Полезные и вредные примеси в чугуне

Обычный промышленный чугун — не двойной железоуглеродистый сплав — он содержит те примеси, что и углеродистая сталь, т. е. марганец, кремний, серу и фосфор, но в большем количестве, чем сталь. Эти примеси существенно влияют на условия графитизации и, следовательно, на структуру и свойства чугуна.

Кремний особенно сильно влияет на структуру чугуна, усиливая графитизацию. Содержание кремния в чугунах колеблется в широких пределах: от 0,3-0,5 до 3-5 %. Изменяя содержание кремния, можно получить чугуны, совершенно различные по свойствам и структуре — от малокремнистого белого до высококремнистого ферритного (серого с пластинчатым или высокопрочного с шаровидным графитом).

Марганец в отличие от кремния препятствует графитизации или, как говорят, способствует отбеливанию чугуна.

Сера также способствует отбеливанию чугуна, но одновременно ухушает литейные свойства (в частности, снижает жидкотекучесть), поэтому содержание серы в чугуне лимитируется: верхний предел для мелкого литья для более крупного, когда можно допустить несколько худшую жидкотекучесть, до

Фосфор практически не влияет на процесс графитизации. Однако фосфор — полезная примесь в чугуне, так как он улучшает жидкотекучесть. Это объясняется образованием относительно легкоплавкой тройной эвтектики, плавящейся при . В момент затвердевания эвтектика состоит из аустенита, обогащенного фосфором, цементитом и фосфидом железа — «Стэдит».

Твердые участки фосфидной эвтектики повышают общую твердость и износоустойчивость чугуна.

Кроме этих постоянных примесей, в чугун часто вводят и другие элементы. Такие чугуны называются легированными. Если примеси содержались в рудах, из которых в доменной печи выплавляется чугун, то такие чугуны называются природно-легированными. Наиболее часто чугун легируют хромом, никелем, медью, алюминием, титаном. Хром препятствует, а медь и никель способствуют графитизации чугуна.

В настоящее время еще нет удовлетворительно разработанной теории, объясняющей влияние легирующих элементов на графитизацию.

Рис. 168. Структурная диаграмма для чугуна, показывающая, какая должна получиться структура в отливке в зависимости от: а — содержания кремния и углерода (толщина стенки 50 мм): б — суммы содержаний углерода и кремния и от толщины стенки; I — белые чугуны; II — перлитные чугуны; III — серые ферритные чугуны

Во всяком случае растворение в цементите таких элементов, как хром, марганец, вольфрам, молибден, ванадий, препятствуют графитизации. Большинство остальных элементов, встречающихся в чугунах, нерастворимо в цементите и способствует графитизации. Этот вопрос рассматривается во многих теоретических и экспериментальных работах (М. Г. Окнова, К. П. Бунина, И. Н. Богачева и др.).

Для приближенного определения структуры чугуна в зависимости от содержания примесей пользуются так называемыми структурными диаграммами, одна из которых приведена на рис. 168, а. Из диаграммы видно, какой будет структура у отливок с толщиной стенок 50 мм в зависимости от содержания в чугуне углерода и кремния (содержание марганца постоянно и равно

Практикой было отмечено, что в одной отливке чугун может иметь разную структуру. В тонких частях отливки, у ее поверхности степень графитизации меньше, чем в более массивных частях и в сердцевине. Другими словами, там, где скорость охлаждения была больше, образуется больше цементита, а там, где чугун охлаждается медленнее — больше графита. Факторы, определяющие степень графитизации в чугуне, — это содержание углерода и кремния, а также скорость охлаждения.

Чтобы определить, как зависит структура чугуна от состава (содержание углерода и кремния) и скорости охлаждения (толщина стенки отливки), можно воспользоваться другой структурной диаграммой (рис. 168, б).

Источник

Промышленное значение имеет чугун с содержанием угле­рода от 2 до 4,3 % •

Углерод, являющийся важной составляющей, может нахо­диться в чугуне в двух состояниях: в связанном с железом в виде цементита, в свободном в виде пластинчатого графита.

В чугуне содержатся также постоянные примеси кремния, марганца, серы и фосфора.

