.

В материаловедении чугуны представляют собой класс черных сплавов с содержанием углерода более 2,14 мас.% . Обычно чугуны содержат от 2,14 мас.% До 4,0 мас.% Углерода и от 0,5 до 3 мас.% кремния . Сплавы железа с более низким содержанием углерода известны как сталь. Разница в том, что чугуны могут использовать преимущества эвтектического затвердевания в бинарной системе железо-углерод. Термин эвтектика в переводе с греческого означает « легко или хорошо плавится », а точка эвтектики представляет собой состав на фазовой диаграмме, при котором достигается самая низкая температура плавления .Для системы железо-углерод эвтектическая точка возникает при составе 4,26 мас.% C и температуре 1148 ° C .

Чугун , таким образом, имеет более низкую температуру плавления (примерно от 1150 ° C до 1300 ° C), чем традиционная сталь, что облегчает литье, чем стандартные стали. Благодаря своей высокой текучести в расплавленном состоянии жидкий чугун легко заполняет сложные формы и может образовывать сложные формы. Для большинства применений требуется очень небольшая отделка, поэтому чугуны используются как для самых разных мелких, так и для крупных деталей.Это идеальный материал для литья в песчаные формы сложных форм, таких как выпускные коллекторы, без необходимости в дополнительной обработке. Кроме того, некоторые чугуны очень хрупкие, и отливка является наиболее удобной технологией изготовления. Чугун стал конструкционным материалом с широким спектром применения и используется в трубах, машинах и деталях автомобильной промышленности, таких как головки цилиндров, блоки цилиндров и картеры коробок передач. Устойчив к окислению.

Типы чугунов

Чугуны также включают большое семейство различных типов железа, в зависимости от , как обогащенная углеродом фаза образуется во время затвердевания . Микроструктуру чугунов можно контролировать для получения продуктов с превосходной пластичностью, хорошей обрабатываемостью, отличным гашением вибрации, превосходной износостойкостью и хорошей теплопроводностью. При правильном легировании коррозионная стойкость чугунов может быть равна коррозионной стойкости нержавеющих сталей и сплавов на никелевой основе во многих сферах применения.Для большинства чугунов углерод существует в виде графита, и как микроструктура, так и механические свойства зависят от состава и термообработки. Наиболее распространенные типы чугуна:

• Серый чугун . Серый чугун — самый старый и самый распространенный вид чугуна. Серый чугун характеризуется своей графитовой микроструктурой, из-за которой изломы материала приобретают серый цвет. Это связано с наличием в его составе графита. В сером чугуне графит образует чешуйки, приобретая трехмерную геометрию.
• Белый чугун . Белый чугун твердый, хрупкий и не поддается обработке, тогда как серый чугун с более мягким графитом достаточно прочен и поддается механической обработке. Поверхность излома этого сплава имеет белый цвет, поэтому его называют белым чугуном.
• Ковкий чугун . Ковкий чугун — это белый чугун, прошедший отжиг. Благодаря термообработке с отжигом хрупкая структура при первой отливке преобразуется в пластичную форму. Таким образом, его состав очень похож на белый чугун с немного большим содержанием углерода и кремния.
• Ковкий чугун . Ковкий чугун, также известный как чугун с шаровидным графитом, очень похож на серый чугун по составу, но во время затвердевания графит образует зародыши в виде сферических частиц (конкреций) в высокопрочном чугуне, а не в виде хлопьев. Ковкий чугун прочнее и устойчивее к ударам, чем серый чугун. Фактически, высокопрочный чугун по своим механическим характеристикам приближается к характеристикам стали, при этом он сохраняет высокую текучесть в расплавленном состоянии и более низкую температуру плавления.

Свойства стали и железа

Свойства материала — это интенсивных свойств , это означает, что они не зависят от величины массы и могут изменяться от места к месту в системе в любой момент.В основе материаловедения лежит изучение структуры материалов и их соотнесение с их свойствами (механическими, электрическими и т. Д.). Как только ученый-материаловед узнает об этой корреляции структура-свойство, он может перейти к изучению относительных характеристик материала в данном приложении. Основными определяющими факторами структуры материала и, следовательно, его свойств являются составляющие его химические элементы и способ, которым он был переработан в свою окончательную форму.

Плотность стали по сравнению с железом

Плотность типичной стали составляет 8.05 г / см ³ .

Плотность типичного чугуна составляет 7,03 г / см ³ .

Плотность определяется как масса на единицу объема . Это интенсивное свойство , которое математически определяется как масса, разделенная на объем:

ρ = м / В

Проще говоря, плотность (ρ) вещества — это общая масса (m) этого вещества, деленная на общий объем (V), занимаемый этим веществом. Стандартная единица СИ составляет килограммов на кубический метр ( кг / м ³ ).Стандартная английская единица — фунтов массы на кубический фут ( фунтов / фут ³ ).

Поскольку плотность (ρ) вещества — это общая масса (m) этого вещества, деленная на общий объем (V), занимаемый этим веществом, очевидно, что плотность вещества сильно зависит от его атомной массы, а также на плотность атомных номеров (N; атом / см ³ ),

• Атомный вес . Атомная масса переносится атомным ядром, которое занимает только около 10 ^-12 от общего объема атома или меньше, но оно содержит весь положительный заряд и не менее 99.95% от общей массы атома. Следовательно, оно определяется массовым числом (числом протонов и нейтронов).
• Плотность атомного номера . Плотность атомного числа (N; атомов / см ³ ), которая связана с атомными радиусами, представляет собой количество атомов данного типа в единице объема (В; см ³ ) материала. Плотность атомного числа (N; атомы / см ³ ) чистого материала, имеющего атомную или молекулярную массу (М; граммы / моль) и плотность материала (; грамм / см ³ ), легко определяется вычисляется из следующего уравнения с использованием числа Авогадро ( N _A = 6.022 × 10 ²³ атомов или молекул на моль):
• Кристаллическая структура. На плотность кристаллического вещества существенно влияет его кристаллическая структура. ГЦК-структура, наряду со своим гексагональным родственником (ГПУ), имеет наиболее эффективный фактор упаковки (74%). Металлы, содержащие структуры FCC, включают аустенит, алюминий, медь, свинец, серебро, золото, никель, платину и торий.

