Удельный вес чугуна, его свойства, виды, а также таблица значений
Статьи
Поиск Гугл
- Прочие материалы
Чугун представляет собой сплав углерода с железом, а также другими дополнительными элементами. Содержание углерода в чугуне не должны быть ниже 2,14 процентов. Чугун отличный материал для изготовления деталей литейного типа и использования при малых динамических нагрузках и невысоких напряжениях.
По сравнению со сталью, чугун отличается небольшой стоимостью и отличными литейными свойствами. Он также хорошо обрабатывается, чем большая часть сталей, однако, плохо сваривается и обладает меньшей прочностью, пластичностью и жесткостью.
Таблица удельного веса чугуна
Так как, чугун является сложным материалом, рассчитать его удельный вес в полевых условиях самостоятельно не представляется возможным. Эти вычисления проводят в специальных химических лабораториях. Однако, при этом его средний удельный вес известен. Этот параметр составляет: для серого чугуна от 6,6 до 7,8 г/см3, для белого от 7,0 до 7,8 г/см3.
Для упрощения подсчетов ниже представлена таблица с значениями таких параметров, как вес чугуна, удельный вес чугуна, а также эти значения в зависимости от единиц исчисления.
Материал | Удельный вес (г/см3) | Вес 1 м3 (кг) |
Чугун белого типа | От 7 до 7,8 | От 7000 до 7800 |
Чугун серого типа | От 6,6 до 7,8 | От 6600 до 7800 |
Свойства чугуна
Содержание углерода в составе придает сплаву повышенной твердости, снижая при этом вязкость и пластичность. Углерод может применятся двух типов: графита и цементита. Чугуны содержат примеси постоянного типа, такие как марганец, кремний, фосфор и сера, а также, редко, элементы легирующего типа, такие как никель, алюминий, хром, ванадий и другие.
Температура плавления чугуна составляет от 1150 до 1200 градусов Цельсия, что является на 300 градусов Цельсия ниже чем у железа чистого типа.
Виды чугуна
В зависимости от количества цементита и формы графита различают четыре вида чугуна:

Информация
Услуги
Товары
Чугуны, классификация чугунов, свойства
Чугун – сплав железа с углеродом, в котором
углерода больше 2. 14%.
Рис. 11. Классификация чугунов
Белый и серый чугун. Серый и белый чугуны резко различаются по свойствам. Белые чугуны очень твердые и хрупкие, плохо обрабатываются режущим инструментом, идут на переплавку в сталь и называются передельными чугунами. Часть белого чугуна идет на получение ковкого чугуна.
Серые
чугуны — это литейный чугун. Серый чугун
поступает в производство в виде
отливок. Серый чугун является дешевым
конструкционным материалом. Он
обладает хорошими литейными свойствами,
хорошо обрабатывается резанием,
сопротивляется износу, обладает
способностью рассеивать колебания
при вибрационных и переменных нагрузках.
Свойство гасить вибрации называется
демпфирующей способностью. Демпфирующая
способность чугуна в 2—4 раза выше, чем
стали. Высокая демпфирующая способность
и износостойкость обусловили
применение чугуна для изготовления
станин различного оборудования,
коленчатых и распределительных валов
тракторных и автомобильных двигателей
и др.
Серый чугун получают при добавлении в расплавленный металл веществ, способствующих распаду цементита и выделению углерода в виде графита. Для серого чугуна графитизатором является кремний. При введении в сплав кремния около 5% цементит серого чугуна практически полностью распадается и образуется структура из пластичной ферритной основы и включений графита. С уменьшением содержания кремния цементит, входящий в состав перлита, частично распадается и образуется ферритно-перлитная структура с включениями графита. При дальнейшем уменьшении содержания кремния формируется структура серого чугуна на перлитной основе с включениями графита.
