Чугун — сплав железа с углеродом с содержанием последнего более 2,14%. Углерод в чугуне может содержаться в виде цементита и графита. Чугуны содержат постоянные примеси (Si, Mn, S, P), а в некоторых случаях также легирующие элементы (Cr, Ni, V, Al и др.).
Чугуны дешевле сталей, широко применяются в машиностроении, обладают лучшими по сравнению со сталью литейными свойствами, но худшими механическими, практически не поддаются обработке давлением, но лучше — резанием. Обладают повышенной хрупкостью и твёрдостью.
В зависимости от содержания углерода чугун называется доэвтектическим (С = 2,14-4,3%), эвтектическими (С = 4,3 %) или заэвтектическим (С = 4,3-6,67 %).
Белый чугун
Белый (передельный) чугун — вид чугуна, в котором углерод находится в связанном состоянии в виде цементита, в изломе имеет белый цвет и металлический блеск. В структуре такого чугуна отсутствуют видимые включения графита.
Отливки белого чугуна обладают износостойкостью, жаростойкостью и коррозионной стойкостью. Прочность снижается, а твёрдость возрастает с увеличением содержания углерода и карбидов.
Наивысшую твёрдость имеет белый чугун с мартенситной структурой. Особо высокий твёрдостью НВ 800-850 обладает чугун с содержанием 0,7-1,8% бора.
- Белый чугун является весьма ценным материалом для деталей, работающих в условиях износа при очень высоких удельных давлениях и преимущественно без смазки.
- Характерные особенности легированного белого чугуна определили области его использования в качестве нержавеющего и магнитного чугуна, а также чугуна с высоким электросопротивлением.
- Однако преимущественно белый чугун впоследствии переделывается в сталь (80%) и другие виды чугуна, поэтому носит название передельного.
Серый чугун
Серый (литейный) чугун — сплав железа с графитом, который присутствует в виде пластин или волокон.
Серый чугун характеризуется высокими литейными свойствами (низкая температура кристаллизации, высокая жидкотекучесть, малая усадка) и служит основным материалом для литья. Широко применяется в машиностроении для отливки станин станков и механизмов, поршней, цилиндров.
Кроме углерода, серый чугун содержит в себе другие элементы. Важнейшие из них – кремний и марганец. В большинстве марок серого чугуна содержание углерода лежит в пределах 2,4-3,8%, кремния 1,0-4,0% и марганца до 1,4%.
Ковкий чугун
Ковкий чугун — мягкий и вязкий чугун, получаемый из белого отливкой и дальнейшей термической обработкой. Используется графитизирующий отжиг — длительный отжиг, в результате которого происходит распад цементита с образованием графита.
Ковкий чугун, как и серый, состоит из сталистой основы и содержит углерод в виде графита, однако в форме хлопьев, которые получаются при отжиге (углерод отжига) и изолированы друг от друга, в результате чего металлическая основа менее разобщена и чугун обладает вязкостью и пластичностью.
По составу белый чугун, подвергающийся отжигу на ковкий чугун, является доэвтектическим и имеет структуру ледебурит-цементит (вторичный)-перлит. Для получения структуры феррит-углерод отжига в процессе отжига должен быть разложен цементит ледебурита, вторичный цементит и цементит эвтектоидный, то есть входящий в перлит.
Разложение цементита ледебурита и цементита вторичного (частично) происходит на первой стадии графитизации, которую проводят при температуре выше критической (950-1000 °С); разложение эвтектоидного цементита происходит на второй стадии графитизации, которую проводят путём выдержки при температуре ниже критической (740-720 °С), или при медленном охлаждении в интервале критических температур (760-720 °С).
Высокопрочный чугун
Высокопрочный (модифицированный) чугун — чугун, имеющий графитные включения сфероидальной формы, который имеет меньшее отношение поверхности к объему, что определяет наибольшую сплошность металлической основы и прочность чугуна.
Структура металлической основы чугунов с шаровидным (сфероидальным) графитом такая же, как и в сером чугуне.
В зависимости от химического состава, скорости охлаждения (толщины стенки отливки) могут быть получены ферритный, феррито-перлитный или перлитный высокопрочный чугун.
Высокопрочный чугун наиболее часто применяется для изготовления изделий ответственного назначения в машиностроении, а также для производства высокопрочных труб, которые отличаются высокой прочностью, долговечностью, высокими эксплуатационными свойствами.
Маркировка
В промышленности разновидности чугуна маркируются следующим образом:
- передельный чугун — П1, П2;
- передельный чугун для отливок — ПЛ1, ПЛ2,
- передельный фосфористый чугун — ПФ1, ПФ2, ПФ3,
- передельный высококачественный чугун — ПВК1, ПВК2, ПВК3;
- чугун с пластинчатым графитом (серый чугун — СЧ (цифры после букв «СЧ», обозначают величину временного сопротивления разрыву в кгс/мм2, 1 кгс/мм2 = 10 МПа);
- ковкий чугун — КЧ (цифры после букв «КЧ» обозначают величину временного сопротивления разрыву в кгс/мм2 и относительное удлинение в %);
- чугун с шаровидным графитом для отливок (высокопрочный чугун) — ВЧ (цифры после букв «ВЧ» обозначают величину временного сопротивления разрыву в кгс/мм2 и относительное удлинение в %);
- антифрикционный чугун (серый — АЧС, высокопрочный — АЧВ, ковкий — АЧК);
- чугун легированный со специальными свойствами — Ч (буквы после буквы «Ч» обозначают легирующие элементы: Х — хром, С — кремний, Г — марганец, Н — никель, Д — медь, М — молибден, Т — титан, П — фосфор, Ю — алюминий).