Кремний увеличивает жидкотекучесть, способствует разло­жению цементита (с выделением углерода в виде графита) и получению серого чугуна. В белом чугуне кремния содержится не более 2 %, а в сером от 1 до 4 %.

Марганец препятствует графитизации, образуя с углеродом карбиды Мп3С, способствует получению белого чугуна. По­этому в белых чугунах марганца содержится от 1 до 3 %, а в серых не более 1,3 %

Сера является вредной примесью. Она понижает прочность, увеличивает хрупкость, ухудшает литейные свойства чугуна, так как придает ему пузырчатость и густотекучесть. Повышен­ное содержание серы вызывает красноломкость. Сера перехо­дит в чугун в основном из топлива и в небольших количествах из руды. В чугуне серы должно быть не более 0,08%.

Фосфор понижает прочность и увеличивает хрупкость чу­гуна. Повышенное содержание фосфора вызывает хладнолом­кость металла. Содержание фосфора в чугунах, предназначен­ных для изготовления ответственных отливок, должно быть не более 0,2%. Одновременно фосфор улучшает литейные свой­ства чугуна, так как уменьшает усадку и увеличивает жидко­текучесть металла, а следовательно, способствует лучшему за­полнению формы. Это позволяет получить из чугуна с повы­шенным содержанием фосфора тонкие отливки с чистой и гладкой поверхностью, что очень важно для художественного литья.

Белый и серый чугуны

Выплавленный в доменных печах чугун в зависимости от вида содержащегося углерода делится на белый , (передель­ный) и серый (литейный). Белым {передельным) называется чугун, в котором угле­род находится в виде цементита, он имеет в изломе белый цвет (поэтому его называют белым), обладает высокой твер­достью и хрупкостью, не поддается механической обра­ботке. Серым, (литейным) называется чугун, в котором углерод находится в виде пластинчатого графита, он имеет в изломе серый цвет (поэтому его называют серым), обладает меньшей твердостью и хрупкостью, чем белый чугун, поддается механи­ческой обработке.

Читайте также:  Полезно ли на завтрак кушать яблоки

Белый чугун составляет около 80 % всех выплавляемых чугунов и идет в основном для переделки в сталь. По назначе­нию он делится на три класса: мартеновский, предназнача­ется для переделки в сталь в мартеновских печах, бессеме­ровский— для переделки в сталь в бессемеровских конвер­терах, томасовский переплавляют в сталь в томасовских конвертерах.

Серый чугун хорошо сопротивляется сжимающим нагруз­кам, нечувствителен к поверхностным дефектам и удовлетвори­тельно сопротивляется усталостному разрушению, но из-за низкой пластичности и ударной вязкости его использование в качестве конструкционного материала ограничено.

В соответствии с ГОСТ 1412—79 различают следующие марки серого чугуна: СЧ00, СЧ12-28, СЧ15-32, СЧ18-36, СЧ21-40, СЧ24-44, СЧ28-48, СЧ32-52, СЧ36-56, СЧ40-60, СЧ44-64.

Буквы в марке обозначают серый чугун, две первые циф­ры—-предел прочности на растяжение (кгс/мм2), две послед­ние цифры — предел прочности при изгибе (кгс/мм2). В марке СЧ00 показатели прочности и твердости не определяются.

Механические свойства серого чугуна приведены в табл.12.

Все серые чугуны по содержанию фосфора делятся на гематитовые, обыкновенные и фосфористые.

Гематитовые чугуны выплавляются из чистых гематитовых руд, содержащих незначительное количество вредных примесей. Они содержат не более 0,1 % фосфора и применя­ются для ответственного литья.

Обыкновенные чугуны содержат до 0,3% фосфора и используются для менее ответственного литья, чем гематитовые.

Фосфористые чугуны содержат до 1,2% фосфора и применяются для литья, требующего тонкой, чистой и гладкой поверхности.

 В судостроении из серого чугуна изготовляют гребные винты, дейдвудные трубы, детали арматуры, кнехты, киповые планки, роульсы и т. п.

 

Разновидностью серого чугуна является ковкий чугун. Это условное название более мягкого и вязкого чугуна, чем серый, получаемого из белого чугуна в результате длительного от­жига. Ковкий чугун, как и другие чугуны, не куется. Суще­ствуют следующие марки ковкого чугуна по ГОСТ 1215—79: КЧЗО-6, КЧЗЗ-8, КЧ35-10, КЧ37-12, КЧ45-6, КЧ50-4, КЧ56-4, КЧ60-3 и КЧ63-2.

