Что такое чугун: состав и содержание углерода в сплаве
Чугун вошел в нашу жизнь много столетий тому назад и остается популярным и по сей день. Он нашел широкое применение во многих областях. Однако чтобы разобраться, что такое чугун, важно знать его свойства и химический состав, структуру и особенности его сплавов, достоинства и недостатки этого материала, а также его производство и сферы применения.
Химический состав чугуна
Чугун — это сплав железа и углерода, в котором процентное содержание углерода составляет не менее 2,14%, но не более 4,5%. Углерод входит в состав чугуна в форме цементита либо графита. Если процент содержания углерода составляет меньше 2,14%, такой сплав именуется сталью.
Известно, что чугунный сплав впервые был произведен в Китае в VI веке. В Европу секрет его производства пришел в XIV веке, а в России его состав был доведен до совершенства лишь в XVII. За все это долгое время формула чугуна не изменилась.
Самый качественный материал производился на литейном заводе братьев Демидовых, расположенном на Урале.
По прошествии веков он не только не утратил своей актуальности, но и приобрел еще более обширный спектр применения.
Разновидности материала
Существуют такие виды чугуна, как предельный и литейный. Первый используют при производстве стали по кислородно-конвертерному пути. Кремний и марганец в таком сплаве содержится в очень малом количестве. Литейный вид материала более широко используется в промышленности и производстве. Он, в свою очередь, подразделяется на следующие виды:
Особенности сплава
Главная особенность чугуна скрыта в процессе его изготовления. Дело в том, что у разных видов этого сплава температура плавления достигает 1200ºС, в то время как у стали она составляет 1500 ºС. На этот фактор влияет слишком высокое содержание углерода. Атомы железа и углерода между собой имеют не очень тесные связи.
Когда происходит выплавка, атомы углерода не могут целиком внедриться в молекулярную решетку железа, из-за чего чугунный сплав приобретает хрупкость. В связи с этим его не используют в производстве деталей, которые будут постоянно подвергаться нагрузке.
Этот материал относится к отрасли черной металлургии и по своим характеристикам схож со сталью. Изделия из чугуна и стали нашли широкое применение в повседневной жизни, и оно является целиком оправданным.
Если сравнивать характеристики этих металлов, можно сделать следующие заключения:
Достоинства и недостатки
Этот материал, как и любой другой, имеет свои сильные и слабые стороны.
К достоинствам чугуна относятся такие факторы:
К недостаткам можно отнести следующие факторы:
Характерные черты и свойства чугуна
Этот металлический сплав обладает такими свойствами:
На свойства сплава также оказывают влияние специальные примеси:
Состав и структура металла
Чугун в качестве структурного материала представлен металлической полостью с графитными включениями. Основными его компонентами выступают перлит, ледебурит и пластичный графит. Интересно, что в различных видах сплавов эти элементы присутствуют в неодинаковых пропорциях либо могут совсем отсутствовать.
По своей структуре чугунный сплав разделяется на следующие разновидности:
При этом графит может присутствовать в нем в одной из таких форм:
Производственные технологии
Как известно, чугун производится в специальных доменных печах. Основным сырьем для его получения служит железная руда. Технологический процесс изготовления состоит в восстановлении оксидов железной руды и получении в результате этого иного материала — чугуна. Для его изготовления используются такие виды топлива, как кокс, термоантрацит, природный газ.
Для производства одной тонны чугуна требуется около 550 килограмм кокса и приблизительно тонна воды. Объемы загружаемой в печь руды будут зависеть от содержания в ней железа. Как правило используют руду, в составе которой содержится железа не менее 70%. Все дело в том, что экономически нецелесообразно использовать меньшую его концентрацию.
Первым этапом производства чугуна является его выплавка. В доменную печь засыпается руда, а затем — коксующийся уголь, который необходим для нагнетания и поддержания требуемой температуры внутри шахты печи. Эти составляющие во время горения принимают активное участие в протекающих химических реакциях в качестве восстановителей железа.
Тем временем в печь погружается флюс, который выступает в роли катализатора. Ускоряя плавку пород, он тем самым поддерживает скорейшее высвобождение железа. Немаловажно знать, что перед загрузкой в печь руда проходит необходимую предварительную обработку. Она измельчается на дробильной установке, поскольку более мелкие частицы плавятся быстрее. Затем ее промывают, чтобы удалить частицы, не содержащие металл. Далее сырье подвергается обжигу, вследствие чего из него извлекается сера и другие инородные компоненты.
На втором этапе производства в заполненную и готовую к эксплуатации печь подается через специальные горелки природный газ. Кокс участвует в разогреве сырья. Происходит выделение углерода, который, соединяясь с кислородом, образует оксид. Он, в свою очередь, способствует восстановлению железа из руды.
При увеличении объема газа в печи снижается скорость протекания химической реакции. Она может и совсем остановиться при достижении определённого соотношения газа. Углерод проникает в сплав и соединяется с железом, при этом образуя чугун. Нерасплавленные элементы остаются на поверхности и вскоре удаляются. Такие отходы называются шлаком. Его используют для изготовления других материалов.
Сфера использования
Этот металл используется в различных отраслях промышленности. Например, он широко применяется в машиностроении для производства различных деталей.
Чаще всего этот материал используется в производстве блоков для двигателей и коленчатых валов. Для изготовления последних необходим усовершенствованный сплав с добавлением специальных примесей из графита. Этот металл устойчив к трению, поэтому из него производят тормозные колодки высокого качества.
В жестких климатических условиях чугунный сплав незаменим, так как он позволяет изготовленным из него деталям машин работать бесперебойно даже при самых низких температурах.
В металлургической промышленности он себя также отлично зарекомендовал. Высоко ценятся его превосходные литейные свойства и относительно невысокая цена. Изделия из него отличаются очень высокой прочностью и износостойкостью.