Список литературы
| < Основные понятия теории сплавов | Содержание | Стали > |
0 0 голоса
Рейтинг статьи
Урок по дисциплине «Материаловедение» на тему «Чугуны»
- Тема урока: Чугуны
- Тип
урока:
Урок усвоения нового материала. - Вид
урока:
Лекция. - Оборудование
урока:
учебник, компьютер, мультимедийный проектор. - Цели урока:
- учебные: изучить классификацию чугунов и влияние
на качество и свойства чугунов углерода и примесей; - развивающие: развивать способность выделять главное
и записывать это в виде конспекта, уметь самостоятельно усваивать знания;
развивать творческое мышление, внимание; - воспитательные: воспитывать культуру общения,
чувство коллективизма и сопереживания успехам и неудачам товарищей, умение
работать в коллективе, формировать техническую грамотность студентов.
На уроке у обучающихся формируются
основные общие и профессиональные компетенции, отвечающие требованиям ФГОС СПО
по специальности 23.02.03 «Техническое обслуживание и ремонт автомобильного
транспорта»:
1. Общие
компетенции:
- способность понимать сущность и социальную значимость своей будущей профессии,
проявлять к ней устойчивый интерес (ОК 1); - способность организовывать собственную деятельность, выбирать типовые методы и
способы выполнения профессиональных задач, оценивать их эффективность и
качество (ОК 2); - способность
осуществлять поиск и использование информации, необходимой для эффективного
выполнения профессиональных задач, профессионального и личностного развития (ОК
4);
2. Профессиональные компетенции:
- способность разрабатывать мероприятия по
комплексному использованию сырья, по замене дефицитных материалов и изысканию
способов утилизации отходов производства (ПК 1.3).
Ход урока
1.
Организационный момент -3 мин.
Приветствие преподавателя, проверка
готовности к уроку, организация внимания.
2.
Актуализация опорных знаний — 5 мин.
В ходе фронтальной беседы студентам
напоминаются основные понятия предыдущей темы, задаются следующие вопросы:
- Расскажите о
классификации сталей. - Какие постоянные
примеси содержатся в сталях? - Что называется чугуном?
3.
Формулировка темы и целей урока.
Тема: Чугуны.
Цель: в конце урока
студенты должны знать классификацию чугунов и маркировку по ГОСТу, уметь
расшифровывать марки чугунов.
4.
Объяснение нового материала.
5.
Закрепление нового материала.
Вопросы
для закрепления
- Расскажите о классификации чугунов.
- Для изготовления каких деталей
используют белый и серый чугуны? - Какие детали изготовляют из
высокопрочного и ковкого чугунов? - Как обозначаются высокопрочные и
ковкие чугуны?
6.
Домашнее задание.
Конспект лекции, составить таблицу
«Чугуны»
Рекомендуемый
теоретический материал
- Классификация чугунов
- Белый чугун. Его
структура, свойства, применение - Серый чугун, его структура, свойства,
маркировка по ГОСТу и применение - Ковкий чугун
- Высокопрочный чугун
- Антифрикционные чугуны, маркировка, и
применение
1. Классификация
чугунов
Чугун представляет собой
многокомпонентный сплав железа с углеродом, марганцем, кремнием, фосфором и
серой. В чугуне также содержится незначительные количества водорода, азота и
кислорода. В легированном чугуне могут быть хром, никель, ванадий, вольфрам и
титан, количество которых зависит от состава проплавляемых руд.
В зависимости от назначения выплавляемые
в доменных печах чугуны разделяют на три основных вида: передельный, идущий на передел в сталь;
литейный,
предназначенный для получения отливок из чугуна в машиностроении; доменные
ферросплавы, используемые для раскисления стали в сталеплавильном
производстве.
По структуре чугуны можно разделить на
следующие группы:
- серый
— чугун, в котором углерод находится в виде графита. - белый
— чугун, в котором углерод находится в виде цементита и перлита.
По назначению чугуны можно
классифицировать так:
- Ковкие
- Жаростойкие
- Высокопрочные
- Антифрикционные.
2. Белый чугун.
Его структура, свойства, применение
Такое
название чугун получил по виду излома, который имеет матово-белый цвет.
Белые
чугуны (передельные) редко используются в народном хозяйстве в качестве
конструкционных материалов, так как из-за большого содержания цементита очень
хрупкие и твердые, с трудом отливаются и обрабатываются инструментом. Из них
делают детали гидромашин, пескометов и других конструкций, работающие в
условиях повышенного абразивного изнашивания.
