Реферат: Чугун

Чугун – сплав железа с углеродом, содержащим более 2,14% С. В отличие от стали чугун имеет более высокое содержание углерода, обладает низкой способностью к пласти­ческой деформации и высокими литейными свойствами. Стоимость чугунов ниже стоимости стали.
Микроструктура чугуна состоит из металлической основы и графитных включений. Свойства чугуна зависят от свойств ме­таллической основы и характера включений графита.
Металлическая основа может быть перлитной, когда 0,8% С находится в виде цементита, а остальной углерод - в виде графи­та; феррито-перлитной, когда количество углерода в виде цемен­тита менее 0,8 % , и ферритной. Структура металлической основы определяет твердость чугуна.
Графит чугуна бывает пластинчатым (серый чугун), хлопье­видным (ковкий чугун) и шаровидным (высокопрочный чугун). На рисунке 2.6 обобщена классификация чугуна по строению метал­лической основы и форме феррита.

Рисунок 2.6 – Классификация чугуна по структуре металлической основы и форме графитных включений

Чугун можно рассматривать как сталь, пронизанную включениями графита, ослабляющими его ме­таллическую основу. Поэтому серый чугун имеет низкие характеристики механи­ческих свойств при испытаниях на растяжение. Включения графита играют роль концентраторов напряжений, поэтому рабо­та удара близка к нулю. Вместе с тем твердость и прочность при испытаниях на сжатие, зависящие от свойств металлической ос­новы, у чугуна достаточно высоки. Однако серый чугун с пластинчатой формой графита имеет и ряд преимуществ. Он позволяет получать дешевое литье. Чугун легко обрабатывается резанием. Благодаря смазывающему действию графита чугун обладает хорошими антифрикционными свойствами. Чугун имеет высокие демпфирующие свойства..
Из примесей, входящих в состав чугуна, наиболее сильное положительное влияние на графитизацию оказывает кремний (от 0,5 до 4-5 %). Меняя содержание кремния, можно получать чугуны, различные по структуре и свойствам.
Марганец препятствует графитизации, увеличивая склонность чугуна к отбеливанию. Содержание марганца в чугуне обычно не превышает 0,5-1,0 %. Сера – вредная примесь в чугуне. Ее отбеливающее влияние в 5-6 раз выше, чем марганца. Снижает жидкотекучесть, способствует образованию газовых пузырей, увеличивает усадку и склонность к образованию трещин. Хотя фосфор почти не влияет на графитизацию, он является полезной примесью, увели­чивая жидкотекучесть серого чугуна за счет образования легко­плавкой (950-980 °С) фосфидной эвтектики.
Обычно используются чугуны следующего химического соста­ва, %: 3,0-3,7 С, 1-3 Si, 0,5-1,0 Мп, менее 0,3 Р и 0,15 S. Иногда в чугун вводят легирующие элементы (Ni, Cr), улучшая его свойства. В России имеются Орско-Халиловское и Елизаветинское рудные месторождения, дающие природнолегированные чугуны, содержащие, %: до 3 Сг, 1 Ni, 0,2 Ti или 0,2 V.

Классификация и маркировка чугуна

Чугуны выплавляются в доменных печах, вагранках и электро­печах.
Выплавляемые в доменных печах чугуны бывают передель­ными, специальными (ферросплавы) и литейными. Передельные и специальные чугуны используются для последующей выплавки стали и чугуна. В вагранках и электропечах переплавляют литей­ные чугуны. Около 20% всего выплавляемого чугуна используют для изготовления литья. В литейном чугуне обычно содержится не более 4,0 % С. Кроме углерода обязательно присутствуют при­меси S, P, Mn, Si, причем в значительно большем количестве, чем в углеродистой стали.
В зависимости от содержания углерода, связанного в цементит, различают несколько видов чугуна (рисунок 2.7):
1Белый чугун (весь углерод в виде цементита Fe₃C);
2 Половинчатый чугун (выше 0,8%углерода в виде Fe₃C);
3 Перлитный серый чугун (0,7 – 0,8% углерода в виде Fe₃C, входящего в состав перлита);
4 Ферритно-перлитный серый чугун ( 0,7 – 0,1% углерода);
5 Ферритный серый чугун (весь чугун в виде графита).
Рисунок 2.7– Структура чугуна