Из чугунного сплава делается великое множество сантехнических изделий. Это батареи, раковины, разнообразные мойки и трубы. Широкой популярностью пользуются чугунные ванны и радиаторы отопления. Срок их службы весьма длительный. Во многих квартирах по сей день используются данные изделия, потому как они долго сохраняют свой первозданный вид и редко нуждаются в реставрации.
Немаловажен и тот факт, что превосходные литейные свойства чугуна позволяют изготавливать из него целые произведения искусства: такие как ажурные кованые ворота и всевозможные памятники архитектуры.
Примечательно, что цена за 1 килограмм чугуна обусловлена количеством находящегося в его составе углерода, а еще наличием разнообразных примесей и легирующих компонентов. Цена тонны чугуна составляет около 8000 рублей.
На сегодняшний день не существует ни одной сферы, где бы ни использовался этот металл. Его литье и сплавы выступают основой многих узлов, механизмов и деталей. Иногда он используется в качестве самостоятельного изделия, прекрасно справляясь с возложенными на него функциями. Это железосодержащее соединение является уникальным в своем роде. Оно остается незаменимым и поныне.
Ковкий чугун
В состав чугунных сплавов могут добавлять легирующие компоненты, которые оказывают существенное влияние на их технические параметры.
Чугун используют при производстве изделий методом литья, например, корпусов станочного оборудования, которые работают при небольших статических и динамических, в том числе и разнонаправленных нагрузках.
В отличие от стали, чугун обладает хорошими литейными параметрами и низкой ценой. Ко всему прочему это сырье хорошо обрабатывается на металлорежущем оборудовании, чем большинство стальных сплавов. Но, с другой стороны, чугунные сплавы, вне зависимости от типа свариваются с определенными сложностями. Ко всему прочему, чугуны обладают невысокими параметрами прочности, твердости, хрупкости.
Виды чугунов
Марка чугунного сплава определяется количеством углерода и других веществ в его составе.
Такой подход позволяет выделить следующие виды этого материала:
Белый чугун
В составе этого сплава углерод собран в форме цементита. Эта марка материала обладает стойкостью к износу, хорошими параметрами твердости. Вместе с этим, он довольно плохо подвергается обработке на металлорежущем оборудовании.
Структура белого чугуна
Белый чугун делится на следующие группы:
В других марках чугуна углерод имеет форму графита.
Серый чугун
Углерод в составе этой марки чугуна имеет форму пластин. В составе серого чугуна участвуют и такие компоненты, как:
Микроструктура серого чугуна
Для производства отливок из этого материала применяют формы, выполненные из литьевой земли или стали. Такие формы называют кокилем. Ключевая сфера использования серого чугуна – машиностроение. Из него выполняют конструкции, работающие тогда, когда отсутствуют ударные воздействия, к примеру, колесные клиноременных передач, подшипниковые чашки и др. Чугунный сплав этого типа маркируют следующим образом СЧ 32 – 52. Первая цифра показывает предел прочности на растяжение, вторая предел на изгибе.
Ковкий чугун
В составе этого материала углерод обладает хлопьевидной формой. В химсостав этого материала входит до 1,4% кремния, 1% марганца и пр. Ковкий чугун производят из белого.
Для этого выполняют его термическую обработку, то есть прогревают и выдерживают в этом состоянии в течение заданного технологией времени. Эту операция называется томлением. Ковкий чугун маркируют так КЧ 45 – 6. Первое число обозначает прочность на растяжение, вторая удлинение в процентах.
Высокопрочный чугун
В составе этого чугуна, углерод обладает шаровидной формой. Для производства чугуна этого вила используют модифицирование, то есть в расплав вводят магний. Он обеспечивает формирование углерода в виде включений шаровидной формы. Это решение позволило приблизить чугун этого сорта, по ряду свойств к углеродистым сталям. Литейные же параметры у него больше чем у других марок чугунных сплавов, за исключением серого.
Чугуны этого класса используют в производстве таких деталей, как – поршни, коленвалы, компоненты систем торможения.
Высокопрочный чугун маркируют так — ВЧ – 45-5. Первое число обозначает прочность на растяжение, вторая удлинение в процентах.
Особенности производства ковкого чугуна
Изготовление чугуна КЧ обладает рядом тонкостей, которые обусловлены литьевыми характеристиками и другими свойствами.
Производство ковкого чугуна
Чугун марки БЧ, являющийся основной производства ковкого, обладает не очень хорошими литьевыми параметрами. В, частности, он обладает пониженной жидкотекучестью, большим размером усадки во время остывания, и он склонен к формированию различных литейных дефектов. Эти является причиной того, что при производстве необходимо перегревать металл и принимать меры по борьбе с дефектами литья. Изготовление ковкого чугуна может выполняться с обязательным учетом усадки и изменения размеров заготовок во время томления. Максимальную усадку, имеют тонкие заготовки, минимальную, толстые. Операция томления выполняется при 1350 – 1450 градусов Цельсия.
Отжиг (томление) это базовый этап при производстве чугуна КЧ. Его производят в отдельных цехах, называемых томительными. Заготовки размещают в горшках, выполненных из стали или чугунных сплавов разных марок, для томления. В горшок может быть уложено до 300 отливок исходя из того, что до 1 500 кг должно приходиться на один кубометр.
Ковкий чугун получает наибольшую прочность в горшках, произведенных из белого чугуна с добавками хрома и минимальным количеством фосфора. Расход горшков измеряют по весу, он может составлять от 4 до 15 % веса заготовок. Именно поэтому увеличение их стойкости играет большую роль в формировании стоимости готового ковкого чугуна.
