Чугун применение в машиностроении

Многим будет любопытно узнать, что же такое чугун, что он из себя представляет. Что это за сплав, можно узнать из ГОСТа. В этой статье мы узнаем о видах, нюансах в производстве и где применяется.

Что это такое чугун

Как и сталь, чугун состоит из железа, смешанного с некоторым количеством углерода, но разницей в концентрации карбонового компонента дело не ограничивается. Сама эта доля составляет минимум 2,14%, чаще — несколько большую величину.

 При этом само определение предусматривает вхождение в состав сплава еще и ряда других металлов, перечень и количество которых определяется индивидуально.

Окончательное решение принимают технологи, отталкиваясь от тех свойств, которых требуется достигать.

При затвердении в печи чугун неизменно формирует эвтектику. Его углеродная структура бывает представлена как цементитом, так и графитом.

В зависимости от нее, а также от содержащихся примесей, меняются свойства готового продукта. При производстве чугуна могут добавлять марганец, легирующие компоненты.

А также это может быть и сплав железа с кремнием и углеродом, концентрация которого иногда превышает 6,67%.

Впрочем, в большинстве случаев доля углерода не более 4,5%. Повышенное его содержание характерно для сплавов с особыми свойствами и специальной категорией применения.

При добавлении менее 2,14% углерода вместо чугуна получается сталь. У чугунных сплавов есть как положительные, так и отрицательные свойства.

Сами они делятся на целый ряд более частных категорий в зависимости от параметров и сферы применения.

Особенности производства чугуна

Методика выработки чугуна постоянно улучшается. В большинстве случаев исходными материалами для этого процесса оказываются:

• железная руда различных типов;
• топливо (для проведения реакций и разогрева);
• разного рода флюсы.

В составе руды должно присутствовать железо (в относительно чистом виде или в соединениях). Количество этого компонента и его химическое состояние оценивают, чтобы установить перспективы промышленного получения металла.

Пропорции между основными расплавляемыми элементами подбирают весьма строго, учитывая нюансы технологического процесса и специфику исходного сырья. Основную роль в чугунолитейной практике получили окислы и сульфиды железа, а также шпаты.

Именно эти 3 категории соединений наиболее часто встречаются во всех основных железорудных районах.

В ряде случаев металлурги используют красные, бурые, шпатовые и магнитные железняки. Сам чугун выплавляют, используя топливо с повышенной теплотворной способностью.

 Это свойство, а также ограничение на концентрацию серы, требования по пористости и прочности делают каменноугольный кокс почти безальтернативным решением. В редких случаях вместо него применяют древесный уголь.

Чтобы улучшить отделение пустой породы и золы, добавляют флюсы.

В зависимости от состава и легкоплавкости шлаков меняется процесс доменной плавки и состав чугуна. Руды готовят к плавке предварительно. Большие фрагменты дробят и измельчают на специализированных машинах. В норме фрагменты должны быть величиной 3-10 см. Слишком мелкие куски отбраковывают в грохотах и отправляют спекаться при 1100-1200 градусах.

Руду нужно будет еще и промыть водой — для первичного удаления пустой породы. Потом сырье обжигают, чтобы подсушить его и убрать скопившуюся углекислоту. Попутно выжигается сера. В некоторых случаях прибегают к магнитному обогащению. Доменный процесс — один из основных способов выработки чугуна на практике.

Внутри домен создается очень высокая температура. Исходные компоненты преобразуются в чугунный сплав. Выделяются, обособляются при этом доменные газы и шлаки. С химической точки зрения правильно будет говорить о «восстановлении» железа углеродной окисью. Процесс идет плавно, без резких скачков.

Некоторые предприятия пользуются восстановлением железа водородом. А также практикуется восстановление твердым углеродом, или прямое восстановление.

Высокопрочный чугун получают во многом благодаря науглероживанию железа. Усиленное насыщение углеродом начинается при 500 градусах.

После расплавления и прогрева до высокой температуры расплав стекает по расплавленному коксу, что повышает эффективность науглероживания.

Завершение процесса происходит ниже шлаковой летки. В этот момент соотношение углерода и железа определяется содержанием иных компонентов.

Эффективность науглероживания повышается за счет примеси марганца. Тот же самый результат оказывает введение хрома, ванадия и титана. При плавлении, однако, восстанавливается не одно железо — в шихту переходят хром, марганец, свинец, цинк и так далее.

