Почему жаростойкий чугун может быть одновременно и коррозионностойким примеры маркировки кратко

Обновлено: 05.07.2024

В зависимости от того, какой формы присутствует углерод в сплавах различают белые, серые, ковкие и высокопрочные чугуны.

Белый чугун– Такое название он получил по виду излома, который имеет матово-белый цвет. Весь углерод в этом чугуне находится в связанном состоянии в виде цементит. Белые чугуны имеют большую твердость (НВ 450-550) и , как следствие этого, они очень хрупкие и для изготовления деталей машин не используются.

Высокая твердость белого чугуна обеспечивает его износостойкость, в том числе и при воздействии агрессивных сред. Это свойство учитывают при изготовлении из него поршневых колец. Однако белый чугун применяют главным образом для отливки деталей на ковкий чугун, поэтому его называют передельным.

Первая группа цифр – показывает предел прочности чугуна при растяжении, МПа:

Вторые – относительное удлинение при разрыве в %.

Что такое чугун?

Чугун представляет собой сплав из железа и углерода. Как и любой другой металл он имеет свои положительные и отрицательные стороны:

Имеет склонность покрываться ржавчиной при длительном контакте с водой.
Обладает долговечностью, прочностью, качеством, упругостью, надежностью и практичностью.
В зависимости от вида может иметь пониженную пластичность, а также хрупкость.
Экологически чистый и безвредный для человека и животных материал.
Сплав отличается большим сроком службы (более 50-60 лет).
Обладает высоким уровнем гигиеничности, а также высокой стойкостью к кислотно-щелочной среде.
Обладает отличной теплопроводностью.
Схож по качественным характеристикам со сталью, имеет особый уровень прочности.

Читать также: Катушка для триммера своими руками

Чугуны со специальными свойствами.

В зависимости от назначения различают износостойкие, антифрикционные, жаростойкие и коррозионностойкие чугуны.

Износостойкие (антифрикционные ) чугуны.

Обозначают сочетанием букв АЧС, АЧК, АЧВ. Буквы С, К, В обозначают вид чугуна: серый, ковкий, высокопрочный. Цифра обозначает номер чугуна.

Для легирования антифрикционных чугунов применяют хром, никель, медь, титан.

Жаростойкие и жаропрочные чугуны.

Жаростойкие чугуны применяют для изготовления деталей контактных аппаратов химического оборудования, работающих в газовых средах при 0 температуре 900-1100 С.

Коррозионностойкие чугуны.

Коррозионностойкие чугуны, обладают высокой стойкостью в газовой, воздушной и щелочных средах. Их применяют для изготовления деталей узлов трения, работающих при повышенных температурах.

Примеры обозначения и расшифровки:

1. СЧ15 – серый чугун, временное сопротивление при растяжении 150Мпа.

2. КЧ45-7 – ковкий чугун, временное сопротивление при растяжении 450Мпа, относительное удлинение 7%.

3. ВЧ70 – высокопрочный чугун, временное сопротивление при растяжении 700 МПА

4. АЧВ – 2 – антифрикционный высокопрочный чугун, номер 2.

5. ЧН20Д2ХШ – жаропрочный высоколегированный чугун, содержащий никеля 20%, 2% меди, 1% хрома, остальное – железо, углерод, форма графита – шаровидная

6. ЧС17 – коррозионностойкий кремниевый чугун, содержащий 17% кремния, остальное –железо, углерод.

Определение :

Сталь – сплав железа с углеродом, содержащий углерода не более 2,14%, а также ряд других элементов.

Классификация:

Для правильного прочтения марки необходимо учитывать ее место в

классификации стали по химическому составу, назначению, качеству, степени раскисления.

– По химическому составу стали подразделяют на углеродистые и легированные.

– Стали по назначению делят на конструкционные, инструментальные и стали специального назначения с особыми свойствами.

– Стали по качеству классифицируют на стали обыкновенного качества, качественные, высококачественные и особо высококачественные.

– Классификация по степени раскисления. Стали по степени раскисления классифицируют на спокойные, полуспокойные и кипящие .

Таблица 1. – Классификация сталей

Стали по химическому составу
Углеродистые			Легированные
низкоуглеродистые (до 0,25% С), среднеуглеродистые (0,25-0,6% С

высокоуглеродистые (более 0,6% С)

низколегированную (с суммарным содержанием легирующих элементов до 2,5%),
среднелегированную (от 2,5до 10%)

и высоколегированную (свыше 10%).