Механические свойства стали и железа

Материалы часто выбирают для различных применений, потому что они имеют желаемое сочетание механических характеристик.Для структурных применений свойства материалов имеют решающее значение, и инженеры должны их учитывать.

Прочность стали и железа

В механике материалов прочность материала — это его способность выдерживать приложенную нагрузку без разрушения или пластической деформации. Прочность материалов в основном рассматривает взаимосвязь между внешними нагрузками , приложенными к материалу, и результирующей деформацией или изменением размеров материала. Прочность материала — это его способность выдерживать эту приложенную нагрузку без разрушения или пластической деформации.

Предел прочности на разрыв

Предел прочности при растяжении низкоуглеродистой стали составляет от 400 до 550 МПа.

Предел прочности на разрыв сверхвысокоуглеродистой стали составляет 1100 МПа.

Предел прочности на разрыв серого чугуна (ASTM A48 Class 40) составляет 295 МПа.

Предел прочности на разрыв мартенситного белого чугуна (ASTM A532, класс 1, тип A) составляет 350 МПа.

Предел прочности на разрыв ковкого чугуна — ASTM A220 составляет 580 МПа.

Предел прочности на разрыв высокопрочного чугуна — ASTM A536 — 60-40-18 составляет 414 МПа (> 60 тыс. Фунтов на квадратный дюйм).

Предел прочности при растяжении является максимальным на инженерной кривой зависимости напряжения от деформации. Это соответствует максимальному напряжению , которое может выдержать конструкция при растяжении. Предел прочности на разрыв часто сокращают до «прочности на разрыв» или даже до «предела».«Если это напряжение приложить и поддерживать, в результате произойдет разрушение. Часто это значение значительно превышает предел текучести (на 50–60 процентов больше, чем предел текучести для некоторых типов металлов). Когда пластичный материал достигает предела прочности, он испытывает образование шейки, где площадь поперечного сечения локально уменьшается. Кривая «напряжение-деформация» не содержит напряжения, превышающего предел прочности. Несмотря на то, что деформации могут продолжать увеличиваться, напряжение обычно уменьшается после достижения предела прочности.Это интенсивное свойство; поэтому его значение не зависит от размера испытуемого образца. Однако это зависит от других факторов, таких как подготовка образца, наличие или отсутствие поверхностных дефектов, а также температура испытательной среды и материала. Предел прочности на разрыв варьируется от 50 МПа для алюминия до 3000 МПа для очень высокопрочных сталей.

Предел текучести

Предел текучести низкоуглеродистой стали 250 МПа.

Предел текучести сверхвысокоуглеродистой стали 800 МПа.

Предел текучести — это точка на кривой зависимости напряжения от деформации, которая указывает предел упругого поведения и начало пластического поведения. Предел текучести или предел текучести — это свойство материала, определяемое как напряжение, при котором материал начинает пластически деформироваться, тогда как предел текучести — это точка, в которой начинается нелинейная (упругая + пластическая) деформация. Перед достижением предела текучести материал будет упруго деформироваться и вернется к своей исходной форме после снятия приложенного напряжения.После достижения предела текучести некоторая часть деформации будет постоянной и необратимой. Некоторые стали и другие материалы демонстрируют поведение, называемое явлением предела текучести. Предел текучести варьируется от 35 МПа для алюминия с низкой прочностью до более 1400 МПа для высокопрочных сталей.

Модуль упругости Юнга

Модуль упругости

для низкоуглеродистой стали составляет 200 ГПа.

Модуль упругости серого чугуна (ASTM A48 Class 40) составляет 124 ГПа.

Модуль упругости мартенситного белого чугуна Юнга (ASTM A532, класс 1, тип A) составляет 175 ГПа.

Модуль упругости ковкого чугуна по ASTM A220 составляет 172 ГПа.

Модуль упругости высокопрочного чугуна — ASTM A536 — 60-40-18 составляет 170 ГПа.

Модуль упругости Юнга представляет собой модуль упругости для растягивающего и сжимающего напряжения в режиме линейной упругости при одноосной деформации и обычно оценивается с помощью испытаний на растяжение.С точностью до предельного напряжения тело сможет восстановить свои размеры при снятии нагрузки. Приложенные напряжения заставляют атомы в кристалле перемещаться из положения равновесия. Все атомы смещаются на одинаковую величину и по-прежнему сохраняют свою относительную геометрию. Когда напряжения снимаются, все атомы возвращаются в исходное положение, и остаточная деформация не происходит. Согласно закону Гука , напряжение пропорционально деформации (в упругой области), а наклон равен модулю Юнга .Модуль Юнга равен продольному напряжению, деленному на деформацию.

Твердость стали по сравнению с железом

Твердость по Бринеллю низкоуглеродистой стали составляет примерно 120 МПа.

Твердость по Бринеллю высокоуглеродистой стали составляет примерно 200 МПа.

Твердость по Бринеллю серого чугуна (ASTM A48 Class 40) составляет примерно 235 МПа.

Твердость по Бринеллю серого чугуна, мартенситного белого чугуна (ASTM A532, класс 1, тип A) составляет приблизительно 600 МПа.

Твердость ковкого чугуна по Бринеллю — ASTM A220 составляет примерно 250 МПа.

Твердость высокопрочного чугуна по Бринеллю — ASTM A536 — 60-40-18 составляет приблизительно 150 — 180 МПа.

Тест на твердость по Роквеллу — один из наиболее распространенных тестов на твердость при вдавливании, разработанный для определения твердости. В отличие от теста Бринелля, тестер Роквелла измеряет глубину проникновения индентора при большой нагрузке (большая нагрузка) по сравнению с проникновением при предварительной нагрузке (незначительная нагрузка).Незначительная нагрузка устанавливает нулевое положение. Основная нагрузка прикладывается, затем снимается, сохраняя при этом второстепенную нагрузку. Разница между глубиной проникновения до и после приложения основной нагрузки используется для расчета числа твердости по Роквеллу . То есть глубина проникновения и твердость обратно пропорциональны. Основным преимуществом твердости по Роквеллу является ее способность отображать значения твердости непосредственно . Результатом является безразмерное число, обозначенное как HRA, HRB, HRC и т. Д., где последняя буква — соответствующая шкала Роквелла.

