Андрей Смирнов
Время чтения: ~14 мин.
Просмотров: 0

Структура, свойства и применение чугунов (стр. 5 )

История

Технологию литья чугуна освоили в Китае, откуда этот термин (через татаро-монгольское посредничество) попал в Россию. В X веке в Китае появляются чугунные монеты, однако в широком применении вплоть до XIX века оставались бронзовые монеты. В XI веке был возведен чугунный шпиль пагоды Линсяо. XIV веком датируют находки чугунных котлов Золотой Орды (Тульская область), однако на территории Монголии (Каракорум) монголы умели изготовлять чугунные котлы ещё в XIII веке.

В 1339 году (в годы Столетней войны) при обороне французского города Камбре уже использовались чугунные пушки наряду с бронзовыми. В 1403 году в Китае (Пекин) был отлит чугунный колокол. C 1411 года англичане начинают вооружать чугунными пушками свои корабли. В том же XV веке во Фландрии начинают лить чугунные ядра, которые вытесняют каменные. В XVI веке в России (при Иване Грозном) из чугуна начали изготавливаться пушки. Ввиду отсутствия у чугуна такого свойства как ковкость, его широкое производство стало возможным благодаря внедрению технологии доменной печи. Чугунные пушки появились у маньчжуров лишь в 1631 году, а в Китае они были известны со времени династии Мин, которая потеряла власть в 1644 г.

В 1701 году Каменский чугунолитейный завод на Урале (Россия) производит первую партию чугуна (262 кг). На Урале чугунное литье превратилось в народный промысел (Каслинское литьё). В XVIII веке в Англии появился первый чугунный мост (в России чугунный мост появился лишь в начале XIX века). Это стало возможным благодаря технологии Вилкинсона. В том же веке из чугуна начали изготавливать рельсы (Чугунный колесопровод). Помимо промышленного использования чугун продолжал использоваться и в быту. В XVIII веке появились чугунки, которые широко стали использоваться в русской печи.

К концу XVIII века Россия занимала первое место по производству чугуна и выдавала 9 908 тыс. пудов чугуна, в то время как Англия — 9 516 тыс. пудов, дальше шли Франция, Швеция, США.

В 1806 году Великобритания выплавляла 250 тыс. тонн чугуна, занимая 1-е место в мире по его производству, а к середине XIX века в Великобритании была сосредоточена половина мирового чугунного производства. Однако в 1890 году 1-е место по производству чугуна заняли США. Технология бессмеровского процесса () и мартеновской печи () впервые позволила получать сталь из чугуна. В XIX веке чугун широко используется для изготовления викторианских каминов, а также декоративных элементов (например, чугунная решетка памятника Александра II, ). Благодаря изготовлению малой скульптуры и ажурных изделий из чугуна широкую известность получили Кусинский и Каслинский заводы. Развитие способов формовки для литья сложных художественных отливок на заводе в посёлке Касли привело к созданию способа изготовления стержневых форм, который применяют и в настоящее время, особенно в станкостроении. Также в XIX веке из чугуна изготавливались водопроводные и канализационные 12-дюймовые трубы Лондона. Однако с появлением нарезного оружия (Пушка Армстронга, ) сталь вновь начинает вытеснять чугун.

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.

Применение

Из-за особых физико-механических качеств применение чугуна стало возможно в самых различных сферах:

  1. Для производства различных деталей в машиностроительной отрасли. На протяжении многих лет именно этот сплав применяется при изготовлении самых различных деталей для двигателя внутреннего сгорания. При этом автопроизводители проводят изменение основных свойств материала путем его легирования, что необходимо для достижения уникальных качеств. Кроме этого, большое распространение получили тормозные колодки из данного сплава.
  2. Изделия из чугуна могут выдерживать воздействие низкой температуры. Поэтому материал применяется при производстве техники и инструментов, которые эксплуатируются в жестких климатических условиях.
  3. Ценится чугун в металлургической области. Это связано с невысокой стоимостью, которая во многом зависит от концентрации углерода и особенностей получаемой структуры. Высокие литейные качества также делают материал более привлекательным. Получаемые изделия характеризуются высокой прочностью и износостойкостью.
  4. На протяжении нескольких последних десятилетий рассматриваемый сплав широко применяется при изготовлении сантехнического оборудования. Это связано с высокими антикоррозионными способностями, а также возможностью получения изделий самой различной формы. Примером можно назвать чугунные ванны и радиаторы, различные трубы, батареи и мойки. Несмотря на появление материалов, которые могли бы заменить чугун, подобные изделия пользуются большой популярностью. Это связано с тем, что они сохраняют первозданный вид на протяжении длительного периода эксплуатации.
  5. Применяется сплав и для изготовления различных декоративных элементов, что связано с высокими литейными качествами. Примером можно назвать решетку для перил, различные статуэтки и многое другое.

Кроме этого, область применения зависит от нижеприведенных свойств рассматриваемого материала:

  1. Некоторые марки обладают высокой прочностью, которая характерна для стали. Именно поэтому материал применяется даже после появления современных сплавов.
  2. Чугунные изделия могут на протяжении длительного периода сохранять тепло. При этом тепловая энергия может равномерно распространяться по материалу. Эти качества стали использоваться при изготовлении отопительных радиаторов или других подобных изделий.
  3. Принято считать, что чугун – экологически чистый материал. Именно поэтому его часто применяют при изготовлении различной посуды, к примеру, казана.
  4. Высокая стойкость к воздействию кислотно-щелочной среды.
  5. Высокая гигиеничность, так как все загрязняющие вещества могут легко удаляться с поверхности.
  6. Рассматриваемый материал характеризуется достаточно длительным сроком службы при условии соблюдения рекомендаций по эксплуатации.
  7. Входящие в состав химические вещества не могут нанести вреда здоровью.

https://youtube.com/watch?v=F6ApHPhpnok

В заключение отметим, что давно открытая технология производства рассматриваемого материала на протяжении многих лет оставалась практически неизменной. Это связано с тем, что при относительно невысоких затратах можно было получить большой объем расплавленного сплава. На сегодняшний день часто проводится производство материала из лома, что позволяет еще в большой степени снизить себестоимость получаемого продукта.

Плотность — чугун

Плотность чугуна вследствие наличия графита значительно меньше ( примерно на 8 — 10 %) плотности углеродистой стали.

Плотность чугуна изменяется в зависимости от содержания магния, углерода и кремния ( табл. 1), а также от структуры металлической основы.

Из чугунной заготовки ( плотность чугуна р 7 2 г / см3) массой w1440r отлит конус высотой / / 30 см. Найти радиус г основания конуса.

Теплопроводность увеличивается с повышением плотности чугуна и зависит от его структуры.

Электросопротивлевгае аустенитного чугуна.| Удельное электросопротивление чугуна.

Теплопроводность увеличивается с повышением плотности чугуна и зависит от его структуры. Теплопроводность структурных составляющих чугуна приводится ниже.

Чугунный брус массой 14 6 кг имеет форму прямоугольного параллелепипеда размерами 5x4x100 см. Найти плотность чугуна.

При выплавке чугуна возникает необходимость превратить эти оксиды в легкоплавкие соединения меньшей плотности, чем плотность чугуна. Для этой цели, наряду с рудой и коксом, в доменную печь загружают флюсы — СаСО3, MgCOa или SiCb. Их выбор определяется составом породы.

При выплавке чугуна возникает необходимость превратить эти примеси в легкоплавкие соединения меньшей плотности, чем плотность чугуна. Их выбор определяется составом породы.

При выплавке чугуна возникает необходимость превратить эти оксиды в легкоплавкие соединения меньшей плотности, чем плотность чугуна. Их выбор определяется составом породы.

При вы плавке чугуна возникает необходимость превратить эти примеси в легкоплавкие соединения меньшей плотности, чем плотность чугуна. Их выбор определяется составом породы.