Конструкционные стали – стали, предназначенные для изготовления различных деталей, узлов механизмов и конструкций.

Инструментальные стали – стали, применяемые для обработки материалов резанием или давлением, а также для изготовления измерительного инструмента.

Специальные стали — это высоколегированные (свыше 10%) стали, обладающие особыми свойствами – коррозионной стойкостью, жаро – стойкостью, жаропрочностью, износостойкостью и др

Углеродистые стали

К углеродистым сталям относят стали, не содержащие специально введенные легирующие элементы.

Конструкционные углеродистые стали.

Стали углеродистые обыкновенного качества (сталь с достаточно высоким содержанием вредных примесей S и P) обозначают согласно ГОСТ 380-94.

Эти наиболее широко распространенные стали поставляют в виде проката в нормализованном состоянии и применяют в машиностроении, строительстве и в других отраслях.

Углеродистые стали обыкновенного качества обозначают буквами:

Ст и цифрами от 0 до 6. Цифры — это условный номер марки. Чем больше число, тем больше содержание углерода, выше прочность и ниже пластичность.

Перед символом Ст указывают группу гарантированных свойств: А, Б,В. Если указание о группе отсутствует, значит предполагается группа А.

Например, СТ3; БСт4; ВСт2.

После номера марки стали указывают степень раскисления: кп – кипящая, пс – полуспокойная, сп – спокойная сталь.

Таблица 2. – Структура обозначения углеродистых сталей.

Группа стали	Обозначение	Номер стали	Степень раскисления	Категория
А	Ст	0	–	1, 2, 3
		1, 2, 3, 4	кп, пс, сп
		5, 6	пс, сп
Б	БСт	1, 2, 3, 4	кп, пс, сп	1, 2
		5, 6	пс, сп
В	ВСт	1, 2, 3, 4	кп, пс, сп	1, 2, 3, 4, 5
		5	пс, сп

Таблица 3. –Значение букв и цифр, употребляющихся при маркировке сталей обыкновенного качества.

Примеры обозначения и расшифровки:

БСТ2кп – сталь конструкционная углеродистая обыкновенного качества, группы Б, поставляемая с гарантированным химическим составом, номер 2, кипящая.

СТ5Гпс – сталь конструкционная обыкновенного качества , группы , поставляемая с гарантированными механическими свойствами, номер 5, содержание марганца до 1%, полуспокойная.

ВСт3сп – сталь конструкционная углеродистая обыкновенного качества, группы В, поставляемая с гарантированным химическим составом и механическими свойствами, номер 3, спокойная.

Классификация чугунов

Классификация чугунов определяется в соответствии с установленными техническими нормами ГОСТ 3443-77.Его деление происходит по признакам. По состоянию углерода:

По включению графита:

Хлопьевидный.
Шаровидный.
Вермикулярный.
Пластинчатый.

По матрице:

Ферритный.
Перлитный.
Феррито-перлитный (смешанный).

По химическому составу:

Обозначение углеродистых качественных конструкционных сталей

Качественная конструкционная сталь – сталь с заметно меньшим содержанием серы, фосфора и других вредных примесей. Обозначается согласно ГОСТ 1050-88.

Сталь маркируют двузначными числами, которые обозначают содержание углерода в сотых долях процента, и поставляют с гарантированными показателями химического состава и механических свойств. По степени раскисления сталь подразделяют на кипящую (кп), полуспокойную (пс), спокойную (без указания индекса). Буква Г в марках сталей указывает на повышенное содержание марганца (до 1%).

Примеры обозначения и расшифровки

Сталь 05кп –сталь конструкционная низкоуглеродистая, качественная, содержащая углерода 0,05%, кипящая.

Сталь 25 – сталь конструкционная низкоуглеродистая, качественная содержащая углерода 0,25%, спокойная.
Сталь 60Г – сталь конструкционная среднеуглеродистая, качественная, содержащая углерода 0,6%, арганца 1%, спокойная.

Автоматные стали

Обозначение автоматных сталей

По ГОСТ 1414-75 эти стали маркируют буквой А и цифрами, показывающими среднее содержание углерода в сотых долях процента. Применяют следующие марки автоматной стали: А12,А20, АЗО, А40Г.