Тест Rockwell C проводится с пенетратором Brale (, алмазный конус 120 °, ) и основной нагрузкой 150 кг.

Тепловые свойства стали и железа

Термические свойства материалов относятся к реакции материалов на изменение их температуры и на приложение тепла. Поскольку твердое тело поглощает энергию в виде тепла, его температура повышается, а его размеры увеличиваются. Но различных материалов реагируют на приложение тепла по-разному, по-разному, .

Теплоемкость, тепловое расширение и теплопроводность — это свойства, которые часто имеют решающее значение при практическом использовании твердых тел.

Точка плавления стали по сравнению с железом

Температура плавления низкоуглеродистой стали составляет около 1450 ° C.

Температура плавления серого чугуна — сталь ASTM A48 составляет около 1260 ° C.

Температура плавления мартенситного белого чугуна (ASTM A532, класс 1, тип A) составляет около 1260 ° C.

Температура плавления ковкого чугуна — ASTM A220 составляет около 1260 ° C.

Температура плавления высокопрочного чугуна — стали ASTM A536 — 60-40-18 составляет около 1150 ° C.

В общем, плавление представляет собой фазовый переход вещества из твердой в жидкую фазу. Точка плавления вещества — это температура, при которой происходит это фазовое изменение. Точка плавления также определяет состояние, в котором твердое вещество и жидкость могут существовать в равновесии.

Теплопроводность стали по сравнению с железом

Теплопроводность типичной стали составляет 20 Вт / (м.К).

Теплопроводность серого чугуна — ASTM A48 — 53 Вт / (м · К).

Теплопроводность мартенситного белого чугуна (ASTM A532, класс 1, тип A) составляет 15-30 Вт / (м · К).

Теплопроводность ковкого чугуна составляет примерно 40 Вт / (м · К).

Теплопроводность высокопрочного чугуна составляет 36 Вт / (м · К).

Характеристики теплопередачи твердого материала измеряются свойством, называемым теплопроводностью , k (или λ), измеряемой в Вт / м.К . Это мера способности вещества передавать тепло через материал за счет теплопроводности. Обратите внимание, что закон Фурье применяется ко всем веществам, независимо от их состояния (твердое, жидкое или газообразное), поэтому он также определен для жидкостей и газов.

Теплопроводность большинства жидкостей и твердых тел зависит от температуры. Для паров это также зависит от давления. Всего:

Большинство материалов почти однородны, поэтому обычно можно записать k = k (T) .Подобные определения связаны с теплопроводностью в направлениях y и z (ky, kz), но для изотропного материала теплопроводность не зависит от направления переноса, kx = ky = kz = k.

Поиск правильного баланса марганца и серы для повышения прочности чугуна

Исследование, профинансированное и опубликованное в 2013 году AFS и Подразделением железа, продемонстрировало, что балансировка марганца и серы в соответствии с пределом растворимости MnS при температуре эвтектики прочность серого чугуна можно оптимизировать.Предел растворимости наступает, когда% Mn x% S составляет от 0,02 до 0,04.

Основываясь на обзоре литературы и экспериментальной работе, можно было определить, какие уровни марганца и серы могут дать лучшие свойства с точки зрения прочности.

В то же время исследование 2013 года подняло некоторые вопросы о соотношении Mn-S в сером чугуне:
— Являются ли различия в прочности следствием изменений микроструктуры?
— Как вариации в Mn и S влияют на микроструктуру, особенно на структуру графита, при уравновешивании Mn и S для достижения оптимальной прочности?
— Способствовала ли твердость перлита изменению прочности?
— Обеспечивает ли оптимальная балансировка Mn и S аналогичное усиление при всех значениях CE (кроме 4.0)
— Можно ли использовать балансировку Mn-S, чтобы сделать серый чугун более конкурентоспособным по сравнению с CGI?
— Вызывает ли балансировка для оптимальной прочности проблемы с обрабатываемостью?
— Уменьшает ли правильный баланс Mn и S необходимость в дополнительном легировании?
— Меняется ли реакция посева при использовании оптимальной балансировки? Рассмотрите возможность оценки различных модификаторов при более низком% Mn x% S, когда доэвтектическое осаждение MnS было подавлено.

Исследование было продолжено, и новые исследования были сосредоточены на более тщательной оценке микроструктуры 96 металлографических образцов из исходного исследования.Были проведены дополнительные механические испытания и фрактографические исследования сломанных стержней на растяжение.

Анализ состоял из:
— Дальнейшее изучение структуры графита.
— Более полный анализ количества эвтектических ячеек во всех литых секциях.
— Определить твердость матрицы (перлита) и ее влияние на изменение прочности на разрыв.
— Изучить образование графита типа D на границах ячеек с увеличением S.
— Изучить тенденцию образования шипастого графита и межклеточных карбидов во всех литых секциях.
— Проведение испытаний на растяжение выбранных материалов из стержней B, C и 3-дюймовых стержней, особенно тех, которые имеют наивысшую и самую низкую прочность в серии. Испытания включали прецизионные кривые напряжения-деформации.

Данные испытаний были оценены с целью выявления корреляций между свойствами, микроструктурой и составом. В частности, было интересно определить, что вызывает снижение прочности с увеличением содержания серы. Ожидалось, что фрактографические исследования могут выявить механизм (ы), вызывающий снижение прочности.

Предпосылки исследования 2013 года
Первоначальная экспериментальная работа была сосредоточена на чугуне класса 35B, отлитом сечением до 3 дюймов. Для исследования 9000 фунтов. мастер плавки был произведен компанией Bremen Castings Inc. (Бремен, Индиана). Уровень нагрева марганца периодически увеличивали для получения сплавов с тремя концентрациями марганца (0,3%, 0,5% и 0,8%). Концентрация серы была отрегулирована в передаточном ковше таким образом, чтобы раздельные плавки разливались с различными уровнями серы в пределах от 0.01 до 0,15%. Все сплавы и литые профили были полностью перлитными. В таблице 1 перечислены составы трех основных сплавов.

