Андрей Смирнов
Время чтения: ~10 мин.
Просмотров: 0

Свойства и применение ковкого чугуна

Ковкий чугун — химический состав

Рекомендуемый химический состав ковкого чугуна согласно ГОСТ 1215-79, приведен в табл. 2.

Таблица 2: Химический состав ковкого чугуна по ГОСТ 1215-79

МаркаМассовая доля, %
Основные компонентыПримеси, не более
CSiC+SiMnPSCr
Ферритного класса
КЧ 30-62,6-2,91,0-1,63,7-4,20,4-0,60,180,200,08
КЧ 33-82,6-2,91,0-1,63,7-4,20,4-0,60,180,200,08
КЧ 35-102,5-2,81,1-1,33,6-4,00,3-0,60,120,200,06
КЧ 37-122,4-2,71,2-1,43,6-4,00,2-0,40,120,060,06
Перлитного класса
КЧ 45-72,5-2,81,1-1,33,6-3,90,3-1,00,100,200,08
КЧ 50-52,5-2,81,1-1,33,6-3,90,3-1,00,100,200,08
КЧ 55-42,5-2,81,1-1,33,6-3,90,3-1,00,100,200,08
КЧ 60-32,5-2,81,1-1,33,6-3,90,3-1,00,100,200,08
КЧ 65-32,4-2,71,2-1,43,6-3,90,3-1,00,100,060,08
КЧ 70-22,4-2,71,2-1,43,6-3,90,3-1,00,100,060,08
КЧ 80-1,52,4-2,71,2-1,43,6-3,90,3-1,00,100,060,08

Получение — ковкий чугун

Получение ковкого чугуна осуществляется следующим образом: сначала отливают детали из белого чугуна, после чего их подвергают отжигу в специальных печах. Отжиг изделий может производиться в нейтральной или окислительной среде.

Для получения ковкого чугуна необходимо белый чугун нагреть до 950 — 1000 С и затем после длительной выдержки охладить с малой скоростью до обычной температуры. Структура ковкого чугуна характеризуется графитом в виде хлопьевидных включений. Такая форма включений графита ( по сравнению в чешуйчатыми включениями, характерными для серого чугуна) в меньшей степени снижает механические свойства ковкого чугуна.

Режим отжига ковкого чугуна, модифицированного алюминием. висмутом ( 0 008. % н борон ( 0 ( Н2 %.

Для получения ковкого чугуна с высокими механическими свойствами необходимо, чтобы содержание углерода в нем было минимальным. Содержание углерода в белом чугуне колеблется в пределах 2 2 — 3 2 %; при содержании 2 2 % С ухудшаются технологические свойства чугуна.

Микроструктура ковкого чугуна. хЮО.

Для получения ковких чугунов отливки из белых чугунов подвергают графитизирующему отжигу в отжигательных печах. Ковкие чугуны, так же как и серые, имеют структуру, состоя — щую из стальной основы и выделений графита. Разница только в; том, что в ковких чугунах он выделяется в процессе отжига.

Для получения высококачественного ковкого чугуна необходимо обеспечить низкое содержание углерода и кремния, определяющее структуру основной металлической массы, количество и форму графита в чугуне.

Для получения ковких чугунов повышенной прочности и износоустойчивости применяются специальные режимы термической обработки белого чугуна.

Процесс получения ковкого чугуна ( при отжиге без окисле ния углерода) состоит в длительном нагревании отливок из белого чугуна до более или менее полного выделения связанного углерода в виде графита. При отжиге с окислением чугун засыпают при томлении окалиной или рудой. Содержащийся в руде или окалине кислород диффундирует в горячий металл и окисляет преимущественно углерод чугуна, диффундирующий в свою очередь по направлению к поверхности.

Процесс получения ковкого чугуна длителен и дорог, этим и объясняется ограниченное распространение его в промышленности.

Способ получения ковкого чугуна также отличается от способа получения серых ( литейных) чугунов. Ковкий чугун образуется путем длительного нагрева и выдержки белого чугуна при высоких температурах.

При получении ковкого чугуна без окисления углерода отливки из белого чугуна помещают в жароупорные ящики, засыпают песком и медленно нагревают приблизительно до 900 — 1000, выдерживают при этой температуре до 25 час. Особенно медленное охлаждение ( 10 град / сек) дают при переходе через критическую точку А ( от 740 до 680), для того чтобы весь цементит разложился и структура отожженного чугуна представляла феррит с графитом в форме углерода отжига в крупных скоплениях. Вследствие этого количество выделившегося углерода отжига оказывается сравнительно малым. Выплавка чугуна с таким низким содержанием углерода может производиться в электрических или пламенных печах, благодаря его относительно высокой температуре плавления.

При получении ковкого чугуна с окислением углерода содержание последнего допускается в исходном белом чугуне в большем количестве — до 3 3 %, так как часть его выгорает. Во внутренних слоях, в центре наблюдается феррито-перлйтная или даже одна перлитная структура. Графитных включений при этом способе отжига в чугуне меньше, а тонкостенные мелкие отливки могут даже получить сплошную ферритную основу.

