Легированные чугуны свойства и применение

Что такое легированный чугун — это чугун подвергшийся дополнительному введению одного или нескольких  элементов.

Применение легированного  чугуна для различных литых деталей основано на том, что легирующие элементы улучшают механические, физические, химические и эксплуатационные свойства.

В зависимости от степени  легирования чугун можно разделить на три группы. Низколегированный с содержанием легирующих элементов до 3%,  среднелегированный с содержанием элементов 3-10% и высоколегированный с содержанием элементов выше 10%.

Низколегированный чугун

Низколегированный чугун используют как конструкционный материал. Металлическая основа этого чугуна мало отличается от обычного серого чугуна.

В низколегированном чугуне легирующие элементы способствуют выравниванию структуры по сечению отливки и измельчению кристаллического строения. Это приводит к повышению механических и эксплуатационных свойств чугуна. Кроме того, легированный чугун легче поддается термической обработке.

Среднелегированный чугун

Среднелегированный чугун характеризуется особой мартенситной структурой, которая обеспечивает высокую износостойкость деталей как при нормальной, так и при  повышенной температуре.

Высоколегированный чугун характеризуется ферритной  или аустенитной структурой, которая придает чугуну особые физические или химические свойства, поэтому этот чугун применяют для коррозионностойких, жаростойких, немагнитных отливок.

Влияние легированных элементов на свойства чугунов

В зависимости от содержания преобладающего элемента легированный чугун разделяют на никелевый, хромистый, хромоникелевый, медистый, молибденовый,  марганцевый, алюминиевый и другие.

В настоящее время наибольшее распространение находит чугун, легированный хромом и никелем. Данный чугун преимущественно используют для отечественных машиностроительных деталей, работающих на износ при трении.

В отдельных случаях для придания этому чугуну дополнительных свойств в его состав вводят еще и другие элементы, но называют его тогда уже не хромоникелевым, а по названию введенного элемента, например, молибденовым, ванадиевым и т.д.

Низколегированный чугун

В таблице 1

приведены различные составы низколегированного чугуна  с указанием его назначения. Молибден вводится в чугун в тех случаях, когда требуется повышенная жаропрочность, т.е. сохранение механических свойств при повышенных температурах.

• В качестве антифрикционного материала как заменителя оловянных бронз применяют специальный низколегированный антифрикционный чугун. Табл2
• 
• Структура антифрикционного чугуна должна быть перлитной, с равномерным распределением графита.

Высоколегированный чугун

Высоколегированный чугун применяют для деталей, работающих в особых условиях:агрессивная среда, высокая температура и другое.

Высоколегированный немагнитный чугун имеет аустенитную структуру, хорошо работает на износ, обладает хорошей коррозионной стойкостью.

Немагнитный чугун применяют в электротехнической и машиностроительной промышленности. Химический состав высоколегированного чугуна может быть различным см табл 3

Этот чугун хорошо обрабатывается.

Легированный чугун с жаростойкими свойствами устойчиво работает при высоких температурах-до 1200°С.Во многих случаях такой чугун обладает и высокой коррозионной стойкостью.

1. В таблице приведены типичные составы жаростойкого и коррозионностойкого чугуна.
2. Высокохромистый  жаростойкий чугун, несмотря на высокую твердость (Нв=250 – 400), удовлетворительно обрабатывается режущим инструментом.
3. С увеличением содержания углерода и кремния твердость высокохромистого чугуна понижается. Объемная усадка высокохромистого чугуна см таблицу
4. 

Линейная усадка  этого чугуна колеблется от 1,5 до 2,7%. Большая усадка высокохромистого чугуна требует хорошего питания отливок, что осуществляется установкой прибылей.

• Отделение прибылей производится механическим способом, так как применение для этой цели электродуги приводит  к образованию трещин. В практике широко применяют легкоотделяемые прибыли см рис
• Чугун с высоким содержанием алюминия (20-24%) обладает высокой жаростойкостью до 1200 — 1250°С и химической стойкостью, такой чугун не магнитится, хрупкий и очень чувствителен к изменению температуры.
• Сложный по составу чугун с содержанием меди, никеля, хрома и других элементов обладает повышенной жаростойкостью, химической стойкостью и в отдельных случаях немагнитными свойствами.
• Из этой статьи вы узнали какими свойствами обладают легированные чугуны.