Механические
свойства серых чугунов зависят от
металлической основы, а также формы
и размеров включений графита. Наиболее
прочными являются серые чугуны на
перлитной основе, а наиболее
пластичными —серые чугуны на ферритной
основе. Поскольку графит имеет очень
малую прочность и не имеет связи с
металлической основой чугуна,
полости, занятые графитом, можно
рассматривать как пустоты, надрезы
или трещины в металлической основе
чугуна, которые значительно снижают
его прочность и пластичность.
Наибольшее снижение прочностных
свойств вызывают включения графита
По физико-механическим характеристикам серые чугуны условно можно разделить на четыре группы: малой прочности, повышенной прочности, высокой прочности и со специальными свойствами.
Легированный серый чугун имеет мелкозернистую структуру и лучшее строение графита за счет присадки небольших количеств никеля и хрома, молибдена и иногда титана или меди.
Модифицированный
серый чугун имеет однородное строение
по сечению отливки и более мелкую
завихренную форму графита. Химический
состав шихты для изготовления
модифицированного чугуна подбирают
таким, чтобы обычный модифицированный
чугун затвердевал бы в отливке с отбелом
(т.е. белым или половинчатым). Модификаторы
— ферросилиций, силикоалюминий,
силикокальций и др. — добавляют в
количестве 0,1 —0,3% от массы чугуна
непосредственно в ковш во время его
заполнения. В структуре отливок из
модифицированного серого чугуна не
содержится ледебуритного цементита.
Вследствие малого количества вводимого
в чугун модификатора его химический
состав практически остается неизменным.
Жидкий модифицированный чугун необходимо
немедленно разливать в литейные
формы, так как эффект модифицирования
исчезает через 10—15 мин.
Высокопрочный
чугун. Механические свойства высокопрочного
чугуна позволяют применять его для
изготовления деталей машин, работающих
в тяжелых условиях, вместо поковок
или отливок из стали. Из высокопрочного
чугуна изготовляют детали прокатных
станов, кузнеч но-прессового оборудования,
паровых турбин (лопатки направляющего
аппарата), тракторов, автомобилей
(коленчатые валы, поршни) и др.
Ковкий
чугун. Ковкий чугун — условное название более
пластичного чугуна по сравнению с серым.
Ковкий чугун никогда не куют. Отливки
из ковкого чугуна получают длительным
отжигом отливок из белого чугуна с
перлитнс-цементитной структурой. Толщина
стенок отливки не должна превышать
40—50 мм. При отжиге цементит белого
чугуна распадается с образованием
графита хлопьевидной формы. У отливокс
толщиной стенокболее 50 мм при отжиге
будет образовываться нежелательный
пластинчатый графит.
Ковкий чугун широко применяют в автомобильном, сельскохозяйственном и текстильном машиностроении. Из него изготовляют детали высокой прочности, способные воспринимать повторно-переменные и ударные нагрузки и работающие в условиях повышенного износа, такие как картер заднего моста, тормозные колодки, ступицы, пальцы режущих аппаратов сельскохозяйственных машин, шестерни, крючковые цепи и др. Широкое распространение ковкого чугуна, занимающего по механическим свойствам промежуточное положение между серым чугуном и сталью, обусловлено лучшими по сравнению со сталью литейными свойствами белого чугуна, что позволяет получать отливки сложной формы. Ковкий чугун характеризуется достаточно высокими антикоррозионными свойствами и хорошо работает в среде влажного воздуха, топочных газов и воды.
Чугуны
со специальными свойствами. Такие чугуны используют в различных
отраслях машиностроения тогда, когда
отливка, кроме прочности, должна
обладать теми или иными специфическими
свойствами (износостойкостью, химической
стойкостью, жаростойкостью и т. п.). Из
большого количества чугунов со
специальными свойствами приведем в
качестве примеров следующие.
Магнитный чугун используют для изготовления корпусов электрических машин, рам, щитов и др. Для этой цели наилучшим является ферритный чугун с шаровидным графитом.