Основным процессом получения ковкого чугуна является отжиг, при котором происходит графитизация или обезуглероживание отливок.

Термическая обработка для получения ковкого чугуна типа 4 заключается в полном проведении первой стадии графитизации, после-дующей закалке и отпуске при темпе — wo ратуреббО — 700 С ( фиг. После проведения первой стадии графитизации устанавли — с вается равновесие аустенит — углерод отжига. При последующем быстром охлаждении в основной металлической массе происходят превращения, аналогичные превращениям в стали при ее закалке.

Лазерное упрочнение чугуна

Лазерные методы обработки материалов и покрытий относятся к новым перспективным технологиям, широкое внедрение в производство которых датируется началом 1980-х годов. Однако несмотря на то, что проведено достаточное количество исследований, способ лазерного упрочнения недостаточно изучен для конкретных материалов и условий изготовления деталей машин, особенно в области судостроения и автомобилестроения.

Лазерное облучение вызывает оплавление поверхности высокопрочного чугуна ВЧ60-2 при превышении критической мощности Wp = 30—32 Вт/мм². При лазерной обработке без оплавления поверхности установлена линейная зависимость между густотой энергии и глубиной закалённой зоны. При оплавлении с возрастанием густоты энергии наблюдается более интенсивное (чем при обработке без оплавления) увеличение глубины зоны лазерного взаимодействия при наличии значительного разброса в размерах закалённых зон, что обусловливается эффектом плавления вокруг графитовых включений.

Особенности производства ковкого чугуна

Форма графитовых включений и металлическая основа.

Чтобы получить ковкий чугун, необходимо следовать технологии, основанной на термическом отжиге заготовок при определенной температуре. В результате данного процесса происходит распад цементита и аустенита. Таким образом, получают углерод, кристаллизующийся в графите хлопьевидной формы.

Аустенитом называют железо с гранецентрированным типом решетки. Данная модификация является высокотемпературной. В железоуглеродистых сталях он может формироваться при температурах более 727 градусов, а в чистом железе при 910 градусах.

Окончательный процесс формирования графита происходит при более низких температурах – в диапазоне 720-760 градусов. Именно углерод в такой модификации определяет такие характеристики, как пластичность и прочность ковкого чугуна.

Метод предусматривает термообработку ковких чугунов в два этапа. Вначале материал подвергают воздействию температуры до 1000 градусов. Выдержка отливок в указанных условиях приводит к распаду ледебурита на графит и аустенит.

После отжига при высокой температуре изделие охлаждают до 720-760 градусов. В результате формируется перлит, распадающийся в дальнейшем на феррит и графит.

Плавку материала для изготовления чугуна осуществляют в вагранках, пламенных и электропечах. Иногда этот процесс осуществляют в комбинированных печах. Исходные отливки могут содержать различное количество углерода.

При изготовлении ферритного сплава необходимо использовать заготовки с меньшей концентрацией углерода. Такие изделия обладают высокой температурой плавления, поэтому требуют повышенную температуру перегрева.

Обычно для плавки в данной ситуации используют две печи. В вагранке происходит расплавление, а в электродуговой печи перегрев. Описанная технология плавки называется дуплекс-процессом.

Для производства перлитного сплава используют заготовки с большим содержанием «С». Для плавки такого материала достаточно вагранки.

Для того, чтобы увеличить скорость охлаждения более толстых мест отливки используются металлические холодильники.


Влияние углерода и кремния на структуру чугуна и зависимость структуры от толщины чугуна.

Название данного материала обусловлено лишь его более высокими пластичными свойствами. На самом деле его нельзя подвергать ковке. Данный тип сплава используется так же, как и другие его виды.

Преимуществом ковкого чугуна, по сравнению с белым, является высокая антикоррозионная стойкость. По этому свойству материал занимает более высокие позиции, чем углеродистые стали. По механическим свойствам он уступает сталям, однако превосходит белый чугун.

Достоинства и недостатки

Этот материал, как и любой другой, имеет свои сильные и слабые стороны.

К достоинствам чугуна относятся такие факторы:

  • Иногда его даже сравнивают по характеристикам со сталью, ведь определенные его виды отличаются повышенной прочностью.
  • Длительное время сохраняет температуру: при нагревании тепло по нему распределяется равномерно и долгое время остается неизменным.
  • Является экологически чистым материалом, благодаря чему нередко используется при изготовлении посуды, в которой непосредственно будет готовиться пища.
  • Не реагирует на кислотно-щелочную среду.
  • Является долговечным материалом.
  • Чем дольше используется изделие из этого материала, тем лучше становится его качество.
  • Этот материал является абсолютно безвредным для организма человека.

К недостаткам можно отнести следующие факторы:

  • Может покрываться ржавчиной даже при непродолжительном нахождении в нем воды.
  • Является весьма дорогостоящим материалом, но несмотря на это, целиком оправдывает себя. Качество, практичность и надежность — вот основные признаки изделий, изготовленных из этого сплава.
  • Серый чугун характеризуется маленькой пластичностью.
  • Белый — весьма хрупок и идет чаще всего на переплавку.

Технология получения чугуна

Получение чугуна — очень материалоемкий процесс, требующий серьезных затрат. На получение одной тонны сплава уходит около 550 килограмм кокса и 900 литров воды. Затраты руды зависят от содержания в ней железа. Обычно используется сырье с массовой долей элемента не менее 70%, так как обработка более бедных руд экономически неоправданна. Такое сырье сначала проходит процедуру обогащения, а уже потом отправляется на переплавку. Производство чугуна проходит в доменных печах. Лишь около 2% от всего производимого в мире материала выплавляется в электропечи.

Технологический процесс состоит из нескольких взаимосвязанных этапов. На первом этапе в доменную печь загружают руду, которая содержит так называемый магнитный железняк (соединение двухвалентного и трехвалентного оксидов железа). Также в качестве сырья могут использоваться руды с содержанием водной окиси железа или его солей. Вместе с сырьем в печь загружают коксующиеся угли, которые предназначены для создания и поддержания высокой температуры. Кроме того продукты их горения принимают участие в химических реакциях в качестве восстановителей железа.

Дополнительно в топку подает флюс, который выступает в качестве катализатора и помогает породам быстрее плавиться, освобождаю тем самым железо. Стоит отметить, что перед попаданием в доменную печь руда проходит специальную предварительную обработку. Они измельчается при помощи дробильной установки, так как мелкие частицы быстрее расплавятся. Затем ее промывают, чтобы удалить все лишние элементы, которые не содержать металла. После этого высушенное сырье проходит обжиг в специальных печах, который позволяет удалить из соединений серу и другие чужеродные элементы.

Когда доменная печь загружена и готова к эксплуатации начинается второй этап производства. После запуска горелок кокс начинает разогревать сырье, выделяя при этом углерод, который, проходя через воздух, реагирует с кислородом и образует оксид. Этот оксид активно участвует в восстановлении железа из соединений, находящихся в руде. При этом, чем больше газа становится в печи, тем слабее протекает химическая реакция. После достижения определенной пропорции она им вовсе прекращается. Избыток газов используется как топливо для поддержания температуры в печи. Такой подход имеет несколько положительных моментов. Во-первых, снижаются затраты ископаемого горючего, что несколько удешевляет производство продукции. А, во-вторых, продукты горения не выбрасываются в атмосферу, загрязняя ее вредными примесями, а продолжают свое участие в технологическом процессе.

Избыток углерода смешивается с расплавом и, поглощаясь железом, образует чугун. Все не расплавившиеся элементы породы всплывают на поверхность и удаляются из материала. Отходы называют шлаком, который затем пойдет на производство других материалов. После удаления всех лишних частиц в расплав при необходимости добавляют разнообразные присадки. Таким способом получают два вида сплавов: передельный и литейный чугун.

Высокопрочный чугун — использование

Из данного сплава можно получить отливки как небольшого веса – это меньше килограмма, до изделий в несколько тонн. Отливки из высокопрочного чугуна используются:

  • Очень часто он используется там, где можно заменить серый чугун – это могут быть прокатные валы, поршни и прочие изделия. Такие отливки имеют длительный срок эксплуатации;
  • Используется взамен стали – чаще всего такое решение принимается, если необходимо удешевить себестоимость литья. Это могут быть коленчатые валы, траверсы, шестеренки и прочие подобные изделия;
  • Используется там, где можно заменить цветное литье – также основной целью является удешевление литья и уменьшение использование дефицитных материалов.

При необходимости такой чугун может обладать и специальными свойствами, жаростойкими, антифрикционными, иметь низкий коэффициент трения и прочие. Одной из самой популярной сферой использования высокопрочного чугуна является производство труб.

Производство чугуна

Производство чугуна из ряда главных показателей экономической мощи страны отошло в ряд второстепенных, но не потеряло своего значения для экономики.

Лидером в производстве чугуна с почти десятикратным отрывом является Китай- 543,748 млн. т в год, следом идут Япония 66,943 млн. т, Россия — 43,945 млн. т и Индия — 29,646 млн. т. Китай производит более 50% мирового чугуна.

Чугун производится в доменных печах, подготовленная железная руда плавится вместе с добавками, в качестве топлива используется коксующийся каменный уголь или природный газ.

Основное потребление чугуна происходит сегодня в качестве компонента для выплавки стали. Развитие чугунного производства идет в основном в направлении повышения его энергоэффективности, экологичности и снижения издержек.

Производство чугуна

Уникальные свойства чугуна — дешевизна, прочность и коррозионная стойкость позволяют черному металлу уверенно смотреть в будущее.

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