Буквы в марке означают сокращенное название ковкий чу­гун, две первые цифры — предел прочности на растяжение (кгс/мм2), одна или две последние цифры — относительное удлинение (%).

Ковкий чугун обладает хорошими механическими свой­ствами и высокой стойкостью к коррозии. В судостроении из него изготовляют малонапряженные детали судового оборудо­вания, дельные вещи и арматуру (детали клапанов и задви­жек, иллюминаторы, дверные ручки и т. п.).

Модифицированный чугун получают путем введе­ния в жидкий серый чугун перед разливкой специальных эле­ментов, называемых модификаторами, например алюминия, кремния, кальция и др. Они увеличивают количество центров кристаллизации и, следовательно, измельчают графит. . По­этому модифицированный чугун имеет повышенную прочность, лучшую стойкость против образования трещин и меньшую . хрупкость, чем обычные серые. Все высшие марки серого чу­гуна, начиная с СЧ28-48, получают методом модифицирования.

 

Высокопрочным называется серый чугун, содержащий шаровидный графит. Его получают введением в серый чугун магния, церия и висмута. Добавка их в расплавленный серый чугун, содержащий пластинчатый графит, превращает его в шаровидный. Высокопрочный чугун имеет более высокие ме­ханические свойства, чем обычный серый, модифицированный и ковкий чугуны, а также среднеуглеродистая сталь (табл. 13). В настоящее время выплавляют следующие марки высоко­прочного чугуна по ГОСТ 7293—79: ВЧ38-17, ВЧ42-12, ВЧ45-5, ВЧ50-2, ВЧ60-2, ВЧ70-3, ВЧ80-3, ВЧ100-4 и ВЧ120-4.

Буквы обозначают высокопрочный чугун, первые две циф­ры— предел прочности на растяжение (кгс/мм2), последние одна или две цифры — относительное удлинение (%).

В судостроении высокопрочные чугуны широко применяют вместо ковкого чугуна и среднеуглеродистой стали. Из них изготовляют различные судовые устройства, механизмы, дель­ные вещи и т. д. Наиболее распространен магниевый чугун, обладающий высокими механическими свойствами, что позво­ляет использовать его вместо ковкого чугуна при изготовлении ответственных деталей машин: коленчатых валов, картеров, шатунов и т. п., а также грузовых, зачистных, обогревающих и охлаждающих трубопроводов, дейдвудных труб, винтов регу­лируемого шага (ВРШ) и т. п.

Легированные чугуны

 Легированными называются чугуны, в которые введены ле­гирующие (облагораживающие) примеси, например хром, ва­надий, молибден, никель, титан и др.

Легирующие элементы повышают прочность, твердость, из­носостойкость, коррозионную стойкость и другие механические, технологические и химические свойства чугунов.

Все легированные чугуны в зависимости от суммарного со­держания легирующих элементов делятся на низколегирован­ные (до 2,5% легирующих элементов), среднелегированные (от 2,5 до 10%) и высоколегированные (свыше 10%).

Разновидности легированных чугунов имеют разные марки. Входящие в марку легирующие элементы обозначают буквами: Н—никель, X — хром, М — молибден, Т — титан, К — кобальт, В — вольфрам, Б — ниобий, Г — марганец, С — кремний, Ф — ванадий, Ю — алюминий, Д — медь. Цифры, стоящие после букв, указывают среднее содержание легирующих элементов в процентах. Если цифры нет, то данного легирующего эле­мента содержится около 1 %. Например, марка ЧН15Д7Х означает, что это высоколегированный чугун, в котором содер­жится никеля—15%, меди — 7% и хрома — около 1 %.

Изготовление легированных чугунов, обладающих целым рядом ценных свойств, относительно недорого, и поэтому об­ласть их применения непрерывно расширяется.

Читайте также:  Что полезней читать или смотреть фильмы

В зависимости от свойств легированные чугуны делятся на износостойкие, коррозионно-стойкие (нержавеющие), жаро­стойкие и др.

