Чугуны • Согласно диаграмме состояния сплавов Fe—С область чугуна охватывает сплавы, содержащие свыше 2, 14% С. Практически же в качестве указанного граничного содержания углерода принято считать 2% С. • С повышением содержания легирующих элементов эта граница, как правило, смещается в сторону меньших концентраций углерода. • Так, многие высокохромистые, высококремнистые, высокоалюминиевые сплавы железа условно считаются чугуном, несмотря на весьма низкое содержание углерода.
• По содержанию дополнительных компонентов чугун подразделяют на • нелегированный, • низколегированный, • средне- и высоколегированный. • Нелегированным считают чугун, содержащий до 3, 5 — 4% Si, до 1, 5— 2% Мn, до 0, 3% Р, до 0, 2— 0, 25% S и до 0, 1% таких элементов, как Cr, Ni, Сu. • В низколегированном чугуне содержание каждого из перечисленных легирующих элементов обычно не превышает 1, 0— 1, 5%, в среднелегированном оно может достигать 7%, а в высоколегированном превышает 7— 10%. • Добавки сотых и даже тысячных долей процента таких элементов, как магний, азот, бор, висмут, считаются легирующими (микролегирование, модифицирование).
ЧУГУНЫ • Чугун – наиболее широко применяемый материал для литых деталей, используемых при относительно невысоких напряжениях и малых динамических нагрузках. • Преимущество чугуна – высокие литейные свойства и небольшая стоимость по сравнению со сталью. По назначению чугуны подразделяются на • передельные (идут на переработку в сталь) • литейные (для изготовления разнообразных отливок). В зависимости от формы выделения углерода в чугуне различают: • • белый чугун серый чугун ковкий чугун высокопрочный чугун
Свойства чугуна • Чугун менее прочен и более хрупок, чем сталь, но дешевле стали и хорошо отливается в формы. Поэтому чугун широко используют для изготовления литых деталей. • Углерод в чугуне может содержаться в виде цементита (Fe 3 C) или графита. • Цементит имеет светлый цвет, обладает большой твердостью и трудно поддается механической обработке. Графит, наоборот, темного цвета и достаточно мягок. • В зависимости от того, какая форма углерода преобладает в структуре, различают два основных вида чугуна: белый и серый.
Белый чугун • Весь углерод находится в виде цементита. Очень твёрдый и хрупкий. • В основном идёт на передел в сталь и для получения ковкого чугуна. • Редко применяется для изготовления прокатных валков, лемехов плугов и других изделий, работающих в тяжёлых условиях износа.
Серый чугун (ГОСТ 1412 -85) • Содержит 2, 4 – 3, 8% С в основном в виде пластинчатого графита; 1, 2 – 3, 5% Si; до 1, 4% Mn; <0, 5% P; <0, 2% S. Маркируется буквами СЧ и числом, указывающим предел прочности при растяжении (σв) в МПа 10 -1, например, СЧ 18, СЧ 20, СЧ 35. Применяются: СЧ 18, СЧ 20 – станины станков, поршни; СЧ 25, СЧ 30, СЧ 35 – детали, работающие на износ: тормозные барабаны, шестерни, поршневые кольца и др.
• • • Механические свойства зависят от величины зерна металла, от размеров и характера распределения включений графита. В обычном сером чугуне графит кристаллизуется в виде пластинок, которые расчленяют основную металлическую массу и действуют как внутренние трещины. По этой причине серый чугун с пластинчатым графитом обладает низкой прочностью и малой пластичностью (до 0, 3 %). Серый чугун обладает способностью рассеивать вибрационные колебания при переменных нагрузках. Это свойство называют циклической вязкостью. Серый чугун имеет хорошие литейные свойства, а отдельные марки обладают достаточно высокой прочностью и износостойкостью.
• Серые чугуны, применяемые в промышленности в качестве конструкционного материала для литых деталей, по физико-механическим характеристикам можно условно разделить на 4 группы: малой прочности, повышенной прочности, высокой прочности и со специальными свойствами. • Детали, получаемые из серого чугуна, со структурой феррита имеют невысокую прочность, прочные – с феррито-перлитной структурой и наиболее прочные – с перлитной структурой. • Из серого чугуна отливают колонны, котлы, радиаторы, ванны, трубы, а также самые разнообразные конструкционные детали для машиностроения.
Ковкий чугун (ГОСТ 1215 -79) • Содержит 2, 2 – 3, 0%С в виде хлопьевидного графита; 0, 7 – 1, 5%Si; 0, 3 – 1, 0%Mn; ≤ 0, 12%S; ≤ 0, 18%P. • Получают длительным отжигом (до 100 часов) белого чугуна. Маркируется буквами КЧ и двумя числами, первое из которых означает предел прочности при растяжении в МПа 10 -1, а второе – относительное удлинение в %, например, КЧ 35 -10; КЧ 45 -6; КЧ 50 -4; КЧ 65 -3. Применяются для изготовления деталей, эксплуатирующихся при высоких динамических и статических нагрузках (задние мосты, крюки, скобы).