Белый чугун в изломе имеет белый цвет и характерный блеск.
В чугуне с отбеленной поверхностью основная масса металла имеет структуру серого чугуна, а поверхностный слой - белого чугуна. Отбеленный слой получают в толстостенных мас­сивных деталях при литье их в металлические формы. По мере удаления от поверхности вследствие уменьшения скорости охла­ждения структура постепенно переходит в структу­ру серого. Чугун поверхностного слоя в микроструктуре содержит много твердого и хрупкого цементита, который хорошо сопротив­ляется износу. Поэтому чугуны с отбеленной поверхностью ис­пользуют для деталей с высокой износостойкостью, для валков прокатных станов, мукомольных валов, вагонных колес с отбе­ленным ободом, лемехов плугов с отбеленным носком и лезвием.
Серый чугун маркируется буквами СЧ и цифрами, характери­зующими величину временного сопротивления при испытаниях на растяжение.
В высокопрочном чугуне графит имеет шаровид­ную форму. Маркируется он буквами ВЧ и цифрами, характеризующими величину временного сопротивления, например ВЧ 35.
Ковкие чугуны, в которых углерод находится в виде хлопь­евидного графита, получаются из белых чугунов путем отжига. Название ковкие чугуны условно, изделия из них получаются литьем, и пластической деформации они не подвергаются. Ков­кий чугун получается из белого путем графитизирующего отжига. Графит в ковком чугуне имеет форму хлопьев. Состав ковкого чугуна, %, довольно стабилен: 2,2-3,0 С; 0,7-1,5 Si; 0,2-0,6 Мп; 0,2 Р; 0,1 S. Маркируется буквами КЧ и цифрами времен­ного сопротивления и относительного удлинения, например КЧ 35-10. Отливки из ковких чугунов применяют для деталей, рабо­тающих при ударных и вибрационных нагрузках (картеры, ре­дукторы, фланцы, муфты).
Наряду с шаровидным графитом высокопрочные чугуны могут содержать графит вермикулярной формы (от лат. vermi-ciilus - червячок). Такой графит имеет форму изогнутых лепест­ков, размеры которых меньше по сравнению с частицами пла­стинчатого графита серого чугуна. Обозначение марки включает буквы Ч - чугун, ВГ - форма графита (вермикулярный графит); цифры 30, 35, 40, 45 - минимальное значе­ние временного сопротивления в МПа. Чугун ЧВГ 30 имеет ферритную металлическую основу, ЧВГ 35 и ЧВГ 40 - феррито-перлитную, а ЧВГ 45 - преимущест­венно перлитную. По физико-механическим свойствам и износостойкости чу­гун с вермикулярным графитом является переходной формой от чугунов с пластинчатым к высокопрочным чугунам с шаровид­ным графитом.
Требования к легированным чугунам для отливок с повы­шенной жаростойкостью, коррозионной стойкостью, износостой­костью или жаропрочностью регламентированы ГОСТ 7769-82. Легированные чугуны подвергаются термической обработке для обеспечения необходимых свойств и структуры.
Важным свойством легированных чугунов является сопротив­ление износу.
В качестве антифрикционных используются чугуны по ГОСТ 1585-85. Они предназначены для изготовления деталей, рабо­тающих в узлах трения со смазкой. Стандарт определяет марки антифрикционных чугунов, их химический состав, характери­стики, назначение, форму, размер и распределение графита, характер распределения фосфидной эв­тектики, твердость и предельные режимы эксплуатации деталей из этих чугунов. Основой их является железо, постоянные компоненты, %: 2,2-4,3 С; 0,5-4,0 Si; 0,3-12,5 Mn. Допускаются примеси, % : 0,1-1 Р; 0,03-0,2 S.
Буквы в обозначениях марок чугунов: АЧ - анти­фрикционный чугун, С - серый чугун с пластинчатым графитом, В - высокопрочный чугун с шаровидным графитом, К - ковкий чугун с хлопьевидным графитом.