Классификация чугунов. Общие сведения

Классификация чугунов. Общие сведения. Получение чугуна в доменной печи. Курсовая работа состоит из трех глав, трех рисунков и двух таблиц. 0. Получение чугуна. Общие сведения. 0. Общие сведения Чугун сплав Fe основа с С обычно 0 0 , содержащий постоянные примеси Si, Mn, S, Р, а иногда и легирующие элементы Cr, Ni, V. А0 и др. как правило, хрупок.

Рис. 0. Фазовая диаграмма стабильного равновесия Fe С Фазовая диаграмма состояния Fe С стабильная представлена на рис. 0 штриховые линии соответствуют выделению графита, а сплошные цементита. Температуры плавления чугунов значительно ниже на 000 000 С, чем у стали С. В. Ржевская.

Материаловедение 0-е изд перераб. и доп М.Издательство Московского государственного горного университета, 0000 000 с Углерод в чугуне может находиться в виде цементита, графита или одновременно в виде цементита и графита. Образование стабильной фазы - графита в чугуне может происходить в результате непосредственного выделения его из жидкого твердого раствора или вследствие распада предварительно образовавшегося цементита при замедленном охлаждении расплавленного чугуна цементит может подвергнуться разложению РезС Fe ЗС с образованием феррита и графита.

Процесс образования в чугуне стали графита называют графитизацией. Графит повышает износостойкость и антифрикционные свойства чугуна вследствие собственного смазочного действия и повышения прочности пленки смазочного материала. Чугуны с графитом, как мягкой и хрупкой составляющей, хорошо обрабатываются резанием с образованием ломкой стружки и обеспечивают более чистую поверхность, чем стали кроме автоматных сталей.

Присутствие эвтектики в структуре чугунов обусловливает его использование исключительно в качестве литейного сплава. Высокие литейные свойства при небольшой стоимости обеспечили широкое применение чугунов в промышленности. Механические свойства чугуна обусловлены, главным образом, количеством и структурными особенностями графитной составляющей. Влияние графитных включений на механические свойства чугуна можно оценить количественно ГОСТ 0000 00. Чем меньше графитных включений, чем они мельче и больше степень их изолированности, тем выше прочность чугуна при одной и той же металлической основе.

Наиболее высокую прочность обеспечивает шаровидная форма графитной составляющей, а для хлопьевидной составляющей характерны высокие пластические свойства. Чугун с пластинчатым графитом можно рассматривать как сталь, в который графит играет роль надрезов, ослабляющих металлическую основу. Применяемые для отливок чугуны имеют в среднем состав С 0 00o,Si 0.0 00o,Mn 0,0 0.000o,P 0,l l,00o,S 0,000o. Углерод определяет количество графита в чугуне чем выше его содержание, тем больше образуется графита и тем ниже механические свойства.

В то же время для обеспечения высоких литейных свойств хорошей жидкотекучести должно быть не меньше 0,0 С. Кремний оказывает большое влияние на структуру и свойства чугунов, так как величина температурного интервала, в котором в равновесии с жидким сплавом находятся аустенит и графит, зависит от его содержания.

Чем больше содержание кремния, тем шире эвтектический интервал температур. Таким образом, кремний способствует процессу графитизации, действуя в том же направлении, что и замедление скорости охлаждения. Изменяя, с одной стороны, содержание в чугуне углерода и кремния, а с другой скорость охлаждения, можно получить различную структуру металлической основы чугуна. Сера и марганец являются вредными технологическими примесями, содержание которых в чугунах ограничивают.

Сера ухудшает механические и литейные свойства. И сера, и марганец препятствуют графитизации. Фосфор не влияет на графитизацию, а при повышенном до 0,0 0,0 о содержании повышает износостоикость чугунов, так как образуются твердые включения фосфидной эвтектики. Самым распространенным видом термообработки чугунов является отжиг отливок при 000 000 С для уменьшения литейных напряжений, которые могут вызвать даже коробление фасонных изделий. Нормализация чугуна проводится для аустенизации ферритной и ферритно-перлитной матриц и последующего перлитного превращения, что обеспечивает упрочнение.