Белый чугун применяется для
изготовления деталей повышенной усталостной прочности: коленчатых и распределительных
валов, седел клапанов, шестерен масляного насоса, суппортов дискового тормоза
ВАЗ и др. Для увеличения износостойкости белые чугуны легируют хромом,
ванадием, молибденом и другими карбидообразующими элементами.
Маркировка белых
чугунов не установлена.
Разновидностью
белых чугунов является отбеленные чугуны. Поверхностные слои изделий из таких
чугунов имеют структуру белого (или половинчатого) чугуна, а сердцевина —
серого чугуна. Отбел на некоторую глубину (12…30 мм) получают путем быстрого
охлаждения поверхности (например, отливка чугуна в металлические или песчаные
формы).
Для
снятия структурных напряжений, которые могут привести к образованию трещин,
отливки подвергают нагреву. Высокая износостойкость отбеленных чугунов
обусловлена твердостью поверхности. Из отбеленного чугуна изготовляют прокатные
валки листовых станов, колеса, шары для мельниц и др.
3.
Серый чугун, его структура, свойства, маркировка по ГОСТу и применение
Структура серого (литейного) чугуна
состоит из металлической основы с графитом пластинчатой формы, вкрапленным в
эту основу. Такая структура образуется непосредственно при кристаллизации
чугуна в отливке в соответствии с диаграммой состояния системы Fe-С
(стабильной).
Причем, чем больше углерода и кремния в сплаве и чем ниже
скорость его охлаждения, тем выше вероятность кристаллизации по этой диаграмме
с образованием графитной эвтектики.
При низком содержании углерода и кремния
чугун модифицируют небольшими дозами некоторых элементов (например, алюминий,
кальций, церий).
Модифицирование металлов — введение в металлические расплавы
модификаторов, то есть веществ, небольшие количества которых (обычно не более
десятых долей %) способствуют созданию дополнительных искусственных центров
кристаллизации, и следовательно, образованию структурных составляющих в
измельченной или округлой форме, что улучшает механические свойства металла.
Для характеристики структуры серого
чугуна необходимо определять размеры, форму, распределение графита, а также
структуру металлической основы. В обычном сером чугуне при медленном охлаждении
во время кристаллизации графит очень слабо разветвляется. Он похож на розетку с
небольшим числом изогнутых лепестков.
Металлическая основа серых чугунов
формируется из аустенита при эвтектоидном распаде и может быть перлитной,
ферритной и ферритно-перлитной. Образование перлита происходит легко, в
сравнительно короткий промежуток времени.
Механические свойства серых чугунов
зависят от свойств металлической основы и, главным образом, от количества,
формы и размеров графитных включений. Перлитная основа обеспечивает наибольшие
значения показателей прочности и износостойкости.
Марки серых чугунов согласно ГОСТ 1412 —
85 состоят из букв «СЧ» и цифр, соответствующих минимальному пределу прочности
при растяжении. Чугун СЧ15 — ферритный; СЧ25, СЧ30, СЧ35 — ферритно-перлитные
чугуны, начиная с СЧ40- перлитные чугуны.
Серые чугуны обладают высокими литейными
качествами (жидкотекучесть, малая усадка, незначительный пригар металла к форме
и др.), хорошо обрабатываются и сопротивляются износу, однако из-за низких
прочности и пластических свойств в основном используются для неответственных
деталей.
В станкостроении серый чугун является основным конструкционным
материалом (станины станков, столы и верхние салазки, колонки, каретки и др.);
в автомобилестроении из ферритно-перлитных чугунов делают картеры, крышки,
тормозные барабаны и др.
, а из перлитных чугунов — блоки цилиндров, гильзы,
маховики и др. В строительстве серый чугун применяют, главным образом, для
изготовления деталей, работающих при сжатии (башмаков, колонн), а также
санитарно-технических деталей (отопительных радиаторов, труб).
Значительное
количество чугуна расходуется для изготовления тюбингов, из которых сооружается
туннель метрополитена.
- 4.
Ковкий чугун - Ковким чугун называется потому, что его
можно подвергать обработке давлением, хотя чугуны не куют, а детали из чугуна
получают лишь методом литья в связи с тем, что ковкий чугун имеет более высокую
пластичность по сравнению с серым. - Ковкие чугуны с хлопьевидной формой
графита получают из белых доэвтектических чугунов, подвергая их специальному
графитизирующему отжигу. Графитизирующий отжиг белого чугуна основан на
метастабильности цементита и состоит обычно из двух стадий (рисунок)
Рисунок. Схема отжига белого чугуна в ковкий
Первая стадия (930…1050°С) подбирается
по длительности такой, чтобы весь цементит, находящийся в структуре отливки,
распался на аустенит и хлопьевидный графит. Процесс графитообразования
облегчается при модифицировании (например, алюминием и бором). Чугун,
полученный таким образом, называется модифицированным.
На второй стадии графитизирущего отжига
при температуре эвтектоидного превращения формируется металлическая основа
ковкого чугуна. В зависимости от режимов охлаждения ковкие чугуны могут иметь
перлитную (непрерывное охлаждение), ферритную (очень медленное охлаждение в
интервале 700…
760°С) или ферритно-перлитную (сокращение продолжительности
второй стадии отжига) металлические основы.