Немагнитный чугун используют для изготовления кожухов и бандажей различных электрических машин. Для этого применяют никеле-марган-цовистый чугун, содержащий 7-10% Мп и 7-9% Ni, а также марганцево-меднистый чугун, в котором содержится 9,8% Мn и 1,2-2,0% Си.
Жаростойкий чугун — чугаль содержит 20-25% А1.
К чугунам со специальными свойствами относят также упомянутые ранее ферросплавы — ферромарганец, ферросилиций и т.д., предназначенные для раскисления и легирования стали при ее выплавке.
Свойства чугуна — Наука поражена
Нравится это? Поделиться!
Чугун можно переплавить в чугун, который можно использовать для ряда технических целей. Прочитайте эту статью ScienceStruck, чтобы узнать больше о свойствах этой разновидности железа.
Чугун, сплав железа (Fe) и углерода (C), приобрел популярность на рынке благодаря своей низкой стоимости. Он имеет возможность строить композитные конструкции. Количество углерода в чугуне составляет 2 – 4,5 % от его массы. Помимо железа и углерода, этот сплав содержит кремний (Si), небольшое количество марганца (Mn), серы (S) и фосфора (P). Изделия из чугуна обладают достаточной устойчивостью к коррозии. Он не податлив и не пластичен, и его нельзя закалить, как сталь. Плавится при температуре около 2100-2190ºF и имеет кристаллический или зернистый излом. Механические свойства этого сплава очень сильно зависят от морфологии содержащегося в нем углерода.
Углерод присутствует в виде пластин в сером чугуне, тогда как в белом чугуне он включен в виде соединения Fe 3 C (цементит). Чугун с шаровидным графитом, который имеет лучшую прочность на растяжение, чем серый чугун, содержит углерод в виде гранитных частиц сферической формы.
Низкая прочность на растяжение
Различные сорта чугуна используются в строительстве конструкций и машин. Чугун, имеющий предел прочности при растяжении 5 тонн на квадратный дюйм или менее, не имеет существенного значения для целей, где требуется, чтобы сплав обладал прочностью. Однако этот тип может использоваться в качестве балансировочных грузов, фундаментных блоков или для целей, где важным фактором является только вес. Некоторые сорта имеют прочность на растяжение до 19.тонн на квадратный дюйм. Однако средняя прочность составляет 7 тонн на квадратный дюйм. Добавление ванадия может дополнительно увеличить прочность чугуна.
Высокая прочность на сжатие
Прочность на сжатие определяется как способность материала выдерживать силы, которые пытаются его сжать или сжать. Чугун обладает высокой прочностью на сжатие, что делает его желательным для использования в колоннах и опорах зданий. Прочность на сжатие серого чугуна может быть такой же высокой, как у некоторых мягких сталей.
Низкая температура плавления
Температура, при которой этот сплав начинает плавиться, находится в диапазоне от 2100 до 2190°F. Тем не менее, многие передовые методы плавки, легирования и литья используются для получения чугуна, который не уступает стали.
Сопротивление деформации
Чугунные конструкции обеспечивают жесткую раму и, таким образом, обладают устойчивостью к деформации. Это можно понять из того, что при заливке расплавленного чугуна в изложницы более тонкая часть может отделиться от более толстой и далее разрушаться. В этот момент становится заметной проблема разрушения структуры. Причина этого в том, что когда тонкая часть сначала остывает и сжимается, толстая часть, которая остывает позже, вызывает напряжение в тонкой части, создавая достаточную силу для ее разрушения.
Стойкость к окислению
Ржавчина образуется в результате реакции железа и кислорода в присутствии воды, воздуха или влаги. Это приводит к коррозии железа и его сплавов. Кроме того, любые массы железа в присутствии воды и кислорода могут со временем превратиться в ржавчину с последующим распадом. Чугун обладает устойчивостью к окислению, таким образом избавляясь от проблемы ржавчины.