Из стали А12 готовят неответственные детали, из стали других марок — более ответственные детали, работающие при значительных напряжениях и повышенных давлениях. Сортамент автоматной стали предусматривает изготовление сортового проката в виде прутков круглого, квадратного и шестигранного сечений. Эти стали не применяют для изготовления сварных конструкций.

Примеры обозначения и расшифровка

АС12ХН – сталь автоматная легированная, низкоуглеродистая, содержащая 0,12 % углерода, 1% хрома и никеля.

Котельные стали.

Стали листовые для котлов и сосудов, работающих под давлением, применяют для изготовления паровых котлов, судовых топок,

камер горения газовых турбин и других деталей. Они должны работать при переменных давлениях и температуре до 450″С. Кроме того, котельная сталь должна хорошо свариваться. Для получения таких свойств в углеродистую сталь вводят технологическую добавку (титан) и дополнительно раскисляют ее алюминием. Выпускают следующие марки углеродистой котельной стали 12К, 15К, 16К, 18K.20K.22Kc содержанием в них углерода от 0,08 до 0,28%.

Эти стали поставляют в виде листов с толщиной до 200 мм и поковок в состоянии после нормализации и отпуска.

Инструментальные углеродистые стали.

Обозначение инструментальных углеродистых сталей

Инструментальный углеродистые стали, маркируют в соответствии с ГОСТ1435-90.

Инструментальные углеродистые стали выпускают следующих марок:

У7.У8ГА.У8Г, У9, У 10, У 11, У 12 и У 13. Цифры указывают на содержание углерода в десятых долях процента. Буква Г после цифры означает, что сталь имеет повышенное содержание марганца. Марка инструментальной углеродистой стали высокого качества имеет букву А.

Примеры обозначения и расшифровки

У12 – сталь инструментальная, высокоуглеродистая, содержащая 1,2% углерода, качественная.

У8ГА – сталь инструментальная, высокоуглеродистая, содержащая 0,8% углерода, 1% марганца, высококачественная.

3. У9А – сталь инструментальная, высокоуглеродистая, содержащая 0,9% углерода, высококачественная.

Легированные стали.

Легированной называют сталь со специально введенным одним или более легирующим элементом.

Обозначение легированных сталей

Таблица 4. – Обозначение элементов марка.

Ю-АI Алюминий	C-Si Кремний	A-N Азот
Р-В Бор	Г- Mn Марганец	Д –Cu Медь
Ф-V Ванадий	М-Мо Молибден	Е-Se Селен
В-W Вольфрам	Н-Ni Никель	Ц-Zr Цирконий
Ж-Fe Железо	T-Ti Титан	Б-Nb Ниобий
К- Co Кобальт	Та – Тантал	Х- хром

Для изготовления измерительных инструментов применяют X, ХВГ.

Стали для штампов: 9Х, Х12М, 3Х2Н8Ф.

Стали для ударного инструмента: 4ХС, 5ХВ2С.

Обозначение быстрорежущих сталей

Все быстрорежущие стали являются высоколегированными. Это стали для оснащения рабочей части резцов, фрез, сверл и т.д.

Маркировка быстрорежущих сталей всегда начинается с буквы Р и числа, показывающего содержание вольфрама в процентах. Наиболее распространенными марками являются Р9, Р18, Р12.

Области применения

Областей применения чугуна много. Такое положение образовалось благодаря различным видам и классификациям данного металла. Это:

Тяжела промышленность (изготовление деталей и различных предметов в металлургии и станкостроении).
Машиностроение (обычно применяется серый чугун, так как имеет полезные свойства – противостояние колебаниям и вибрациям).
Автомобильная промышленность (используется как металл в чистом виде, так и в смеси с графитом для изготовления цилиндров, коленчатых валов и иных элементов).
Тормозные колодки, используемые в различных сферах жизнедеятельности (мукомольной промышленности, бумагоделательной).
Для производства домашней, бытовой утвари – казанов, сковородок, горшков и иной посуды (не вызывает аллергических реакций, отлично сохраняет тепло и не окисляется).
В искусстве (это выкованные и литые ограждения, ворота, памятники и предметы декора).
В нефтяной промышленности (трубы и иные изделия из чугуна в данной отрасли отличаются долговечностью и отличными эксплуатационными свойствами).
Для изготовления ванн, моек (срок эксплуатации более 50-60 лет).

Выпуск чугуна осуществляется исключительно на основании специальных технических указаний, где прописаны свойства, марки и характеристики.