Для получения в модифицированном
ковком чугуне перлитной основы рекомендуется увеличивать содержание марганца,
хрома и некоторых других элементов, которые повышают устойчивость цементита к
распаду на феррит и пластинчатый графит в области температур эвтектоидного
превращения.
Ковкие чугуны с перлитной металлической
основой обладают высокими твердостью и прочностью в сочетании с небольшой
пластичностью. Ковкий ферритный чугун характеризуется высокой пластичностью и
относительно низкой прочностью.
- Ковкий чугун согласно ГОСТ 1215 – 79
маркируется буквами «КЧ» и двумя числами: первое указывает временное
сопротивление при растяжении; второе — относительное удлинение (%). - Ковкий чугун идет на изготовление
деталей повышенной прочности и вязкости: картеров, редукторов, коробок передач,
кронштейнов рессор и др. - 5. Высокопрочный
чугун
Высокопрочный чугун — чугун с шаровидным
графитом, получают модифицированием жидкими присадками магния от массы
обрабатываемой порции чугуна, церия, иттрия и некоторых других элементов. При
этом перед вводом модификаторов необходимо снизить содержание серы.
Чтобы избежать образования в
высокопрочных чугунах ледебурита, их подвергают графитизирующему отжигу.
Продолжительность такого отжига благодаря повышенному содержанию
графитизирующих элементов (углерода, кремния) значительно короче, чем при
отжиге белого чугуна.
Структура высокопрочного чугуна состоит
из металлической основы (феррит, перлит) и включений графита шаровидной формы.
Шаровидный графит, имеющий минимальную поверхность при данном объеме,
значительно меньше ослабляет металлическую основу, чем пластинчатый графит, и
не является активным концентратором напряжений.
Марки высокопрочных чугунов согласно
ГОСТ 7293-85 состоят из букв «ВЧ» и цифр, первые указывают величину временного
сопротивления, вторые — относительное удлинение (%). Стандарт предусматривает
следующие марки чугунов: ВЧ35-22; ВЧ40-15; ВЧ45-10; ВЧ50-7; ВЧ60-3; ВЧ70-2;
ВЧ80-2; ВЧ100-2.
Высокопрочные чугуны обладают хорошими
литейными и потребительскими свойствами (обрабатываемость резанием, способность
гасить вибрации, высокая износостойкость и др.) свойствами. Они используются
для массивных отливок взамен стальных литых и кованых деталей — цилиндры,
шестерни, коленчатые и распределительные валы и др.
6.
Антифрикционные чугуны, маркировка, и применение
Антифрикционными чугунами являются серые
и высокопрочные чугуны специальных марок.
Антифрикционные серые чугуны — перлитные
чугуны АЧС-1 и АЧС-2 и перлитно-ферритный чугун АЧС-3.
Эти чугуны обладают
низким коэффициентом трения, зависящим от соотношения феррита и перлита в
основе, а также от количества и формы графита.
В перлитных чугунах высокая
износостойкость обеспечивается металлической основой, состоящей из тонкого
перлита и равномерно распределенной фосфорной эвтектики при наличии
изолированных выделений пластинчатого графита.
Антифрикционные серые чугуны применяют
для изготовления подшипников скольжения, втулок и других деталей, работающих
при трении о металл, чаще в присутствии смазочного материала. Детали,
работающие в паре с закаленными или нормализованными стальными валами,
изготавливают из чугунов АЧС-1 и АЧС-2, а для работы в паре с термически
необработанными валами применяют чугун АЧС-3.
Антифрикционные высокопрочные (с
шаровидным графитом) чугуны изготовляют с перлитной структурой — АЧВ-1 и
ферритно-перлитной (50 % перлита) — АЧВ-2. Чугун АЧВ-1 используется для работы
в узлах трения с повышенными окружными скоростями в паре с закаленным или
нормализованным валом.
- Главное достоинство антифрикционных
чугунов по сравнению с баббитами и антифрикционными бронзами — низкая
стоимость, а основной недостаток — плохая прирабатываемость, что требует
точного сопряжения трущихся поверхностей. - Маркировка
чугунов осуществляется путем сочетания букв и цифр. - Приняты следующие обозначения:
- Пpимеp: АЧС1; АЧС2; АЧС3; АЧВ1; АЧВ2;
АЧК1; АЧК2. - Буквы «АЧС» обозначают
антифрикционный серый чугун; «АЧВ» — Антифрикционный высокопрочный
чугун; «АЧК» — антифрикционный
ковкий чугун. - Список
используемой литературы
- Колесник П. А.Материаловедение
на автомобильном транспорте : учебник для студ. высш. учеб. заведений / П. А.
Колесник, В. С. Кланица. — 2-е изд., стер. — М.: Издательский центр «Академия»,
2007. — 320 с. - Рогачева
Л.В. Материаловедение.- М.: Колос- Пресс, 2002.- 136 с.: ил. (Учебники и учеб.
пособия для среднего профессионального образования). - Стуканов
В.А. Материаловедение: учебное пособие – М.: ИД «Форум»: ИНФРА – М, 2008. – 368
с.: ил. – (Профессиональное образование) - ГОСТ
1412-85 Чугун с пластинчатым графитом для отливок. Марки - ГОСТ
1585-85 Чугун антифрикционный для отливок. Марки - ГОСТ
7769-82 Чугун легированный для отливок со специальными свойствами. Марки
Чугуны,их свойства и маркировка
- Чугуны.