Твердость и предел прочности были определены для всех 24 сплавов. (В таблице 2 перечислены составы для испытательных стержней, показывающие максимальную и минимальную прочность в каждой серии Mn. Исследование показало, что при оптимальных уровнях марганца и серы прочность в стержнях B может быть на 7-11 тыс. Фунтов / кв. Дюйм выше, чем в плохо сбалансированных химических соединениях. самые сильные стороны были обнаружены в химикатах, содержащих от 0.026% и 0,044% серы. Когда содержание серы увеличивалось выше этих уровней, прочность начинала снижаться. На рис. 1 показано изменение прочности в четырех литых секциях при изменении S в чугуне класса 35, содержащем 0,28% Mn.

Различия в содержании Mn и S привели к значительным изменениям свойств металла, и краткое изложение результатов предыдущего исследования было следующим:

При производстве чугуна класса 35B была достигнута прочность более 40 тысяч фунтов на квадратный дюйм при некоторых уровнях содержания марганца и серы.Прочность в 35 тысяч фунтов на квадратный дюйм была достигнута даже в 3-дюймовом испытательном стержне. Однако при некоторых уровнях Mn и S наблюдалась гораздо более низкая прочность.

Максимальная прочность достигается, когда марганец и сера близки к пределу растворимости MnS, обычно когда% Mn x% S находится в диапазоне от 0,02 до 0,04. Минимальная прочность достигается при самых высоких изученных уровнях серы (0,13–0,15%) независимо от концентрации марганца.

Стехиометрическое уравновешивание марганца и серы с использованием 0,3% избытка Mn обычно приводит к получению чугуна с худшей прочностью, особенно с более высоким содержанием серы.

Склонность к охлаждению была наибольшей при очень низком уровне серы и при очень высоком содержании серы, и обычно она была наименьшей при уровнях содержания серы, обеспечивающих максимальную прочность.

Межклеточные карбиды наблюдались при уровнях 0,10% S и выше в серии 0,28% Mn. При более высоком содержании марганца карбиды не наблюдались. Был сделан вывод, что при более высоких уровнях серы содержание свободной серы контролировалось марганцем, и что карбидов IC избегали, когда свободная сера поддерживалась ниже 0.1%.

Колючий графит наблюдался во всех литых секциях и содержал марганец при более высоких концентрациях серы. Колючий графит обычно избегали, когда содержание свободной серы составляло менее 0,08%.

Отношение прочности на разрыв к твердости изменялось в зависимости от состава и снижалось с увеличением содержания серы. Падение отношения UTS / HB свидетельствует о том, что снижение прочности сопровождалось изменением структуры графита.

Контроль содержания серы имеет первостепенное значение при максимальном увеличении прочности серого чугуна.Исследования показывают, что Mn эффективен только до предела растворимости MnS. Необходимы дальнейшие исследования, чтобы лучше понять отрицательные эффекты серы при концентрациях, превышающих предел растворимости MnS.

Новые результаты исследований
Следующее исследование было направлено на более тщательное изучение 96 металлографических образцов. Эти образцы использовались для дальнейшей оценки микроструктуры и оценки влияния изменений содержания марганца и серы. Более подробная информация об экспериментальных процедурах и результатах доступна в оригинальной статье «Влияние Mn и S на микроструктуру чугуна» (18-091).

На основании результатов предыдущего исследования было высказано предположение, что изменения механических свойств были вызваны изменением структуры графита. Поскольку при увеличении содержания серы изменение твердости было незначительным, был сделан вывод, что снижение прочности при более высоких уровнях содержания серы было вызвано изменениями в структуре графита. Результаты текущего исследования показывают, что изменение силы более сложное.

Количество эвтектических ячеек имеет тенденцию увеличиваться и уменьшаться с увеличением содержания серы аналогично пределу прочности при растяжении.Однако в нескольких случаях прочность стержней C с более крупными эвтектическими ячейками была больше, чем прочность стержней B с меньшими размерами эвтектических ячеек. Следовательно, падение прочности с увеличением содержания серы нельзя полностью объяснить уменьшением количества клеток.

Было обнаружено увеличение количества графита типа D с увеличением содержания серы. Графит D находился в границах ячеек и окружал большие эвтектические ячейки (рис. 2). Это явление было особенно заметно на поверхностях изломов сломанных стержней на растяжение, где излом в графитовых областях D можно было легко отличить от разрушения через большие эвтектические ячейки (рис.3). Распределение графита типа D наблюдалось даже в крупных стержнях типа C, где графит типа D вряд ли можно было объяснить сильным переохлаждением перед эвтектическим затвердеванием. Это открытие предполагает, что графит типа D образовался ближе к концу затвердевания, чем в начале затвердевания.

Можно утверждать, что снижение прочности на разрыв, связанное с повышенным содержанием серы, связано с образованием графита D на границах ячеек. Однако хлопья очищенного графита, связанные с графитом типа D, повреждают прочность только при наличии свободного феррита.В представленных образцах микроструктура матрицы оставалась полностью перлитной во всех 24 сплавах и во всех литых профилях. Следовательно, снижение прочности не связано с присутствием графита типа D на границах ячеек.

Средний размер хлопьев уменьшался с увеличением содержания серы (рис. 4). Это может означать, что уменьшение размера чешуек является результатом увеличения количества графита типа D с содержанием серы. То есть увеличение количества чешуек графита D на границах ячеек увеличивало количество чешуек и приводило к уменьшению среднего размера чешуек.

По мере увеличения содержания серы на границах эвтектических ячеек образовывался игольчатый графит. Присутствие игольчатого графита само по себе может быть причиной снижения прочности на разрыв. На рис. 5 показано, что количество остроконечного графита было больше в серии с низким содержанием Mn (0,28%), и это связано с более высоким уровнем свободной серы в результате более низкого содержания Mn (рис. 6). Поскольку сера оказывает такое сильное влияние на скорость роста графитовой фазы, игольчатый графит может быть вызван высоким содержанием свободной серы.

Свидетельства сегрегации серы
По мере увеличения содержания серы межклеточные карбиды также образуются на границах эвтектических ячеек некоторых сплавов. Межклеточные карбиды наблюдались только в серии с 0,28% Mn, и их связывают с особенно высокими уровнями свободной серы в серии с низким содержанием марганца. При более высоком содержании марганца межклеточные карбиды (IC) не наблюдались.