Во избежание коробления готовых отливок укладка заготовок в горшки должна выполняться с особой тщательностью. Их укладывают максимально плотно, для повышения эффекта заготовки пересыпают песком или рудой. Эти материалы предохраняют заготовки от деформации и лишнего окисления.
Для производства ковкого чугуна применяют электрические печи. Это вызвано тем, что в процессе томления должна быть возможность регулировки температуры, резкий подъем на время нагрева и быстрое понижения на стадии его графитизации. Кроме того, не будет лишним, и возможность регулировки воздушной смеси в печи.
Большая часть печей, которая используется для получения ковкого чугуна – муфельные. То есть продукты сгорания топлива не вступают в контакт с горшками, в которых уложены заготовки.
Отливки, полученные из ковкого чугуна несколько раз проходят через операцию очистки, а после отжига удалению питателей и правке. Первая чистка проводится для удаления остатков формовочных смесей. Для чистки применяют пескоструйное оборудование или специальные галтовочные барабаны. Удаление остатков питателей происходят на наждаках.
Дефекты ковкого чугуна
Самыми часто встречающимися дефектами ковкого чугуна можно назвать следующие:
Часть дефектов не может быть исправлена дальнейшей термической обработкой. Следует отметить, то, что изготовление ковкого чугуна требует строго соблюдения всех требований ГОСТ, технологических правил и регламентов. Только в этом случае можно говорить о получении качественного ковкого чугуна, которым допустимо заменять другие, дорогие материала – стали, цветные металлы.
Разновидности ковкого чугуна
Марка чугунного сплава КЧ напрямую связана с условиями, в которых проводят отжиг. После этой операции получают три класса чугуна КЧ:
Первый содержит в своем химсоставе феррит и углерод хлопьевидного строения. Второй включает перлит и графит хлопьевидного строения. Третий имеет в своем составе феррит, перлит и углерод хлопьевидного строения.
Рановидности ковкого чугуна
Ковкий перлитный чугун возникает в итоге быстрого охлаждения заготовки, когда она находится в зоне распада. В этом случае в строении чугуна кроме феррита будет находиться перлит. Он будет сохраняться и при дальнейшем остывании заготовки до температуры ниже чем 727 градусов.
То есть, можно сказать, что строение чугуна жестко связано с температурными режимами отжига и наличием легирующих компонентов.
Основные характеристики металла
Ключевые параметры чугуна КЧ определены количеством углерода, который имеет форму графита и наличием кремния. Перлитный ковкий чугунный сплав содержит в себе еще два составных элемента – хром и марганец.
Характеристики ковкого чугуна
Различие в строении ковкого чугуна отражается и на конечных свойствах изделий, получаемых из него. К, примеру, заготовки, выполненные из ферритного чугуна, имеют меньшую твердость, чем те, которые производят из перлитного материала, но вместе с тем первые имеют повышенную пластичность. Графит в виде хлопьев обеспечивает высокие параметры прочности готовым деталям при относительно хорошей пластичности. Изделия из чугуна КЧ могут деформироваться в условиях комнатной температуры и влажности. Именно это свойство и определило название этого материала – ковкий. На самом деле, это условное название и не означает того, что готовые детали получают из него при помощи ковочного оборудования. Для производства изделий применяют литье. Главное свойство этого материала заключено в том, в том, что в нем отсутствуют напряжения.
Микроструктура ковкого чугуна
Механические свойства ковкого чугуна расположены между серым чугуном и сталью. То есть, чугун этого типа обладает высокой текучестью, стойкостью к износу, коррозии, агрессивным веществам. Кроме того, этот материал отличается высокими прочностными свойствами. Так, деталь с толщиной стенки 7 – 8 мм выдерживает давление рабочей среды до 40 атм. Это позволяет использовать его для изготовления трубопроводной арматуры для газа и воды.
Нельзя забывать и том, что при малых температурах, чугун становиться очень хрупким и очень боится ударных воздействий.
Свойства ковких чугунов
Базовое свойство чугунного сплава КЧ состоит в том, в нее входят включения углерода в разной форме, которая определяет его прочность и пластичность. Чугун КЧ с малым количеством углерода (обезуглероженный), по сути, это единственный материал из конструкционных чугунных сплавов, который хорошо сваривается и его применяют для получения сваренных металлоконструкций. Для производства сварки применяют или защиту газа, или стыковую технологию. Чугун это марки поддается запрессовке, чеканке и достаточно просто заполняет пустоты и зазоры. Детали, полученные из ковкого ферритного чугунного сплава, подвергаются холодной обработке, а из перлитного правке в разогретом виде.
Чугун, используемый в производстве, изготавливают из белого чугунного сплава путем его отжига. Строение, получаемое после выполнения этой операции, может иметь ферритную или перлитную форму.
Одним из преимуществ ковкого чугунного сплава является то, что он обладает однородными свойствами по сечению, кроме того, он хорошо обрабатывается на станках токарно-фрезерной группы.
Основные физико-технические параметры ковкого чугунного сплава нормированы в ГОСТ 1215-79. Маркировка этого материала основана допустимых значений на растяжение и удлинение. Твердость материала определена от структуры, а прочностные параметры и пластичность определяет и наличие графита.
Надо понимать, что на свойства материала оказывает не только форма, но и количество графита, содержащегося в сплаве. Максимальных прочностных характеристик ковкий чугун достигает при наличии мелкодисперсного перлита и небольшом количестве графита. Предельная пластичность и вязкость чугуна этого класса достигается при наличии феррита и таком же количестве графита.
Сфера применения
Ковкий чугун нашел свое применение в машиностроении для производства станочного оборудования, отдельных деталей автомобилей, конструкций и механизмов, эксплуатируемых на железнодорожном транспорте и пр.
Чаще всего применяют ферритные отливки, которые стоят несколько дешевле, чем все остальные. Перлитные отливки используют для изготовления деталей, которые применяют для изделий и узлов, работающих под повышенными нагрузками.