- Цель: сформировать знания о видах чугунов ,классификации и маркировке.
- .
- Задачи:
- Образовательные:
- Рассмотреть виды чугунов .
- Рассмотреть состав чугунов.
- Рассмотреть маркировку чугунов.
Развивающие:
- продолжить формирование у студентов умений работать с текстом
Воспитательные:
- способствовать эстетическому воспитанию студентов (оформление записей лекционного материала и т.п.)
- Тип урока
- Урок формирования и совершенствования знаний.
- Методы обучения: словесные, наглядные, устный опрос.
- Ход урока
-
Орг.момент.
-
Постановка целей урока
-
План урока
- Рассмотреть виды чугунов .
- Рассмотреть состав чугунов.
Рассмотреть маркировку чугунов
4.Закрепление
5. Домашнее задание.
Сегодня вы должны к концу урока узнать:
- Рассмотреть виды чугунов .
- Рассмотреть состав чугунов.
- Рассмотреть маркировку чугунов.
Изучение нового материала
Чугу́н — сплав железа с углеродом (и другими элементами). Содержание углерода в чугуне не менее 2,14% (точка предельной растворимости углерода в аустените на диаграмме состояний): меньше —сталь. Углерод придаёт сплавам железа твёрдость, снижая пластичность и вязкость.
Углерод в чугуне может содержаться в виде цементита и графита. В зависимости от формы графита и количества цементита, выделяют белый, серый, ковкий и высокопрочный чугуны. Чугуны содержат постоянные примеси (Si, Mn, S, P), а в некоторых случаях также легирующие элементы (Cr, Ni, V, Al и др.).
Как правило, чугун хрупок.
- Виды чугуна
- Белый чугун
- В них весь углерод находится в связанном виде (Fe3C). В зависимости от количества углерода делятся на:
- — доэвтектические (2,14-4,3 % углерода);
- — эвтектические (4,3 % углерода);
- — заэвтектические (4,3-6,67 % углерода).
- Цементит в изломе — светлый, поэтому такие чугуны назвали светлыми.
- Белые чугуны применяются в основном для изготовления ковких чугунов, которые получают путем отжига.
- Серый чугун
- Основная статья: Серый чугун
Серый чугун — это сплав железа, кремния (от 1,2- 3,5 %) и углерода, содержащий также постоянные примеси Mn, P, S. В структуре таких чугунов большая часть или весь углерод находится в виде графита пластинчатой формы. Излом такого чугуна из-за наличия графита имеет серый цвет.
Ковкий чугун[править | править вики-текст]
Основная статья: Ковкий чугун
Ковкий чугун получают длительным отжигом белого чугуна, в результате которого образуется графит хлопьевидной формы. Металлическая основа такого чугуна: феррит и реже перлит.
Ковкий чугун получил свое название из-за повышенной пластичности и вязкости (хотя обработке давлением не подвергается). Ковкий чугун обладает повышенной прочностью при растяжении и высоким сопротивлением удару.
Из ковкого чугуна изготавливают детали сложной формы: картеры заднего моста автомобилей, тормозные колодки, тройники, угольники и т. д.
Маркируется ковкий чугун двумя буквами и двумя числами, например КЧ 370-12. Буквы КЧ означают ковкий чугун, первое число—предел прочности (в МПа) на разрыв, второе число — относительное удлинение (в процентах), характеризующее пластичность чугуна.
Высокопрочный чугун[править | править вики-текст]
Основная статья: Высокопрочный чугун
Высокопрочный чугун имеет в своей структуре шаровидный графит, который образуется в процессе кристаллизации. Шаровидный графит ослабляет металлическую основу не так сильно, как пластинчатый, и не является концентратором напряжений.
Классификация[
В зависимости от содержания углерода серый чугун называется доэвтектическим (2,14-4,3 % углерода), эвтектическим (4,3 %) или заэвтектическим (4,3-6,67 %). Состав сплава влияет на структуру материала.
В зависимости от состояния и содержания углерода в чугуне различают: белые и серые (по цвету излома, который обуславливается структурой углерода в чугуне в виде карбида железа или свободного графита), высокопрочные с шаровидным графитом, ковкие чугуны, чугуны свермикулярным графитом. В белом чугуне углерод присутствует в виде цементита, в сером — в основном в виде графита.
В промышленности разновидности чугуна маркируются следующим образом:
- передельный чугун — П1, П2;
- передельный чугун для отливок (передельно-литейный) — ПЛ1, ПЛ2,
- передельный фосфористый чугун — ПФ1, ПФ2, ПФ3,
- передельный высококачественный чугун — ПВК1, ПВК2, ПВК3;
- Серый
- чугун с пластинчатым графитом — СЧ (цифры после букв «СЧ» обозначают величину временного сопротивления разрыву в кгс/мм);
- антифрикционный чугун
- антифрикционный серый — АЧС,
- антифрикционный высокопрочный — АЧВ,
- антифрикционный ковкий — АЧК;
- Высокопрочный
-
чугун с шаровидным графитом для отливок — ВЧ (цифры после букв «ВЧ» означают временное сопротивление разрыву в кгс/мм и относительное удлинение (%);
-
чугун легированный со специальными свойствами — Ч.