Характеристики и свойства чугуна

На передельный чугун распространяется ГОСТ 805 от 1995 года. В нормативе даны рекомендации по содержанию конкретных веществ. Массовая доля меди может составлять не более 0,3%. Доля боя в чушках достигает максимум 2%. Чушки весят от 18 до 55 кг.

Определить тепловую емкость чугунного сплава удается за счет правила смещения. Описывать его подробно, однако, не имеет смысла — технологи и так знают, а для остальных это пустая информация.

Теплопроводность и температуропроводность чугунных образцов в первом приближении совпадают. Плавится чугун обычно при 1200 градусах, тогда как у стали этот показатель примерно 1500 градусов.

Особенностью механических свойств продукта будет увеличенная прочность, но при этом малая стойкость к динамической нагрузке.

В связи с особенностями кристаллической решетки чугун отличается хрупкостью. Его удельный вес определяется объемом связанного углерода и уровнем пористости. Большое влияние оказывает присутствие иных примесей.

 Пределы прочности и пластичность зависят от структуры на уровне кристаллической решетки и распределения молекулярных групп. Упругость предопределяется формой графита.

Твердость зависит от количества и размеров графитовых включений, а также от дисперсности перлита.

То, насколько сильно сплав сопротивляется коррозии, определяется его собственной структурой. Важна также внешняя среда. Сопротивление между графитом и ферритом составляет 0,56 В. Дисперсность и антикоррозионные свойства обратно пропорциональны. Присутствие марганца замедляет графитизацию, сера портит чугун в плане литейных и механических свойств, а фосфор улучшает качество отливок.

Виды чугуна

Белый чугун

Этот вид сплавов занимает в классификации чугунов особое место. В нем присутствует заметное количество цементитов. Название связано с поверхностью специфического белого цвета.

 Если материал получает излом, то появляется хорошо наблюдаемый блеск. Доля графита не превышает 3/10 процента от общей массы образца.

Идентификация такого компонента возможна лишь путем спектрального анализа.

Доэвтектическим считается белый чугун, в котором доля углерода не более 4,3%. Этот элемент представлен перлитом, ледебуритом, вторичным цементитом. Подобная структура достигается после полного остужения материала. Эвтектический сплав имеет ровно 4,3% углерода. При дальнейшем росте карбонизации говорят уже о заэвтектическом продукте.

Серый чугун

Подобное название, как нетрудно догадаться, связано с серой расцветкой излома. Но такой признак не совсем точен. Он может присутствовать и у ковкого металла, о котором еще пойдет речь.

С другой стороны, даже в ГОСТ ошибочно был включен под названием «серый чугун» также литейный сплав с вхождением заметного количества пластинчатого графита.

За границей классификация более точна, но корректировать устоявшуюся терминологию смысла нет — нужно просто помнить этот нюанс.

Серые чугуны бывают:

• перлитного;
• феррито-перлитного;
• ферритного типов.

Литейные свойства такого металла довольно высоки. Из него делаются очень хорошие отливки. При вибрационном воздействии внешние колебания гасятся крайне эффективно. Прочностные характеристики тоже порадуют знатоков. Правда, этот материал из-за особенностей своей структуры очень хрупок.

Ковкий чугун

Вопреки названию, такой сплав находит применение также при отливке. Встречаются варианты с ферритной либо перлитной основой. Отливка, лишенная производственных дефектов, может быть пригодна для работы при давлении до 20 МПа, а иногда и выше. Уровень обрабатываемости примерно тот же, что и у особо прочного сплава. Сам ковкий чугун формируют на основе белого сплава.

Доля углерода варьируется от 2,4 до 2,8%. Графит внутри имеет хлопьевидную структуру. Конкретная структура определяется температурным режимом обработки и добавляемыми легирующими компонентами. Упомянутые хлопья позволяют сочетать прочность и пластичность. Все поперечное сечение имеет идентичные свойства.

Высокопрочный чугун

Повышенные механические свойства такого металла обусловлены вхождением шаровидного графита. Износостойкость и стойкость к коррозионным изменениям могут считаться сильными сторонами материала.

 Часть марок такого продукта имеет отличный уровень теплостойкости и даже жаростойкости, антифрикционные свойства и превосходную обрабатываемость. Чем выше качество конкретной разновидности сплава, тем тяжелее его получить.

Иногда приходится вводить молибден и различные комплексные пластификаторы.