Чугун имеет широкий спектр применения, включая его использование в машинах, кухонной посуде, трубах, автомобильных деталях, таких как головки цилиндров, блоки, корпуса коробок передач и т. д.
Без категорий
Получайте обновления прямо в папку «Входящие»
Подпишитесь, чтобы получать последние и лучшие статьи с нашего сайта автоматически каждую неделю (плюс-минус)… прямо в папку «Входящие».
Обновления блогаАдрес электронной почты *
Чугун — свойства, типы и использование
Что такое чугун? Чугун представляет собой сплав железа, содержащий от 2 до 4% углерода , а также различные количества кремния и марганца и следы примесей, таких как сера и фосфор. Железная руда восстанавливается в доменной печи для ее производства.
Содержание
Углерод в чугуне обычно существует в двух формах, связанных вместе
( 1 ) В виде соединения цементита , т.е. в состоянии химической комбинации и железа, известного как белый чугун , и
( 2 ) Как свободный углерод , т. е. в состоянии механической смеси. Углерод в первом виде называется « комбинированный углерод », а во втором — серый чугун 9.0046 .
Промежуточная стадия между этими двумя разновидностями железа показывает пятна серого цвета в белой структуре. Этот утюг называется пестрое железо .
Пестрый чугун (MCI) представляет собой материал, который используется в прокатных станах, особенно в последних клетях, благодаря сочетанию высоких показателей сопротивления, теплопроводности и модуля упругости. В MCI области микроструктуры белого и серого чугуна возникают в результате затвердевания.
Таким образом, качество чугуна зависит не только от абсолютного количества содержащегося в нем углерода, но и от условий, в которых этот углерод существует. Разновидности чугуна, которые широко используются:
Типы чугунаШироко используемые разновидности чугуна:
- Серый чугун
- Белый чугун
- Ковкий чугун
- Литье с шаровидным графитом чугун
- Охлажденный чугун
- Сплав чугун
- Миханитовый чугун
Получают путем охлаждения расплавленного металла и медленного затвердевания . При затвердевании железо содержит большую часть углерода в виде графитовые чешуйки .
Серый чугун содержит большое количество углерода и относительно небольшое количество другого элемента, например кремния, фосфора, серы и марганца.
Представляет матово-серую кристаллическую или зернистую структуру, а сильный свет дает эффект мерцания из-за отражения свободных чешуек графита. Присутствие этого свободного графита также видно при шлифовке или механической обработке чугуна, поскольку он делает стрелки черными.
Чугун хрупкий и может быть легко сломан тяжелым молотком. Прочность железа на сжатие намного выше, чем на растяжение. Предел прочности чугуна на растяжение колеблется от 12 до 13 кгс на мм2 (от 120 до 300 ньютонов на мм2) и зависит от состава чугуна. На сжатие серый чугун выдержит примерно 60-75 кгс на мм? (от 600 до 750 ньютонов на мм2) до разрушения, а при сдвиге его прочность составляет примерно 15-22 кгс на мм2 (150-225 ньютонов на мм2). Твердость колеблется от 150 до 240 BHN. основные преимущества в пользу его использования: (1) его дешевизна, (2)
Низкая температура плавления (от 1150°C до 1200°C) и текучесть в расплавленном состоянии, а также (3) легкость обработки. Еще одним хорошим свойством чугуна является то, что свободный графит в его структуре, по-видимому, действует как смазка , и когда из него изготавливаются большие направляющие, достигается очень свободное рабочее действие. Анализ текучести чугуна позволяет широко использовать его для изготовления отливок деталей сложной формы и практически всех литейных форм.
Белый чугун содержит углерод исключительно в форме цементита (карбида железа). Это достигается наличием относительно большого количества марганца, очень небольшого количества кремния и быстрым охлаждением. При обычной скорости охлаждения песка образуется свободный графит, а при быстром охлаждении образуется цементит. Кроме того, марганец способствует образованию карбида. Примерный химический состав белого чугуна приведен в таблице 4.2.