Виды чугунов, их свойства.
Чугун
Сплавы железа с углеродом, в которых содержание углерода более 1,7% называются чугунами.Чугуны различаются по структуре, способам изготовления, химическому составу и назначению.
По структуре чугуны бывают серые, белые и ковкие. По способам изготовления—обыкновенные и модифицированные.По химическому составу чугуны различают не легированные и легированные, т. е.
такие, в составе которых имеются специальные примеси.
Серый чугун
Серый чугун наиболее широко применяется в машиностроении для отливок из него различных деталей машин. Он характеризуется тем, что углерод в нём находится в свободном состоянии в виде графита. Поэтому серый чугун хорошо обрабатывается режущими инструментами.
В изломе он имеет серый и темно-серый цвет. Получается серый чугун путём медленного охлаждения после плавления или нагревания. Получению серого чугуна также способствует увеличение в его составе содержания углерода и кремния.
Механические качества серого чугуна зависят от его структуры.
По структуре серый чугун бывает:
-
феррито-графнтовый,
-
феррито-дерлито-графитовый и
-
перлито-графитовый.
Если серый чугун быстро охлаждать после плавления, то он отбеливается, т. е. становится очень хрупким и твердым. Серый чугун в несколько раз лучше работает на сжатие чем на растяжение.
Серый чугун достаточно хорошо сваривается с применением предварительного подогрева и в качестве присадочного мате риала специальных чугунных стержней с повышенным содержанием углерода и кремния.
Сварка без предварительного подогрев затруднена вследствие отбеливания чугуна в зонах шва.
Белый чугун
Белый чугун применяется в машиностроении в значительна меньших количествах, чем серый. Он представляет собой сплав железа с углеродом, в котором углерод находится в виде химического соединения с железом. Белый чугун очень хрупкий и твёрдый.
Он не поддаётся механической обработке режущими инструментами и применяется для отливки деталей, не требующих обработки, или подвергается шлифованию абразивными кругами. В машиностроении применяется белый чугун как обыкновенный, так и легированный.
Сварка белого чугуна весьма затруднительна в связи с образованием трещин при нагреве и охлаждении, а также из-за неоднородности структуры, образующейся в месте сварки.
Ковкий чугун
Ковкий чугун обычно получают из отливок белого чугуна путем длительного томления их в печах при температуре 800—950°С, Существуют два способа получения ковкого чугуна: американский и европейский.При американском способе томление производится в песке при температуре 800—850°С.
При этом углерод из химически связанного состояния переходит в свободное состояние в виде графита, располагаясь между зёрнами чистого железа. Чугун приобретает вязкость, почему и называется ковким.При европейском способе томление отливок производится в железной руде при температуре 850—950°.
При этом углерод из химически связанного состояния с поверхности отливок переходит в железную руду и таким путём поверхность отливок обезуглероживается и становится мягкой, почему и чугун называется ковким, хотя сердцевина остается хрупкой.
В обозначениях марок ковкого чугуна после букв пишется число, показывающее среднюю величину предела прочности при разрыве в кг/мм2, а затем число, показывающее удлинение в %.Например КЧ37—12 обозначает ковкий чугун, с пределом прочности, равным 37 кг/мм2, и удлинением 12%.
Классификация и свойства чугуна.
Чугун, получаемый в доменных печах, подразделяется на передельный чугун, используемый для передела в сталь, и литейный чугун, служащий одним из основных компонентов шихты в чугунолитейном производстве. До 70-х гг.
20 века в доменных печах иногда выплавляли так называемый зеркальный чугун (10-25% Mn), применявшийся в качестве раскислителя при выплавке стали и для получения специальных видов чугуна. При использовании для выплавки чугуна железных руд, содержащих Сг, Ni, Ti и др.
легирующие элементы, получают природнолегированные чугуны.
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 назначения — на конструкционный и чугун со специальными свойствами;
- по химическому составу — на легированные и нелегированные.
Подробнее разберем следующие виды чугунов: (слайд № 32)
Белый чугун получают путем первичной кристаллизации из жидкого сплава при быстром охлаждении. Представляет собой сплав, в котором избыточный углерод, не находящийся в твёрдом растворе железа, присутствует в связанном состоянии в виде карбидов железа Fe3C (цементит), который придает чугуну бело-матовый цвет.
Белый чугун обладает высокой твердостью, хрупкостью и плохо обрабатывается, поэтому для изготовления деталей он не используется и применяется как передельный, т.е. идет на производство стали и других видов чугуна.
Применяется в качестве фрикционного материала, работающего в условиях сухого трения (тормозные колодки), а также для изготовления деталей повышенной износостойкости (прокатные, бумагоделательные, мукомольные валки).
Серый (литейный) чугун (слайд № 33) — наиболее широко применяемый вид чугуна (машиностроение, сантехника, строительные конструкции) — имеет включения графита пластинчатой формы. Получают путем первичной кристаллизации при медленном охлаждении.
