Андрей Смирнов
Время чтения: ~11 мин.
Просмотров: 2

Применение чугуна и изделий из него в строительстве и других областях

Общепринятая маркировка металла

Согласно с рекомендациями ГОСТ 1215–79, маркировка ковкого чугуна включает в себя первые буквы его наименования – КЧ. Прописанное число, состоящее из двух цифр, отображает показатель временного сопротивления или предел стойкости к деформации и разрушению, измеряемый в 10 МПа – КЧ 70. Цифра, прописанная через дефис, отражает величину пластической деформации во время растяжения с единицей измерения «%» (относительное удлинения) – КЧ70-2.

Вдобавок к этому, марки ковких сплавов классифицируются в зависимости от их структур. К ферритному и ферритно-перлитному классу относятся КЧ с относительно низкими пределами стойкости к разрушениям и более высокими процентами относительного удлинения. Сплавы с перлитовой структурой представлены с высокими значениями временного сопротивления и со сравнительно низкими показателями относительного удлинения.

По данным ГОСТ 26358, можно определить такие свойства марок ковкого чугуна, как:

  • временное сопротивление разрыву;
  • твёрдость по Бринеллю (НВ);
  • относительное удлинение.

Свойства

Механические свойства чугуна напрямую зависят от того, сколько в его составе содержится углерода и в какой форме представлен этот компонент. Характеристики могут изменяться от добавления легирующих примесей. К ним относится кремний, марганец, сера, фосфор и хром. Изготавливают этот материал из белого чугуна, после проведения отжига при высоких температурах. Свойства ковкого материала:

  1. Высокий показатель прочности и пластичности.
  2. Хорошая вязкость.
  3. Материал обладает высокой износостойкостью.

Ковкий чугун является лучшей разновидностью основного сплава. Из него изготавливаются массивные конструкции, отдельные части которых соединяются с помощью сварочного оборудования.

Применение ковкого чугуна в сельском хозяйстве, автомобиле- и судостроении

Механические свойства ковкого чугуна по ГОСТ 1215-79.

КЧ применяют в машиностроении, основными потребителями становятся области тракторостроения, сельхозмашиностроения. Ферритный чугун обладает высокой вязкостью, прочностью; его используют для производства узлов, не подвергающихся истиранию, например, фланцев, рычагов, вилок. Из перлитного чугуна изготавливают различные детали: поршни двигателей дизельных, коромысла, узлы сцепления, коленчатые валы, распределительные валы с кулачками, которые, взаимодействуя с толкателями, производят работу узла по определенному циклу, звенья цепей, собачки, гребни, головки ножей, тормозные барабаны и т. д.

Эти изделия работают под воздействием статических и динамических нагрузок, истирания. Достоинствами чугуна перлитного являются прочность, износостойкость, высокая усталостная прочность, стойкость к высоким температурам, устранение вибрации.

Применяется КЧ в автомобилестроении при изготовлении тонкостенных отечественных отливок, работающих под воздействием динамических знакопеременных нагрузок.

https://youtube.com/watch?v=oVccy-PsKTs

Из сплава изготавливают приводы, коробки передач, ступицы колес, шестеренки, картеры редукторов, дифференциала, рулевых систем, кронштейны двигателей и рессор, колодки тормозных систем, катки, накладки, пробки, балансиры, барашки, валы карданные, коллекторы и т.д. КЧ широко применяется в судостроении при производстве оборудования для судов. Из него изготавливают иллюминаторы, скобы мачтовые, уключины, брештуки, модели арматуры паровой и водяной.

В вагоностроении применяют при изготовлении запчастей воздушных тормозов, подшипников, кронштейнов, тягово-сцепных, ударно-тяговых устройств, скоб; эти детали работают под нагрузками ударов, изгибов, износа.

Высокопрочный чугун

Высокопрочные чугуны сохраняют достаточно высокие механические свойства до температуры 450 — 500 С.

Высокопрочный чугун с шаровидным графитом в литой структуре значительно расширяет пределы применения чугуна в машиностроении.

Высокопрочный чугун применяется в качестве замены отливок и поковок из стали и ковкого чугуна. Применение высокопрочного чугуна позволяет снизить вес и повысить надежность отливок.

Высокопрочный чугун с шаровидным графитом применяют для изготовления деталей ответственного назначения — опорных подшипников, крышек цилиндров, поршней, коленчатых валов двигателей, фрикционных дисков и других деталей, а также взамен стальных поковок и отливок.