Тот факт, что игольчатый графит и карбиды ограничены границами ячеек, предполагает, что сера отделяется от оставшейся жидкости по мере роста эвтектических ячеек.Даже глобулы MnS были обнаружены в границах клеток (рис. 7-8). Можно также утверждать, что образование графита типа D вокруг эвтектических ячеек в сплавах с более высоким содержанием серы происходит в результате выделения серы в оставшуюся жидкую фазу во время затвердевания. Коэффициент распределения k для серы обычно составляет 0,02, что указывает на сильную сегрегацию серы в жидкую фазу во время затвердевания.

Испытания на микротвердость перлитной матрицы показали, что твердость перлита значительно варьируется в пределах каждого испытательного бруска.Многие образцы имели широкий диапазон твердости. Очень высокая твердость перлита наблюдалась даже в 3-дюймовых прутках с твердостью до 398 HK. Более высокие значения твердости перлита в некоторых областях микроструктуры позволяют предположить, что перлитный компонент имеет высокое общее содержание углерода.

Твердость перлита зависит от содержания углерода и тонкости межпластинчатого промежутка. Расстояние между ламелями зависит от температуры превращения. Ожидается, что из-за повторного слияния, вызванного теплотой формования, перлитное превращение в отливках испытательного стержня будет происходить при относительно постоянной температуре, и, следовательно, твердость перлита должна была быть однородной.Тем не менее, твердость каждого образца существенно различалась, о чем свидетельствуют наблюдаемые высокие стандартные отклонения. Можно было бы ожидать найти более высокую твердость на границах ячейки, но местоположения показаний микротвердости были случайными и не могли быть специально расположены на границе ячейки или центре ячейки. Большой разброс твердости матрицы дополнительно подтверждает гипотезу о том, что сера сегрегация во время эвтектического затвердевания влияет на общее содержание углерода в перлитной матрице в последнем замерзшем металле.Предыдущие исследования показали, что по мере увеличения содержания серы (и уменьшения отношения Mn: S) общее содержание углерода в чугуне увеличивается.

Доказательства охрупчивания
Вероятно, наиболее убедительными данными, полученными в этом исследовании, были характеристики напряженно-деформированного состояния сплавов. Снижение прочности, связанное с увеличением содержания серы, было связано с уменьшением удлинения при разрыве. То есть преждевременное разрушение наблюдалось на графиках напряжения-деформации (рис. 9-11).Преждевременное разрушение при испытании на растяжение наблюдалось во всех марганцевых сериях и во всех размерах сечения. Данные в таблице 3 показывают, что удлинение при разрыве уменьшилось в среднем на 37% и составило 53%. Наибольшее уменьшение удлинения разрушения произошло в серии с 0,28% Mn. И снова примечательно, что серия также показала самое высокое содержание свободной серы.

Сканирующая электронная микроскопия на некоторых изломанных стержнях на растяжение выявила изменения режима разрушения в образцах высокой и низкой прочности.По мере того, как прочность и удлинение уменьшались, режим разрушения изменялся с пластичного разрушения на трансгранулярный скол, режим хрупкого разрушения. При транскристаллическом трещиноватости происходит очень ограниченная пластическая деформация, возникающая во время распространения трещины. Предполагается, что снижение прочности с увеличением содержания серы было вызвано охрупчиванием сплава. Охрупчивание вполне может быть связано с наличием игольчатого графита и карбидов IC на границах ячеек. Ясно, что трансгранулярный режим разрушения скола связан с перлитной матрицей; и чем тверже перлит, тем более вероятно, что характер разрушения будет за счет транскранулярного раскола.

Первоначальная гипотеза заключалась в том, что изменения содержания марганца и серы вызывают изменения в структуре графита, что, в свою очередь, приводит к снижению прочности. Результаты этого исследования показывают, что снижение прочности происходит из-за явления хрупкости. Теперь кажется, что снижение прочности с увеличением содержания серы может быть больше функцией высокого содержания свободной серы и сегрегации серы во время затвердевания, а не модификации структуры графита.Роль осаждения MnS и влияние включений MnS на микроструктуру менее ясны.

Щелкните здесь , чтобы увидеть эту историю в том виде, в каком она представлена ​​в выпуске Modern Casting за ноябрь 2018 г.

Клапаны

из ковкого и чугунного пластика: в чем разница?

Эта запись была опубликована 18 декабря, 2017 автором admin.

Заказчикам из всех отраслей промышленности нужны клапаны всех видов для их высокотехнологичных процессов.Клапаны доступны из огромного количества материалов для любого вообразимого применения. Некоторые из этих материалов — ПВХ, углеродистая сталь, нержавеющая сталь, чугун и ковкий чугун. В этом посте мы сосредоточимся на двух из этих материалов: ковком чугуне и чугуне. Споры о том, что клапаны из ковкого чугуна или из чугуна, ведутся десятилетиями, так как не всем известны различия.

К счастью, сравнить клапаны из высокопрочного чугуна и чугуна несложно, так как эти материалы имеют лишь несколько основных различий.Мы опишем свойства обоих материалов, а затем рассмотрим плюсы и минусы каждого из них. К концу этого сообщения в блоге вы станете экспертом по железу!

Технические характеристики чугунных клапанов

Чугун (также известный как серый чугун) — это металл, который использовался сотни лет. Это сплав, состоящий из 96% -98% железа, 2% -4% углерода и небольшого количества силикона. Он обладает впечатляющей температурной устойчивостью, а некоторые виды чугуна способны выдерживать температуры выше 2100F (1150C).Когда дело доходит до давления, прочность чугуна зависит от его класса давления. Два наиболее распространенных — это класс 125 и класс 250. При менее экстремальных температурах чугунный фланец класса 125 рассчитан на давление от 150 до 200 фунтов на квадратный дюйм. Чугун класса 250 немного жестче, с номинальным давлением от 300 до 500 фунтов на квадратный дюйм. Это давление может варьироваться в зависимости от типа конца.