Понятие чугуна, его особенности и нюансы использования

Чугун прочно вошел в нашу жизнь много лет назад. Он относительно легко производится и широко применяется в различных областях. Чтобы иметь четкое представление об этом материале необходимо знать его особенности, минусы, плюсы, химический состав, свойства, структуру чугуна и его сплавов, их производство и область применения.

Итак, давайте узнаем, какие железоуглеродистые сплавы называют чугунами.

Понятие

Чугуном называется железоуглеродистый сплав с содержанием углерода, то есть под ним понимается материал, который состоит из сплава железа и углерода. Процентное содержание углерода в чугуне составляет более 2,14%. Последний элемент может входить в чугун в виде графита или цементита.

• Данное видео рассказывает об особенностях чугуна:
• Различают белый и серый чугун.

• Углерод в белом чугуне представлен в виде карбида железа. Если переломить его, то можно увидеть белый отлив. В чистом виде белый чугун не используют. Его добавляют к процессу производства ковкого чугуна.
• На изломе серый чугун имеет серебристый отлив. У этого вида чугуна большая сфера использования. Он хорошо поддается обработке резцами.

Кроме этого, чугуны бывают высокопрочные, ковкие и со специальными свойствами.

• Высокопрочный чугун используют в целях повышения прочности изделия. Механические свойства такого чугуна позволяют это сделать на отлично. Высокопрочный чугун получают из серого в результате добавление к массе примеси магния.
• Ковкий чугун — это разновидность серого. Название не означает, что этот чугун легко подвергают ковке. Он обладает повышенными свойствами пластичности. Его получают помощью отжига из белого чугуна.
• Различают так же половинчатый чугун. В нем некоторая часть углерода находится виде графита, а оставшиеся часть в форме цементита.

Особенные черты

Особенность чугуна кроется в процессе его производства. Средняя температура плавления разных видов чугуна составляет 1200ºС. Это значение на 300 градусов меньше, чем у стали. Связано это с очень высоким содержанием углерода. Углерод и атомы железа имеют между собой не очень тесную связь.

Когда идет процесс выплавки, углерод не может полностью внедриться в решетку железа. В результате чугун принимает свойство хрупкости. Его нельзя использовать для изготовления деталей, на которых будет постоянно действовать нагрузка.

Чугун относится к материалам черной металлургии. Его характеристики часто сравнивают со сталью. Изделия из стали или чугуна широко используются в нашей жизни. Их применение является оправданным. Проведя сравнение характеристик, можно сказать следующее об этих двух материалах:

• Стоимость чугунных изделий ниже стоимости стальных.
• Материалы отличаются по цвету. Чугун – это темный матовый материал, а сталь – светлый и блестящий.
• Чугун легче, чем сталь поддается литью. Но сталь легче сваривается и куется.
• Чугун менее прочный, чем сталь.
• По весу чугун легче стали.
• В стали содержание углерода, выше чем в стали.

Плюсы и минусы

Чугун, как и любой материал, имеет положительные и отрицательные стороны.

К плюсам чугуна относят:

• Углерод в чугуне может находиться в разном состоянии. Поэтому этот материал может быть двух видов (серый и белый).
• Определенные виды чугуна обладают повышенной прочностью, поэтому чугун иногда ставят на одну линию со сталью.
• Чугун может достаточно долго сохранять температуру. То есть при нагреве тепло равномерно распределяется по материалу и остается в нем длительное время.
• По экологичности чугун является чистым материалом. Поэтому его часто используют для изготовления посуды, в которой впоследствии готовится пища.
• Чугун стоек в кислотно-щелочной среде.
• Чугун обладает хорошей гигиеничностью.
• Материал отличается достаточно долгим сроком службы. Замечено, что чем продолжительнее используется чугун, тем его качество лучше.
• Чугун – долговечный материал.
• Чугун – это безвредный материал. Он не способен нанести организму даже маленького вреда.

К минусам чугуна относят:

• Чугун покроется ржавчиной, если на нем непродолжительное время будет находиться вода.
• Чугун – дорогостоящий материал. Однако этот минус оправдан. Чугун очень качественный, практичный и надежный. Предметы, изготовленные из него, так же получаются качественными и долговечными.
• Для серого чугуна характерна маленькая пластичность.
• Для белого чугуна характерна хрупкость. Он в основном идет на переплавку.