Хром, находящийся в твердом растворе, увеличивает параметры решетки а-фазы, в связи с этим изменяется и плотность чугуна.

Коррозия в разных реагентах, в том числе в почве ( так называемая графитация), в значительной степени зависит от плотности чугуна: чем больше плотность, тем больше химическая стойкость. Оптимальной структурой простого чугуна является однородный мелкопластинчатый перлит и мелкий непересекающийся графит, препятствующий проникновению реагента внутрь металла.

Модификаторы вызывают измельчение структуры чугуна, в том числе и графита, придавая ему форму мелких чешуек. Плотность чугуна и его механические свойства повышаются; происходит выравнивание структуры в толстых и тонких сечениях отливки.

При отсутствии в структуре чугуна с шаровидным графитом структурно-свободного цементита плотность его аналогична плотности обычного серого чугуна с пластинчатым графитом. При наличии в структуре цементита плотность чугуна повышается и приближается к плотности белого чугуна.

Характерные черты и свойства чугуна

Этот металлический сплав обладает такими свойствами:

  1. Физические свойства: удельный вес, действительная усадка, коэффициент линейного расширения. Например, содержание углерода в чугуне напрямую влияет на его удельный вес.
  2. Тепловые свойства. Теплопроводность обычно рассчитывают по правилу смещения. Для твердого состояния металла объемная теплоемкость составляет 1 кал/см3*оС. Если металл находится в жидком состоянии, то она примерно равна 1,5 кал/см3*оС.
  3. Механические свойства. Примечательно, что на эти свойства влияет как сама основа, так и форма и размеры графита. Серый чугун с перлитной основой является наиболее прочным, а с ферритной — самым пластичным. Пластинчатая форма графита характеризуется максимальным снижением прочности, в то время как у шаровидной формы это снижение минимально.
  4. Гидродинамические свойства. Наличие в составе марганца и серы влияет на вязкость материала. Также она имеет свойство увеличиваться, когда температура сплава переходит точку начала затвердевания.
  5. Технологические свойства. Этому металлу характерны отличные литейные качества, а также стойкость к износу и вибрации.
  6. Химические свойства. По мере убывания электродного потенциала структурные составляющие сплава располагаются в следующем порядке: цементит — фосфидная эвтектика — феррит.

На свойства сплава также оказывают влияние специальные примеси:

  • Добавление серы значительно уменьшает текучесть и снижает тугоплавкость.
  • Фосфор позволяет изготовить изделия разнообразной формы, но при этом уменьшает его прочность.
  • Добавление кремния уменьшает температуру плавления материала, а также заметно улучшает литейные свойства. Содержание кремния в различном процентном соотношении дает возможность получить сплавы разного цвета: от ферритного до чисто белого.
  • Присутствие в сплаве марганца значительно повышает твердость и прочность материала, но при этом ухудшаются его литейные и технологические качества.
  • Кроме этих примесей в состав сплава могут также входить иные компоненты. В таком случае материалы называют легированными. Чаще всего к чугуну примешиваются титан, алюминий, хром, медь и никель.

Высокопрочный чугун — марка

На рис. 12.3 водило 3 выполнено литым из высокопрочного чугуна марки ВЧ50 — 2 за одно целое с тихоходным валом.

Поршень ( рис. 32, б), изготовленный из высокопрочного чугуна марки GGG-60 w ( см. § 3 гл. IV), имеет сложную конфигурацию с замкнутыми полостями.

Примерами стабильных материалов являются нержавеющая сталь, сталь 45, а также высокопрочный чугун марки ВПЧНМ. На рис. 21.3.5 показана схема изменения суммарных деформаций для упрочняющихся ( 1), стабильных ( 2) и разупрочняющихся ( 3) материалов.