• Название «ковкий чугун» условно и указывает лишь на то, что этот материал по сравнению с серым чугуном является пластичным. В действительности же ковкий чугун никогда ковке не подвергают, из него, так же как из серого чугуна, изготовляют лишь фасонные отливки для машиностроения. • Ковкий чугун по механическим свойствам занимает промежуточное положение между серым чугуном и сталью. Детали, изготовленные из такого чугуна, хорошо работают в среде влажного воздуха, поточных газов и воды. В зависимости от способа производства ковкого чугуна его подразделяют на группы: ферритный и перлитный.
• Ферритный ковкий чугун получают при отжиге отливок из белого чугуна в нейтральной среде. Такой чугун имеет бархатный черный излом и состоит из феррита и графита Fe 3 C→ 3 Fe+C • Из ферритного ковкого чугуна с повышенной пластичностью изготовляют ответственные детали для автомобилей и сельскохозяйственных машин, для этих целей используют марки КЧ 37 -12; КЧ 35 -10. Для малоответственных деталей (гайки, фланцы и др. ) применяют КЧ 30 -6; КЧ 33 -8. • Перлитный ковкий чугун получают после отжига белого чугуна в окислительной атмосфере. Вследствие обезуглероживания в процессе отжига отливок получают чугун с меньшей вязкостью. • Этот чугун находит ограниченное применение в машиностроении. Из перлитного ковкого чугуна изготовляют карданные валы, звенья цепей конвейера, муфты и др.
Высокопрочный чугун (ГОСТ 7293 -85) • • Содержит 2, 7 – 3, 7%С в виде шаровидного графита; 1, 6 – 2, 7%Si; 0, 5 – 0, 6%Mn; ≤ 0, 10%S; ≤ 0, 10%P. Получают добавлением в жидкий чугун магния в количестве 0, 03 – 0, 07%. Под действием магния графит принимает шаровидную форму и значительно меньше ослабляет металлическую основу чугуна. Такой чугун по механическим свойствам не уступает литой углеродистой стали, сохраняя хорошие литейные свойства и обрабатываемость резанием. Маркируется буквами ВЧ и числом, означающим предел прочности при растяжении в МПа 10 -1, например, ВЧ 50, ВЧ 60, ВЧ 70, ВЧ 80, ВЧ 100. Изготавливают изделия, требующие повышенной прочности.
Специальные чугуны • а) Антифрикционный чугун (ГОСТ 1585 -85) маркируется АЧС-1, АЧС -3, АЧК-2, применяется в узлах трения. Маркируют антифрикционные чугуны на перлитовой основе АЧС-1 и АЧС-2, а на феррито-перлитовый - АЧС-3, АЧС-4, АЧС-5, АЧС-6, (Аантифрикционный, Ч-чугун, С-серый, цифра указывает на различный химический состав). • б) Легированный чугун (ГОСТ 7769 -82), обладающий жаростойкостью, коррозионной стойкостью. Различают: хромистые (ЧХ 22, ЧХ 9 Н 5, ЧХ 32); кремнистые (ЧС 15, ЧС 15 М 4); алюминиевые (ЧЮ 6 С 5, ЧЮ 22); марганцевые (ЧГ 7 Х 4, ЧГ 8 Д 3); никелевые (ЧН 2 Х, ЧН 15 Д 7).
Литейный чугун • Литейный чугун получил свое название благодаря своей легкоплавкости (даже при достаточно низких температурах этот материал максимально плотно заполняет форму), а также благодаря возможности производить плотные и беспузыристые отливки. Кроме того, качественный литейный чугун практически не изменяет своего объема при переходе из жидкого в твердое состояние. • Для того, чтобы добиться подобных эффектов, в обычный нековкий железный сплав, из которого получают большинство разновидностей чугуна, добавляют марганец, фосфор, кремний и/или серу. В зависимости от пропорций этих элементов и получаются различные марки литейного чугуна: • - Л 1 (с повышенным содержанием кремния (до 3, 5%)); • - Л 2 (кремний от 2, 8 до 3, 2%); • - Л 3 (кремний от 2, 4 до 2, 8%) и т. д.
Применение литейного чугуна в строительстве • Литейный чугун в расплавленном виде легко заполняет формы, что нашло свое самое активное применение в строительстве. • Из этого материала изготавливаются различные фигурные детали, которые в дальнейшем, чаще всего, скрепляются болтами (в отличие от сварочного железа, которые чаще заклепывают или привают друг к другу). • Помимо непосредственно возведения конструкций, литейный чугун применяется также и в архитектуре. Немалое количество украшений мостов или фасадов зданий сделаны из чугуна.
Производство чугуна • Чугун получают в ходе доменного процесса, основанного на восстановлении железа из его природных оксидов коксом при высокой температуре. • Процесс восстановления железа оксидом углерода в верхней части доменной печи можно представить по обобщенной схеме: • Fe 2 O 3 → Fe 3 O 4 →Fe. O → Fe. • Опускаясь в нижнюю часть печи, расплавленное железо соприкасается с коксом и превращается в чугун. Схема доменной печи: 1 – загрузочная воронка; 2 – загрузочный конвейер; 3 – шахта; 4 – шлаковая лётка; 5 – фурма; 6 – шлаковоз; 7 – чугунная лётка; 8 – чугуновоз; 9 – отходящий газ; 10 – газоочистка; 11 – воздухонагреватели
Схема производства чугуна и стали
• • В процессе доменной плавки осуществляется встречное движение нисходящего потока сырых материалов (шихты) - железной руды, агломерата или окатышей, флюсов и топлива (кокса), загружаемых в доменную печь сверху, и восходящего потока газов, образующихся при сжигании топлива в горне печи. В результате взаимодействия этих потоков содержащиеся в руде оксиды железа восстанавливаются при помощи углерода кокса и оксида углерода, образующегося при горении кокса. Полученное железо, взаимодействуя с коксом, науглероживается превращаясь в чугун. В небольших количествах в металл переходят также восстановленные из шихты кремний, марганец, фосфор и сера. Жидкий чугун стекает в горн печи. Расплавленная пустая порода руды, зола кокса и флюсы образуют шлак, всплывающий над слоем чугуна вследствие разницы их плотностей. Чугун и шлак из доменной печи выпускают раздельно через соответствующие отверстия (лётки).
Производство стали • В стали по сравнению с чугуном содержится меньше углерода, кремния, серы и фосфора. Для получения стали из чугуна необходимо снизить концентрацию веществ путем окислительной плавки. • В современной металлургической промышленности сталь выплавляют в основном в трех агрегатах: конвекторах, мартеновских и электрических печах.
Схемы производства стали Выплавка стали сложный процесс в результате которого из-за происходящих химических реакций осуществляется избирательное окисление примесей чугуна и перевод их в процессе плавки в шлак и газы. В результате получают сталь заданного химического состава.
Продукция черной металлургии • • Основной продукцией черной металлургии являются передельный чугун, литейный чугун, доменные ферросплавы, стальные слитки и прокат. Передельный чугун, используемый для передела на сталь, содержит 4, 0 -4, 4% С; до 0, 6 -0, 8%. Si; до 0, 25 -1, 0% Мn; 0, 15 -0, 3% Р и 0, 03 -0, 07% S. Некоторые марки чугуна, предназначенные для передела в сталь в конвертерах, имеют пониженное до 0, 07% содержание фосфора. До 90% всего выплавляемого чугуна приходится на чугун передельный. Литейный чугун предназначен для производства фасонных отливок способами литья на машиностроительных заводах, имеет повышенное содержание кремния (до 2, 75 -3, 25%). Ферросплавы - сплавы железа с повышенным содержанием марганца, кремния, ванадия, титана и других металлов. Их применяют для раскисления и производства легированных сталей. К ферросплавам, относят доменный ферросилиций, содержащий 9 -13% Si и до 3% Мn; доменный ферромарганец, содержащий 70 -75% Мn и до 2% Si; зеркальный чугун с 10 -25% Мn и до 2% Si. Стальные слитки получают в изложницах или кристаллизаторах, подвергают обработке давлением (прокатке, ковке). Прокат используют непосредственно в конструкциях (мостах, зданиях, железобетонных конструкциях, железнодорожных путях, станинах машин и т. д. ), в качестве заготовок для изготовления деталей резанием и заготовок для последующей ковки и штамповки.
• • • Форму поперечного сечения прокатанного металла называют профилем. Совокупность различных профилей разных размеров называют сортаментом. Сортамент прокатываемых профилей разделяют на следующие группы: заготовки, сортовой прокат, листовой прокат, трубы и специальные виды проката. Заготовки прокатывают в горячем состоянии непосредственно из слитков. Заготовки квадратного сечения с размерами от 150 х150 до 450 х450 мм называют блюмами. Они предназначены для последующей прокатки на сортовых станах и в качестве заготовок для изготовления поковок ковкой. Заготовки прямоугольного сечения толщиной 65 -300 мм и шириной 600 -1600 мм называют слябами. Их используют для прокатки толстых листов. Сортовой прокат по профилю подразделяют на две группы: простой геометрической формы (квадрат, круг, шестигранник, прямоугольник) и сложной - фасонной формы (швеллеры, двутавровые балки, рельсы, уголки и т. д. ). Листовой прокат подразделяют по назначению (судостроительный, электротехнический, автолист и т. д. ) и по толщине. Листовую сталь с толщиной 4 -160 мм называют толстолистовой, а с толщиной 0, 2 -4 мм - тонколистовой. Листы с толщиной менее 0, 2 мм называют фольгой.
• Трубы также подразделяют по назначению и способу изготовления. • Они бывают бесшовные и сварные (с прямым и спиральными швами). Специальные виды проката – колеса и оси железнодорожных вагонов, кольца, зубчатые колеса, периодические профили и т. п. Периодическим профилем называют прокатанную заготовку, форма и площадь сечения которой периодически изменяются вдоль оси.
Скачать презентацию Чугуны Согласно диаграмме состояния сплавов Fe С область
Металлы - тема 3.ppt