Ковкий чугун используют для получения отливок с тонкой стенкой, ее размер может составлять от 3 до 40 мм.
Технология получения высокопрочного чугуна с шаровидным графитом
Чугун — самый распространенный железоуглеродистый нековкий литейный материал, содержащий свыше 2% углерода, до 4,5% кремния, до 1,5% марганца, до 1,8% фосфора и до 0,08% серы. В практике применяют чугуны, содержащие 3÷3,5% углерода.
Чугун обладает высокими литейными свойствами, поэтому широко используется в литейном производстве в качестве конструкционного материала. Он хорошо обрабатывается резанием. Из чугуна, имеющего невысокий коэффициент трения, изготовляют подшипники скольжения. Специально обработанный чугун (высокопрочный) по показателям качества успешно конкурирует со стальным литьем и кованой сталью.
Недостаточная прочность и большая хрупкость чугуна объясняются наличием в нем крупных включений углерода в виде графита.
Введение в жидкий чугун небольшого количества магния и церия изменили форму графита, он стал шаровидным. Чугун приобрел прочность и утратил хрупкость. Такой чугун (его называют высокопрочным) по-своему качеству не уступает конструкционным углеродистым сталям. Стойкость деталей, изготовленных из этого чугуна, увеличилась почти в три раза.
Углерод в чугунах может находиться в виде химического соединения — цементита (такие чугуны называют белыми) или частично или полностью в свободном состоянии в виде графита — (такие чугуны называют серыми).
Чугуны состоят из металлической основы (перлита, феррита) и неметаллических включений графита. Они различаются главным образом формой графитовых включений. Белый чугун имеет ограниченное применение. Некоторые отливки, от которых требуется повышенная твердость поверхностного слоя, изготовляют из отбеленного чугуна. Поверхностный слой его состоит из белого чугуна, а сердцевина — из серого. Величину и твердость отбеленного слоя регулируют путем изменения химического состава чугуна и скорости затвердевания отливки.
Чугун серый
Серый чугун широко применяется в машиностроении. Такое название он получил по серому цвету излома, обусловленному наличием в структуре чугуна свободного углерода в виде графита. По виду металлической основы различают серые чугуны перлитные, перлитно-ферритные и ферритные.
Таблица 1. Чугуны серые литейные, их основные свойства и применение
| Марка | σв МПа | НВ | Свойства и применение |
| Сч10 | 275 | 139-274 | Малоответственные отливки с толщиной стенок до 15 мм (корпуса, крышки, кожухи и др.), детали, для которых прочностная характеристика не является обязательной,- опоки, арматуру, рамки, сковороды, декоративные детали, массивные строительные колонны, фундаментные плиты |
| СЧ15 | 314 | 160-224 | Малоответственные отливки с толщиной стенок 10 — 30 мм (трубы, корпуса клапанов, вентили при давлении — до 20 МПа и др.), корпусные малонагруженные детали, подмоторные плиты, рычаги, шкивы, маховики, емкости для масла и охлаждающей жидкости, корпуса фильтров, фланцы, крышки, звездочки цепных передач |
| СЧ18 | 354 | 167-224 | Ответственные отливки с толщиной стенок 10 — 20 мм (шкивы, зубчатые колеса, станины, суппорты и др.) |
| СЧ20 | 397 | 167-236 | Ответственные отливки с толщиной стенок до 30 мм (блоки цилиндров, поршни, тормозные барабаны, каретки и др.), для изготовления базовых корпусных деталей повышенной прочности и износостойкости, деталей, к которым предъявляются требования герметичности при давлении до 8 МПа (80 кгс/см2), корпусов, коробок передач, шпиндельных бабок, балансиров, планшайб, гильз, кареток, цилиндров, насосов, золотников, арматуры, компрессоров |
| СЧ25 | 450 | 176-245 | Ответственные отливки с толщиной стенок до 40 мм (кокильные формы, поршневые кольца и др.), для изготовления базовых корпусных деталей повышенной прочности и износостойкости, деталей, к которым предъявляются повышенные требования к герметичности |
| СЧ3О | 490 | 177-250 | Ответственные отливки с толщиной стенок до 60 мм (поршни, гильзы дизелей, рамы, штампы и др.), для изготовления кронштейнов, салазок столов и суппортов, деталей с поверхностной закалкой, цилиндров, корпусов насосов, дизелей и двигателей внутреннего сгорания, поршневых колец, коленчатых и распределительных валов |
| СЧ35 СЧ45 | 540 | 193-264 | Ответственные высоконагруженные отливки с толщиной стенок до 100 мм (малые коленчатые валы, детали паровых двигателей и др.) деталей, для изготовления к которым предъявляются требования герметичности при давлении свыше 8 МПа |
Графит обладает низкими механическими свойствами. Он нарушает целостность металлической основы. Располагаясь между зернами металлической основы, графит ослабляет связь между ними. Поэтому серый чугун плохо сопротивляется растяжению и имеет очень низкую пластичность и вязкость. Чем крупнее и прямолинейнее графитовые включения, тем хуже механические свойства чугуна. Твердость серого чугуна, а также его сопротивление сжатию близки к показателям стали, имеющей такую же структуру, как у металлической основы чугуна.
Графит оказывает и некоторое положительное влияние на свойства чугуна, в частности, он повышает его износостойкость, действуя аналогично смазке, повышает обрабатываемость резанием, так как делает стружку ломкой, способствует гашению вибраций изделий, уменьшает усадку при изготовлении отливок.