Свойства и характеристики

Чугун обладает следующими свойствами:

1. Физическими. К этим характеристикам относятся: удельный вес, коэффициент линейного расширения, действительная усадка. Удельный вес меняется в зависимости от содержания в материале углерода.
2. Тепловыми. Теплопроводность материала принята рассчитывать по правилу смещения. Для твердого чугуна объемная теплоемкость равна 1 кал/см3*оС. Если чугун жидкий, то она равна примерно 1,5 кал/см3*оС.
3. Механическими. Эти свойства зависят от самой основы, а так же от размеров и формы графита. Самым прочным считается серый чугун с перлитной основой, а самым пластичным — с ферритной основой. Максимальное снижение прочности наблюдается при форме графита «пластинка», а минимальное – при форме «шар».
4. Гидродинамическими. Вязкость в чугуне меняется в зависимости от наличия марганца и серы. Так же она резко возрастает когда температура чугуна переходит точку начала затвердевания.
5. Технологическими. Чугун обладает отличными литейными свойствами, стойкости к износу и вибрации.
6. Химическими. По электродному потенциалу (по мере убывания) структурные составляющие чугуна располагаются в следующем виде: цементит — фосфидная эвтектика — феррит.

Отличия чугуна от стали по химическому составу и свойствам

На свойства чугуна влияют специальные примеси.

• Так добавление серы позволяет существенно уменьшить жидкотекучесть и снизить тугоплавкость.
• Добавление фосфора одновременно дает возможность создать изделие сложной формы, но не дает ему повышенной прочности.
• Примесь в виде кремния делает температуру плавления не такой высокой и значительно улучшает свойства литья. Различное процентное содержания кремния позволяет создать разный чугун: от чисто-белого до ферритного.
• Марганец ухудшает литейные и технологические свойства, но повышает прочность и твердость.

Помимо названных примесей в состав чугуна могут входить и другие компоненты. Тогда такие материалы будут называться легированными. Наиболее часто в чугун примешивают титан, хром, алюминий, никель и медь.

Далее вы узнаете, какие элементы входят в хим.состав чугуна.

О том, как сварить чугун электросваркой, расскажет видеоролик ниже:

Если рассматривать чугун как структурный материал, то он представляет собой металлическую полость с графитными включениями. Структура чугуна это в основном перлит, ледебурит и пластичный графит. При этом у каждого вида чугуна эти элементы преобладают в разных пропорциях или отсутствуют совсем.

По структуре чугуны бывают:

• перлитные,
• ферритные и
• ферритно-перлитный.

Графит присутствует в этом материале в одной из форм:

• Шаровидная. Графит приобретает такую форму при добавлении присадки магния. Шаровидная форма графита характерна для высокопрочных чугунов.
• Пластичная. Графит похож на форму лепестков. В такой виде графит присутствует в обычном чугуне. Этот чугун обладает повышенными свойствами пластичности.
• Хлопьевидный. Графит приобретает такую форму в результате отжига белого чугуна. Графит в хлопьевидном виде находится у ковкого чугуна.
• Вермикулярный. Графит названной форма находится у серого чугуна. Она была разработана специально для улучшения пластичных и прочих свойств.

Производство металла

Чугун производят в специальных доменных печах. Основное сырье для получения чугуна – это железная руда. Технологический процесс заключается в восстановлении оксидов железа руды и получении на выходе другого материала – чугуна. Для изготовления чугуна используются следующее топливо: кокс, природный газ и термоантрацит.

После восстановления руды железо имеет твердую форму. Далее его опускают в специальную часть печи (распар), где происходит растворение в железе углерода. На выходе получается жидкий чугун, который опускается в нижнюю часть печи.

Цена на чугун (за 1 кг) зависит от количества углерода в нем, от наличия дополнительных примесей и легирующих компонентов. Примерно цена тонны чугуна будет составлять 8000 рублей.

Чугун распространен во многих сферах.