По сравнению с металлической основой графит имеет низкую прочность. Поэтому графитовые включения можно считать нарушениями оплошности, ослабляющих металлическую основу.
Так как пластинчатые включения наиболее сильно осклабляют металлическую основу, серый чугун имеет наиболее низкие характеристики, как по прочности, так и по пластичности. Серые чугуны хорошо обрабатываются резанием, обладают способностью рассеивать колебания при вибрациях и переменных нагрузках.
Эти чугуны отличаются хорошей жидкотекучестью и малой усадкой. Применяется серый чугун, как конструкционный материал в строительстве и машиностроении для изготовления малоответственных и средненагруженных деталей.
Ковкий чугун (слайд № 34) получают из белого путем термической обработки – отжига. Который заключается в длительной выдержке при температуре 950 оС и медленном охлаждении.
В результате графитные включения примут хлопьевидную форму. Эти включения более компактны, они меньше надрезают металлическую основу, и такой чугун оказывается более прочным.
Он уже может работать на растяжение.
(Слайд № 35) Ковкий чугун используется для изготовления мелких и средних тонкостенных отливок ответственного назначения, работающих в условиях динамических знакопеременных нагрузок (детали приводных механизмов, коробок передач, тормозных колодок, шестерен, ступиц и т.д.). Однако ковкий чугун — малоперспективный материал из-за сложной технологии получения и длительности производственного цикла изготовления деталей из него.
Высокопрочный чугун, (слайд № 36) характеризующийся шаровидной или близкой к ней формой включений графита, получают модифицированием жидкого чугуна присадками Mg, Ce, Y, Ca и некоторых др. элементов.
Шаровидный графит в наименьшей степени ослабляет металлическую основу, что приводит к резкому повышению механических свойств чугуна, приближая их свойства к свойствам углеродистых сталей, при этом сохраняет хорошие литейные свойства, обрабатываемость резанием, способность гасить вибрации. Этот чугун конкурирует с углеродистыми сталями и к тому же он дешевле ковкого чугуна и стали. Применяется для изготовления ответственных деталей в автомобилестроении (коленчатые валы двигателей, компрессоров, зубчатые колеса, цилиндры и т.д.). Такой чугун применяется для замены стальных литых и кованых деталей, а также деталей из ковкого или обычного серого чугуна.
Маркировка чугунов.
По принятой маркировке обозначения марок доменных чугунов содержат буквы и цифры. Буквы указывают основное назначение чугуна: П — передельный, СЧ — серый чугун, ВЧ — высокопрочный, КЧ — ковкий. Цифры в обозначении марок нелегированного чугуна указывают его механические свойства.
Для серых чугунов приводят регламентированные показатели пределов прочности при растяжении и изгибе (в кгс/мм), например: СЧ 21-40. (слайд № 37).
Для высокопрочного и ковкого чугуна цифры определяют предел прочности при растяжении (в кгс/мм) и относительное удлинение (в %), например: ВЧ60-2.(Слайд № 38, 39).
- ТЭ-14
- Вопросы:
- Форма ответа: сочетание цифры вопроса и буквы ответа.
- Варианты ответов:
- а) серый б) белый в) ковкий г) высокопрочный
- Вопросы:
-
Как называется чугун, в котором углерод содержится в виде цементита?
-
Как называется чугун, получаемый медленным охлаждением?
-
Как называется чугун с шаровидными включениями?
-
Какой чугун переделывается в сталь?
-
Как называется чугун, получаемый в результате отжига?
-
Как называется чугун, в котором углерод находится в виде пластинок графита?
-
Как называется чугун, получаемый в результате модифицирования?
-
Как называется чугун с графитом в виде хлопьев?
-
Какой чугун обладает высокими литейными свойствами?
-
Какой чугун имеет высокую пластичность?
Указать маркировку чугунов
| Передельный | Серый | Ковкий | Высокопрочный |
Указать маркировку чугунов
| Передельный | Серый | Ковкий | Высокопрочный |
| П | СЧ | КЧ | ВЧ |
- Ответы:
- 1б
- 2а
- 3г
- 4б
- 5в
- 6а
- 7г
- 8в
- 9а
- 10в
- Стали.
- Цель: сформировать знания о видах сталей ,свойствах и их применении .
- .
- Задачи:
- Образовательные:
- Рассмотреть виды сталей .
- Рассмотреть свойства сталей и применение
Развивающие:
- продолжить формирование у студентов умений работать с текстом
Воспитательные:
- способствовать эстетическому воспитанию студентов (оформление записей лекционного материала и т.п.)
- Тип урока
- Урок формирования и совершенствования знаний.
- Методы обучения: словесные, наглядные, устный опрос.
- Ход урока
-
Орг.момент.
-
Постановка целей урока
-
План урока
- Рассмотреть виды сталей .
- Рассмотреть свойства сталей и применение 4.Закрепление
5. Домашнее задание.
Сегодня вы должны к концу урока узнать:
- Рассмотреть виды сталей .
Рассмотреть свойства сталей и применение
Изучение нового материала
Классификация чугунов
В структуре чугуна присутствует ледебурит или графит, поэтому чугуны хрупкие и не поддаются ковке, используются для получения литых изделий.