Механические свойства серого чугуна могут быть улучшены равномерным распределением мелкопластинчатого графита в отливке. Это достигается путем специальной обработки — модифицирования, когда в жидкий чугун перед его разливкой вводят добавки, которые образуют дополнительные центры графитизации, в результате чего получается мелкопластинчатый графит. Чугун с таким графитом называют модифицированным. От обычного серого чугуна он отличается более высоким сопротивлением разрыву, однако пластичность и вязкость его при модифицировании не улучшаются.
По ГОСТ 1412-85 буквы СЧ в обозначении марки чугуна означают — серый чугун. Двузначная цифра соответствует пределу прочности при растяжении σв МПа. Стандарт нормирует предел прочности серых чугунов σв = 274÷637 МПа, твердость — 143÷637 НВ и химический состав.
Основные свойства серого чугуна и его применение приведены в таблице 1.
Чугун ВЧ50(Eurobar500)
Скачать полный прайс-лист ООО «ПрофПрокат»
| Чугун ВЧ50 | |
| Классификация | Высокопрочный чугун с шаровидным графитом |
| Заменитель | |
| Прочие обозначения | Чугун ВЧ50, ВЧ50, ВЧ-50 |
| Иностранные аналоги | Евросоюз(EN) Eurobar/Unibar EN-GJS-500-7,EN-GJS1050,GJS500-7;Германия(DIN,WNr) GGG50;США(AISI) 65-45-12, 70-50-05;COPANT FMNP55005;Испания(UNE) FGE50-7;Италия(UNI) GS500-7;Бельгия(NBN) FNG50-7;Китай(GB) QT500-7;Франция(AFNOR) FGS500-7;англия(BS) 500/7;Япония(JIS) FCD500;Швеция(SS) 0727-02;Болгария(BDS) 500-2;Венгрия(MSZ) GoV50;Польша(PN) ZS5002,Zs5007;Чехия(CSN) 422305;Финляндия(SFS) GRP500;Австрия(ONORM) GGG500,SG50;Австралия(AS) 500-7;Inter(ISO) 500-7;Индия(IS) SG500/7;Голландия(NEN) GN50. |
| Применение | Чугун ВЧ50 применяется: для изготовления отливок взамен стального литья при массе от 500 до 6000 кг с наименьшей допустимой толщиной стенки 25 мм; деталей паровых стационарных турбин, турбинного оборудования АЭС, элементов паровых котлов и трубопроводов, гидравлических турбин, гидрозатворов и другого оборудования энергомашиностроения: отливок 2 группы, работающих при температурах до 250 °С, подвергающихся повышенным статическим и динамическим нагрузкам и трению (поршней, корпусов редукторов, корпусов подшипников, корпусов червячных колес, втулок, крышек подшипников, патрубков компрессоров, диафрагм, рам фундаментных, рам выхлопных частей, патрубков компрессоров, зубчатых колес, шестерней); отливок 1 группы, работающих при температурах до 350 °С и отливок подвергающихся высоким удельным давлениям пара, статическим, динамическим нагрузкам и трению (диафрагм, обойм, деталей компрессоров паровых турбин, арматуры, патрубков компрессоров, диффузоров, отсекателей, корпусов подшипников, колец поршневых). |
| Примечания | Чугун с шаровидным графитом с перлитной или перлитно-ферритной структурой |
| Вид поставки | |
| Чугун | ГОСТ 7293-85, СТП М319-95 |
| Отливки чугунные (серого и ковкого чугуна) | ОСТ 108.962.01-85, ОСТ 24.207.01-90 |
Химический состав в % чугуна ВЧ-50
| Химический элемент | ГОСТ 7293-85, в % | СТП М319-95, в % |
| Углерод (С) | 3,20 — 3,70 | 3,20 — 3,60 |
| Кремний (Si) | 1,90 — 2,90 | 2,60 — 3,10 |
| Марганец (Mn) | 0,30 — 0,70 | не более 0,70 |
| Хром (Cr), не более | 0,15 | 0,10 |
| Фосфор (P), не более | 0,10 | 0,10 |
| Сера (S), не более | 0,020 | 0,020 |
| Железо (Fe) | основа | основа |
| По ГОСТ 7293-85 химический состав приведен для отливок с толщиной стенки до 50 мм включительно. Для отливок с толщиной стенки свыше 50 до 100 мм рекомендуемое содержание С = 3,00-3,30 %, Si = 2,20-2,60 %. Для отливок с толщиной стенки свыше 100 мм рекомендуемое содержание С = 2,70-3,20 %, Si = 0,80-1,50 %. | ||
Механические свойства чугунных отливок ВЧ-50 при 20 град. Цельсия
| Состояние поставки | σ0,2/ σт, МПа | σB, МПа | δ, % | HB |
| Отливки, ГОСТ 7293-85 | ≥320 | ≥500 | ≥7 | 153-245 |
Купить сплав ВЧ50. Высокопрочный чугун с шаровидным графитом со средним содержанием углерода 3,50 %, кремния до 2.9%, марганца до 0,7% и минимальным временным сопротивлением 500 МПа х 10-1
ГОСТ 7293-85.Чугун с шаровидным графитом для отливок. Марки.
Список марок описанных в ГОСТ 7293-85: ВЧ35, ВЧ40, ВЧ45, ВЧ50, ВЧ60, ВЧ70, ВЧ80, ВЧ100
СТП М319-95.Чугун для отливок. Марки и технические требования.
Список марок, описанных в СТП М319-95: СЧ20ХН2, СЧИ, СЧ20ХН, АЧС-2, ВЧ45, ВЧ50, СЧ20, СЧ25, СЧ30, ЧХ1 (ЖЧХ).
ОСТ 108.962.01-85. Отливки чугунные для деталей паровых стационарных турбин. Общие технические условия.
Список марок, описанных в ОСТ 108.962.01-85: ВЧ35, ВЧ40, ВЧ45, ВЧ50, ВЧ60, СЧ15, СЧ20, СЧ25, СЧ30.