• Его используют для производства деталей в машиностроении. В основном из чугуна делают блоки для двигателей и коленчатые валы. Для последних требуется усовершенственный чугун, в который добавляют специальные добавки из графита. Благодаря устойчивости чугуна к трению из него делают тормозные колодки отличного качества.
• Чугун может бесперебойно работать даже при сильно низких температурах. Поэтому его часто используют в производстве деталей машин, которым придется работать в жестких климатических условиях.
• Хорошо зарекомендовал себя чугун в металлургической области. Его ценят за относительно небольшую цену и отличные литейные свойства. Изготовленные из чугуна изделия характеризуются отличной прочностью и износостойкостью.
• Из чугуна делают большое множество сантехнических изделий. К ним можно отнести раковины, батареи, мойки и различные трубы. Особо славятся чугунные ванны и радиаторы отопления. Некоторые из них служат в квартирах по настоящее время, хотя приобретены были много лет назад. Чугунные изделия сохраняют свой первоначальный вид и не нуждаются в реставрации.
• Благодаря хорошим литейным свойствам из чугуна получают настоящие произведения искусства. Его часто применяют в изготовлении художественных изделий. Например, таких как красивые ажурные ворота или памятники архитектуры.

Выбираете ванну? Не знаете, что лучше, чугунная или стальная? Тогда это видео поможет вам:

Легированный чугун — свойства и применение — ЮМЛЗ

Легированный чугун известен многим своими уникальными свойствами – это повышенная износостойкость, жаропрочность, меньшая цена по сравнению со сталью. Именно поэтому данный вид чугуна и пользуется большой популярностью в самых разнообразных сферах.

Основные характеристики и маркировка легированного чугуна

Легированный чугун отличается тем, что в его составе имеются легирующие компоненты – это хром, ванадий, никель, медь и прочие. Именно такие компоненты придают легированному чугуну таких свойств:

• Повышенная износостойкость;
• Жаропрочность;
• Коррозионностойкость;
• Антифрикционные свойства.

Маркируют легированный чугун в зависимости от основных составляющих компонентов. Это может быть хромистый легированный чугун, ванадиевый, никелевый и другие. Первая буква Ч, после которой идет обозначение основного компонента, цифры обозначают долю углерода в составе.

Также среди легированных чугунов различают:

Легированный чугун — использование

Изделия из легированного чугуна чаще всего используют в местах, где есть вероятность большого износа, например, при работе узлов в условиях трения, повышенных температур или агрессивной среде. Важно не забывать о том, что чугун достаточно хрупок и не выдерживает больших ударных нагрузок.

Чаще всего чугун выплавляют в доменных печах, его производят из железорудных материалов, которые в дальнейшем перерабатываются в сталь и имеют название передельный чугун. Для изготовления фасонного литья используется литейный чугун.

В зависимости от того, где будут использоваться отливки, и какие характеристики нужны для эксплуатации, определяют составляющие компоненты. Так, это могут быть отливки с такими свойствами:

• Жаростойкие;
• Хладостойкие;
• Жаропрочные;
• Износостойкие;
• Коррозионностойкие;
• Маломагнитные.

Обработка изделий из легированного чугуна

Отливки из легированного чугуна могут подвергаться различной обработке. Среди самых популярных процессов обработки можно выделить:

• Высокотемпературный отжиг – уменьшает твердость;
• Выдержка с нормализацией – позволяет снизить магнитную проницаемость и в тоже время повышает пластичность и прочность;
• Нормализация – позволяет повысить твердость каждого изделия;
• Отпуск – позволяет снять внутреннее напряжение;
• Отжиг с высоким отпуском – снижает твердость и облегчает обработку таких отливок из легированного чугуна.

Время для обработки и нагрева отливок выбирается для каждой отливки в отдельности в зависимости от ее веса и размеров. Все основные свойства, которыми должна обладать отливка, определяются конечными потребителями в зависимости от будущих условий эксплуатации изделия.

Легированные чугуны

По ГОСТ 7769—82 выпускаются легированные чугуны для отливок со специальными свойствами (жаростойкие, коррозионно-стойкие, износостойкие, жаропрочные, магнитные, немагнитные) следующих групп: хромистые, кремнистые, алюминиевые, марганцовистые, никелевые и др.

Приведем некоторые марки легированных чугунов: ЧХ1, ЧХ2 4X16, 4X28, 4С5, 4С15, 4Ю7С5, 4Ю30, 4Г6СЗШ, 4Н11Г7Ш, 4Н20Д2Ш и др., всего около 40 марок.

В маркировке чугунов приняты следующие обозначения: 4 — чугун; легирующие элементы обозначаются буквами: X — хром, С — кремний, Г — марганец, Н — никель, М — молибден, Д — медь, Т — титан, П — фосфор, Ю — алюминий; буква Ш указывает на то, что структура чугуна имеет шаровидную форму. Цифры, стоящие после букв, обозначают примерное процентное содержание легирующих элементов.