Износостойкими называются чугуны, обладающие вы­соким сопротивлением износу (истиранию), которое возникает при трении поверхностей, находящихся под нагрузкой. К изно­состойким чугунам относятся антифрикционные и фрикционные чугуны.

Антифрикционными называются износостойкие чу­гуны, обладающие низким коэффициентом трения. Из них из­готовляют детали, работающие в условиях трения скольжения: подшипники скольжения и их вкладыши, грундбуксы, саль­ники и другие подобные детали.

Антифрикционные чугуны имеют марки по ГОСТ 1585—79: АЧС-1, АЧС-2, АЧС-3, АЧС-4, АЧС-5, АЧС-6, АЧК-1, АЧК-2, АЧВ-1, АЧВ-2 и др.

Буквы АЧ означают антифрикционный чугун, а буквы С, К и В — базовый чугун (серый, ковкий и высокопрочный), на основе которого он получен. Цифра — условный номер.

Кроме перечисленных марок применяют специальный ан­тифрикционный пористый чугун марки АПЧ, получаемый вве­дением в расплавленный чугун при его выплавке свинца, фос­фора и углекислого калия (поташа). В результате затвердевший чугун становится пористым, что улучшает его антифрик­ционные свойства.

В качестве антифрикционных чугунов применяют также медистый чугун марок ЧМ-1,3, ЧМ-1,8 и др., в которых цифра указывает на содержание меди в процентах. Эти чугуны имеют хорошие антифрикционные свойства и выдерживают большие нагрузки.

Фрикционными называются износостойкие чугуны, имеющие высокий коэффициент трения. Из них делают тор­мозные устройства различных механизмов:

Все большее распространение в судостроении получают коррозионнно-стойкие чугуны (ГОСТ 11849—76), так как даже обычные чугуны обладают более высокой коррози­онной стойкостью в атмосфере и морской воде, чем углероди­стые стали. Вводя в чугун более 12 % хрома и снижая содер­жание углерода, получают нержавеющий чугун. Высокой кор­розионной стойкостью в агрессивных средах, стойкостью к кавитации и износу в пароводяных средах обладают коррози-онно-стойкие чугуны марок ЧНХТ,ЧН1ХМД, ЧН15Д7Х2 и др.

Жаростойкими называются чугуны, стойкие против окисления и сохраняющие механические свойства при высоких температурах нагрева (свыше 750 К).

Многие высоколегированные жаростойкие чугуны являются одновременно и коррозионно-стойкими. Детали, работающие при высокой температуре нагрева без больших нагрузок, вы­годнее изготовлять из жаростойких чугунов, чем из жаростой­ких сталей, так как стоимость их получения меньше.

В марках жаростойких чугунов (ГОСТ 7769—75) буквы ЖЧ обозначают жаростойкий чугун, последующие буквы обозна­чают легирующие элементы, а цифры.—среднее содержание ле­гирующих элементов в процентах. Например, ЖЧНДХ-15-7-2 — это жаростойкий чугун, содержит никеля 15%, меди 7% и хрома 2 %, а остальное железо, углерод и другие примеси.

Существуют жаростойкие алюминиевые чугуны — чугаль и пирофераль. Они содержат большое количество алюминия и модифицированы магнием для получения шаровидного гра­фита, коррозионно-стойки.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Что называется чугуном?

2.           Какое влияние на свойства чугуна оказывают углерод, кремний, мар­ганец, сера и фосфор?

3. Почему чугун для художественного литья должен иметь повышенное содержание фосфора?

4. Как делятся белые (передельные) чугуны и где их применяют?

5. Как делятся серые чугуны и где их применяют?

6. Почему одна из разновидностей серого чугуна получила название «ковкий чугун»?

7. Какими особыми свойствами обладают легированные чугуны?

Задание

Расшифруйте марки: СЧ32-52, КЧ50-4, ВЧ45-5, АЧС-2, АЧВ-1, АЧК-1, ЧМ-1,3, АПЧ, ЧН15Д7Х2, ЖЧС-5,5. Укажите области применения этих чу-гунов.

ПРОИЗВОДСТВО СТАЛИ

Источник

1. Марганец и сера.

2. Марганец и фосфор.

3. Сера и фосфор.

4. Марганец и кремний.

31. Доменный процесс является:

1. Дискретным технологическим процессом.

