Віды чыгуну, класіфікацыя, склад, ўласцівасці, маркіроўка і прымяненне

Сёння амаль няма ніводнай сферы жыцця чалавека, дзе б не прымяняўся чыгун. Гэты матэрыял вядомы чалавецтву ўжо досыць даўно і цудоўна зарэкамендаваў сябе з практычнай пункту гледжання. Чыгуннае ліццё - аснова вялікага мноства дэталяў, вузлоў і механізмаў, а ў некаторых выпадках нават самадастатковая выраб, здольнае выконваць ускладзеныя на яго функцыі. Таму ў дадзеным артыкуле мы нададзім самую пільную ўвагу гэтаму железосодержащему злучэнню. Таксама высвятлім, якія бываюць віды чыгуну, іх фізічныя і хімічныя асаблівасці.

вызначэнне

Чыгун - гэта сапраўды унікальны сплаў жалеза і вугляроду, у якім Fe больш за 90%, а C - не больш за 6,67%, але і не менш 2,14%. Таксама вуглярод можа знаходзіцца ў чыгуне ў выглядзе цементита ці ж графіту.

Вуглярод дае сплаву досыць высокую цвёрдасць, аднак, разам з тым, паніжае ковкость і пластычнасць. У сувязі з гэтым чыгун з'яўляецца далікатным матэрыялам. Таксама ў пэўныя маркі чыгуну дадаюць адмысловыя прысадкі, якія здольныя надаць злучэнню пэўныя ўласцівасці. У ролі легіруючых элементаў могуць выступаць: нікель, хром, ванадый, алюміній. Паказчык шчыльнасці чыгуну роўны 7200 кілаграм на метр кубічны. З чаго можна зрабіць выснову, што вага чыгуну - паказчык, які ніяк нельга назваць маленькім.

Гістарычная даведка

Выплаўленьне чыгуну ўжо досыць даўно вядомая чалавеку. Першыя згадкі пра сплаве датуюцца шостым стагоддзем да нашай эры.

У Кітаі ў старажытныя часы атрымлівалі чыгун з даволі нізкай тэмпературай плаўлення. У Еўропе чыгун сталі атрымліваць прыкладна ў 14 стагоддзі, калі ўпершыню пачалі выкарыстоўваць даменныя печы. На той момант такое чыгуннае ліццё ішло на вытворчасць зброі, снарадаў, дэталяў для будаўніцтва.

На тэрыторыі Расіі вытворчасць чыгуну актыўна пачалося ў 16 стагоддзі і далей хутка пашыралася. У часы Пятра I Расійская імперыя па аб'ёме вытворчасці чыгуну змагла абыйсці ўсе дзяржавы свету, аднак ужо праз сто гадоў пачатку зноў здаваць свае пазіцыі на рынку чорнай металургіі.

Чыгуннае ліццё выкарыстоўвалася для стварэння разнастайных мастацкіх твораў яшчэ ў эпоху Сярэднявечча. У прыватнасці, у 10 стагоддзі кітайскія майстры надлілі сапраўды унікальную постаць льва, вага якога перавысіў 100 тон. Пачынаючы з 15 стагоддзя на тэрыторыі Германіі, а пасля і ў іншых краінах ліццё з чыгуну атрымала вельмі шырокае распаўсюджванне. З яго рабілі загарадкі, рашоткі, паркавыя скульптуры, садовую мэблю, надмагіллі.

У апошнія гады 18 стагоддзя чыгуннае ліццё максімальна задзейнічана ў архітэктуры Расіі. А 19 стагоддзе так і наогул празвалі «чыгунным стагоддзем», так як сплаў вельмі актыўна выкарыстоўваўся ў дойлідстве.

асаблівасці

Існуюць розныя віды чыгуну, аднак сярэдняя тэмпература плаўлення гэтага металічнага злучэння складае парадку 1200 градусаў Цэльсія. Гэты паказчык на 250-300 градусаў менш, чым патрабуецца для выплаўлення сталі. Такая розніца звязаная з досыць высокім утрыманнем вугляроду, што прыводзіць да яго меней цесных сувязяў з атамамі жалеза на малекулярным узроўні.

У момант выплаўлення і наступнай крышталізацыі вуглярод, які змяшчаецца ў чыгуне, не паспявае цалкам пранікнуць у малекулярную краты жалеза, і таму чыгун у выніку атрымліваецца даволі далікатным. У сувязі з гэтым ён не ўжываецца там, дзе маюць месца пастаянныя дынамічныя нагрузкі. Але пры гэтым ён выдатна падыходзіць для тых дэталяў, якія маюць павышаныя патрабаванні да трываласці.

тэхналогія вытворчасці

Абсалютна ўсе віды чыгуну вырабляюцца ў даменнай печы. Уласна, сам працэс плаўкі - даволі працаёмкая дзейнасць, якая патрабуе сур'ёзных матэрыяльных укладанняў. Адна тона чыгуну патрабуе прыкладна 550 кілаграм коксу і амаль тону вады. Аб'ём загружанай ў печ руды будзе залежаць ад утрымання жалеза. Часцей за ўсё ўжываюць руду, у якой жалеза не менш за 70%. Меншая канцэнтрацыя элемента непажаданая, паколькі яе будзе нявыгадна эканамічна выкарыстаць.

Першы этап вытворчасці

Выплаўленьне чыгуну адбываецца наступным чынам. У першую чаргу ў печ засынаюць руду, а таксама Кокс маркі вугалю, якія служаць для нагнятання і падтрымання патрабаванай тэмпературы ўнутры шахты печы. Акрамя гэтага, гэтыя прадукты ў працэсе гарэння актыўна прымаюць удзел у якія праходзяць хімічных рэакцыях у ролі аднаўляльнікаў жалеза.

Паралельна ў печ адгружаецца флюс, служачы ў якасці каталізатара. Ён дапамагае пародам хутчэй растопліваецца, што садзейнічае хутчэйшаму вызваленню жалеза.

Важна заўважыць, што руда перад загрузкай ў печ падвяргаецца спецыяльнай папярэдняй апрацоўцы. Яе здрабняюць на драбільнай ўсталёўцы (дробныя часціцы хутчэй плавяцца). Пасля яна промывается з мэтай выдалення часціц, якія не ўтрымліваюць метал. Пасля чаго сыравіну абпальваюць, за кошт гэтага з яго выдаляецца сера і іншыя чужародныя элементы.

Другі этап вытворчасці

У загружаную і гатовую да эксплуатацыі печ падаюць прыродны газ праз адмысловыя гарэлкі. Кокс разагравае сыравіну. Пры гэтым вылучаецца вуглярод, які злучаецца з кіслародам і ўтварае аксід. Гэты аксід пасля прымае ўдзел у аднаўленні жалеза з руды. Адзначым, што з павелічэннем колькасці газу ў печы хуткасць праходжання хімічнай рэакцыі зніжаецца, а пры дасягненні пэўнага суадносін і зусім спыняецца.

Лішак вугляроду пранікае ў расплаў і ўваходзіць у злучэнне з жалезам, фарміруючы ў канчатковым рахунку чыгун. Усе тыя элементы, якія ня расплавіліся, аказваюцца на паверхні і ў выніку выдаляюцца. Гэтыя адходы называюць дзындрай. Яго таксама можна выкарыстоўваць для вытворчасці іншых матэрыялаў. Віды чыгуну, якія атрымлівае такім чынам, называюцца ліцейным і пераробны.

дыферэнцыяцыя

Сучасная класіфікацыя чыгуну прадугледжвае падзел дадзеных сплаваў на наступныя тыпы:

• Белыя.
• Палавіністыя.
• Шэрыя з пласціністым графітам.
• Высокатрывалыя з шаровідные графітам.
• Кавання.

Давайце разгледзім кожны выгляд паасобку.

белы чыгун

Такім чыгуном называецца той, у якога практычна ўвесь вуглярод хімічна звязаны. У машынабудаванні гэты сплаў прымяняецца не вельмі часта, таму што ён цвёрды, але вельмі далікатны. Таксама ён не паддаецца механічнай апрацоўцы рознымі рэжучымі прыладамі, а таму выкарыстоўваецца для отливания дэталяў, якія не патрабуюць якой-небудзь апрацоўкі. Хоць гэты від чыгуну дапускае шліфаванне абразіўнымі кругамі. Белы чыгун можа быць як звычайным, так і легіраваных. Пры гэтым зварка яго выклікае цяжкасці, паколькі суправаджаецца адукацыяй розных расколін падчас астуджэння або нагрэву, а таксама па прычыне неаднастайнасці структуры, якая фармуецца ў кропцы зваркі.

Белыя зносастойкіх чыгуны атрымліваюць за кошт першаснай крышталізацыі вадкага сплаву пры хуткаплынным астуджэнні. Часцей за ўсё яны выкарыстоўваюцца для працы ва ўмовах сухога трэння (напрыклад, тармазныя калодкі) або для вытворчасці дэталяў, якія валодаюць падвышанай зносаўстойлівасцю і цеплатрывалых (валкі пракатных постацяў).

Дарэчы, белы чыгун атрымаў сваю назву дзякуючы таму, што знешні выгляд яго залому - светла-крышталічная, прамяністая паверхню. Структура гэтага чыгуну ўяўляе сабой сукупнасць ледебурита, перліту і другаснага цементита. Калі ж дадзены чыгун падвяргаюць легіравання, то перліт трансфармуецца ў троостит, аустенит або Мартэнс.

палавіністы чыгун

Класіфікацыя чыгуну будзе няпоўнай, калі не згадаць аб гэтай разнавіднасці металічнага сплаву.

Для названага чыгуну характэрна спалучэнне карбідных эвтектики і графіту ў яго структуры. У цэлым жа, паўнавартасная структура мае наступны выгляд: графіт, перліт, ледебурит. Калі ж чыгун падвергнуць тэрмічнай апрацоўцы або легіравання, то гэта прывядзе да адукацыі аустенита, мартенсита або ігольчастага троостита.

Гэты выгляд чыгуну досыць далікатны, таму яго прымяненне вельмі абмежавана. Само ж назву сплаў атрымаў таму, што яго залом - спалучэнне цёмных і светлых участкаў крышталічнага будынка.

Самы распаўсюджаны машынабудаўнічы матэрыял

Шэры чыгун ДАСТ 1412-85 утрымлівае ў сваім складзе каля 3,5% вугляроду, ад 1,9 да 2,5% крэмнія, да 0,8% марганца, да 0,3% фосфару і менш 0,12% серы.

Графіт ў такім чыгуне мае пласціністы форму. Пры гэтым не патрабуецца спецыяльнага мадыфікавання.

Пласцінкі графіту маюць моцна паслабляльнае дзеянне і таму шэраму чыгуну характэрныя вельмі нізкая ўдарная глейкасць і практычна поўная адсутнасць адноснага падаўжэння (паказчык складае мене 0,5%).

Шэры чыгун добра падвяргаецца апрацоўцы. Структура сплаву можа быць наступнай:

• Ферыты-графітавай.
• Ферыты-перліта-графітавай.
• Перліта-графітавай.

На сціск шэры чыгун працуе значна лепш, чым на расцяжэнне. Таксама ён даволі добра зварваецца, але для гэтага патрабуецца папярэдні падагрэў, а ў якасці присадочного матэрыялу варта выкарыстоўваць спецыяльныя чыгунныя стрыжні з высокім утрыманнем крэмнія і вугляроду. Без папярэдняга разагрэву зварка будзе абцяжараная, паколькі будзе адбывацца адбельванне чыгуну ў зоне шва.

З шэрага чыгуну вырабляюць дэталі, якія працуюць пры адсутнасці ударнай нагрузкі (шківы, вечка, станіны).

Абазначэнне дадзенага чыгуну адбываецца па такім прынцыпе: СЧ 25-52. Дзве літары сігналізуюць аб тым, што гэта менавіта шэры чыгун, лік 25 - паказчык мяжы трываласці пры расцяжэнні (у Мпа або кгс / мм ^2), лік 52 - мяжа трываласці ў момант выгібу.

высокатрывалы чыгун

Чыгун з шаровідные графітам прынцыпова адрозніваецца ад іншых сваіх «братоў» тым, што ў ім утрымліваецца графіт шаровідной формы. Яна атрымліваецца за кошт увядзення ў вадкі сплаў спецыяльных мадыфікатараў (Mg, Се). Колькасць графітнай уключэнняў і іх лінейныя памеры могуць быць рознымі.

Чым добры шарападобных графіт? Тым, што такая форма мінімальна аслабляе металічную аснову, якая, у сваю чаргу, можа быць перлитной, ферритной або перлитно-ферритной.

Дзякуючы прымяненню тэрмічнай апрацоўкі або легіравання аснова чыгуну можа быць ігольчастай-трооститной, мартенситной, аустенитной.

Маркі высокатрывалага чыгуну бываюць розныя, але ў агульным выглядзе абазначэнне яго такое: ВЧ 40-5. Лёгка здагадацца, што ВЧ - гэта высокатрывалы чыгун, лік 40 - паказчык мяжы трываласці пры расцяжэнні (кгс / мм ^2), лік 5 - адносна падаўжэнне, якое выражаецца ў працэнтах.

каванага чыгуну

Структура каванага чыгуну складаецца ў наяўнасці ў ім графіту ў хлопьевидной або шаровідной форме. Пры гэтым хлопьевидный графіт можа мець розную дысперсных і кампактнасць, што, у сваю чаргу, аказвае непасрэдны ўплыў на механічныя ўласцівасці чыгуну.

У прамысловасці каванага чыгуну вырабляецца часцяком з ферритной асновай, якая забяспечвае вялікую пластычнасць.

Знешні выгляд залому ферритного каванага чыгуну мае чорна-аксаміцісты выгляд. Чым вышэй колькасць перліту ў структуры, тым святлей будзе станавіцца залом.

У цэлым жа, каванага чыгуну атрымліваецца з адлівак белага чыгуну дзякуючы доўгаму знямозе ў печах, нагрэтых да тэмпературы 800-950 градусаў Цэльсія.

На сённяшні дзень ёсць два спосабу вырабу каванага чыгуну: еўрапейскі і амерыканскі.

Амерыканскі метад заключаецца ў пагоня сплаву ў пяску пры тэмпературы 800-850 градусаў. У гэтым працэсе графіт размяшчаецца паміж зернямі найчыстага жалеза. У выніку чыгун набывае глейкасць.

У еўрапейскім метадзе адліўкі пакутуюць ў жалезнай рудзе. Тэмпература пры гэтым складае каля 850-950 градусаў Цэльсія. Вуглярод пераходзіць у жалезную руду, за кошт чаго павярхоўны пласт адлівак обезуглероживается і становіцца мяккім. Чыгун становіцца кавання, а асяродак захоўвае далікатнасць.

Маркіроўка каванага чыгуну: КЧ 40-6, дзе КЧ - гэта, зразумела каванага чыгуну; 40 - паказчык трываласці пры расцяжэнні; 6 - адноснае падаўжэнне,%.

іншыя паказчыкі

Што тычыцца падзелу чыгуну па трываласці, то тут ужываецца наступная класіфікацыя:

• Звычайная трываласць: σв да 20 кг / мм ^2.
• Падвышаная трываласць: σв = 20 - 38 кг / мм ^2.
• Высокая трываласць: σв = 40 кг / мм ² і вышэй.

Па пластычнасці чыгуны падзяляюцца на:

• Непластичные - адноснае падаўжэнне менш за 1%.
• Малопластичные - ад 1% да 5%.
• Пластычныя - ад 5% да 10%.
• Падвышанай пластычнасці - больш за 10%.

У заключэнне таксама хацелася б абавязкова адзначыць, што на ўласцівасці любога чыгуну даволі істотны ўплыў аказвае нават форма і характар залівання.