Легированные чугуны обладают высокими механическими свойствами. Твердость отдельных марок достигает 400…500 НВ, предел прочности на растяжение ав = 400…600 МПа. Теплостойкость легированных чугунов достигает 1000 °С.

Легированные чугуны нашли широкое применение в различных отраслях машиностроения, электрических машинах, постоянных магнитах, деталях, работающих при высоких температурах, в среде активных газов, кислотах и щелочах.

Кроме того, специальные легированные чугуны применяются в доменных и термических печах, агломерационных машинах, пресс-формах для стекольных изделий, кокилей, в насосах для перекачки абразивных смесей и активных жидкостей и другого различного оборудования, работающего в газовых средах, при высоких температурах и больших нагрузках.

Рабочая температура, как правило, составляет 500…700 °С, а отдельные марки выдерживают до 900… 1000 °С. Например, легированный чугун марки 4X30 обладает кислотостойкостью, жаростойкостью и жаропрочностью при температуре до 1100 °С.

Кроме того, этот чугун устойчив в сернистых средах против абразивного износа и идет на изготовление деталей печей обжига сернистых руд, сопел песко- и дробеметных установок, деталей алюминиевых электролизеров, химической аппаратуры.

Чугун марки 4X1 обладает повышенной коррозионной стойкостью в газовой, воздушной и щелочной средах в условиях трения и абразивного износа. Из него делают холодильные плиты доменных печей, колошники агломерационных машин, детали газотурбинных двигателей и т.п.

Чугун марки 4ХЗТ имеет повышенную стойкость против абразивного износа в пылепроводах, насосах, идет на изготовление износостойких деталей гидромашин, футеровки пылепрово- дов и т.п.

Чугуны могут быть низколегированными и высоколегированными и имеют широкий диапазон по массовой доле химических элементов. Например, низколегированный чугун марки 4X1 имеет массовую долю углерода 3,8 %, кремния —

• 1.5.. .2.5 %, марганца — 1 %, хрома — 1 %. Высоколегированный чугун марки 4ХН20ДГШ содержит 1,8…2,5 % углерода, 3,5 % кремния, 1,5…2,0 % марганца, 0,5…1,0 % хрома, 19…21 % никеля,
• 1.5.. .2.0 % меди и до 0,3 % алюминия.

Чугун обладает высокими эксплуатационными свойствами: жаропрочностью, коррозионной стойкостью в кислотах, щелочах, морской воде, паре. Применяется для изготовления деталей (коллекторы, клапаны, головки поршней, вентили и др.), в газовых турбинах, в нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей промышленности.

Легированные чугуны имеют высокие литейные свойства (жидкотекучесть, малую усадку и отсутствие ликвации), хорошую обрабатываемость различными способами механической обработки (точением, фрезерованием, сверлением, шлифованием и др.). Кроме того, эти чугуны имеют высокую улучшае- мость и прокаливаемость.

Отливки из легированного чугуна подвергают термической обработке: различным видам отжига, отпуску, закалке и нормализации. Вид термической обработки выбирается в зависимости от требуемых механических и эксплуатационных свойств.

Классификация чугуна — виды

«Железное литьё» известно человечеству с незапамятных времен. В наше время оно широко используется во многих сферах народного хозяйства и носит название – чугун. И если о коленвалах, картерах редукторов, ступицах колес, арматуре обычный человек может и не знать, то о сковородках, чугунках, радиаторах, ваннах, решетках и других чугунных изделиях знают все.

Металлургическая промышленность производит разные простые и специальные виды чугуна, для каждого из которых существует своя сфера применения.

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.

Чугун выступает сырьём для производства стали.

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.

1. У чугуна низкая себестоимость, он дешевле стали.
2. Добавки и примеси
3. 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.

Классификация чугунов

Металлургическая промышленность выпускает разные виды чугуна. Сорт зависит от участвующих в сплаве форм графита или цементита и остальных компонентов.

Серый чугун (СЧ)

Обозначают буквами СЧ. На разрезе – серовато-черный, что обусловлено присутствием графита, этого природного цвета. В составе также присутствуют различные примеси, в том числе и кремний.

Этот вид чугуна, свободно поддающийся резке и часто употребляющийся в машиностроительной отрасли для «неосновных» деталей, при добавлении фосфора становится жидкотекучим.

Применим для всех видов литья, в том числе художественного.