ОСТ 24.207.01-90.Арматура трубопроводная. Отливки из чугуна и цветных сплавов. Общие технические требования.
Список марок, описанных в ОСТ 24.207.01-90: БрО3Ц12С5 (БрОЦС3-12-5), БрО3Ц7С5Н1 (БрОЦСН3-7-5-1), ЛЦ40С (ЛС59-1Л), ЛЦ40Сд (ЛС59-1ЛД), ЛЦ38Мц2С2, ЛЦ16К4 (ЛК80-3Л), БрА9Мц2Л (БрАМц9-2Л), БрА10Ж3Мц2 (БрАЖМц10-3-2), БрА10Ж4Н4Л (БрАЖН10-4-4Л), БрА11Ж6Н6 (БрАЖН11-6-6), ВЧ35, ВЧ40, ВЧ45, ВЧ50, ВЧ60, КЧ30-6, КЧ33-8, ЧН19Х3Ш, СЧ15, СЧ20, СЧ25, СЧ30, СЧ35, ЧН15Д3Ш, СЧ18, СЧ21, СЧ24, ЧН17Д3Х2 (ЖЧ-1), ЧН5Г8 (ГН8-5)
Соответствие советских и российских марок стали.
Международные аналоги сталей
Таблица соответствия HB — HRC.
Влияние основных легирующих элементов на свойства стали.
Чугун высокопрочный с шаровидным графитом
Высокопрочный чугун получают путем введения магния (до 0,9%) и церия (до 0,05%) в жидкий серый чугун перед разливкой его в формы. Основная часть этих модификаторов испаряется, окисляется и переходит в шлак, так что в твердом металле обнаруживается не более 0,01% этих элементов. Магний и церий активно удаляют из чугуна серу. Но главная роль их заключается в том, чтобы изменить чешуйчато-пластинчатую форму графита на шаровидную. После модифицирования чугуна магнием или церием в ковш добавляют 75%-ный ферросилиций (сплав железа с кремнием). В отличие от модифицированного серого чугуна высокопрочный чугун имеет более высокое содержание углерода и кремния и пониженное содержание марганца.
Металлическая основа высокопрочного чугуна состоит из феррита и перлита или только из перлита. В этом чугуне сочетаются ценные свойства стали и чугуна. Он обладает сравнительно высокой прочностью при достаточной пластичности и вязкости. Высокопрочный чугун с успехом заменяет стальное литье и даже стальные поковки, что дает большой экономический эффект. Изделия из высокопрочного чугуна благодаря его повышенной износостойкости могут работать в условиях трения. Высокопрочный чугун лучше, чем серый, сохраняет свою прочность при нагреве, поэтому может применяться для работы при температурах до 400°С (серый чугун выдерживает температуру до 250°С).
ГОСТ 7293-85 нормирует предел прочности σв, предел текучести σт, относительное удлинение δ и твердость НВ высокопрочных чугунов. Требования к отливкам из этих чугунов устанавливаются нормативно-технической документацией. Принцип маркировки высокопрочных чугунов (ВЧ) отличается от маркировки серых чугунов. В обозначение их марки входят два числа — первое указывает предел прочности на разрыв, второе — относительное удлинение. Например, марка чугуна ВЧ 42-12 означает, что данный чугун имеет предел прочности σв = 412 Н/мм2 (42 кгс/мм2) и относительное удлинение δ =12%.
Стандарт предусматривает 10 марок высокопрочных чугунов: ВЧ 38-17, ВЧ 42-12, ВЧ 45-5, ВЧ 50-7, ВЧ 50-2, ВЧ 602, ВЧ 70-2, ВЧ 80-2, ВЧ 100-2, ВЧ 120-2. Стандарт или справочник дает дополнительные сведения об этом чугуне: предел текучести σт = 274 Н/мм2 (28 кгс/мм2), твердость-140÷200 НВ.
Из высокопрочных чугунов изготовляют многие детали (в том числе фасонные), которые ранее получали из стали, базовые и корпусные детали повышенной прочности (корпуса и станины станков, крупные планшайбы, гильзы, каретки, цилиндры, кронштейны, зубчатые колеса, накладные направляющие станков и детали с поверхностной закалкой). Они заменяют стали Сталь 20Л, 25Л, ЗОЛ и 35Л.
Получение высокопрочного чугуна
Высокопрочный чугун с шаровидным графитом или ВЧШГ – это конструкционный, который нельзя отменить высокими прочностными свойствами и хорошими эксплуатационными характеристиками. Как известно, в чугунах форма зерна графита оказывает определяющее воздействие на прочностные характеристики материала. В высокопрочном чугуне ВЧШГ графитные включения имеют шаровидную фигуру. Вследствие чего ВЧШГ по механическим характеристикам много превосходит серый чугун и удачно конкурирует со сталью.
По сравнению с углеродистой сталью высокопрочный чугун имеет следующие преимущества : более низкую температуру плавления, что облегчает технологию плавки и делает ее дешевее ; добрейшую еврей — котекучесть, что позволяет получать тонкостенные отливки, изготовле¬ние которых из стали затруднено ; меньшую предрасположенность к образованию горячих трещин, что много упрощает технологию производства отливок и сокращает брак литья ; меньшую плотность, что позволяет уменьшить массу автомобилей приблизительно на 8 — 10% ; более высокую износостой¬кость, что увеличивает срок службы деталей автомобилей ; лучшую обрабаты¬ваемость резанием, что снижает расход режущего инструмента.
Из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом изготавливают отливки развесом от десятых долей килограмма до нескольких десятков тонн. Свойства ВЧШГ очень различны, поэтому высокопрочный чугун применяется : взамен серого чугуна — для удлинения срока службы отливок ( изложниц, прокатных валков, поршней, поршневых колец и др. ) ; взамен стали — с целью упрощения и удешевления производства, сокращения числа металла и рационализации конструкции отливок ( коленчатых валов, траверс, шестеренок и др. ) ; взамен цветных сплавов — целью сокращения расхода дефицитных металлов и снижения стоимости автомобилей.