Чугун прочен и обычно остается неповрежденным даже после сильных вибраций. Главный недостаток чугунных задвижек в том, что они совсем не очень пластичные.Практически любой изгиб приведет к растрескиванию чугуна и его бесполезности. Одно из отличных качеств чугуна — это то, что он не очень дорогой. Что касается металлов, чугун обычно является наиболее экономичным вариантом, что делает его надежной альтернативой для людей с ограниченным бюджетом.

Характеристики дуктильных клапанов

Второй материал, который мы рассматриваем, — ковкий чугун. Ковкий чугун — это более современный сплав железа, который изготавливается из графита в форме узелков. Это придает материалу отличную пластичность, поэтому он не обязательно сломается при изгибе.Температурный предел немного ниже, чем у чугуна, но все еще довольно высок — 1350F (730C). Что касается давления, клапаны из ковкого чугуна также используют классы давления: 150 и 300. При стандартных наружных температурах ковкий чугун класса 150 сохраняет уплотнение до 250 фунтов на квадратный дюйм. Класс 300 может выдерживать давление до 640 фунтов на квадратный дюйм.

Ковкий чугун обладает превосходной коррозионной стойкостью, прочностью на разрыв и пределом текучести. В отличие от чугуна, ковкий чугун не ломается при изгибе, поэтому он больше подходит для применений с высокими требованиями.Ковкий чугун — прочный и надежный материал для труб, фитингов и клапанов. Один недостаток — цена. Ковкий чугун обычно дороже чугуна из-за его более сложного химического состава. Однако, если ваше приложение требует более жесткого материала, вам, возможно, придется потратить немного больше.

Клапаны из ковкого чугуна по сравнению с клапанами из чугуна

Теперь, когда мы рассмотрели оба варианта по отдельности, мы сравним и сопоставим клапаны из ковкого чугуна и чугуна. Надеюсь, это поможет вам решить, что лучше для вас! Мы сравним эти материалы по долговечности, простоте монтажа и цене, чтобы вы могли узнать самые важные детали.Чтобы узнать о других технических отличиях, ознакомьтесь с этой полезной статьей.

Прочность

• Чугун: Чугун — прочный материал, способный выдерживать более высокие давления, чем любой пластик. Однако при превышении номинального давления чугунного клапана или трубы он может погнуться и потрескаться. Чугун практически не пластичен, что означает, что он жесткий и при изгибе трескается. Чугун также со временем ржавеет, поэтому необходимо проводить регулярное техническое обслуживание, чтобы предохранить клапан от коррозии.
• Ковкий чугун: Ковкий чугун также обладает впечатляющей структурной целостностью. Он может выдерживать высокие давления и температуры, не дрогнув. Благодаря своей пластичной природе
  этот материал также менее склонен к растрескиванию при изгибе. Ковкий чугун со временем тоже ржавеет, но не так легко, как чугун.

Простота установки

• Чугун: Этот материал дает пользователю множество возможностей при установке. Клапаны из чугуна обычно крепятся болтами с помощью фланцев.Сварка — это сложно, но возможно. Наши чугунные клапаны доступны с фланцевыми концами, так как это отличный метод для применений с высоким или низким давлением.
• Ковкий чугун: Ковкий чугун, из-за его структурного сходства с чугуном, дает пользователю многие из тех же вариантов установки. Сварка не рекомендуется,
  , но болтовое соединение с использованием фланцев по-прежнему является лучшим вариантом для большинства применений.

Цена

• Чугун: Клапаны из чугуна благодаря более простому производственному процессу сэкономят вам значительную сумму денег по сравнению с клапанами из ковкого чугуна.Если вам не нужны дополнительные преимущества ковкого чугуна, чугун — это разумный шаг.
• Ковкий чугун: Ковкий чугун — более дорогой вариант, но не зря. Он обладает свойствами, которые во многих ситуациях дают ему явные преимущества перед чугуном.

---

Вот и все! Теперь вы знаете, что это не проблема типа «клапаны из ковкого чугуна по сравнению с чугунными». Один не всегда лучше другого. Все зависит от того, для чего вы его используете!

Ковкий чугун — свойства и применение

На рисунке представлена ​​фазовая диаграмма железо – карбид железа (Fe – Fe3C).Процент присутствующего углерода и температура определяют фазу железоуглеродистого сплава и, следовательно, его физические характеристики и механические свойства. Процент углерода определяет тип сплава черных металлов: чугун, сталь или чугун. Источник: wikipedia.org Läpple, Volker — Wärmebehandlung des Stahls Grundlagen. Лицензия: CC BY-SA 4.0

В материаловедении чугуны — это класс черных сплавов с содержанием углерода более 2,14 мас.% . Обычно чугуны содержат от 2.От 14 мас.% До 4,0 мас.% Углерода и от 0,5 до 3 мас.% кремния . Сплавы железа с более низким содержанием углерода известны как сталь. Разница в том, что чугуны могут использовать преимущества эвтектического затвердевания в бинарной системе железо-углерод. Термин эвтектика по-гречески означает « легко или хорошо плавится », а точка эвтектики представляет собой состав на фазовой диаграмме, при котором достигается самая низкая температура плавления . Для системы железо-углерод эвтектическая точка встречается при составе 4.26 мас.% C и температуре 1148 ° C .

См. Также: Типы чугунов

Ковкий чугун

Ковкий чугун — белый чугун, прошедший отжиг. Посредством термообработки отжигом хрупкая структура при первой отливке преобразуется в податливую форму . Таким образом, его состав очень похож на белый чугун с немного большим содержанием углерода и кремния. Ковкий чугун содержит узелки графита, которые не являются действительно сферическими, как в ковком чугуне, поскольку они образуются в результате термической обработки, а не во время охлаждения из расплава.Ковкий чугун получают путем отливки сначала белого чугуна, чтобы избежать образования чешуек графита, а весь нерастворенный углерод находится в форме карбида железа. Ковкий чугун представляет собой отливку из белого чугуна, которую затем подвергают термообработке в течение дня или двух при температуре около 950 ° C (1740 ° F), а затем охлаждают в течение дня или двух. В результате углерод в карбиде железа превращается в графитовые конкреции, окруженные ферритной или перлитной матрицей, в зависимости от скорости охлаждения. Медленный процесс позволяет поверхностному натяжению образовывать графитовые узелки, а не хлопья.. Ковкий чугун, как и ковкий чугун, обладает значительной пластичностью и ударной вязкостью благодаря сочетанию шаровидного графита и металлической матрицы с низким содержанием углерода. Как и ковкий чугун, ковкий чугун также обладает высокой устойчивостью к коррозии и отличной обрабатываемостью. Хорошая демпфирующая способность и усталостная прочность ковкого чугуна также полезны для длительной службы в сильно нагруженных деталях. Есть два типа ферритного ковкого чугуна: черное сердце и белое сердце.