Белый чугун

На разрезе светлый, благодаря присутствию карбида железа. Подвергается дальнейшей переработке на ковкий чугун и сталь. Поэтому сорт называют передельным. Свойства – хрупкость и твердость, слабо обрабатываемый, не годится для самостоятельного использования. Твердый, слабо подвержен обработке, хрупкий – такие свойства делают его непригодным для самостоятельного использования.

Ковкий чугун

Обозначение — КЧ. При длительном отжиге белый чугун преобразуется в ковкий.

Свойства – не поддаётся обработке давлением, но при этом обладает повышенной сопротивляемостью ударам и прочностью при растяжении. Ковкий чугун подходит для изготовления деталей усложненной конфигурации.

Высокопрочный 

Маркируют буквами ВЧ. Получают при введении в серый жидкий чугун спецдобавок, для придания графиту сфероидальной формы. Высокопрочный вид чугуна применяют для изготовления ответственных деталей – шестерён, коленвалов, поршней, которые должны иметь высокую износоустойчивость.

Форма выпуска передельного и литейного видов – специальные формы – чушки. Современные технологии позволяют получить полуфабрикаты, квадратные, листовые, пластинчатые, брусковые заготовки разновидностей чугуна.

В зависимости от назначения и химсостава выделяют следующие разновидности чугуна:

1. ферросплавы 
2. легированные.

Они имеют названия, соответствующие металлам-добавкам:

• циркониевые;
• хромистые;
• ванадиевые; 
• медные;
• титановые.

Легированные виды более всего востребованы в производстве агрегатов, механизмов, узлов и деталей, работающих в особо неблагоприятных средах и условиях.

Чугун, отличающийся увеличенным процентным включением ферромарганца или ферросилиция, относят к специальным – ферросплавам. Добавляются в сталеплавильном производстве для выделения кислорода – раскисления.

К легированным чугунам относят:

1. Антифрикционные;
2. Жаростойкие;
3. Жаропрочные;
4. Коррозионностойкие.

Антифрикционные виды маркируются первыми буквами АЧ. Например, АЧС — это антифрикционный серый чугун. Ещё можно увидеть маркировку АЧВ — антифрикционный высокопрочный чугун и АЧК — антифрикционный ковкий.

Жаростойкий вид маркируют буквами ЖЧ. Далее указывается буква обозначающая легирующий элемент. Например, ЖЧХ-2,5. Это жаростойкий чугун с добавлением хрома 2,5%.

• К жаростойким относят марки: ЧН19ХЗШ.
• К коррозионностойким: маркировка ЧНХТ, ЧН1МХД
• Еще их называют специальными чугунами.

Производство

Технология промышленного извлечения железа из железосодержащего сырья и получение чугуна достаточно трудоёмкая и сложная. Нет смысла описывать все химические и технологические процессы и углубляться в терминологию. Изучить вопрос можно при желании в источниках по металлургии.

Чугун выплавляют из магнитного, красного, бурого железняка, на металлургических комбинатах, в специальных доменных печах. Топливом служит кокс, который частично могут заменять мазутом или газом.

Руда проходит предварительную подготовку, прежде чем попасть в доменную печь. Помимо руды и топлива, для плавки используют флюсы – известняки, необходимые для образования шлака и удаления серы из расплава.

Методы подготовки зависят от качества руды – это дробление, сортировка, окусковывание, обогащение и другие.

Пройдя все сложные процессы, руда превращается в шихту, которая непрерывно загружается в доменную печь.

Через фурмы в нижней части подается раскаленный воздух, обогащенный кислородом и природный газ, который сгорает под воздействием высоких температур, образуя диоксид кислорода. Поднимаясь выше, газ соединяется с кислородом и с еще не сгоревшим углеродом, преобразуясь в угарный газ СО. Он вступает в реакцию с оксидами железа, «отбирая» у них кислород.

В результате образуется почти чистый металл. Расплавленная чугунная масса стекает в горн. Несгораемые остатки также стекают вниз.

Готовый чугун сливают через определенные промежутки времени в специальные ковши.

Пока в печи идет процесс плавки, отверстие, через которое выпускают чугун, забивают специальной пробкой из тугоплавкой массы. Чтобы выпустить металл, в пробке пробивают отверстие. По специальным каналам в полу цеха поток расплавленного металла течет «красным сливом».

Жидкий шлак также выпускают из печи по другому каналу.