Особенностями структуры матрицы высокопрочного чугуна с шаровидным графитом являются : а ) расположение феррита преимущественно в виде оторочек вокруг включений шаровидного графита ; б ) тонче, чем у серого чугуна, строение пластинчатого перлита, часто напоминающее сорбитообразный перлит. Излом высокопрочного чугуна с шаровидным графитом посветлее и мелкозернистый, чем серого чугуна. Химический состав является одним из главных параметров при выборе чугуна для конкретной подробности.
Ковкий чугун содержит хлопьевидный графит ( рис. 2, б ). Его получают из белого чугуна путем графитизирующего отжига ( томления ), при котором происходит распад цементита. Хлопьевидный графит имеет почти равноосную компактную фигуру. Этот чугун разделяют на марки : КЧЗО — 6, КЧЗЗ — 8, КЧ35 — 10, КЧ37 — 12, КЧ45 — 6, КЧ50 — 4, КЧ60 — 3, КЧ63 — 2. В обозначение марки входят буквы КЧ ( ковкий чугун ), потом число — минимально допустимый предел крепости при растяжении ( кгс/мм 2 ), второе число — относительное удлинение ( % ).
Рис. Действие количества перлита в металлической основе на механическиесвойства высокопрочного чугуна В перлитном и ферритном ВЧ совершенно недопустим цементит, т.к. даже очень жалкое его число понижает ударную вязкость до значения менее 1кгм/см2. Исследования действия химического состава ВЧ на его механические свойства проводились на чугуне, выплавленном в лабораторных обстановках в индукционной печи, а также в разных производственных механизмах ( вагранки, дуговые электропечи ) на ряде фабрик Урала. Во целых эпизодах употребляли данные только тех плавок, чугун которых располагал совершенно шаровидный графит и ферритную металлическую основу в литом состоянии или после отжига ( не более 10% перлита ). Обобщенные итоги изображены на рис. 4, 5, 6, 7.
Да, без сомнений, получение высокопрочного чугуна для предприятий, имеющих в качестве основного плавильного агрегата ваграночные печи с низкой температурой расплава ( не более 1320 С ), а в случаях коксовых вагранок и из-за нестабильного высокого содержания серы, традиционные способы обработки этой задачи не решают. Поэтому владельцы таких агрегатов даже и не берутся за выполнение заказов на изготовления высокопрочного чугуна и тем паче чугуна с вермикулярной формой графита, так как считают невозможным решение даной задачи без замены вагранок на индукционные печи. Также многие предприятия применяют дуплекс процесс, используя дуговую печь для повышения тепературы. Но как правило все же предприятия вынуждены менять ваграночные печи на индукционные, при этом естественно неся крупные инвестиционные затраты.
Сочетание довольно длинных механических характеристик и повышенной теплопроводности делает ЧВГ перспективным материалом для отливок, действующих в условиях термоциклирования при существенном перепаде температур и испыты — вающих большие термические нагрузки, например в дизелестроении, в производстве деталей металлургического оборудования и т.д. Экономически выгодно применять ЧВГ взамен серого чугуна в деталях общего машиностроения, служащих при повышенных циклических механических нагрузках. При этом не только значительно ( на 30 — 40% ) снижается металлоёмкость изделий, но и повышается их эксплуатационная надежность. Особенно важный эффект дает применение ЧВГ для изготовления крупногабаритных деталей тяжелых металлорежущих станков и кузнечно — прессового оборудования. Хорошие литейные свойства ЧВГ позволяют применить его взамен высокопрочного чугуна с шаровидным графитом при получении сложных низкотехнологичных отливок, в которых трудно предотвратить образование усадочных дефектов.
Включая небольшое сопротивление отливок из серого чугуна растягивающим и ударным нагрузкам, следует использовать сей материал для подробностей, которые подвергаются сжимающим или изгибающим нагрузкам. В станкостроении это – базовые, корпусные детали, кронштейны, зубчатые колеса, ведущие ; в автостроении — блоки цилиндров, поршневые кольца, распределительные валы, диски сцепления. Отливки из серого чугуна также используются в электромашиностроении, для изготовления товаров народного потребления.
Химический состав высокопрочного чугуна ВЧ 50 ГОСТ 7293 — 85. : C углерод при толщине стены до 50 мм 3, 3 — 3, 8% ; C углерод при толщине стены от 50 до 100 мм 3, 0 — 3, 5% ; C углерод при толщине стены более 100 мм 2, 7 — 3, 2% ; Si кремний при толщине стены до 50 мм 1, 9 — 2, 9% ; Si кремний при толщине стены от 50 до 100 мм 1, 2 — 1, 7% ; Si кремний при толщине стены более 100 мм 0, 5 — 1, 5% ; Mn марганец 0, 2 — 0, 6% ; ĺ°? r хром 0, 1% ; S менее 0, 02% ; P фосфор менее 0, 1%. Механические свойства высокопрочного чугуна ВЧ 50 ГОСТ 7293 — 85 : лимит крепости ( временное сопротивление ) σ в ВЧ 40 = 400 Мпа ;
Испытания ЭМ в чугунолитейном производстве ОАО «АВТОВАЗ» проводились с ноября 2007 г. по январь 2008 г. при получении широкой номенклатуры отливок из ВЧШГ. Целью работы являлось понижение себестоимости операции вторичного графитизирующего модифицирования, а также исключения дефектности отливок по отбелу и нарушению ССГ, владеющим место при использовании брикетов. Элементы неизменные массой 55 г применялись взамен ФС75л3 кусковой фракции массой 150…200 г или брикетов БрФС65Ба1 массой 170 — 220 г. Технологические условия производства и массовая часть отдельных элементов главной партии ЭМ ( партия №1 ) приведёны в табличке 4.