Высокопрочный чугун больше обычного подвержен дефектам при усадке. Зато он стойко противостоит всем температурным колебаниям. Свариваемость лучше, чем у обычных высокоуглеродистых сплавов. Допускается вполне резка автогеном. Иногда для увеличения прочности добавляют магний и церий.

Передельный чугун

Такой чугун используют не сам по себе, а как сырье в дальнейшем выпуске стали. Сам передел проводят в кислородных конвертерах, изредка — в мартеновских печах. Передельный сплав формируют в чушки. У них иногда нет пережимов, но встречаются также экземпляры с 1 или 2 пережимами. Содержание кремния и марганца сильно ограничено.

Высококачественный передельный чугун имеет минимальное количество серы и фосфора. На долю такого металла приходится основная часть чугунолитейного производства. Процент различных примесей утверждается нормативными стандартами.

Передельный чугун может относиться к высокопрочной группе. Такой материал подходит для эксплуатации в агрессивных средах.

Специальные чугун

Подобные сплавы имеют не просто приличные механические и технологические параметры. Они отличаются привлекательным уровнем износостойкости. Иногда отмечается превосходная химическая стойкость и отменные магнитные свойства. Легированные чугуны встречаются в нескольких десятках марок. Теплостойкость таких веществ превышает иногда 1000 градусов.

Однако стандартная рабочая температура все же составляет обычно 500-700 градусов. Отливки из специальных чугунов могут подвергаться специальной термообработке. Жаростойкость часто достигается путем улучшения кремниевыми добавками. Хорошими примерами являются:

• ЧХ3;
• ЧХ16;
• ЧХ22С;
• ЧС5Ш;
• ЧС17.

Применение чугуна

Чугун находит применение в отливках корпусных и иных деталей. Изготовители высоко ценят подобный материал там, где нужна особенная прочность или сопротивляемость износу. Речь может идти про зубчатые колеса и кронштейны.

А также сюда относятся станины различных станков, шабровочные плиты, насосные корпуса и корпуса золотников. Сочетание твердости с хорошими литейными свойствами очень привлекательно в самых разных областях применения сплава.

Так, эти параметры ценны для декоративных решеток, скульптур и так далее. А также стоит упомянуть:

• ванны;
• кастрюли и сковороды;
• цилиндры для ДВС;
• коленвалы;
• домашние печи;
• винтовые лестницы;
• балконные ограждения;
• светильники;
• трубы;
• кухонные мойки;
• железнодорожные вагоны;
• сельхозтехнику.

Нюансы работы с материалом чугун

Термический расплав чугуна вызывает проблемы. Перекалить такой металл электрической дугой бывает нетрудно. Поры могут возникать очень легко. В случае сильного нагрева расплав будет стремительно переходить в жидкую фазу. Сварочные работы стоит производить в режиме TIG либо MIG/MAG.

Изредка применяют ручную сварку в стиле MMA. Проще всего самим сварщикам применять холодный метод, но предварительный разогрев и поддержание температуры повышает качество обработки. Преимущественно применяют электроды, включающие медь, никель и железо. Настоятельно рекомендовано предварительное расширение кромок. Крупные строительные конструкции варят холодным методом.

Сверлить чугун надо типовыми твердосплавными сверлами. Их следует тщательно затачивать. Практика механической обработки подразумевает заточку под углом 116-118 градусов. Крупные отверстия необходимо пробивать сверлами с победитовыми напайками. В условиях промышленной обработки используют станки с подачей эмульсии тонкой струей.

Очень важна равномерность надавливания на сверло. Необходимо исключить перегрев инструмента. Полезно применение эмульсионной смазки. Поверхность следует готовить максимально тщательно. После окончания сверления придется обрабатывать отверстие по краям при помощи герметика либо эпоксидного клея.

Преимущества чугуна и сферы его применения

Чугун используется уже на протяжении веков, и сейчас вряд ли найдешь человека, который ни разу не слышал об этом сплаве. Изделия из него применяются повсеместно, так как они прочные и сравнительно недорогие.

Чугун – представляет собой железный сплав, у которого низкое содержание углерода. За счет добавления специальных присадок удается заметно улучшить качество данного материала.

Преимущества чугуна

Ключевые достоинства чугуна видно сразу, если проанализировать те области, где используется данный сплав и изучить качественные характеристики материала. Среди основных преимуществ можно выделить следующие:

1. Широкий спектр применения.
2. Приемлемая стоимость и относительная простота производственного процесса.
3. Замечательные литьевые характеристики.
4. Высокая прочность.
5. Чугун легко поддается ковке.
6. Отличается длительным сроком службы.