Закалку чугуна на мартенсит с нагревом до 000 000 С и охлаждением в воде и масле применяют для повышения прочности и износостойкости. После закалки проводят низкий отпуск 000 С для уменьшения закалочных напряжений или высокий отпуск 000 000 C для получения микроструктур сорбита или зернистого перлита, обеспечивающих повышенную вязкость. Классификацию чугунов проводят по виду и форме углеродосо-держащей структурной составляющей, то есть по наличию и форме графита.

По виду структурной составляющей выделяют чугуны без графита белые чугуны, в которых практически весь углерод находится в химически связанном состоянии в виде цементита. Промежуточное положение занимает половинчатый чугун, большая 0,0 часть углерода которого находится в РезС. Структура половинчатого чугуна перлит, ледебурит и пластинчатый графит. Чугуны с графитом в зависимости от формы последнего разделяют на серые, ковкие и высокопрочные.

Серыми называют чугуны, в структуре которых графит имеет пластинчатую форму. В ковких чугунах графит имеет хлопьевидную форму, в высокопрочных чугунах -шаровидную. К числу высокопрочных относят также чугуны с графитом вермикулярной греч. червячок формы, которые по свойствам ГОСТ 0 00 занимают промежуточное положение между чугунами с шаровидным и пластинчатым графитом С. В. Ржевская. Материаловедение 0-е изд перераб. и доп М.Издательство Московского государственного горного университета, 0000 000 с 0.0. Белые чугуны Белые чугуны передельные редко используются в народном хозяйстве в качестве конструкционных материалов, так как из-за большого содержания цементита очень хрупкие и твердые, с трудом отливаются и обрабатываются инструментом.

Из них делают детали гидромашин, пескометов и других конструкций, работающие в условиях повышенного абразивного изнашивания. Для увеличения изно-состойкости белые чугуны легируют хромом, ванадием, молибденом и другими карбидообразующими элементами.

Маркировка белых чугунов не установлена. Разновидностью белых чугунов является отбеленные чугуны. Поверхностные слои изделий из таких чугунов имеют структуру белого или половинчатого чугуна, а сердцевина - серого чугуна. Отбел на некоторую глубину 00 00 мм получают путем быстрого охлаждения поверхности например, отливка чугуна в металлические или песчаные формы. Для снятия структурных напряжений, которые могут привести к образованию трещин, отливки подвергают нагреву при 000 000 С. Высокая иэносостойкость отбеленных чугунов обусловлена твердостью поверхности, достигающей 000 000 HV. Из отбеленного чугуна изготовляют прокатные валки листовых станов, колеса, шары для мельниц и др. 0.0. Серые чугуны Структура серого литейного чугуна состоит из металлической основы с графитом пластинчатой формы, вкрапленным в эту основу.

Такая структура образуется непосредственно при кристаллизации чугуна в отливке в соответствии с диаграммой состояния системы Fe С стабильной.

Причем, чем больше углерода и кремния в сплаве и чем ниже скорость его охлаждения, тем выше вероятность кристаллизации по этой диаграмме с образованием графитной эвтектики. При низком содержании углерода и кремния чугун модифицируют небольшими дозами некоторых элементов например, алюминий, кальций, церий. Модифицирование металлов введение в металлические расплавы модификаторов, то есть веществ, небольшие количества которых обычно не более десятых долен способствуют созданию дополнительных искусственных центров кристаллизации, и следовательно, образованию структурных составляющих в измельченной или округлой форме, что улучшает механические свойства металла.

Для характеристики структуры серого чугуна необходимо определять размеры, форму, распределение графита, а также структуру металлической основы. В обычном сером чугуне при медленном охлаждении во время кристаллизации графит очень слабо разветвляется. Он похож на розетку с небольшим числом изогнутых лепестков. Металлическая основа серых чугунов формируется из аустенита при эвтектоидном распаде и может быть перлитной, ферритной и ферритно-перлитной.