Из антифрикционных чугунов термической обработке ( отжигу, нормализации, закалке) подвергаются ковкие чугуны марок АКЧ-1, АКЧ-2, ЧМ1 3 и высокопрочный чугун марки АВЧ-1. Термическая обработка ( отжиг, закалка) поршневых колец и маслот не производится, так как она ухудшает антифрикционные свойства чугуна. В микроструктуре чугуна для поршневых колец не должно быть свободного цементита и феррита; перлит должен быть пластинчатым; зернистые структуры перлита ( зернистый перлит, сорбит) не допускаются; не допускаются также мелкодисперсные формы графита — графит должен быть достаточно крупнопластинчатым или завихренным.

Ударная вязкость высокопрочного чугуна увеличивается с повышением температуры ( фиг. Надрезанные образцы высокопрочного чугуна марок ВЧ 50 — 1 5 и ВЧ 60 — 2 не обнаруживают повышения ударной вязкости с повышением температуры испытания как и ненадрезанные образцы чугуна с пластинчатым графитом ( кривая 1 на фиг.

Антрифрикционные чугуны применяют для изготовления вкладышей подшипников при вращении тяжелых валов с малой частотой вращения. Используют серые антифрикционные чугуны марок АСЧ-1, АСЧ-2, ковкие чугуны марок АКЧ-1, АКЧ-2, а также высокопрочные чугуны марок АВЧ-1, АВЧ-2. Они имеют перлитную основу и повышенное содержание графита.

Антрифрищионные чугуны применяют для изготовления вкладышей подшипников при вращении тяжелых валов с малой частотой вращения. Используют серые антифрикционные чугуны марок АСЧ-1, АСЧ-2, ковкие чугуны марок АКЧ-1, АКЧ-2, а также высокопрочные чугуны марок АВЧ-1, АВЧ-2. Они имеют перлитную основу и повышенное содержание графика.

У материалов упрочняющихся ширина петли гистерезиса с увеличением числа полуциклов нагружения уменьшается. У материалов разупрочняющихся ширина петли гистерезиса с увеличением числа полуциклов нагружений увеличивается. Разупрочнению подвергаются, например, теплоустойчивые стали I и II, высокопрочный чугун марки ХНМ.

Важнейшие особенности механических свойств чугуна с шаровидным графитом — высокий предел прочности; высокое отношение предела текучести к пределу прочности ( от / ств0 8); повышенные значения пластичности ( удлинение и ударная вязкость); высокий предел усталости; большая, чем у стали, циклическая вязкость. По прочности высокопрочный чугун с шаровидным графитом близок к качественным углеродистым сталям. Он является полноценным заменителем в ряде случаев стального литья, поковок из стали и ковкого чугуна. Высокопрочные чугуны марок ВЧ35, ВЧ45, ВЧ40 используют для отливок корпусов и крышек арматуры, работающих под давлением до 2 5 МПа и температуре 300 С, а также для других деталей арматуры при более широких пределах давлений и температур.

Преимущества и слабые стороны чугуна

Чугунные сковороды лучше алюминиевых и практичнее стальных. Основные преимущества:

  • Равномерный нагрев – посуда нагревается до одинаковой температуры на разных участках. Это препятствует прилипанию и пригоранию продуктов.
  • Высокая теплоемкость – за счет пористой структуры сковорода долго остается горячей, сохраняя температуру приготовленных блюд.
  • Естественные противопригарные свойства. Даже если ничего не делать, со временем поверхность чугунной посуды становится антипригарной. Поры закрываются жиром, который при высоких температурах меняет свои свойства и превращается в гладкую пленку.
  • Толстое дно – по умолчанию литая чугунная сковорода имеет толстое дно и утолщенные стеки. Тонкого чугуна не бывает. А значит, блюда защищены от сгорания, обогревшей корочки и сырой середины.

К слабым сторонам чугунной кухонной утвари можно отнести:

  • Большой вес – тяжелые сковороды создают сложности не только при готовке, но и при хранении.
  • Хрупкость – изделия с высокой вероятностью разбиваются при падении.
  • Непереносимость температурных контрастов – если налить в раскаленную сковородку холодную воду, она может треснуть.
  • Склонность к образованию ржавчины – если оставить посуду мокрой, она поржавеет.