Сегодня почти нет ни одной сферы жизни человека, где бы не применялся чугун. Этот материал известен человечеству уже достаточно давно и превосходно зарекомендовал себя с практической точки зрения. Чугунное литье – основа великого множества деталей, узлов и механизмов, а в некоторых случаях даже самодостаточное изделие, способное выполнять возложенные на него функции. Поэтому в данной статье мы уделим самое пристальное внимание данному железосодержащему соединению. Также выясним, какие бывают виды чугуна, их физические и химические особенности.

Читать также: Автомат для сварки нержавейки

Белый чугун

Таким чугуном называется тот, у которого практически весь углерод химически связан. В машиностроении этот сплав применяется не очень часто, потому что он твёрдый, но очень хрупкий. Также он не поддается механической обработке различными режущими инструментами, а потому используется для отливания деталей, которые не требуют какой-либо обработки. Хотя этот вид чугуна допускает шлифование абразивными кругами. Белый чугун может быть как обыкновенным, так и легированным. При этом сварка его вызывает затруднения, поскольку сопровождается образованием различных трещин во время охлаждения или нагрева, а также по причине неоднородности структуры, формирующейся в точке сварки.

Читать также: Формула определения плотности материала

Белые износостойкие чугуны получают за счет первичной кристаллизации жидкого сплава при скоротечном охлаждении. Чаще всего они используются для работы в условиях сухого трения (например, тормозные колодки) или для производства деталей, обладающих повышенной износостойкостью и жаростойкостью (валки прокатных станов).

Кстати, белый чугун получил свое название благодаря тому, что внешний вид его излома – светло-кристаллическая, лучистая поверхность. Структура этого чугуна представляет собой совокупность ледебурита, перлита и вторичного цементита. Если же данный чугун подвергают легированию, то перлит трансформируется в троостит, аустенит или мартенсит.

Кроме нержавеющих сталей, в промышленности используют коррозионностойкие сплавы.

Для особо агрессивных сред применяют сплавы на никелевой основе типа хастеллой (сплавы НИМО). Содержание никеля в этих сплавах достигает 80%. Вторым элементом, присутствующим в этих сплавах в больших количествах, является молибден (15—30%). Состав некоторых сплавов приведен в табл. 1.

Таблица 1. Химический состав (%) кислотостойких сплавов на никелевой основе типа хастеллой

Коррозионностойкие чугуны стойки во многих агрессивных средах (и не только в окислительных). Они, как правило жаростойки. Легированные чугуны дешевле нержавеющих сталей, обладают хорошими литейными свойствами, поэтому изделия из них получают методами литья. Химический состав и свойства кислотостойких чугунов приведены в ГОСТ 2176 и ГОСТ 2233 (табл. 2). Хромистые чугуны содержат 26—36% Сr. Структура хромистых чугунов — твердый раствор хромистого феррита и эвтектические карбиды. Карбиды могут находиться и в свободном состоянии, причем преимущественно образуются карбиды Сг₇С₃. Хромистые чугуны (Х34) имеют высокую твердость (НВ 325—400), хорошо сопротивляются износу, но плохо обрабатываются резанием. Сплавы 25X18Л и 30Х20Л по содержанию углерода относятся к сталям, а по свойствам — к чугунам. Литейные и механические свойства у них лучше, чем у Х28 и Х34, они менее склонны к образованию горячих трещин

Таблица 2. Химический состав (%) коррозионностойких чугунов и литых сталей

* Содержится 3,5—4,5 Мо.

** В сплаве СЧЩ-1 содержится 0,8—1% Ni, в сплаве СЧЩ-2 0,4—0,5% Ni.

Хромистые чугуны стойки в окислительных средах: в азотной кислоте любой концентрации при 20° С и 40%-ной кипящей; в концентрированной серной кислоте и других средах. Окалиностойкость сохраняется до 1000—1100° С. Из хромистых чугунов изготавливают детали и аппаратуру для азотной промышленности, искусственных удобрений, фильеры и т.д. Используют их и как жаростойкие материалы — для изготовления печного оборудования, колосников, гребков и лопастей в печах, предназначенных для обжига.

