Чугун, как конструкционный и литейный материал. Его преимущества, недостатки, области применения

Основной металл для литейного производства – чугун, который является самым распространенным конструкционным материалом для получения литых изделий. Он имеет прекрасные литейные и антифрикционные свойства, хорошую износостойкость, высокую демпфирующую способность и низкую чувствительность к концентраторам напряжений

Чугуны — это железоуглеродистые сплавы, содержащие более 2 % углерода и затвердевающие с образованием эвтектики. По сравнению со сталью чугуны обладают лучшими литейными свойствами(жидкотекучесть в двое больше, а усадка меньше), затраты на выплавку чунуна также существенно ниже.

Чугуны склонны к образованию разнообразных структур, которые в конечном итоге и определяют те или иные его свойства.

Одной из особенностей чугуна является то, что его физико-механические и служебные свойства существенным образом зависят от химического состава и скорости охлаждения отливки.

Литейные и механические свойства чугуна зависят от того, насколько близок его состав к эвтектическому. Для оценки этого применяют два показателя:

Степень эвтектичности S_э — отношение концентрации углерода С в чугуне к его концентрации в эвтектике с учетом влияния кремния и фосфора:

где 4,26 — концентрация углерода в эвтектике системы «железо—графит», Si и P — содержание этих элементов в чугуне, %.

Углеродный эквивалент определяется как:

С_э = С + 0,3(Si + P)

Чугуны подразделяются на: доэвтектические (Sэ < 1, Cэ < 4,2–4,3), эвтектические (Sэ = 1, Сэ = 4,2–4,3) и заэвтектические (Sэ > 1, Cэ > 4,2–4,3).

Конструкционные, предназначенные для получения фасонных отливок с регламентированным уровнем механических свойств.

Чугуны из-за их хрупкости не подвергают обработке давлением. Изделия или детали из них получают только литьем в песчаные или металлические формы, и поэтому чугуны являются наиболее распространенными сплавами для фасонного литья

Преимущества: хорошая жидкотекучесть и малая усадка; хорошая обрабатываемость резанием (графит делает стружку ломкой); высокие демпфирующие свойства; антифрикционные свойства и др. Чугун содержит углерод – 2,14 % и более дешевый материал, чем стали. Он обладает пониженной температурой плавления и хорошими литейными свойствами. Из чугунов можно делать отливки более сложной формы, чем из сталей. Литая структура чугунов содержит концентраторы напряжений, в качестве которых могут быть дефекты: пористость, ликвационная неоднородность, микротрещины.

Недостатки: Графитовые включения можно считать нарушениями сплошности (пустотами), в металлической основе, и чугун можно рассматривать, как сталь, пронизанную включениями графита, ослабляющими его металлическую основу. Графит дает надрезывающий эффект.

Чугуны являются и останутся основным конструкционным материалом в машиностроении. По сравнению со сталью они отличаются специфичностью механических, эксплуатационных и технологических свойств, лучшими литейными свойствами, дешевизной. Сравнительно низкие температуры плавления и заливки

l чугунов в форму минимизируют, соответственно, энергозатраты на приготовление расплава и позволяют использовать дешевые и недефицитные формовочные материалы

l Промышленные чугуны – это многокомпонентные сплавы железа с углеродом и другими элементами.

l Чугун отличается от стали: по составу – более высокое содержание углерода и примесей; по технологическим свойствам – более высокие литейные свойства, малая способность к пластической деформации, почти не используется в сварных конструкциях.

Применение

4. В чем отличие коррозионно-стойких чугунов, особенности состава и технологии плавки и литья?

Форма графита – мало влияет на коррозию;

Кремний в пределах до 4% действует отрицательно на химическую стойкость в кислотах и щелочах;

Фосфор- до 0.6% не оказывает вредного влияния;

Сера – в общем действует отрицательно

Делятся на три основные группы:

-Высокохромистые ЧХ22С, ЧХ28, ЧХ32 – обладают высокой стойкостью в серной, азотной и ряде органических кислот;-отличающихся прежде всего содержанием хрома, углерода и кремния, имеют содержание хрома в пределах от 19-34 мас.%. При таком его количестве в чугуне наряду с карбидами хрома образуется хромистый феррит с содержанием не менее 13 мас.%. Электрохимический потенциал такого феррита близок к электрохимическому потенциалу карбидов хрома и является причиной высокой стойкости против коррозии в агрессивных средах.ЧХ32- из него изготавливают разнообразную печную арматуру, сопла горелок. В структуре должны быть карбиды (т.е. БЧ); необходимо, чтобы хромистые чугуны были близки к эвтектическому составу. В своей структуре они содержат перлит и пластинчатый Г. Литейные свойства такие же, как у СЧ.

Плавка: дуговая, индукционная (на свежей шихте или переплавом). Тзал зависит от толщины стенки, содержания С, теплоаккумулирующей способности формы. Прибыли легкоотделяемые.

-Высококремнистые ЧС13, ЧС15, ЧС15М4, ЧС17 и ЧС17М3 (ферросилиды);

ЧС13, ЧС15, ЧС17- имеют структуру, состоящую из твердого р-ра кремния и силицидов кремния в α-Fe и включений точечного графита.

ЧС15М4, ЧС17М3 дополнительно легированы молибденом, имеют такую же структуру, что и ферросилиды, однако молибден повышает коррозионную стойкость в ряде сред.

-Низколегированные никелевые ЧНХТ, ЧНХМД и ЧНМШ.

Сопротивление коррозии: Коррозия измеряет-ся потерей веса(Г/м² *час) или толщины (мм/год); для чугуна 1Г/м² *час = 1.22 мм/год.

Образование на поверхности защитной пленки. (Она должна быть стойкой, не пористой, прочной, тонкой) Коэффициент линейного расширения пленки должен быть примерно равен КЛР металла. Наиболее прочные пленки образует хром, кремний и алюминий.

Влияние ЛЭ на коррозионную стойкость(КС).

Марки высоколегированных чугунов целесообразно плавить только а индукционных печах.

Химико-термическая обработка чугуна: Азотирование-для повышения поверхностной твердости, износостойкости и коррозионной стой-кости серых и высокопрочных чугунов. Чаще азотируют серые перлитные чугуны, легированные хромом, молибденом, алюминием

l Для повышения коррозионной стойкости в кислотах, износостойкости и жароупор-ности чугунные отливки подвергают силицированию- поверхностному или объемному насыщению кремнием путем обработки в газовой среде, содержащей кремний.

Коррозионная стойкость серого чугуна повышается по мере измельчения графита и уменьшения его количества, при однофазной структуре матрицы (например, Фе), а также при уменьшении содержания Si, S и P.

Хром вводится в чугун для повышения его коррозионной устойчивости, в том числе и при повышенных температурах. Чугун, содержащий от 3.0 до 15 % Сr, применения не находит.

Из за большого содержания хрома теплопроводность низкая, могут возникнуть термические напряжения, что ведет к трещинам. Большая объемная усадка, надо ставить прибыли. Большая линейная усадка – надо делать галтели больших радиусов.

Дата добавления: 2015-04-24