Он часто используется для небольших отливок, требующих хорошей прочности на разрыв и способности изгибаться без разрушения (пластичность).Ковкий чугун применяется для многих основных автомобильных деталей, таких как опоры дифференциала, корпуса дифференциалов, крышки подшипников, корпуса рулевого механизма. Другие области применения включают ручные инструменты, кронштейны, детали машин, электрическую арматуру, трубопроводную арматуру, сельскохозяйственное и горное оборудование.

Свойства ковкого чугуна — ASTM A220

Свойства материала — это интенсивных свойств , это означает, что они не зависят от величины массы и могут изменяться от места к месту в системе в любой момент.В основе материаловедения лежит изучение структуры материалов и их соотнесение с их свойствами (механическими, электрическими и т. Д.). Как только ученый-материаловед узнает об этой корреляции структура-свойство, он может перейти к изучению относительных характеристик материала в данном приложении. Основными определяющими факторами структуры материала и, следовательно, его свойств являются составляющие его химические элементы и способ, которым он был переработан в свою окончательную форму.

Механические свойства ковкого чугуна — ASTM A220

Материалы часто выбирают для различных применений, потому что они имеют желаемое сочетание механических характеристик.Для структурных применений свойства материалов имеют решающее значение, и инженеры должны их учитывать.

Прочность ковкого чугуна — ASTM A220

В механике материалов прочность материала — это его способность выдерживать приложенную нагрузку без разрушения или пластической деформации. Прочность материалов в основном рассматривает взаимосвязь между внешними нагрузками , приложенными к материалу, и результирующей деформацией или изменением размеров материала. Прочность материала — это его способность выдерживать эту приложенную нагрузку без разрушения или пластической деформации.

Предел прочности на разрыв

Предел прочности на разрыв ковкого чугуна — ASTM A220 составляет 580 МПа.

Предел прочности при растяжении является максимальным на инженерной кривой зависимости напряжения от деформации. Это соответствует максимальному напряжению , которое может выдержать конструкция при растяжении. Предел прочности на разрыв часто сокращают до «прочности на разрыв» или даже до «предела».«Если это напряжение приложить и поддерживать, в результате произойдет разрушение. Часто это значение значительно превышает предел текучести (на 50–60 процентов больше, чем предел текучести для некоторых типов металлов). Когда пластичный материал достигает предела прочности, он испытывает образование шейки, где площадь поперечного сечения локально уменьшается. Кривая «напряжение-деформация» не содержит напряжения, превышающего предел прочности. Несмотря на то, что деформации могут продолжать увеличиваться, напряжение обычно уменьшается после достижения предела прочности.Это интенсивное свойство; поэтому его значение не зависит от размера испытуемого образца. Однако это зависит от других факторов, таких как подготовка образца, наличие или отсутствие поверхностных дефектов, а также температура испытательной среды и материала. Предел прочности на разрыв варьируется от 50 МПа для алюминия до 3000 МПа для очень высокопрочных сталей.

Предел текучести

Предел текучести ковкого чугуна — ASTM A220 составляет 480 МПа

Предел текучести — это точка на кривой зависимости напряжения от деформации, которая указывает предел упругого поведения и начало пластического поведения. Предел текучести или предел текучести — это свойство материала, определяемое как напряжение, при котором материал начинает пластически деформироваться, тогда как предел текучести — это точка, в которой начинается нелинейная (упругая + пластическая) деформация. Перед достижением предела текучести материал будет упруго деформироваться и вернется к своей исходной форме после снятия приложенного напряжения. После достижения предела текучести некоторая часть деформации будет постоянной и необратимой. Некоторые стали и другие материалы демонстрируют поведение, называемое явлением предела текучести.Предел текучести варьируется от 35 МПа для алюминия с низкой прочностью до более 1400 МПа для высокопрочных сталей.

Модуль упругости Юнга

Модуль упругости ковкого чугуна — ASTM A220 составляет 172 ГПа.

Модуль упругости Юнга представляет собой модуль упругости для растягивающего и сжимающего напряжения в режиме линейной упругости при одноосной деформации и обычно оценивается с помощью испытаний на растяжение. С точностью до предельного напряжения тело сможет восстановить свои размеры при снятии нагрузки.Приложенные напряжения заставляют атомы в кристалле перемещаться из положения равновесия. Все атомы смещаются на одинаковую величину и по-прежнему сохраняют свою относительную геометрию. Когда напряжения снимаются, все атомы возвращаются в исходное положение, и остаточная деформация не происходит. Согласно закону Гука , напряжение пропорционально деформации (в упругой области), а наклон равен модулю Юнга . Модуль Юнга равен продольному напряжению, деленному на деформацию.

Твердость ковкого чугуна — ASTM A220

Твердость по Бринеллю ковкого чугуна — ASTM A220 составляет примерно 250 МПа.

В материаловедении твердость — это способность противостоять вдавливанию поверхности ( локализованная пластическая деформация ) и царапинам . Твердость , вероятно, является наиболее плохо определенным свойством материала, потому что он может указывать на устойчивость к царапинам, сопротивление истиранию, сопротивление вдавливанию или даже сопротивление формованию или локализованной пластической деформации.Твердость важна с инженерной точки зрения, потому что сопротивление износу из-за трения или эрозии паром, маслом и водой обычно увеличивается с увеличением твердости.

Испытание на твердость по Бринеллю — это одно из испытаний на твердость при вдавливании, которое было разработано для испытания на твердость. При испытаниях по Бринеллю твердый сферический индентор под определенной нагрузкой вдавливается в поверхность испытываемого металла. В типичном испытании в качестве индентора используется шарик из закаленной стали диаметром 10 мм (0,39 дюйма) с усилием 3000 кгс (29.42 кН; 6,614 фунт-силы) сила. Нагрузка поддерживается постоянной в течение определенного времени (от 10 до 30 с). Для более мягких материалов используется меньшее усилие; для более твердых материалов шарик из карбида вольфрама заменяется стальным шариком.