Кремнистые чугуны относятся к кислотостойким сплавам. Кремний, как и хром, расширяет область существования феррита и сплавы, содержащие до 14,5% Si, имеют структуру однородного твердого раствора. Содержание углерода в кремнистых чугунах всего лишь 03—0,8%, при большем содержании возможно выделение углерода в виде графита. Чугуны выплавляют с содержанием кремния до 18%, так как при более высоком его содержании эти сплавы становятся хрупкими и их невозможно использовать. При резкой смене температур возможно растрескивание. В окислительных средах на поверхности изделий образуется прочная пленка SiО₂, которая восстанавливается при механических повреждениях.

Из кремнистых чугунов изготавливают центробежные насосы, распылители кислот, краны, котлы, чаны и т. д. Все кремнистые чугуны обладают высокой окалиностйкостью.

Никелевые чугуны содержат ~1% Ni (см. табл.2). Эти чугуны .стойки в расплавах солей и в концентрированных растворах щелочей. С увеличением содержания никеля коррозионная стойкость чугунов увеличивается. Состав никелевых чугунов может быть и более сложным: никелькремнистый аустенитный чугун содержит, %: 1,7—2 С; 1,8—3 Сr; 5—7 Si и 16—20 Ni; никельмедистый 2—2,8 С; 3—4 Сr; 5—8 Сu; 1,5—1 Si и 12—5 Ni.

Задание:1. Подготовить конспект лекции в печатном word-документе.

2. Предоставить способы производства коррозионно-стойких сталей.

Срок выполнения 01.05.2020.

Кроме нержавеющих сталей, в промышленности используют коррозионностойкие сплавы.

Таблица 1. Химический состав (%) кислотостойких сплавов на никелевой основе типа хастеллой

Таблица 2. Химический состав (%) коррозионностойких чугунов и литых сталей

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:

Внешние отличия:

чугун темный и матовый;
сталь серебристая и блестящая.

Различные физические характеристики

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.

У чугуна низкая себестоимость, он дешевле стали.

Добавки и примеси

С целью улучшения исходного материала чугун легируют, то есть вводят различные легирующие добавки, изменяющие физические и/или химические свойства.

цирконий;
алюминий;
молибден;
титан;
ванадий;
медь;
хром.

Чугуны с большим содержанием кремния и марганца в составе относят к легированным.

Серый чугун

Серый чугун представляет собой сплав железа с углеродом, в котором содержится 2,5—3,7% углерода, 1,0—2,9% кремния, 0,2—1,1% марганца, до 0,3% фосфора и до 0,12% серы. Углерод, кремний и марганец улучшают механические и литейные свойства сплава, а фосфор и сера являются вредными примесями. Фосфор придает чугуну хрупкость, а сера вызывает отбел в тонких частях отливки и понижает жидкотекучесть расплава. Поэтому их содержание в сплаве должно быть минимальным.

Серый чугун широко применяют в машиностроении, так как он дешев, хорошо обрабатывается резцом, обладает высокими литейными и механическими свойствами (см. табл. 1). Однако он имеет низкую вязкость — хрупкость и потому отлитые из чугуна детали не должны подвергаться ударному воздействию. Хрупкость серого чугуна обусловливается тем, что в нем углерод находится в виде пластиночек графита (рис. 14, а), которые являются надрезами, нарушающими сплошность металлической основы.

Плавка серого чугуна ведется главным образом в шахтных печах — вагранках. Современные вагранки делятся на два типа: с копильником — применяемые при крупном литье, когда необходимо скопить большое количество расплава, и без копильника — для получения расплава с более высокой температурой, но в меньших количествах. Производительность вагранок 5—30 т чугуна в час.

Рис. 14. Схемы микроструктур серого чугуна: а — обыкновенного, б — высокопрочного, 1 — графит пластинчатый, 2 — графит шаровидный, 3 — металлическая основа

Классификация чугунов

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

Серый чугун (СЧ)

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:

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:

Антифрикционные;
Жаростойкие;
Жаропрочные;
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.

Маркировка чугунов

Чугунами называют высокоуглеродистые сплавы с содержанием углерода свыше 2,03 %. Несмотря на значительный объем применения сталей, расширения области использования цветных сплавов, порошков и неметаллических материалов, чугуны широко применяют во многих отраслях промышленности. Относительно невысокий уровень механических свойств компенсируется низкой стоимостью, высокими литейными свойствами, хорошей обрабатываемостью. Механические и технологические свойства чугунов определяются их структурными характеристиками, упрочняющая термическая обработка для обычных чугунов практически не применяется. Требования к составу чугунов менее строгие по сравнению со сталью, поэтому в основу классификации и маркировки чугунов во всех стандартах положены структурные характеристики и гарантированный уровень механических свойств.