Образование перлита происходит легко, в сравнительно короткий промежуток времени. Для получения ферритного белого чугуна используют изотермическую выдержку при 000 000 С, в результате которой цементит перлита распадается на феррит и пластинчатый графит. Механические свойства серых чугунов зависят от свойств металлической основы и, главным образом, от количества, формы и размеров графитных включений.

Перлитная основа обеспечивает наибольшие значения показателей прочности и износостойкости. Марки серых чугунов согласно ГОСТ 0000 00 состоят из букв СЧ и цифр, соответствующих минимальному пределу прочности при растяжении Ств, МПа 00. Чугун СЧ00 ферритный СЧ00, СЧ00, СЧ00 ферритно-перлитные чугуны, начиная с СЧ00 перлитные чугуны. На долю серого чугуна с пластинчатым графитом приходится около 00 общего производства чугунных отливок.

Серые чугуны обладают высокими литейными качествами жидкотекучесть, малая усадка, незначительный пригар металла к форме и др хорошо обрабатываются и сопротивляются износу, однако из-за низких прочности и пластических свойств в основном используются для неответственных деталей. В станкостроении серый чугун является основным конструкционным материалом станины станков, столы и верхние салазки, колонки, каретки и др. в автомобилестроении из ферритно-перлитных чугунов делают картеры, крышки, тормозные барабаны и др а из перлитных чугунов блоки цилиндров, гильзы, маховики и др. В строительстве серый чугун применяют, главным образом, для изготовления деталей, работающих при сжатии башмаков, колонн, а также санитарно-технических деталей отопительных радиаторов, труб. Значительное количество чугуна расходуется для изготовления тюбингов, из которых сооружается туннель метрополитена.

Из серого чугуна, содержащего фосфор 0,0 , изготавливают архитектурно-художественные изделия. 0.0. Ковкие чугуны Ковкие чугуны с хлопьевидной формой графита получают из белых доэвтектических чугунов, подвергая их специальному графитизирующему отжигу.

Графитизирующий отжиг белого чугуна основан на метастабильности цементита и состоит обычно из двух стадий рис. 0 С. В. Ржевская. Материаловедение 0-е изд перераб. и доп М.Издательство Московского государственного горного университета, 0000 000 с Рис. 0. Схема отжига белого чугуна на ковкий Первая стадия 000 0000 С подбирается по длительности такой, чтобы весь цементит, находящийся в структуре отливки, распался на аустенит и хлопьевидный графит.

Процесс графитообразования облегчается при модифицировании например, алюминием и бором. Чугун, полученный таким образом, называется модифицированным. На второй стадии графитизирущего отжига при температуре эвтектоидного превращения формируется металлическая основа ковкого чугуна. В зависимости от режимов охлаждения ковкие чугуны могут иметь перлитную непрерывное охлаждение, ферритную очень медленное охлаждение в интервале 000 000 С или изотермическая выдержка при 000 000 С или ферритно-перлитную сокращение продолжительности второй стадии отжига металлические основы.

Для получения в модифицированном ковком чугуне перлитной основы рекомендуется увеличивать содержание марганца, хрома и некоторых других элементов, которые повышают устойчивость цементита к распаду на феррит и пластинчатый графит в области температур эвтектоидного превращения.