Испытание обеспечивает численные результаты для количественной оценки твердости материала, которая выражается числом твердости по Бринеллю – HB . Число твердости по Бринеллю обозначается наиболее часто используемыми стандартами испытаний (ASTM E10-14 [2] и ISO 6506–1: 2005) как HBW (H от твердости, B от твердости по Бринеллю и W от материала индентора, вольфрама ( вольфрам) карбид).В прежних стандартах HB или HBS использовались для обозначения измерений, сделанных со стальными инденторами.

Число твердости по Бринеллю (HB) — это нагрузка, деленная на площадь поверхности вдавливания. Диаметр слепка измеряется с помощью микроскопа с наложенной шкалой. Число твердости по Бринеллю рассчитывается по формуле:

Существует множество широко используемых методов испытаний (например, по Бринеллю, Кнупу, Виккерсу и Роквеллу). Существуют таблицы, которые коррелируют значения твердости по различным методам испытаний, где корреляция применима.Во всех шкалах высокое число твердости соответствует твердому металлу.

Тепловые свойства ковкого чугуна — ASTM A220

Термические свойства материалов относятся к реакции материалов на изменение их температуры и на приложение тепла. Поскольку твердое тело поглощает энергию в виде тепла, его температура повышается, а его размеры увеличиваются. Но различных материалов реагируют на приложение тепла по-разному, по-разному, .

Теплоемкость, тепловое расширение и теплопроводность — это свойства, которые часто имеют решающее значение при практическом использовании твердых тел.

Точка плавления ковкого чугуна — ASTM A220

Температура плавления ковкого чугуна — ASTM A220 составляет около 1260 ° C.

В общем, плавление представляет собой фазовый переход вещества из твердой в жидкую фазу. Точка плавления вещества — это температура, при которой происходит это фазовое изменение. Точка плавления также определяет состояние, в котором твердое вещество и жидкость могут существовать в равновесии.

Теплопроводность ковкого чугуна — ASTM A220

Теплопроводность ковкого чугуна составляет примерно 40 Вт / (м · К).

Характеристики теплопередачи твердого материала измеряются свойством, называемым теплопроводностью , k (или λ), измеряемым в Вт / м · K . Это мера способности вещества передавать тепло через материал за счет теплопроводности. Обратите внимание, что закон Фурье применяется ко всем веществам, независимо от их состояния (твердое, жидкое или газообразное), поэтому он также определен для жидкостей и газов.

Теплопроводность большинства жидкостей и твердых тел зависит от температуры. Для паров это также зависит от давления. Всего:

Большинство материалов почти однородны, поэтому обычно можно записать k = k (T) . Подобные определения связаны с теплопроводностью в направлениях y и z (ky, kz), но для изотропного материала теплопроводность не зависит от направления переноса, kx = ky = kz = k.

Сравнение ковкого чугуна и стали

Автор: Penticton Foundry на 5 ноября 2015 г.

Какой сплав лучше? Ковкий чугун против стали

Поскольку мы уже сравнивали отливки из высокопрочного чугуна и отливки из серого чугуна, мы решили сравнить высокопрочный чугун и литье по разным свойствам, чтобы определить, какой сплав лучше для конкретного применения. Этот блог представляет собой простой общий обзор. Мы рассмотрим предел прочности на разрыв, способность поглощать удары, свариваемость, стойкость к истиранию и коррозионную стойкость.

Примечание. Ковкий чугун с содержанием углерода 3,0–3,9% имеет более высокое содержание углерода, чем литая сталь, которая обычно имеет содержание углерода 0,08–0,60%.

Предел прочности на разрыв

Хотя нет большой разницы в отношении прочности на разрыв, ковкий чугун имеет более высокий предел текучести (40 тыс. Фунтов на квадратный дюйм). С другой стороны, литая сталь может достигать предела текучести только 36 тысяч фунтов на квадратный дюйм.

Ковкий чугун (ASTM A536) против литой стали (ASTM A27)

По мере увеличения прочности ковкого чугуна пластичность уменьшается.

Амортизация и свариваемость

Ковкий чугун обладает превосходной амортизацией по сравнению со сталью. Средняя демпфирующая способность ковкого чугуна в 6,6 раз больше, чем у стали SAE 1018 (справочная информация — Справочник по чугуну ASM на стр. 435).

Литая сталь обладает большей свариваемостью. Для правильной сварки высокопрочного чугуна важно соблюдать специальные процедуры сварки.

Сопротивление истиранию

Ковкий чугун имеет более высокое истирание, чем стальное литье, и обычно используется в механизмах фрикционного износа e.грамм. коленчатые валы двигателя. Его превосходная стойкость к истиранию во многом объясняется высоким объемным процентным содержанием графита, который действует как графитовая смазка.

В механизмах абразивного износа аустенитные марки ковкого чугуна обладают высокой износостойкостью, а также повышенной прочностью. Марки высокопрочного чугуна ADI изготавливаются путем легирования металла и термообработки.

Коррозионная стойкость

Ковкий чугун по коррозионной стойкости превосходит нелегированные стали и даже высоколегированные стали в определенных условиях.Коррозионную стойкость ковкого чугуна можно улучшить, поняв механизм коррозии и соответствующим образом легировав материал.

Ударопрочность

Ударные свойства ковкого чугуна зависят от микроструктуры. Ковкий чугун, как правило, обладает хорошей ударопрочностью. Ковкий чугун типа A395 полностью ферритный. Это важно, поскольку ударопрочность зависит от степени ферритизации микроструктуры. Литая сталь была бы более однородной с однородной микроструктурой.

Ковкий чугун, из-за повышенной прочности и пластичности используется в более сложных приложениях:

• Барабаны кабельные
• Рамки
• Коробки передач
• Насосы

Преимущества высокопрочного чугуна следующие:

• Повышенная литье
• Меньшие затраты
• Улучшенное гашение вибрации
• Повышенная коррозионная стойкость
• Превосходный предел текучести при сжатии

.