В Украине и СНГ действует система маркировки чугунов, основанная на классификации чугунов по форме графита. По этой классификации чугуны разделяют на:

чугуны с пластинчатым графитом – серые чугуны;
чугуны с шаровидным графитом – высокопрочные чугуны;
чугуны с хлопьевидным графитом – ковкие чугуны.

В промышленности широко применяют изделия из легированных чугунов с особыми свойствами. Обычно их маркировка начинается с буквы, указывающей на область применения чугуна.

Международные стандарты маркировки чугунов построены по тому же принципу – основным классификационным признаком является форма углерода, которая определяет уровень механических и эксплуатационных свойств. Наличие большого числа стандартов для описания аналогичных материалов затрудняет сравнение маркировок, поэтому многие производители изделий из чугунов в спецификации перечисляют несколько стандартов, которым соответствует используемый материал.

Во многих странах для маркировки чугунов используют английскую систему стандартизации BS, стандарты Германии DIN, на базе которых были разработаны соответствующие стандарты EN.

чугун DIN 1691 GG-25 или чугун DIN 1691 GG-210 HB

В настоящее время стандарты серии EN заменяют стандарты BS.

В США чугуны разделяют на классы следующим образом:

серый чугун (gray iron);
высокопрочный чугун (ductile iron);
ковкий чугун (malleable iron);
чугун с вермикулярным (компактным) графитом (compacted graphite iron);
белый чугун (white iron);
половинчатый чугун (mottled iron);
высокопрочный изотермически закаленный чугун (austempered ductile iron).

В табл. 4.5 приведена классификация форм графитных включений по ASTM A247 и сравнение ее с ISO R945(E).

– Классификация форм графитных включений

Технические условия ASTM A48 делят серые чугуны на классы – от 20 до 60, где число обозначает временное сопротивление в ksi. Например, класс 20 соответствует 140 Н/мм2, что отвечает марке чугуна СЧ 15.

Кроме указанного, действует еще ряд технических условий на серые чугуны для определенного вида изделий, например, ASTM A159 – для автомобильной промышленности.

Для высокопрочных чугунов также используется система маркировки по механическим свойствам. В системе ASTM для таких чугунов указывают временное сопротивление в ksi – предел текучести в ksi – относительное удлинение в процентах. Например, ASTM A716 – 60–42–10 означает высокопрочный чугун по техническим условиям А716 с =60 ksi; =42 ksi; b=10 %.

Маркировка чугуна с вермикулярным графитом не имеет аналогов в стандартах Украины и СНГ. По ASTM A842 марки такого чугуна 250; 300; ..450, где число – временное сопротивление в Н/мм2.

В табл. 4.6 приведены сравнительные примеры маркировки основных типов чугунов по различным стандартам.

– Сравнение маркировок основных типов чугунов по различным стандартам

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.

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.

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.

Химический состав

Основные свойства и химический состав серого чугуна регламентируются ГОСТом 1412-85.

Оптимальное содержание углерода составляет 2,4-3,7%. При более низкой концентрации он полностью растворится в железе, а ее превышение приведет к потере твердости и упругости.

Кремний – 1,2-2,5%. Он участвует в процессе графитизации, повышая твердость металла и снижая его вязкость. Влияние углерода и кремния рассматривается в совокупности, с учетом их суммарной концентрации.

Сера соединяется с железом с образованием сульфида FeS, который снижает свойства прочности и пластичности сплава. Допускается содержание серы не более 0,12-0,15%.

Марганец смягчает вредное влияние серы и способствует образованию свободных карбидов железа. Его количество определяется содержанием серы, и обычно составляет 0,5-1.1%.

Концентрация фосфора не превышает 0,2-0,3%. Элемент образует включения фосфидной эвтектики, увеличивая твердость и износоустойчивость.

В зависимости от марки допускается включение в состав серого чугуна:

хрома – он увеличивает карбидообразование, а с этим процессом повышаются твердость и прочность материала;
олова, способствующего равномерному распределению твердости по разным сечениям;
никеля и молибдена – для повышения сопротивляемости коррозийным процессам и улучшения обрабатываемости;
меди – ее присутствие способствует ускорению графитизации, увеличению упругости и стойкости к коррозии, улучшению обрабатываемости;
сурьмы – до 0,08%, оказывает влияние на процессы кристаллизации.