С каждой плавки берется проба. Металл заливают в специальную форму и делают анализ. Все процессы автоматизированы. За ними следят операторы.

А простому обывателю домна представляется гигантской пробиркой, в которой происходит «таинство» превращения железной руды в чугун.

Преимущества «железного литья»

Чугуны, как и любые материалы, имеют определенные плюсы и минусы, при эксплуатации различной продукции из них – запчастей к автомобилям, деталей станков, сантехнического оборудования и других изделий.

Преимущества

• экологичность;
• способность сохранять температуру;
• высокая теплоотдача;
• устойчивость к перепадам температур;
• устойчивость к кислотам и щелочам;
• коррозионная устойчивость;
• некоторые виды – повышенной прочности, что позволяет сравнивать со сталью;
• износостойкость;
• долговечность.

Недостатки:

• хрупкость, при сборке следует соблюдать осторожность;
• большой вес изделий;
• ржавеет при длительном контакте с водой.

Основу черной металлургии в нашей стране составляет производство чугуна, стали и проката. Крупнейшим потребителем «железного литья» являются такие стратегически важные отрасли как металлообработка, машиностроение, строительство, транспорт, легкая промышленность, химическая и другие.

Железное литьё не сдает свои позиции и в производстве товаров народного потребления – чугунные котлы, сковородки, утятницы, ограды. Искусные мастера из этого металла создают самые настоящие произведения искусства – каминные решетки, ограды, скамейки, перила, украшая их ажурными чугунными кружевами.

Легированные чугуны

Такие серые чугуны получают все возрастающее применение. Медь повышает литейные свойства чугуна, в частности жидкотекучесть, легирует феррит, снижает склонность к образованию усадочной пористости и трещин.

Чугуны, легированные 0,5 % Си, рекомендуются для производства отливок с толщиной стенок от 10 до 25 мм.

При увеличении толщины стенки отливки до 25…50 мм необходимо увеличить добавку меди и ее комплексов, исходя из получения в отливках компрессоров и двигателей остаточного содержания меди в количестве 0,9… 1,5 % (мас.).

Эффект легирования может быть усилен добавкой в качестве микролегирующих элементов сурьмы, висмута, никеля и молибдена, а также модифицированием чугуна редкоземельными металлами, силикокальцием или ферросилицием. Экономно микролегированными являются чугуны АЧД06Х04Н02; АЧН08Д04Х02.

С повышением углеродного эквивалента чугуна влияние меди на кристаллизацию графита уменьшается.

В отливках гильз цилиндров, головок блоков из чугуна с низким углеродным эквивалентом медь предотвращает отбел в поверхностных слоях и повышает твердость к середине, а в чугунах, близких к эвтектическим, легирование медью повышает и выравнивает твердость по сечению литых изделий, увеличивает их износостойкость.

Для отливок с массивными стенками прибегают к легированию бинарными комплексами, содержащими наряду с медью и карбидообра­зующие элементы (хром, ванадий, ниобий и титан). При одновременном вводе в чугун 1,07 % меди и 0,12…0,2 % ниобия износостойкость чугуна повышается в 1,3… 1,4 раза, временное сопротивление возрастает на 35 % и в отливках с толщиной стенок 35…40 мм достигает 440… 500 МПа.

Добавка меди к чугуну, легированному карбидообразующими элементами (хромом, молибденом, ванадием), понижает его твердость и улучшает обрабатываемость, а также может повышать прочность, снижая охрупчивающее действие карбидов. Вследствие положительного влияния меди на образование тонкопластинчатого перлита повышается коррози­онная стойкость медистого чугуна в воде и газовых средах.

При комплексном легировании доэвтектического чугуна хромом, марганцем, молибденом и ванадием первичные дендритные ячейки имеют постоянную кристаллографическую ориентацию, их размеры не зависят от содержания любого из исследованных легирующих элементов. Вторичные дендритные ветви становятся меньше с увеличением содержания хрома, уменьшающего количество первичного аустенита.

Износостойкость серого чугуна как конструкционного материала определяется его структурой, физико-механическими свойствами и конкретными условиями эксплуатации. Феррит считается наименее износостойкой составляющей чугуна.

Использование ферритной структуры в износостойких отливках допускается при относительно мягких режимах трения, характерных для малых скоростей скольжения и низких удельных давлений, а также при возможных перекосах трущихся пар в процессе приработки.