В зависимости от формы выделения углерода различают следующие чугуны:
- — белый чугун, в котором весь углерод находится в виде цементита; в изломе чугун белого цвета, идет на переработку в сталь; называется передельным;
- — серый чугун, в котором весь углерод в свободном состоянии имеет форму пластинчатого графита (рис. 10);
- — высокопрочный чугун, содержит графит шаровидной формы;
- — ковкий чугун, в котором углерод имеет форму хлопьев.
Микроструктура чугуна состоит из металлической стальной основы и включений графита. От металлической основы чугуна зависит его твердость, она может состоять из перлита, феррита и перлита или из феррита. Графит имеет низкую прочность, места его залегания в структуре ослабляют металлическую основу чугуна.
Серый чугун характеризуется низкими механическими свойствами при растяжении, хорошей жидкотекучестью, легко обрабатывается резанием, обладает хорошими антифрикционными свойствами, гасит вибрации и колебания.
Для получения серого чугуна в жидкий чугун добавляют кремний (1,2—3,5 %). При затвердевании чугуна кремний способствует выделению из жидкости углерода в виде графита. Серый чугун содержит графит пластинчатой формы.
Пластинки графита делают стружку ломкой, облегчая обработку
Рис. 10. Структура чугуна с графитом различной формы: а — пластинчатый графит в сером чугуне; б — шаровидный графит в высокопрочном чугуне; в — хлопьевидный графит в ковком чугуне чугуна резанием. Графит, являясь смазкой, впитывает смазку, что снижает коэффициент трения и повышает износостойкость, но разрыхляет металлическую основу и резко уменьшает ее прочность.
Чем больше графита и чем крупнее его включения, тем ниже механические свойства чугуна, так как пластинки графита, имея малую прочность, являются как бы готовыми трещинами в металлической основе.
Измельчение графита увеличивает прочность чугуна, но пластическое удлинение при растяжении все равно мало. Для измельчения графита к жидкому чугуну добавляют модификаторы — ферросилиций и др.
Чугун называется модифицированным, он более прочный и износостойкий.
Серые чугуны маркируют буквами СЧ и цифрами (ГОСТ 1412-85), показывающими предел прочности при испытаниях на растяжение: СЧ10, СЧ15, СЧ18, СЧ20, СЧ21, СЧ24, СЧ25, СЧЗО, СЧ35, СЧ40, СЧ45. Например, СЧ10 — серый чугун, предел прочности при растяжении 100 МПа.
Серые чугуны находят широкое применение в производстве дизельных и холодильных установок РПС (блоки и головки цилиндров, картеры дизелей и компрессоров; корпусы масляных фильтров; поршневые кольца и др); при производстве насосов систем отопления пассажирских вагонов, в электромашиностроении, для изготовления корпусов и крышек тормозных цилиндров вагонов. Для этих целей используют чугуны марок СЧ15, СЧ18, СЧ20, СЧ25.
Высокопрочный чугун получают путем модифицирования серого чугуна, перед разливкой вводят в него магний в количестве до 0,5 %. Магний увеличивает поверхностное натяжение графита с образованием пузырьков пара, в которые диффундирует углерод.
После затвердевания графит приобретает округлую форму.
Высокие механические свойства этого чугуна обусловлены тем, что шаровидный графит меньше разобщает металлическую основу чугуна, благодаря чему высокопрочный чугун имеет высокую прочность при достаточной пластичности и вязкости.
- Высокопрочный чугун обладает жаростойкостью, хорошими антифрикционными и литейными свойствами, достаточной износостойкостью.
- Маркируют высокопрочный чугун буквами ВЧ и цифрой, характеризующей величину предела прочности при растяжении, например, ВЧ35, ВЧ40 (ГОСТ 7293-85).
- Из высокопрочных чугунов изготовляют ответственные детали: зубчатые колеса, коленчатые валы дизелей тепловозов, ступицы, кронштейны, шатуны, поршневые кольца, картерные детали.
Ковкий чугун — это условное название мягкого и вязкого чугуна, изделия из него получают литьем, методы пластической деформации не применяют. Ковкий чугун получают из белого путем гра- фитизирующего отжига.
После отжига свободный углерод имеет форму хлопьевидного графита. Прочность ковкого чугуна в 2,5— 3 раза больше прочности серого, он обладает высокой пластичностью по сравнению с серым чугуном. Его можно подвергать ударным нагрузкам.
Недостатком чугуна является его высокая стоимость из-за продолжительного дорогостоящего отжига (25—30 ч).
Согласно ГОСТ 1215-79 ковкий чугун обозначают буквами КЧ и двумя цифрами: первая обозначает предел прочности при растяжении, а вторая — относительное удлинение в процентах. Например, КЧ50-5.
Из ковких чугунов изготавливают головки и наконечники соединительных рукавов воздушной тормозной магистрали и крышки букс вагонов, ряд деталей электрических машин и др.
Отливки из ковкого чугуна применяют в сельскохозяйственном машиностроении (шестерни, рычаги, звенья цепей, ступицы), ва- гоно- и судостроении (кронштейны, детали тормозной системы, подшипники), в электропромышленности.
Загрузка...