Сферы применения

Чугун всегда был востребован в тяжелой промышленности, металлургических и машиностроительных отраслях, станкостроении. Здесь он используется в больших объемах, из него изготавливаются как совсем небольшие детали, так и крупногабаритные изделия, вес которых составляет сотни тонн.

Из чугуна делают компоненты для станков, валов, двигателей. Большим спросом пользуются изготовленные из этого сплава трубы, так как они отвечают всем необходимым требованиям долговечности и надежности.

Применение чугуна в быту сделало этот сплав металла популярным среди населения. В частности, из него изготавливаются краны, вентили, фитинги, радиаторы отопления, трубы.

Многие сантехнические изделия также делаются либо полностью, либо частично чугунными. Возможно, вы видели когда-нибудь тяжелые, но прочные мойки и ванны, изготовленные еще полвека назад.

Их и сейчас можно смело эксплуатировать, именно чугун обеспечил им долговечность.

Какими еще достоинствами обладает данный сплав металла? Любой кузнец скажет вам, что ковать изделия из чугуна проще простого. Недаром именно из него часто производятся различные ограждения, барельефы, всевозможные красивые элементы декора. А в музеях можно даже увидеть произведения искусства, выкованные из чугуна.

Что же касается литья, то такая технология позволяет создавать много хороших красивых вещей. Чугунные изделия практически не подвержены износу и даже спустя годы будут отлично смотреться. А если они вдруг окажутся ненужными, то их можно утилизировать – сдать металлолом по выгодной цене и неплохо на этом заработать. Как вторсырье, чугун всегда ценится.

Теперь пару слов по поводу недостатков. Чугун имеет свои изъяны, главный из которых – хрупкость. К сожалению, его можно расколоть или деформировать при сильном ударе, впрочем, это свойство материала также во многом зависит от технологии обработки сплава.

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Cтраница 1

Машиностроительные чугуны обладают хорошими литейными свойствами, обрабатываемостью, прочностью, малой чувствительностью Рє концентраторам напряжения.  [1]

Машиностроительными чугунами, идущими на изготовление деталей, являются серый, высокопрочный и ковкий чугуны.

Детали из них изготовляются литьем, так как чугуны имеют очень хорошие литейные свойства.

Благодаря графитным включениям эти чугуны хорошо обрабатываются, имеют высокую износостойкость, гасят колебания Рё вибрации. РќРѕ графитные включения уменьшают прочность.  [2]

Реторты отливаются РёР· обычного машиностроительного чугуна или стали. Несколько более устойчив низколегированный чугун, содержащий 0 3 — 0 6 % С…СЂРѕРјР° Рё 0 2 — 0 4 % никеля.  [4]

Таким образом, структура машиностроительных чугунов состоит из металлической основы и графитных включений.

Характер металлической РѕСЃРЅРѕРІС‹ влияет РЅР° механические свойства чугунов: прочность Рё твердость выше Сѓ перлитных, Р° пластичность — Сѓ ферритных.  [5]

Р’ четвертом томе дана классификация Рё принципы выбора машиностроительного чугуна, приведены физико-механические, технологические Рё РґСЂСѓРіРёРµ свойства серого, РєРѕРІРєРѕРіРѕ, износостойкого, антифрикционного, РєРѕСЂСЂРѕР·РёРѕРЅРЅРѕ-стойкого, жаростойкого чугуна, чугуна СЃ шаровидным графитом, СЂРѕ специальными физическими свойствами.  [6]

РџСЂРё образовании расплава РІ шве РІ момент изотермической выдержки РїСЂРѕРёСЃС…РѕРґРёС‚ полное или частичное превращение перлита, как РѕСЃРЅРѕРІРЅРѕР№ составляющей машиностроительных чугунов, РІ аустенит. Р’ этом случае может происходить науглероживание аустенита.  [8]

Отделом сварки ЦНР�ЙТМАШ разработаны специальные электроды ЦЧ-4, предназначенные для сварки высокопрочных Рё обычных серых чугунов, обеспечивающие твердость наплавленного металла, приближающуюся Рє твердости обычного машиностроительного чугуна. Электроды изготовляются РёР· проволоки РЎРІ-08 или РЎРІ — 08Рђ РїРѕ ГОСТ 2246 — 60 СЃ нанесенным РЅР° РЅРёС… специальным покрытием, содержащим карбидообразующие элементы, обладающие большим сродством Рє углероду, чем железо.  [9]