2. Непрерывным процессом.

3. Комбинированным технологическим процессом.

4. Правильных ответов нет

32. Что такое ковкий чугун:

1. Чугун, который можно подвергать ковке.

2. Чугун, который в своей структуре содержит ледебурит.

3. Чугун, в котором углерод содержится в виде графита
хлопьевидной формы.

4. Чугун, содержащий графит в форме игл.

5. Чугун, содержащий графит в форме пластин.

33. Углерод находится в виде цементита в чугуне:

1. Сером.

2. Белом.

3. Черном.

4. Ковком.

34. Отжигом белого чугуна получают чугун:

1. Серый.

2. Черный.

3. Ковкий.

4. Передельный.

35. Сырьем для получения высокопрочных чугунов служит:

1. Серый чугун.

2. Передельный чугун.

3. Черный чугун.

4. Оба ответа верны.

36. Цифра в марке чугуна показывает:

1. Содержание в нем углерода.

2. Механические свойства чугуна.

3. Содержание вредных примесей.

4. Содержание легирующих элементов.

37. Что такое сталь:

1. Сплав железа с углеродом, содержащий до 4% углерода.

2. Химическое соединение железа с углеродом.

3. Сплав железа с углеродом, содержащий до 3% углерода.

4. Сплав железа с углеродом и другими примесями (Мп, Si), содержащий до 2% углерода.

5. Сплав железа с марганцем и кремнием.

38. Назовите полезные неизбежные примеси в стали:

1. Марганец и кремний.

2. Марганец и фосфор.

3. Сера и фосфор.

4. Марганец, кремний, сера, фосфор.

5. Кислород, азот, марганец, сера, кремний, фосфор.

39. Наиболее производительный способ выплавки стали:

1. Мартеновский.

2. Конверторный.

3. Электродуговой.

4. Правильных ответов нет

40. Качество стали определяется:

1. Содержанием в ней легирующих элементов.

2. Содержанием в ней углерода.

3. Содержанием в ней вредных примесей.

4. Все ответы верны.

41. Пути повышения качества стали:

Читайте также:  Полезная информация для туристов в тунис

1. Вакуумирование.

2. Электрошлаковый переплав.

3. Обработка синтетическим флюсом.

4. Все ответы верны.

42. Полностью раскисленная сталь:

1. Спокойная.

2. Кипящая.

3. Все ответы верны.

4. Правильных ответов нет

43. Наиболее экономичным методом выплавки стали является:

1. Мартеновский.

2. Кислородно-конверторный.

3. В электропечах.

4. Правильных ответов нет

44. Отпуск сталей применяется:

1. Для повышения твердости стали.

2. Для повышения пластичности стали и снятия внутрен­них напряжений.

3. Для повышения вязкости стали и снятия внутренних напряжений.

4. Все ответы верны.

45. Пластичность металлов при отжиге:

1. Увеличивается.

2. Уменьшается.

3. Не изменяется.

4. Сначала увеличивается, затем остается неизменной.

46. Закалка стальных отливок увеличивает:

1. Вязкость.

2. Плотность.

3. Твердость.

4. Прочность.

47. Химико-термическая обработка стали повышает:

1. Твердость стальных изделий по всему объему.

2. Износостойкость стальных изделий по всему объему.

3. Твердость и износостойкость поверхностного слоя стальных изделий.

4. Пластичность.

48. Медные руды:

1. Богаты медью.

2. Бедны медью

3. Содержат мало меди, но являются комплексными.

4. Наполовину содержат медь.

49. Методы обогащения медных руд:

1. Магнитная сепарация.

2. Флотация.

3. Агломерация.

4. Окатывание.

50. Медь получают:

1. Пирометаллургическим способом.

2. Электролизом.

3. Оба ответа верны.

4. Правильных ответов нет

51. Сплавы на основе меди:

1. Бронзы.

2. Чугуны.

3. Стали

4. Все ответы верны.

52. Чистая медь относится к:

1. Тугоплавким металлам.

2. Легкоплавким металлам.

3. Среднеплавким.

4. Неплавким.

53. Чистый алюминий:

1. Легкий металл.

2. Тяжелый металл.

3. Особолегкий металл.

4. Особотяжелый металл.