Чугунные сковороды удобны для приготовления, но в них нельзя хранить приготовленную пищу. Остатки нужно сразу переложить в другую емкость.

Технология литья из чугуна

Технология литья из чугуна впервые была освоена в Китае около Х века н.э., в Европе впервые упоминается в 14 веке, как материал для производства пушек. В России первое «литье чугунное, для делания пушек пригодное» относиться к эпохе Ивана IV Рюриковича. Расцвет эпохи чугуна наступил в 19-20 веках. В это время из него делали мосты и трубопроводы, фонари и ограды, элементы архитектурного декора и несущие конструкции зданий. Кроме того, из того же материала отливали рельсы, детали станков, и двигателей. Отдельно стоит упомянуть чугунную посуду, утюги и отопительные приборы.

https://youtube.com/watch?v=LFeoWOAJY3U

Чугун также являлся исходным компонентом для производства стали мартеновским способом. Объем его производства был важнейшим показателем экономической мощи страны и ее военного потенциала. С изобретением недорогих технологий производства и обработки сплавов алюминия и стали значение чугуна как конструкционного материала заметно снизилось. Широкое развитие производства высокопрочных пластиков и композитных материалов окончательно оттеснило чугун с передовых позиций.

История

Технологию литья чугуна освоили в Китае, откуда этот термин (через татаро-монгольское посредничество) попал в Россию. В X веке в Китае появляются чугунные монеты, однако в широком применении вплоть до XIX века оставались бронзовые монеты. В XI веке был возведен чугунный шпиль пагоды Линсяо. XIV веком датируют находки чугунных котлов Золотой Орды (Тульская область), однако на территории Монголии (Каракорум) монголы умели изготовлять чугунные котлы ещё в XIII веке.

В 1339 году (в годы Столетней войны) при обороне французского города Камбре уже использовались чугунные пушки наряду с бронзовыми. В 1403 году в Китае (Пекин) был отлит чугунный колокол. C 1411 года англичане начинают вооружать чугунными пушками свои корабли. В том же XV веке во Фландрии начинают лить чугунные ядра, которые вытесняют каменные. В XVI веке в России (при Иване Грозном) из чугуна начали изготавливаться пушки. Ввиду отсутствия у чугуна такого свойства как ковкость, его широкое производство стало возможным благодаря внедрению технологии доменной печи. Чугунные пушки появились у маньчжуров лишь в 1631 году, а в Китае они были известны со времени династии Мин, которая потеряла власть в 1644 г.

В 1701 году Каменский чугунолитейный завод на Урале (Россия) производит первую партию чугуна (262 кг). На Урале чугунное литье превратилось в народный промысел (Каслинское литьё). В XVIII веке в Англии появился первый чугунный мост (в России чугунный мост появился лишь в начале XIX века). Это стало возможным благодаря технологии Вилкинсона. В том же веке из чугуна начали изготавливать рельсы (Чугунный колесопровод). Помимо промышленного использования чугун продолжал использоваться и в быту. В XVIII веке появились чугунки, которые широко стали использоваться в русской печи.

В 1806 году Великобритания выплавляла 250 тыс. тонн чугуна, занимая 1-е место в мире по его производству, а к середине XIX века в Великобритании была сосредоточена половина мирового чугунного производства. Однако в 1890 году 1-е место по производству чугуна заняли США. Технология бессмеровского процесса () и мартеновской печи () впервые позволила получать сталь из чугуна. В XIX веке чугун широко используется для изготовления викторианских каминов, а также декоративных элементов (например, чугунная решетка памятника Александра II, ). Также в XIX веке из чугуна изготавливались водопроводные и канализационные 12-дюймовые трубы Лондона. Однако с появлением нарезного оружия (Пушка Армстронга, ) сталь вновь начинает вытеснять чугун.

Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Степан Волков
Наш эксперт
Написано статей
141
Ссылка на основную публикацию
Похожие публикации