Ковкие чугуны с перлитной металлической основой обладают высокими твердостью 000 000 НВ и прочностью Ств 000 000 МПа в сочетании с небольшой пластичностью 0 0,0 0,0 . Ковкий ферритный чугун характеризуется высокой пластичностью 0 00 00 и относительно низкой прочностью Ств 000 000 МПа. Существенными недостатками графитизирующего отжига чугунов является длительность 00 00 ч отжига отливок и ограничение толщины их стенок. Ковкие чугуны согласно ГОСТ 0000 00 маркируются двумя буквами КЧ ковкий чугун и двумя группами цифр. Первые две цифры в обозначении марки соответствуют минимальному пределу прочности при растяжении 0в, МПа 00, цифры после тире относительному удлинению при растяжении, о. Чугуны марок КЧЗО 0, КЧЗЗ 0, КЧ00 00, КЧ00 00, имеющие повышенное значение удлинения при растяжении, относятся к ферритным, а марок КЧ00 0, КЧ00 0, КЧ00 0, КЧ00 0, КЧ00 0, КЧ00 0, КЧ00 0.0 к перлитным чугунам.

Ковкие чугуны, обладая высокими пластическими свойствами, находят применение при изготовлении разнообразных тонкостенных до 00 мм деталей, работающих при ударных и вибрационных нагрузках, фланцы, муфты, картеры, ступицы и др. Масса этих деталей от нескольких граммов до нескольких тонн. Для повышения твердости, износостойкости и прочности изделий из ковкого чугуна иногда применяют нормализацию или закалку.

Закалка с последующим высоким отпуском позволяет получить структуру зернистого перлита. 0.0. Высокопрочные чугуны Высокопрочный чугун ЧШГ чугун с шаровидным графитом получают модифицированием жидкими присадками 0,0 0,0 магния от массы обрабатываемой порции чугуна, 0,0 0,0 церия, иттрия и некоторых других элементов.

При этом перед вводом модификаторов необходимо снизить содержание серы до 0,00 0,00 . Рекомендуемый химический состав высокопрочного чугуна 0,0 0,0 С 0,0 0,0 Si выбирается в зависимости от толщины стенок отливки чем тоньше стенка, тем больше углерода и кремния. Чтобы избежать образования в высокопрочных чугунах ледебурита, их подвергают графитизирующему отжигу.

Продолжительность такого отжига благодаря повышенному содержанию графити-зирующих элементов углерода, кремния значительно короче, чем при отжиге белого чугуна. Структура высокопрочного чугуна состоит из металлической основы феррит, перлит и включений графита шаровидной формы. Шаровидный графит, имеющий минимальную поверхность при данном объеме, значительно меньше ослабляет металлическую основу, чем пластинчатый графит, и не является активным концентратором напряжений.

Ферритные чугуны имеют сто,0 000 000 МПа, 0 00 00 о, 000 000 НВ, перлитные ао,0 000 000 МПа, 0 0 0 и 000 000 НВ. Марки высокопрочных чугунов согласно ГОСТ 0000 00 состоят из букв ВЧ и цифр, соответствующих минимальному пределу прочности при растяжении Ста, МПа 00 ВЧ00, ВЧ00, ВЧ00 ферритные чугуны ВЧ00, ВЧ00, ВЧ00, ВЧ00, ВЧ 000 перлитные чугуны. Высокопрочные чугуны обладают хорошими литейными и потребительскими свойствами обрабатываемость резанием, способность гасить вибрации, высокая износостоикость и др. свойствами.

Они используются для массивных отлив, ок взамен стальных литых и кованых деталей цилиндры, шестерни, коленчатые и распределительные валы и др. Для повышения механических свойств пластичности и вязкости и снятия внутренних напряжений отливки подвергают термической обработке отжигу, нормализации, закалке и отпуску. Рекомендуется подвергать чугунные изделия объемной закалке. Образование мелкоигольчатого мартенсита в закаленном поверхностном слое изделий повышает их износостоикость в три и более раз. Для повышения износостойкости применяется также азотирование или азотирование с последующей обдувкой дробью, при котором в поверхностных слоях изделий создаются благоприятные сжимающие напряжения. 0.0. Чугуны специального назначения К этой группе чугунов относятся жаростойкие ГОСТ 0000 00, жаропрочные и коррозионностойкие ГОСТ 0 00 чугуны.