Структура сплава

Свойства и применение серого чугуна зависят от его состава и структуры. Один из важных факторов, влияющих на формирование металлической основы – скорость охлаждения после отвердевания. В зависимости от нее формируется металлическая основа структуры сплава.

Перлитная основа. Чем быстрее охлаждается заготовка, тем большую долю составляет в ней перлитная структура, состоящая из феррита и карбида наряду с тонкими пластинками графита. Она отличается высокой твердостью и прочностью.

Ферритно-перлитная. При щадящем охлаждении в структуре серого чугуна возрастает доля феррита – сплава железа с оксидами Fe2O3 и других металлов. Образуется основа, состоящая из феррита, перлита и пластинчатого графита. Обладает более высокой пластичностью.

Получение серого чугуна осуществляется в домне. Исходным материалом является руда. Формирования структуры серого сплава осуществляется только в условиях низких скоростей охлаждения. По своей форме углерод, который состоит в чугуне, напоминает пластинчатый графит. Именно поэтому излом характеризуется серым цветом.

Особенности маркировки

Для маркировки серого чугуна используются буквы СЧ и цифры. Последние из них указывают на то, какой предел прочности имеет материал в период растяжения. Данный материал характеризуется универсальными литейными свойствами – малой усадкой и высокой жидкотекучестью.

Применение

Для материала характерно наличие высокой способности к рассеиванию вибрационных колебаний в условиях переменных нагрузок. Металл характеризуется высокой циклической вязкостью. Именно поэтому из данного материала изготавливают прокатные станки, станины станков. Также из серого сплава производится изготовление маховиков, шкивов, корпусов, поршневых колец и т.д.

Характеристики высокопрочного чугуна

Высокопрочный чугун характеризуется наличием графитовых включений шаровидной формы. Получение этих включений обеспечивается благодаря модифицированию магнием серого чугуна. Благодаря шаровидной форме графита, создание резкой концентрации напряжений не происходит. Именно поэтому данный материал характеризуется высоким уровнем прочности в период растяжения и изгиба.

Высокопрочный чугун характеризуется наличием маркировки ВЧ и цифрами, которые указывают на прочность данного материала. Данный металл характеризуется высокой жидкотекучестью, а также небольшой усадкой.

Если сравнивать свойства чугуна и стали, то они очень похожи между собой. Поэтому из данного материала осуществляется производство деталей турбин, коленчатых валов двигателей для таких транспортных средств, как тракторы и автомобили, звездочек, изложниц, шестерней.

Высокопрочный чугун модифицируется следующим способом: расплав сплава смешивается со специальными добавками – модификаторами, которые берутся в небольшом количестве. Это приводит к тому, что пластины графита измельчаются, и получается графит, необходимой формы. Модифицирование приводит к улучшению механических свойств сплава: возрастание вязкости, прочности и пластичности.

Характеристики чугуна, в состав которого входит вермикулярный графит

В состав данных чугунов входит графит, который имеет вермикулярную форму, а также шаровидный графит (не более сорока процентов). Для того чтобы получить чугун, в состав которого входит вермикулярный графит, его модифицируют, используя церий и магний.

Чугун имеет маркировку буквами ЧВГ, а также цифрами, которые указывают на прочность данного материала. ЧВГ характеризуется малой усадкой, также для него присуща хорошая жидкотекучесть.

Чугун, в состав которого входит вермикулярный графит, если делать оценку его механических свойств, находится между такими материалами, как высокопрочный и серый чугун. Данный материал обладает хорошей теплопроводностью, что позволяет использовать их в средах, которые характеризуются резким перепадом температуры. ЧВГ широко применяется при производстве деталей, работающих при резких перепадах температуры.

Характеристики белого чугуна

Белый чугун является универсальным материалом, производство которого осуществляется в доменной печи с применением руд. Для формирования структуры данного материала необходимо обеспечить высокую скорость охлаждения. Белый чугун характеризуется наличием в своем составе углерода, который образует цементит (Fe3C) с высоким уровнем твердости. Белый чугун невозможно подвергнуть механической обработке. Однако из него можно получить ковкий чугун или подвергнуть его легированию и значительно увеличить его износостойкость.