54. Алюминий получают:

1. Пирометаллургическим способом.

2. Путем восстановления из окислов руды.

3. Электролизом.

4. Все ответы верны.

55. Силумины — это сплавы на основе:

1. Алюминия с медью.

2. Алюминия с кремнием.

3. Меди с кремнием.

4. Меди с висмутом.

56. Дуралюмины — это:

1. Литейные алюминиевые сплавы.

2. Литейные медные сплавы.

3. Деформируемые алюминиевые сплавы.

4. Правильных ответов нет

57. Латуни — это сплавы на основе:

1. Меди с цинком.

2. Меди с оловом.

3. Меди с кремнием.

4. Меди с серебром.

58. Дуралюмины обладают:

1. Хорошей пластичностью.

2. Хорошими литейными свойствами.

3. Все ответы верны.

4. Правильных ответов нет.

59. Цифра в марке углеродистой конструкционной стали показывает:

1. Содержание углерода в десятых долях процента.

2. Содержание углерода в сотых долях процента.

3. Содержание кремния в процентах.

4. Содержание железа в процентах.

60. Цифра в марке инструментальной углеродистой стали показывает содержание, углерода:

1. В сотых долях процента.

2. В тысячных долях процента.

3. В десятых долях процента.

4. Содержание кремния в процентах

61. Автогенный процесс способствует:

1. Повышению производительности труда.

2. Сокращению эксплуатационных и капитальных затрат.

3. Оба ответа верны.

4. Правильных ответов нет.

62. Автогенный процесс — это процесс, протекающий:

1. С использованием естественного топлива.

2. С использованием искусственного топлива.

3. Без подвода тепла.

4. Правильных ответов нет

63. В основе обработки металлов давлением лежат процессы:

1. Упругого деформирования металлов.

2. Пластической деформации.

3. Литья

4. Все ответы верны.

64. Сортовой прокат получают прокаткой:

1. В гладких валках.

2. В ручьевых валках.

3. Оба ответа верны.

65. Листовой прокат получают прокаткой:

1. В гладких валках.

2. В ручьевых валках.

3. Оба ответа верны.

66. Прокаткой получают:

1. Шовные трубы.

2. Бесшовные трубы.

3. Оба ответа верны.

67. Исходной заготовкой для прокатки сварных труб служат:

1. Слитки.

2. Листы.

3. Оба ответа верны.

68. Волочением получают:

1. Проволоку.

2. Трубы.

3. Оба ответа верны.

69. После холодной деформации металл:

1. Наклепан.

2. Кристаллизован.

3. Оба ответа верны.

70. Операции свободной ковки:

1. Осадка.

2. Штамповка.

3. Оба ответа верны.

71. Волочение относится к:

1. Холодному методу обработки давлением.

2. Горячему методу обработки давлением.

3. Оба ответа верны.

72. Исходной заготовкой для штамповки служат:

1. Сортовой прокат.

2. Листовой прокат.

3. Слиток.

73. Операция листовой штамповки:

1. Прошивка.

2. Вырубка.

3. Оба ответа верны.

74. В открытых штампах производят штамповку:

1. С облоем.

2. Без облоя.

3. Оба ответа верны.

75. Более высокую точность размеров заготовок можно получить:

1. При ковке.

2. При объемной штамповке.

3. Оба ответа верны.

76. Наиболее производительный метод обработки ме­таллов давлением:

1. Ковка.

2. Объемная штамповка.

3. Листовая штамповка.

77. Модели служат для изготовления:

1. Форм.

2. Стержней.

3. Оба ответа верны.

78. Для изготовления стержней необходимы:

1. Модели.

2. Ящики.

3. Опоки.

79. К специальным методам литья относятся:

1. Литье в землю.

2. Оболочковое литье.

3. Оба ответа верны.

80. Тонкостенное цветное литье сложной конфигурации:

1. Кокильное.

2. Под давлением.

3. Центробежное.

81. Наиболее производительный способ литья:

1. По выплавляемым моделям.

2. Под давлением.

3. В кокиль.

82. Состав для изготовления выплавляемых моделей:

1. Парафин + стеарин.

2. Бакелит.

3. Смола.

83. Литейные свойства сплавов:

1. Усадка.

2. Твердость.

3. Оба ответа верны.

Источник