Высокопрочный чугун ( ВЧ) применяют кик новый материал и как заменитель стали и серого чугуна. Применяют в станкостроении ( станины, шпиндели и др.), для прокатного и кузнечно-прессового оборудования.

Высокопрочный чугун получают присадкой в жидкий чугун неболь ших добавок некоторых щелочных или щелочноземельных металлов. По содержанию остальных элементов высокопрочный чугун не отличается от обычного серого.

Микроструктура чугуна с графитом округлой формы ( ХЗОО.

Высокопрочный чугун получают из обычного серого перлитного чугуна присадкой в ковш с жидким чугуном 0 5 — 1 % Mg от веса чугуна.

Микроструктура высокопрочного ферритного чугуна с шаровидным графитом Ха ( х250 и ковкого ферритного чугуна с хлопьевидным графитом ( б.

Высокопрочный чугун содержит шаровидный графит ( рис. 19.2, а), получаемый при выплавке с присадкой небольшого количества магния или церия. Благодаря шаровидной форме графита прочность при растяжении и изгибе высокопрочного чугуна значительно выше, чем обычного серого чугуна с пластинчатым графитом.

Высокопрочный чугун при прочих равных условиях ( одинаковом содер — жаиии кремния, перлита и графита) ( характеризуется большей плотностью, чем чугун с пластинчатым графитом. Однако во многих случаях эта плотность может оказаться на практике ниже, чем у серых чугунов, вследствие более высокого содержания углерода и кремния или большей ферритнзации матрицы.

Высокопрочные чугуны по механическим свойствам превосходят серые и ковкие чугуны и приближаются к углеродистым конструкционным сталям.

Высокопрочные чугуны по величине циклической вязкости примерно равноценны сталям; модифицированные чугуны занимают промежуточное положение между серыми и высокопрочными.

ТУ

Автор техусловий покажется нам знакомым: это некое липецкое предприятие «Свободный Сокол». Надо ли говорить, что изданные им техусловия выполняются неукоснительно!

Впрочем, и этот документ принесет нам несколько любопытных открытий:

ТУ предусматривает наличие не только раструбов, но и фланцев. На главной странице предприятия о них не упоминается;

Изделия с фланцами не упоминаются на офсайте предприятия, но предусмотрены ТУ.

  • В качестве области применения упоминаются только водопровод и канализация. На главной странице в аналогичном списке фигурируют нефтегазопроводные магистрали и теплотрассы с рабочей температурой до +120С;
  • Трубы могут поставляться без цинкового наружного покрытия, с защитой битумным лаком или полимерной смолой;
  • В числе примеров условных обозначений упоминается как труба ВЧШГ 150 мм длиной 6 метров, так и труба диаметром 300 мм и длиной… 5500 мм. Несмотря на то, что на сайте предприятия прямо указан единственный выпускаемый типоразмер — 6000 мм.

Получение — высокопрочный чугун

Получение высокопрочного чугуна состоит в том, что расплавленный серый чугун подвергается модифицированию и ферросилицием, и магнием. В результате такого двойного модифицирования графит в структуре высокопрочного чугуна выделяется в виде шаровых комочков ( фиг. Существенно то, что такая форма графита получается в высокопрочном чугуне непосредственно в процессе литья, тогда как для получения ее в структуре ковкого чугуна требуется длительный отжиг. Поэтому высокопрочный чугун значительно дешевле ковкого.

Для получения высокопрочного чугуна с основой из тонкопластинчатого или даже сорбитообразного перлита чаще всего легируют чугун хромом и никелем, которые, как известно, способствуют образованию высокодисперсных эвтектоидов.

Для получения высокопрочного чугуна с преимущественно ферритовой структурой; необходимо снижение содержания марганца до 0 4 % и фосфора до 0 1 % в исходном чугуне.

Для получения высокопрочного чугуна в специальной камере в перегретый до 1400 — 1500 С жидкий серый чугун в ковше вводят 0 5 — 1 0 % Mg и 0 5 — 1 0 % ферросилиция.

Существует несколько способов получения высокопрочных чугунов.

В последнее время разработан метод получения нового, высокопрочного чугуна с округлым графитом. Перед разливкой жидкий чугун подвергается модифицированию магнием. В результате такого модифицирования чугун по структуре графита и по механическим свойствам превосходит не только серый, но и ковкий чугун.

В последние годы церий применяют для получения высокопрочного чугуна. При производстве ковкого чугуна церий наряду со сфероидизацией графита повышает ударную вязкость.

Классификация алюминия для раскисления ( ГОСТ 295 — 73.