Сюда же можно отнести немагнитные, износостойкие и антифрикционные чугуны. .Жаростойкими являются серые и высокопрочные чугуны, легированные кремнием ЧС0 и хромом 0Х00, 0Х00. Эти чугуны обладают жаростойкостью до 000 000С на воздухе, в топочных и генераторных газах.

Высокой термо- и жаростойкостью обладают аустенитные чугуны высоколегированный никелевый серый ЧН00Д0 и с шаровидным графитом ЧН00ДЗШ. К жаропрочным чугунам относятся аустенитные чугуны с шаровидным графитом ЧН00ХЗШ и ЧН00Г0Ш. Для повышения жаропрочности чугуны подвергают отжигу с последующим отпуском.

После отжига легированные карбиды приобретают форму мелких округлых включений. В качестве коррозионностойких применяют чугуны, легированные кремнием ферросилиды ЧС00, ЧС00, ЧС00 и хромом 0Х00, 0Х00, 0Х00. Они обладают высокой коррозионной стойкостью в серной, азотной и ряде органических кислот. Для повышения коррозионной стойкости кремнистых чугунов их легируют молибденом 0С00М0, 0С00МЗ антихлоры. Введение в чугун 0,0 0,0 Мо уменьшает склонность к росту зерна, повышает вязкость, сопротивление износу и улучшает свойства при повышенных температурах.

Высокой коррозионной стойкостью в щелочах обладают никелевые чугуны, например аустенитный чугун 0Н00Д0. В качестве немагнитных чугунов также применяются аустенитные чугуны. Их используют в тех случаях, когда требуется минимальная потеря мощности крышки масляных выключателей, концевые коробки трансформаторов и др. или когда нужно избегать искажений магнитного поля стойки для магнитов. К износостойким чугунам относятся половинчатые и отбеленные чугуны.

К износостойким половинчатым чугунам относится, например, серый чугун марки И0НХ0, легированный никелем и хромом, а также чугуны И0ХНТ, И0Н0МШ с шаровидным графитом. Из этих чугунов отливают детали двигателей внутреннего сгорания крышки и днища цилиндров, головки поршней и др Антифрикционными чугунами являются серые и высокопрочные чугуны специальных марок. Некоторое применение нашли также ковкие антифрикционные ферритно-перлитные чугуны -А0К-0 и А0К-0. Антифрикционные серые чугуны перлитные чугуны АЧС-0 и АЧС-0 и перлитно-ферритный чугун АЧС-0. Эти чугуны обладают низким коэффициентом трения, зависящим от соотношения феррита и перлита в основе, а также от количества и формы графита.

В перлитных чугунах высокая износостойкость обеспечивается металлической основой, состоящей из тонкого перлита и равномерно распределенной фосфорной эвтектики при наличии изолированных выделений пластинчатого графита. Антифрикционные серые чугуны применяют для изготовления подшипников скольжения, втулок и других деталей, работающих при трении о металл, чаще в присутствии смазочного материала. Детали, работающие в паре с закаленными или нормализованными стальными валами, изготавливают из чугунов АЧС-0 и АЧС-0, а для работы в паре с термически необработанными валами применяют чугун АЧС-0. Антифрикционные высокопрочные с шаровидным графитом чугуны ГОСТ 0000 00 изготовляют с перлитной структурой - АЧВ-0 и ферритно-перлитной 00 перлита АЧВ-0. АЧВ-0 используется для работы в узлах трения с повышенными окружными скоростями в паре с закаленным или нормализованным валом.

АЧВ-0 применяют для пары с валом в состоянии поставки сырым.

Главное достоинство антифрикционных чугунов по сравнению с баббитами и антифрикционными бронзами низкая стоимость, а основной недостаток плохая прирабатываемость, что требует точного сопряжения трущихся поверхностей. 0. Классификация чугунов. Общие сведения. 0.0. Классификация чугунов Конечными продуктами доменной плавки являются чугун, шлак, колошниковый газ и колошниковая пыль. Чугун представляет собой многокомпонентный сплав железа с углеродом, марганцем, кремнием, фосфором и серой.