Отделом сварки ЦНР�Р�РўРњРђРЁ разработаны специальные электроды ЦЧ-4, предназначенные для сварки высокопрочных Рё обычных серых чугунов, обеспечивающие твердость наплавленного металла, приближающуюся Рє твердости обычного машиностроительного чугуна. Электроды изготовляются РёР· проволоки РЎРІ-08 или РЎРІ — 08Рђ РїРѕ ГОСТ 2246 — 60 СЃ нанесенным РЅР° РЅРёС… специальным покрытием, содержащим карбидообразующие элементы, обладающие большим сродством Рє углероду, чем железо.  [10]

РћРґРЅРёРј РёР· путей снижения веса машин является использование РІ конструкциях модифицированных Рё высокопрочных чугунов, имеющих значительно более высокие показатели механических свойств, чем обычные марки машиностроительных чугунов, Р° также применение для изготовления высоконапряженных деталей машин низколегированных сталей.  [11]

Отделом сварки ЦНР�Р�РўРњРђРЁ разработан специальный электрод марки ЦЧ-4, предназначенный для сварки высокопрочных Рё обычных серых чугунов, дающий РІ наплавленном металле легированный сплав РїРѕ твердости, приближающейся Рє твердости обычного машиностроительного чугуна. Электроды изготовляют РёР· проволоки РЎРІ-08 или РЎРІ — 08Рђ ( ГОСТ 2246 — 60) Рё покрывают специальной обмазкой, содержащей нужное количество карбидообразующпх элементов, которые обладают большим сродством Рє углероду, чем железо. Получаемые карбиды РЅРµ растворяются РІ железе Рё имеют малую твердость. Наплавленный металл хорошо обрабатывается нормальным режущим инструментом. Р’ переходных зонах, особенно РїСЂРё сварке массивных деталей, встречаются отдельные твердые включения, которые РјРѕРіСѓС‚ быть обработаны твердосплавным инструментом.  [13]

Наплавленный металл, наиболее близкий по своему-составу к основному металлу, дают чугунные электроды.

Однако обычный машиностроительный чугун РІ условиях охлаждения РїСЂРё сварке отбеливается, Р° наплавленный металл тверд, С…СЂСѓРїРѕРє Рё имеет большое количество РїРѕСЂ Рё мелких трещин.  [14]

Жидкотекучесть чугуна зависит в основном от его химического состава и температуры заливки в формы.

Жидкотекучесть повышается с увеличением содержания углерода, а также кремния и фосфора.

Ограниченное содержание фосфора РІ машиностроительных чугунах ( РґРѕ 0 3 % Р ) объясняется тем, что РѕРЅ увеличивает твердость Рё хрупкость сплава, ухудшает обрабатываемость резанием. Сера ( обычно РґРѕ 0 12 %), находящаяся главным образом РІ РІРёРґРµ сульфида железа FeS, ухудшает жидкотекучесть.  [15]

Страницы:      1    2

Что делают из чугуна

Чугун применяется в изготовлении изделий для коммунального хозяцства (люков, решеток), некоторых видов запчастей, канализационного оборудования и предметов домашнего обихода (ванны, посуда и т.п.).

Передельный чугун предназначен для дальнейшего передела в сталь или переплавки в чугунолитейных цехах при производстве отливок. В зависимости от назначения изготовляется:

• для сталеплавильного производства 
• для литейного производства 

Литейный чугун предназначен для дальнейшего передела в чугунолитейных цехах при производстве отливок.

При использовании для выплавки чугуна железных руд, содержащих Сг, Ni, Ti и др. легирующие элементы, получают природнолегированный чугун.

При производстве отливок в чугунолитейных цехах чугун подразделяют: в зависимости от степени графитизации, обусловливающей вид излома, — на серый, белый и половинчатый (или отбелённый); в зависимости от формы включений графита – на чугун с пластинчатым, шаровидным (высокопрочный чугун), вермикулярным и хлопьевидным (ковкий чугун) графитом; в зависимости от характера металлической основы — на перлитный, ферритный, перлитно-ферритный, аустенитный, бейнитный и мартенситный; в зависимости от назначения — на конструкционный и чугун со специальными свойствами; по химическому составу — на легированные и нелегированные.

Серый чугун — наиболее широко применяемый вид чугуна (машиностроение, сантехника, строительные конструкции) — имеет включения графита пластинчатой формы.