Магниевые и цериевые лигатуры разнообразного состава применяют для модифицирования при получении высокопрочного чугуна с шаровидным графитом.

Замена ковкого чугуна этим новым материалом дает возможность резко сократить цикл отжига, и в связи с доступностью получения высокопрочного чугуна практически в любом литейном цехе расширяется область применения отливок со свойствами, присущими ковкому чугуну.

К числу наиболее прогрессивных технологических литейных процессов, разработанных и внедренных в Советском Союзе в годы первых индустриальных пятилеток, относится получение высокопрочного чугуна путем модифицирования его 75 % — ным ферросилицием и силикокальцием. Эти работы были успешно проведены на заводе Станколит Г. И. Клецкиным.

В последнее время высокопрочный чугун начинают с успехом использовать для таких ответственных деталей, как коленчатые валы двигателей внутреннего сгорания, задние мосты автомобилей, зубчатые колеса, шатуны и др. Получению высокопрочного чугуна способствует применение в вагранках кислородного дутья.

Модифицированный чугун с пластинчатым графитом получают обработкой жидкого, сравнительно малоуглеродистого чугуна графитизирующими присадками. Получение высокопрочного чугуна с глобулярным графитом связано с обработкой жидкого чугуна, наоборот, с повышенным содержанием углерода и кремния.

Известно, что элементы, увеличивающие отбеливаемость, можно расположить в порядке возрастания эффективности их влияния следующим образом: Mn, Mo, Sn, Cr, V, S, Те. Модификаторы, используемые для получения высокопрочного чугуна с шаровидным графитом, — магний и церий увеличивают склонность к отбеливанию.

Частички модификаторов, являясь дополнительными центрами кристал лизации, способствуют размельчению графитовых включений и приближению их формы к форме графита ковкого чугуна. Лучшим модификатором является магний, используемый при получении высокопрочных чугунов.

Свойства высокопрочного чугуна

Свойства высокопрочных чугунов весьма многообразны, однако отличительной особенностью таких чугунов является сочетание хороших
литейных свойств и высоких прочностных характеристик. К свойствам высокопрочного чугуна относятся также: хорошая обработка резанием,
высокая пластичность, низкая чувствительность к концентраторам напряжения, устойчивость к циклическим нагрузкам.

Литейные свойства высокопрочного чугуна, в частности ВЧШГ:

  • высокая жидкотекучесть,
  • малая склонность к образованию горячих трещин,
  • малая усадка.

Требования к механическим свойствам высокопрочного чугуна регламентированы стандартом ГОСТ 7293-85 (СТ СЭВ 4558-84).

Применение и способ монтажа

Традиционно чугунные трубы использовались в двух областях:

  1. При сооружении канализационных систем. Стойкость чугуна к коррозии здесь была очень кстати: агрессивность бытовых и промышленных стоков делала невозможным использование более прочной стали;
  2. При строительстве магистральных водопроводов. Грунтовые воды и растворенный в воде кислород почти столь же губительны для стали, как и стоки.

Это, однако, не мешает восстановленному после Великой Отечественной Войны чугунному водопроводу Петергофа служить шестой десяток лет.

Способ монтажа раструбных соединений зависел от области применения:

  • Канализация чеканилась каболкой (органическим волокном с масляной или битумной пропиткой) и заделывалась цементно — песчаным раствором;
  • Раструбы водопроводов заливались серой, свинцом или чеканились свинцовой лентой. Сера применялась, впрочем, и при монтаже канализации, но значительно реже.

Понятно, что высокопрочный чугун быстро заставил потесниться своего предшественника. В настоящее время он применяется как в коммунальной сфере, так и при сооружении нефтегазопроводов.

Способ монтажа по-прежнему определяется областью применения:

Трубы ВЧШГ для канализации используют все те же раструбные соединения, но уже не под чеканку, а снабженные резиновыми уплотнителями;

Заметьте: при диаметре до 250 мм для стыковки используются хомуты и рычаги.
При больших размерах для монтажа привлекается погрузочная техника.

Трубопроводы большого диаметра монтируются с использованием спецтехники.

  • Труба ВЧШГ для водопровода и теплотрасс может соединяться как раструбами, так и фланцами. В качестве материала прокладок используется паронит и, несколько реже, силикон;
  • Нефтегазопроводы высокого давления монтируются с использованием сварных соединений, благо высокопрочный (как, впрочем, и серый) чугун прекрасно варится специальными электродами.

Что еще полезно знать о продукции ЛТК?