В чугуне также содержится незначительные количества водорода, азота и кислорода. В легированном чугуне могут быть хром, никель, ванадий, вольфрам и титан, количество которых зависит от состава проплавляемых руд. В зависимости от назначения выплавляемые в доменных печах чугуны разделяют на три основных вида передельный, идущий на передел в сталь литейный, предназначенный для получения отливок из чугуна в машиностроении доменные ферросплавы, используемые для раскисления стали в сталеплавильном производстве.

Передельный чугун подразделяют на три вида 1. Передельный коксовый марки М0, М0, М0, Б0, Б0. 2. Передельный коксовый фосфористый МФ0, МФ0, МФ0. 3. Передельный коксовый высококачественный ПВК0, ПВК0, ПВК0. Литейный чугун после выпуска из доменной печи разливают в чушки и в холодном виде направляют на машиностроительные заводы, где для отливки деталей машин его вторично подвергают расплавлению в специальных печах-вагранках.

Литейный коксовый чугун выплавляют семи марок ЛК0 ЛК0. Каждую марку подразделяют на три группы по содержанию марганца, пять классов по содержанию фосфора и на пять категорий по содержанию серы. ПО СТРУКТУРЕ чугуны можно разделить на следующие группы СЕРЫЙ - чугун, в котором углерод находится в виде графита. БЕЛЫЙ - чугун, в котором углерод находится в виде цементита и перлита.

По назначению чугуны можно классифицировать так Ковкие Жаростойкие Высокопрочные Антифрикционные. Маркировка чугунов осуществляется путем сочетания букв и цифр. Приняты следующие обозначения Пpимеp СЧ 00-00 С-серый Ч-чугун Первые две цифры - предел прочности при растяжении, вторые - предел прочности при изгибе. Пpимеp ВЧ 00-0 В-высокопрочный К-ковкий Первые две цифры - предел прочности разрыву при растяжении, вторые относительное удлинение. Ж-жаростойкий А - антифрикционный Применяется для работы в подшипниковых узлах Остальные буквы - легирующие элементы Х-хром, С-кремний, Ю-алюминий и тд. Цифры после букв - содержание легирующего элемента, нет цифр - содержание легирующего элемента до 0,0. Чугун литейный и передельный Литейный чугун предназначен для дальнейшего передела в чугунолитейных цехах при производстве отливок.

В зависимости от назначения изготовляется марок Л0, Л0, Л0, Л0, Л0, Л0, см табл. 0. Передельный чугун предназначен для дальнейшего передела в сталь или переплавки в чугунолитейных цехах при производстве отливок. В зависимости от назначения изготовляется для сталеплавильного производства П0 и П0 для литейного производства ПЛ0 и ПЛ0 см. табл. 0. Таблица 0.Классификация чугуна литейного по ГОСТ 0000-00 Марка чугунаСодержание основных элементов в чугуне кремнияМассовая доля в Серы, не болееМарганцаФосфора, не болеекатегориигруппыклассы000АБ0000Л0От 0.0 до 0.0До 0.0 включительно От 0.0 до 0.0 От 0.0 до 0.0 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00Л0От 0.0 до 0.0Л0От 0.0 до 0.0Л0От 0.0 до 0.0Л0От 0.0 до 0.0Л0От 0.0 до 0.0 Таблица 0. Классификация чугуна предельного по ГОСТ 000-00 Марка чугунаСодержание основных элементов в чугунекремнияМассовая доля в Серы, не болееМарганцаФосфора, не болеекатегориигруппыклассы000АБ0000ПЛ0От 0.0 до 0.0До 0.0 включительноОт 0.0 до 0.0От 0.0 до 0.00.000.000.000.000.000.00ПЛ0От 0.0 до 0.0П0От 0.0 до 0.0П0От 0.0 до 0.0 0. Получение чугуна в доменной печи. 0.0