Белый чугун очень твердый (твердость колеблется от 400 до 600 BHN) и хрупкий, его поверхность излома имеет серебристо-металлический вид. С инженерной точки зрения белый чугун имеет ограниченное применение. Это связано с трудностью механической обработки и в целом с относительно плохой способностью к механической обработке. Этот тип железа широко используется для производства кованого железа. Белый чугун также отливают как промежуточный материал для получения ковкого чугуна. Белый чугун не так сильно ржавеет, как серый.
Обычный чугун твердый и хрупкий. Поэтому он не подходит для тонких, легких и подверженных ударам и вибрации изделий или для небольших отливок, используемых в различных компонентах машин.
Применение термина « ковкий » к отливкам является скорее неправильным, поскольку они не очень ковкие по сравнению со стандартами ковкости. Однако по сравнению с отливками из серого чугуна, которые являются довольно хрупкими, ковкие отливки действительно обладают определенной степенью прочности, и, вероятно, поэтому они получили такое название.
Ковкие отливки сначала изготавливают из чугуна, содержащего весь углерод в комбинированной форме, т. е. из белого чугуна. Затем используются два метода ковкости отливок: (1) Белая сердцевина и (2) Черная сердцевина . Названия относятся к цвету излома отливок, полученных каждым методом. Ориентировочные химические составы для обоих сортов приведены в таблице 4.3.
Чугун с шаровидным графитом , также называемый чугуном с шаровидным графитом , имеет более высокую марку, поскольку графит осаждается не в виде чешуек, а в виде сфероидов. Этого можно добиться различными способами, например, добавлением одного из следующих элементов: магния, церия, кальция, висмута, цинка, кадмия, титана или бора.
Ферросилиций также используется в качестве модификатора. Чугун с шаровидным графитом можно изготавливать в виде более толстых кусков, чем из ковкого чугуна. Выдающимися характеристиками чугуна с шаровидным графитом являются высокая текучесть, позволяющая получать отливки сложной формы, а также отличное сочетание прочности и пластичности. Прочность на растяжение этого железа составляет около 33 кгс на мм2 (330 ньютон пэт мм). Этот материал также известен как ковкий чугун .
Чугун с шаровидным графитом широко используется в литых деталях, где очень желательны плотность и герметичность. К ним относятся гидроцилиндры, клапаны, трубы и фитинги, головки блока цилиндров для компрессоров и дизельных двигателей. Валки для прокатных станов и многие виды центробежнолитых деталей также изготавливают из сфероидального чугуна.
5. Отбеленный чугунБыстрое охлаждение называется « охлаждение », а произведенное таким образом железо — « закаленное железо ”. Все отливки охлаждаются на внешней поверхности за счет контакта с холодным песком в форме. Так как чугун имеет более высокую теплопроводность, чем песок, застывшие участки отливки подвергаются быстрому затвердеванию и охлаждению, в результате чего образуется стадная поверхность. Но эта твердость проникает только на глубину от 1 до 2 мм.
Иногда отливку охлаждают преднамеренно, а иногда захолаживают случайно на небольшую глубину. Преднамеренное охлаждение осуществляется с использованием чугуна вместо песка для тех частей формы, где требуются твердые поверхности. Там, где к ним прикасается расплавленный металл, его поверхность внезапно охлаждается и превращается в белый чугун. При кокильном литье используются постоянные формы из жаропрочной стали или чугуна с чешуйчатым графитом.
Кокили используются для тех отливок, где некоторые детали должны иметь твердость белого чугуна, а другие должны иметь относительно мягкую и прочную сердцевину из серого чугуна.
6. Легированный чугунЛегированный чугун был разработан в последние годы для преодоления некоторых недостатков, присущих обычному чугуну, и для придания характеристик, более подходящих для специальных целей. Добавление никеля, хрома, молибдена, титана, кремния, меди и других легирующих элементов придает этому чугуну особые свойства.