  1. Номинальный диаметр продукции варьируется от 80 до 1000 миллиметров;
  2. Стандартная длина трубы составляет 6 метров;
  3. Вся продукция Липецкого завода изготавливается только и исключительно под раструбные соединения с резиновым уплотнителем. При этом производитель использует замки трех типов, различающиеся диапазоном рабочего давления:
Соединение Рабочее давление, МПа Диаметр, мм
Tyton 3,0 — 6,4 80-1000
RJ 2,5 — 8,8 80-500
RJS 1,6-3,2 600-1000
  1. Замки позволяют монтировать трубы не только на одной продольной оси, но и с отклонением от прямой в 1,5 — 5 угловых градусов без использования фасонины и без нарушения герметичности;
  2. Несмотря на коррозионную стойкость, изделия дополнительно снабжаются защитными покрытиями. На них есть смысл остановиться несколько подробнее.

Особенности чугунов

Чугун – железоуглеродистый сплав, выплавляемый с использованием топлива из магнитного, красного или бурого железняка, с добавлением специальных неорганических веществ – плавней (флюсов).

Очень многие не видят принципиальных отличий между сталью и чугуном, ошибочно предполагая, будто это одно и тоже. 

Оба продукта металлургии являются сплавами – состоят из нескольких компонентов, одним из которых является железо.

Технологические свойства:

  • у стали – деформационные (штамповка, вальцевание, ковка); 
  • у чугуна – литейные.

Присутствие углерода:

  • сталь – 0,02 — 2,14 %; 
  • чугун – 2,14 — 6,67 %.

Внешние отличия: 

  • чугун темный и матовый; 
  • сталь серебристая и блестящая.

Различные физические характеристики

У чугуна:

  • выше литейные качества; 
  • легко обрабатывается резанием;
  • имеет меньший вес;
  • ниже температура плавления.

К минусам чугуна можно отнести:

  • малая пластичность;
  • хрупкость;
  • слабо поддаётся ковке и сварке.

У чугуна низкая себестоимость, он дешевле стали.

Добавки и примеси

Весь поставляемый чугун регламентирован ГОСТами по своему химическому составу и содержанию примесей. Чугунное литьё, помимо железа, имеет в себе некоторые «ингредиенты», влияющие на конечный продукт и добавляющие определенные особенности:

  • углероды – увеличивают твердость сплава;
  • кремний – улучшает литейные качества;
  • марганец – придает крепость;
  • сера — «загущает», ограничивает жидкотекучесть чугуна.
  • фосфор вызывает образование трещин в холодном состоянии и снижает механические параметры.

С целью улучшения исходного материала чугун легируют, то есть вводят различные легирующие добавки, изменяющие физические и/или химические свойства. 

Легирующие добавки:

  • цирконий;
  • алюминий;
  • молибден;
  • титан;
  • ванадий;
  • медь;
  • хром.

Чугуны с большим содержанием кремния и марганца в составе относят к легированным.

Особенности производства

Сплав железа и углерода, принимающего в структуре металла вид графитовых хлопьев, называется ковким чугуном. Его получают путём длительной термообработки заготовок из белого чугуна. Под действием отжига меняется структура металла, цементит в нём превращается в графит. Этот процесс называется графитизация. После термической обработки сплав меняет механические характеристики – уменьшаются прочность, твёрдость, материал становится пластичным.

Технология отжига включает 5 стадий:

  1. Медленный нагрев заготовки в течение 20–25 часов до температуры 950–1000 ºС.
  2. Первый этап графитизации. Выдержка при температуре 950–1000 ºС на протяжении 15–20 часов.
  3. Медленное охлаждение до температуры 740–720 ºС, время операции 6–12 часов.
  4. Второй этап графитизации – продолжительная выдержка заготовки при температуре 720 ºС или постепенное снижение температуры с 760 до 720 ºС. Длительность этой операции составляет около 30 часов.
  5. Полное охлаждение детали.

Есть четыре способа отжига для придания чугунной отливке требуемых свойств. Различаются они стадией №4 (диапазон температур от 760–720 ºС). Остальные этапы отжига совпадают.

  1. Быстрое охлаждение до температуры ниже критической – 720 ºС и выдержка при этой температуре 30 часов.
  2. Медленное охлаждение на протяжении 30 часов, в критическом интервале температур от 760–720 ºС.
  3. Ступенчатое охлаждение в интервале температур от 760 до 720 ºС.
  4. Технология поочерёдного нагрева выше 760 ºС и охлаждения ниже 720 ºС.
Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Степан Волков
Наш эксперт
Написано статей
141
Ссылка на основную публикацию
Похожие публикации