Нынче есть волеизъявление — ваграночные печи могут служить Вам и для получения сфероидального чугуна и чугуна с вермикулярной формой графита! Такая возможность прежде всего предоставляется благодаря специальному материалу «чипс — модификаторам», издаваемому в компании НПП. Из ваграночного чугуна можно получать высокопрочный чугун феррит — перлитной структуры марки ВЧ — 50, а также чугун с вермикулярным графитом. При этом специальные составы модификаторов в то же самое время работают и над образованием формы графита и выполняют функцию делульфуратора. Данное свойство «чипс — модификатора» — работа при невысоких температурах было явно специалистами НПП сравнительно недавно, что показывает новейшее перспективное течение и дает многим предприятиям возможность освоение новых изделий из сфероидального чугуна при этом не неся дополнительных затрат на модернизацию плавильных агрегатов. По всем проблемам вращайтесь в Отдел Внедрения компании НПП [email protected]
Похожие посты:
Детальное описание лотерея украина суперлото здесь. https://gazeta.ua вторичные и первичные источники.
Чугун ковкий
В структуре ковкого чугуна графит имеет хлопьевидную форму. Такой графит называют углеродом отжига. По сравнению с серым чугуном ковкий чугун обладает более высокой прочностью, пластичностью и вязкостью. Свое название он получил потому, что имеет повышенную пластичность. Ковке в прямом понимании этого слова чугун не подвергается.
Процесс получения отливок из ковкого чугуна включает две стадии: изготовление фасонных отливок из белого чугуна и отжиг полученных отливок с целью графитизации цементита. При отжиге происходит разложение цементита белого чугуна с образованием графита хлопьевидной формы. В результате этого хрупкие и твердые отливки становятся пластичными и более мягкими. В зависимости от условий и режима отжига структура чугуна может иметь ферритную (Ф), перлитную (П) и ферритно-перлитную металлическую основу. Наибольшее распространение получил пластичный ферритный ковкий чугун. Отжиг ковкого чугуна-весьма продолжительный процесс, занимающий 70-80 ч. Однако его можно ускорить путем закалки отливок из белого чугуна перед графитизацией, а также модифицированием чугуна алюминием, бором, висмутом или титаном. Существуют и другие способы ускорения процесса отжига. Использование указанных способов позволяет сократить продолжительность отжига до 35-40 ч.
Таблица 2. Чугуны ковкие, их основные свойства и применение
| Марка | НВ | Свойства и применение |
| КЧ 35-10 КЧ37-12 | 160 | Чугуны ферритного класса используют для производства деталей, эксплуатируемых при высоких динамических и статических нагрузках (картеров, редукторов, ступиц, крюков, скоб, задних мостов, кронштейнов) |
| КЧ 30-6 КЧ 33-8 | 160 | Для изготовления менее ответственных деталей (хомутов, гаек, вентилей, деталей сельскохозяйственных машин, глушителей, фланцев, муфт, тормозных деталей, педалей, гаечных ключей, колодок, кронштейнов) |
| КЧ 45-7 | 203 | Ковкие чугуны перлитного класса марок обладают высокой прочностью, умеренной пластичностью и хорошими антифрикционными свойствами. Из них получают вилки карданных валов, шестерни, червячные колеса, поршни, подшипники, звенья и ролики конвейерных цепей, втулки, муфты, тормозные колодки, коленчатые валы |
| КЧ 50-5 | 226 | |
| КЧ 55-4 | 236 | |
| КЧ 60-3 | 264 | |
| КЧ 65-3 | 264 | |
| КЧ 70-2 | 280 | |
| КЧ 80-1,5 | 314 |
По ГОСТ 1215-79 маркируется ковкий чугун по тому же принципу, что и высокопрочный. Например, марка чугуна КЧ 33-8 означает, что данный чугун имеет предел прочности σв = 32.4 Н/мм2 (33 кгс/мм2) и относительное удлинение δ =8 %.
Отливки из ковкого чугуна можно получить с сечением до 55 мм. При большем сечении в сердцевине отливок образуется пластинчатый графит и чугун становится не пригодным для отжига. В машиностроении чаще применяют высокопрочный чугун, который получают при менее сложных и более дешевых технологических процессах, чем процессы производства ковкого чугуна.
Основные свойства ковкого чугуна и его применение приведены в таблице 2.
Маркировка ковкого чугуна
Ковкий чугун нашел свое применение в тех областях, в которых требуется высокая износостойкой детали и ее стойкость к динамическим нагрузкам. В повседневной жизни, такие можно встретить даже дома, например: гайки, крюки, ступицы, скобы, муфты.
Получают данный материал путем специального температурного режима и обработки белого чугуна
Согласно ГОСТу, маркировка данного вида чугуна, обычно указывается как – “КЧ”. При этом также идут цифры, обозначающие показатель предела прочности при растяжении и относительное удлинение материала.
Краткое описание всех марок и маркировок
Если Вам нет необходимости изучать ГОСТ и учебники по металлургии, то мы приведем краткое описание и инструкцию, по подбору и расшифровке той или иной марки чугуна. Для начала стоит знать, что чугун подразделяется на 3 вида:
Также в зависимости от ситуации, для каждого вида чугунных изделий, предусмотрены условия для работы в режиме постоянного трения. В этом случае была дополнительно разработана модель антифрикционного чугуна, маркируется как “АЧ”. По мере того, из какого вида материала, делается АЧ, в процессе получения добавляется 3я буква. Например АЧС – антифрикционный чугун серый или АЧВ (высокопрочный) и т.д.