В таких условиях графит уменьшает износ серого чугуна, но при увеличении скоростей скольжения, загрязнении смазки и повышении удельных давлений наличие значительного количества графита является нежелательным.

Для изготовления износостойких отливок могут быть рекомендованы ферритно-перлитные чугуны, стойкость которых может быть повышена некоторыми легирующими упрочняющими элементами — никелем, медью и хромом.

Легированный феррит способствует повышению износостойкости в условиях загрязнения смазки абразивными частицами. Медь, молибден и хром уменьшают усадочную пористость в отливках и повышают термическую и коррозионную стойкость чугуна.

Систематических данных о влиянии этих элементов на структуру и свойства чугуна в износостойких отливках недостаточно, однако можно утверждать, что они упрочняют и измельчают структуру, повышают твердость и износостойкость толстостенных литых изделий.

Однако существенное измельчение графита наблюдается в тех случаях, когда используется комплексное легирование и в серых чугунах есть примеси (олова, свинца, висмута, и др.), вносимых металлоломом или другими шихтовыми материалами.

Роль легированного феррита в формировании физико-механических и эксплуатационных свойств длительное время недооценивалась. Поэтому в производственных условиях оценку степени легированности ферри­та не производили, ограничиваясь определением формы, распределения и количества графитной фазы.

Вместе с этим общепринято, что преждевременное разрушение серых чугунов при тяжелых режимах работы обусловлено главным образом низкой пластичностью. Поэтому полнота использования эффекта упрочнения или легирования во многом зависит от наличия в чугунах определенного запаса вязкости и пластичности.

Физико-механические свойства легированного феррита, как и любого другого твердого раствора, определяются силами связи между атомами в кристаллических решетках, размерами его зерен и природой легирующих и других примесей.

В общем случае легирование феррита различными элементами сопровождается упрочнением твердого раствора, а также снижением его пластичности.

Комплексно-легированные чугуны

Дня выплавки чугунов, используемых для изготовления гильз цилиндров, используются индукционные печи и различные ферросплавы.  Заливку расплавов производят в кокиль. Экспериментальное исследование силового воздействия затвердевания отливки в литейной форме приведено в, а некоторые подходы к исследованию теплофизических процессов кристаллизации — в.

Для изготовления гильз цилиндров в облицованный кокиль были использованы антифрикционные никелевые чугуны типа ИЧХН4 (РТМ 28-61), ЧН1ХМД и ЧНМШ, АЧС-2 и АЧС-3 (ГОСТ 1585-85), высокопрочные бейнитные ВЧ100 и ВЧ120 (ГОСТ 7293-85) и перлитные АЧВ-1 и АЧВ-2 (ГОСТ 1585-85), а также комплексно микролегированные чугуны типа АЧСД06Х04Н02 и АЧВН08Д06Т01. Технология плавки и вне печной обработки — в соответствии с РТМ МТ 20-2-76. Заливку расплавов производили в тонкостенные и массивные кокили.

В зависимости от толщины стенок металлического кокиля х3 и отливки х1 кокили делятся на тонкостенные (х3 ~х1) и массивные (х3 ~ х1). Технология литья в тонкостенные кокили, полученные из листового проката, испытана при изготовлении крупных отливок.

Вместе с тем, с учетом незначительной толщины стенки отливки гильз и требований к жесткости кокиля размеры (толщина) последнего, как правило, во много раз превышают x1 т. е. они относятся к классу массивных кокилей.

Наличие нескольких слоев в форме, имеющих различные теплофизические характеристики, затрудняет аналитические расчеты процесса охлаждения.

Для их упрощения, возможности получения удобных для использования формул получены дифференциальные уравнения нестационарной теплопроводности второго порядка более простые и дифференциальные урав­нения теплового баланса первого порядка.

Ферросплавы, используемые при производстве отливок гильз из износостойкого чугуна

Ферросплав	Стандарт	Марка
Ферросилиций	ГОСТ 1415-93	ФС45, ФС75
Ферромарганец	ГОСТ 4750-89	ФМн78
Феррохром	ГОСТ 4757-91	ФХ65
Феррованадий	ТУ 14-5-98-85	ФВд35А
Ферротитан	ГОСТ 4761-91	ФТиЗОА
Ферробор	ГОСТ 14848-69	ФБ-20
Никель металлический	ГОСТ 849-97	Н2, НЗ
Медь катодная	ГОСТ 646-84	М0К,М1К
Феррофосфор