Использование 1 или 2 процентов никеля в подходящем чугуне хорошего качества предлагает простой и эффективный способ улучшения свойств этого чугуна.
Использование от 1 до 2 процентов никеля является подходящим чугуном хорошего качества, который предлагает простые и эффективные средства улучшения свойств и службы чугунных отливок. Обеспечивает обрабатываемость и однородность структуры чугуна. Использование никеля в количестве порядка 25 % также может увеличить срок службы деталей, подверженных абразивному износу.
7. Чугун MeehaniteЦилиндры или гильзы цилиндров всех размеров от самых маленьких до самых больших представляют собой выдающиеся примеры. Никелевый чугун также используется для защиты от щелочной коррозии. По этой причине он широко используется для изготовления каустических горшков, трубок и других отливок, контактирующих с едким раствором.
Добавление всего 1% никеля дает всестороннее преимущество для этой цели. Наиболее важным фактором использования никеля в чугуне является получение плотности и герметичности отливок с большими и переменными сечениями. Это привело к применению никелевого литья для изготовления многих деталей паровых и гидравлических машин, компрессоров и двигателей внутреннего сгорания.
Там, где важно улучшить износостойкость, часто оказывается полезным добавление хрома к никелю. Чугун, легированный таким образом, находит широкое применение в насосах всех типов, в которых необходимо учитывать как фрикционный, так и эрозионный износ. Легированный чугун, содержащий от 10 до 30% хрома и от 1 до 3% общего углерода, также проявляет высокую степень жаростойкости в сочетании с прочностью при высоких температурах.
Чугун, легированный 10% никеля и 6% марганца, становится немагнитным. Специальный немагнитный запатентованный чугун известен под названием « Номаг ».
ЧУГУН МЕХАНИТ
Чугуны, металл которых обработан силицидом кальция, известны под торговым названием механит. Силицид кальция действует как графитизатор и образует тонкую графитовую структуру, придающую чугуну превосходные механические свойства. Однако высокие качества механитного железа обусловлены не только использованием силицида кальция, но и тщательным контролем всех факторов, связанных с плавлением железа в копулах или электропечах и при формовании отливки. После затвердевания в железе остается очень мало силицида кальция.
Используемый металл имеет низкое содержание кремния, умеренно низкое содержание углерода, которое ограничено, примерно от 2,5 до 3%. Обычно он был бы белым, если бы был отлит, но графитирование с помощью системы управления механитом обеспечивает ряд материалов, отвечающих широким требованиям машиностроительной промышленности.
Всего в настоящее время существует более двадцати шести типов металлического механита по пяти широким классификациям: (a) общее машиностроение , (b) жаропрочный , (c) износостойкий , (d) коррозионностойкий , (e) шаровидный тип «S».
Все механитовые чугуны обладают высокой прочностью, пластичностью и легко поддаются механической обработке. Поэтому они претендуют на преодоление разрыва между обычным чугуном и сталью. Отливки весят от 500 до 6000 кг. Металл мелкозернистый и имеет число Бринелля от 200 до 210. a
Чугун механита поддается термообработке в отличие от обычного серого чугуна и затвердевает полностью или на поверхности. Его также можно упрочнить соответствующей обработкой для использования в машинном литье.
Производство чугуна Чугун производится из чугуна, который является побочным продуктом плавки железной руды в доменной печи. Чугун можно производить непосредственно из расплавленного чугуна или путем повторного плавления чугуна, часто со значительным количеством железа, стали, известняка, углерода (кокса) и различными этапами удаления нежелательных примесей. Фосфор и серу можно выжечь из расплавленного железа, но при этом выгорает и углерод, который необходимо заменить. Содержание углерода и кремния регулируется до желаемого уровня, который может варьироваться от 2–3,5 % и 1–3 % соответственно в зависимости от области применения. Другие элементы затем могут быть добавлены к расплаву, если это необходимо, до отливки окончательной формы.