Для деталей из серого чугуна характерны малая чувствительность к влиянию внешних концентраторов напряжений при циклических нагружениях и более высокий коэффициент поглощения колебаний при вибрациях деталей (в 2-4 раза выше, чем у стали).

Важная конструкционная особенность серого чугуна — более высокое, чем у стали, отношение предела текучести к пределу прочности на растяжение. Наличие графита улучшает условия смазки при трении, что повышает антифрикционные свойства чугуна.

Свойства серого чугуна зависят от структуры металлической основы, формы, величины, количества и характера распределения включений графита. Перлитный серый чугун имеет высокие прочностные свойства и применяется для цилиндров, втулок и др. нагруженных деталей двигателей, станин и т.д. Для менее ответственных деталей используют серый чугун с ферритно-перлитной металлической основой.

Белый чугун представляет собой сплав, в котором избыточный углерод, не находящийся в твёрдом растворе железа, присутствует в связанном состоянии в виде карбидов железа Fe3C (цементит) или т. н. специальных карбидов (в легированном чугуне).

Кристаллизация белых чугунов происходит по метастабильной системе с образованием цементита и перлита. Белый чугун вследствие низких механических свойств и хрупкости имеет ограниченное применение для деталей простой конфигурации, работающих в условиях повышенного абразивного износа.

Легирование белого чугуна карбидообразующими элементами (Cr, W, Mo и др.) повышает его износостойкость.

Половинчатый чугун содержит часть углерода в свободном состоянии в виде графита, а часть — в связанном в виде карбидов. Применяется в качестве фрикционного материала, работающего в условиях сухого трения (тормозные колодки), а также для изготовления деталей повышенной износостойкости (прокатные, бумагоделательные, мукомольные валки).

Ковким называется чугун в отливках, изготовленных из белого чугуна и подвергнутых последующему графитизирующему отжигу, в результате чего цементит распадается, а образующийся графит приобретает форму хлопьев.

Ковкий чугун обладает лучшей демпфирующей способностью, чем сталь, и меньшей чувствительностью к надрезам, удовлетворительно работает при низких температурах. Механические свойства ковкого чугуна определяются структурой металлической основы, количеством и степенью компактности включений графита.

Металлическая основа ковкого чугуна в зависимости от типа термообработки может быть ферритной, ферритно-перлитной и перлитной.

Наиболее высокими свойствами обладает ковкий чугун, имеющий матрицу со структурой зернистого перлита; им можно заменять литую или кованую сталь. В тех случаях, когда требуется повышенная пластичность, применяют ферритный ковкий чугун.

Для интенсификации процесса графитизации при термообработке ковкий чугун модифицируют Te, В, Mg и др. элементами. Ковкий чугун используют в основном в автомобиле-, тракторо- и сельхозмашиностроении.

Наблюдается тенденция (особенно в автомобилестроении) к замене ковкого чугуна высокопрочным с шаровидным графитом с целью повышения прочности отливок, уменьшения длительности технологического цикла и упрощения технологии изготовления.

Высокопрочный чугун, характеризующийся шаровидной или близкой к ней формой включений графита, получают модифицированием жидкого чугуна присадками Mg, Ce, Y, Ca и некоторых др. элементов (в чистом виде или в составе сплавов).

Шаровидный графит в наименьшей степени ослабляет металлическую матрицу, что приводит к резкому повышению механических свойств чугуна с чисто перлитной или бейнитной структурой, приближая их свойства к свойствам углеродистых сталей. При чисто ферритной матрице (в литом или термообработанном состоянии) обеспечивается повышенный уровень пластичности.

Высокопрочный чугун обладает хорошими литейными и технологическими свойствами (жидкотекучесть, линейная усадка, обрабатываемость резанием), но по значению сосредоточенной объёмной усадки приближается к стали. Такой чугун применяется для замены стальных литых и кованых деталей (коленчатые валы двигателей, компрессоров и т.д.

), а также деталей из ковкого или обычного серого чугуна. Высокопрочные чугуны, имеющие включения т. н. вермикулярного графита (при рассмотрении в оптическом микроскопе — утолщённые изогнутые пластины со скруглёнными краями), по свойствам занимают промежуточное положение между чугуном с шаровидным и чугуном с пластинчатым графитом.

Этот чугун обладает хорошими технологическими свойствами при небольшой объёмной усадке и высокой теплопроводностью (почти такой же, как у серого чугуна). Чугун с вермикулярным графитом применяется в дизелестроении и других областях машиностроения.

Легированные чугуны. Для улучшения прочностных, эксплуатационных характеристик или придания чугуну особых свойств (износостойкости, жаропрочности, жаростойкости, коррозионностойкости, немагнитности и т.д.) в его состав вводят легирующие элементы (Ni, Cr, Cu, Al, Ti, W, V, Mo и др.).

Легирующими элементами могут служить также Mn при содержании > 2% и Si при содержании > 4%. Легированные чугуны классифицируют в соответствии с содержанием основных легирующих элементов — хромистые, никелевые, алюминиевые и т.д.

По степени легирования различают низколегированные (суммарное количество легирующих элементов < 2,5%), среднелегированные (2,5-10%) и высоколегированные (> 10%).

Низколегированные чугуны имеют перлитную или бейнитную структуру матрицы, среднелегированные — обычно мартенситную, высоколегированные — в большинстве случаев аустенитную или ферритную.

Чугун с 5-7% Si применяется в качестве жаростойкого материала. Чугун с 12-18% Si (ферросилид) обладает высокой коррозионной стойкостью в растворах солей, кислот (кроме соляной) и щелочей. Такой чугун, легированный молибденом (антихлор), характеризуется высокой стойкостью в соляной кислоте.

Чугун с 19-25% Al обладает наибольшей по сравнению с известными чугунами, жаростойкостью в воздушной среде и средах, содержащих серу. В качестве износостойких наибольшее распространение получили чугуны, легированные Cr (до 2,5%) и Ni (до 6%) — нихарды.

Аустенитные никелевые чугуны, легированные Mn, Cu, Cr (нирезисты), применяются как коррозионностойкие и жаропрочные.

Маркировка чугунов. По принятой в СССР маркировке обозначения марок доменных чугунов содержат буквы и цифры. Буквы указывают основное назначение чугуна: П — передельный для кислородно-конверторного и мартеновского производства и Л — литейный для чугунолитейного производства.

Литейный коксовый чугун обозначают ЛК, в отличие от чугуна, выплавленного на древесном угле (ЛД). С увеличением числа в обозначении марки уменьшается содержание кремния (например, в чугуне ЛК5 содержится меньше кремния, чем в чугуне ЛК4). Каждая марка чугуна  в зависимости от содержания Mn, Р, S подразделяется соответственно на группы, классы и категории.

Марки чугуна литейного производства, как правило, обозначаются буквами, показывающими основной характер или назначение чугуна: СЧ — серый Ч., ВЧ — высокопрочный, КЧ — ковкий; для антифрикционного чугуна в начале марки указывается буква А (АСЧ, АВЧ, АКЧ). Цифры в обозначении марок нелегированного чугуна указывают его механические свойства.

Для серых чугунаов приводят регламентированные показатели пределов прочности при растяжении и изгибе (в кгс/мм2), например СЧ21-40. Для высокопрочного и ковкого чугуна  цифры определяют предел прочности при растяжении (в кгс/мм2) и относительное удлинение (в %), например ВЧ60-2.

Обозначение марок легированных чугунов состоит из букв, указывающих, какие легирующие элементы входят в состав чугуна , и стоящих непосредственно за каждой буквой цифр, характеризующих среднее содержание данного легирующего элемента; при содержании легирующего элемента менее 1,0% цифры за соответствующей буквой не ставятся.

Условное обозначение химических элементов такое же, как и при обозначении сталей. Пример обозначения легированных чугунов.: ЧН19ХЗ – чугун, содержащий ~19% Ni и ~3% Cr. Если в легированном чугуне регламентируется шаровидная форма графита, в конце марки добавляется буква Ш (ЧН19ХЗШ).

Тема 6: Область применения материалов

Занятие 16. Применение чугуна, стали, сплавов цветных металлов, неметаллических материалов для изготовления деталей в автомобилестроении.

Все материалы по химической основе делятся на две основные группы — металлические и неметаллические. К металлическим относятся металлы и их сплавы. Металлы составляют более 2/3 всех известных химических элементов.

В свою очередь, металлические материалы делятся на черные и цветные. К черным относятся железо и сплавы на его основе — стали и чугуны. Все остальные металлы относятся к цветным.

Чистые металлы обладают низкими механическими свойствами по сравнению со сплавами, и поэтому их применение ограничивается теми случаями, когда необходимо использовать их специальные свойства (например, магнитные или электрические).

Практическое значение различных металлов не одинаково. Наибольшее применение в технике приобрели черные металлы. На осно­ве железа изготавливают более 90% всей металлопродукции. Однако цветные металлы обладают целым рядом ценных физико-химических свойств, которые делают их незаменимыми. Из цветных метал­лов наибольшее промышленное значение имеют алюминий, медь, магний, титан и др.

Кроме металлических, в промышленности значительное место занимают различные неметаллические материалы — пластмассы, керамика, резина и др.

Их производство и применение развивается в настоящее время опережающими темпами по сравнению с металлическими материалами.

Но использование их в промышленности невелико (до 10%) и предсказание тридцатилетней давности о том, что неметаллические материалы к концу века существенно потеснят металлические, не оправдалось.

Применение чугуна в машиностроенииНа машиностроительных заводах по большей части производится ковкий ферритный чугун, и в незначительных количествах перлитный, несмотря на то, что последний отличается более высокой износоустойчивостью, прочностью, отлично работает при высоких температурах, имеет высокую усталостную прочность, глушит вибрации и т. д. Из ковкого перлитного чугуна изготовляются такие детали, как распределительные и коленчатые валы, поршни дизельных моторов, клапанные коромысла, элементы сцепления и многое другое.

Материал с шаровидным графитом нашел применение в автопромышленности в качестве современного конструкционного чугуна и заменителя углеродистой стали, а также серого и ковкого чугуна.

Области использования такого материала определяются его высокими эксплуатационными, конструкционными и технологическими характеристиками и в большинстве случаев прекрасным сочетанием данных свойств.

Главной отличительной чертой чугуна является его применение в изготовлении как небольших деталей, вес которых составляет несколько сот граммов (к примеру, поршневые кольца), так и довольно крупных деталей, вес которых может достигать до 150 т; как толстостенных (до 10 см), так и тонкостенных (от 3 до 5 мм) деталей.

Детали используются не только в литом состоянии, но и после необходимой термической обработки. Все мы прекрасно помним из повседневного быта чугунные ванны, которые отличаются от прочих прекрасными эксплуатационными характеристиками, при этом их вес очень велик.

В автомобилестроении же, такой вид чугуна применяют для изготовления блока цилиндров мотора.

Ярким примером использования такого вида чугуна, заменившего стальные поковки, считаются коленчатые валы для моторов крупных дизельных тракторов и автомобилей. Такие чугунные детали кроме того что дешевле кованых стальных, еще и превосходят их по качествам эксплуатации.

Применение сталей в машиностроении Для изготовления автомобильных деталей применяют многие мар­ки малоуглеродистых и среднеуглеродистых легированных и низколе­гированных сталей, предусмотренных ГОСТ 4543-71 и ГОСТ 19282-73.

Иногда применяют также стали, не включенные в настоящее время в ГОСТ и производящиеся по ТУ заводов автомобильной промышленно­сти. В табл. 5 приводятся наиболее распространенные группы и марки легированных сталей (ГОСТ 4543-71), примеры их применения при производстве автомобильных деталей и характерные варианты их терми­ческой обработки.

Легированные стали, как правило, под­вергаются термической или химико-термической обработке.

Низколегированные стали (ГОСТ 19282-73) обычно содержат до 0,25 % недефицитных, но достаточно сильно действующих легирующих элементов.

Использование этих сталей вместо углеродистых позволяет уменьшить массу и сечение деталей при обеспечении прежних или более высоких механических качеств.

По сравнению с качественными углеро­дистыми сталями эти стали отличаются повышенной прочностью, износо­стойкостью, коррозионной стойкостью благодаря увеличенному содер­жанию в них марганца, хрома, меди, других присадок.

Вместе с тем они обычно дешевле легированных сталей, поэтому использование их в ав­тостроении с годами увеличивается. Особенно большое применение низколегированные ста­ли получили при изготовлении деталей рам грузовых автомобилей (лон­жеронов и поперечин), дисков и других деталей колес, картеров задних мостов.

Применение цветных металлов и их сплавов в машиностроенииМногие цветные металлы и их сплавы обладают рядом ценных свойств: хорошей пластичностью, вязкостью, высокой электро- и теплопроводностью, коррозионной стойкостью и другими достоинствами. Благодаря этим качествам цветные металлы и их сплавы занимают важное место среди конструкционных материалов.

Из цветных металлов в автомобилестроении в чистом виде и в виде сплавов широко используются алюминии, медь, свинец, олово, магний, цинк, титан.

Дата добавления: 2016-06-05; просмотров: 5191; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