Характеристики ковкого чугуна

Несмотря на название, ковкий чугун не поддается ковке. Данный материал характеризуется более высоким уровнем пластичности, чем белый чугун. Ковкий чугун характеризуется хлопьевидной формой графитовых включений. Исходным материалом для производства является белый чугун. Чтобы получить ковкий чугун, необходимо нагреть белый до 1000 градусов Цельсия и выдержать 17 – 80 часов при данной температуре, после чего осуществляется медленное охлаждение до нормальных температур. Благодаря изолированной хлопьевидной форме графита обеспечивается высокий уровень прочности и пластичности данного материала.

Для маркировки ковкого чугуна используются буквы КЧ и цифры, которые обозначают прочность материала на растяжение. КЧ обладает максимально низкой жидкотекучестью и большой усадкой.

Если делать оценку механических свойств КЧ, то он занимает промежуточную позицию между сталью и серым чугуном. Ковкий чугун широко применяется для производства литых деталей, работа которых осуществляется в условиях небольших ударных нагрузок – рычагов, педалей. Также данный материал широко применяется при изготовлении трубопроводной арматуры.

2. Особенности легированных чугунов

Легированный чугун получается путём введения в состав обычного чугуна легированных компонентов, таких как кремний, хром, алюминий и другие. С помощью легирования чугун получает особые свойства. Легированные чугуны по своим особенностям могут быть:

• Износостойкими;
• Жаростойкими;
• Антифрикционными;
• Жаропрочными.

Маркировка легированных чугунов осуществляется в соответствии с типом стали: Ч является жаропрочным чугуном, ИЧ – износостойким чугуном, АЧ – антифрикционным чугуном, ЖЧ – жаростойким чугуном. После этого могут идти буквы, которые указывают на легирующие элементы. После букв идут цифры, которые рассказывают о примерном содержании легирующих элементов в процентном соотношении. При отсутствии цифры можно судить о наличии примерно одного процента легирующего элемента.

Характеристики износостойкого чугуна

Износостойкость – такое свойство материала, которое позволяет сопротивляться изнашиванию при трении. Для того чтобы обеспечить чугун этим свойством, в белый чугун добавляют хром, никель, титан, вольфрам и молибден.

Для маркировки износостойкого сплава применяют буквы ИЧ и цифры, указывающие на процентное количество легирующих элементов в них.

Износостойкий чугун характеризуется высоким уровнем стойкости к абразивному износу, что позволяет применять его для производства дисков сцепления, тормозов, деталей для насосов, которыми осуществляется перекачивание абразивных сред, деталей для пескометов.

Характеристики жаростойких чугунов

Жаростойкостью называют характеристику, при которой материал способен сопротивляться окислению в газовой среде при высоких температурах.

Обеспечение жаростойкости осуществляется в результате того, что легируется серый или белый чугун с использованием таких материалов, как кремний, хром, алюминий. На поверхности материала имеются плотные защитные окисные пленки, с помощью которых осуществляется предохранение сплава от окисления в условиях высоких температур.

Маркировка жаростойкого чугуна осуществляется с применением букв ЖЧ. После этого идут цифры, которыми осуществляется обозначение легирующих элементов.

С помощью ЖЧ изготавливаются детали, которые работают в щелочной, газовой, воздушной среде, и способны выдержать температуру до 1100 градусов Цельсия. Их применяют при производстве конструкций для таких печей, как термические, доменные и мартеновские.

Характеристики жаропрочного чугуна

Жаропрочностью называют способность металла к сохранению своих свойств в условиях высоких температур.
Жаропрочность осуществляется, если легируется серый или белый чугун с применением таких материалов, как хром, никель, молибден или медь. Все жаропрочные материалы одновременно являются и жаростойким, однако не все жаростойкие материалы являются жаропрочными. Маркирование жаропрочного сплава осуществляется буквой Ч.

Данный материал широко применяется для производства газовых печей. С его помощью изготавливают детали, установка которых осуществляется в дизельные двигатели компрессорного оборудования. Также детали из этого материала устанавливаются в саунах и банях. Жаропрочным чугуном является материал, который имеет шаровидный графит.

Характеристики антифрикционных чугунов

Антифрикционностью называют возможность материала работать в условиях трения. Антифрикционный чугун может быть серым, высокопрочным или ковким чугуном, который характеризуется перлитной или перлитно-ферритной структурой (перлита

Читайте также: