Um7.ru

Аренда стройтехники
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

В каких отраслях промышленности необходимо применение чугуна

В каких отраслях промышленности необходимо применение чугуна

Положительные стороны материала чугун

Сплав железа, имеющего в своем составе углерод, называется чугуном. В некоторых случаях в состав добавляются легирующие добавки, влияющие на его потребительские качества. Чугун — это металл, который применяется в первую очередь в черной металлургии. Из него не только получают сталь, он востребован и при изготовлении кованных художественных деталей.

Что это такое и как производится?

Ковкий чугун можно получить только путем долговременной термической обработки заготовок из чугуна белого. Отжиг приводит к тому, что структура металла становится иной, трансформируя цементит в графит. У этого процесса даже есть свое название — графитизация.

Что такое ковкий чугун и что можно из него ковать?

Термическая обработка приводит и к изменению механических параметров: прочность и твердость становятся значительно меньше, сам материал обретает пластичность.

Условия получения ковкого чугуна (после обжига).

Стадия 1. Заготовка медленно нагревается, примерно 22-25 часов, доходя до температуры в 1000 градусов или почти такой.

Стадия 2. Стартует первый этап графитизации. Для чего материал выдерживается при температуре от 950 до 1000 градусов, и часто до 20 часов (иногда хватает и 15 часов).

Стадия 3. Заготовка неспешно охлаждается до показателей в 730 градусов (плюс/минус 10 делений). Операция занимает от 6 до 12 часов.

Стадия 4. Начинается второй этап графитизации, в котором заготовка на температуре в 720 градусов выдерживается уже 30 часов.

Стадия 5. Деталь проходит этап полного охлаждения.

Что такое ковкий чугун и что можно из него ковать?

Помимо ковкого чугуна, выделяют серый, высокопрочный, а также чугун особого назначения. Так вот ковкий содержит в себе углерод в границах 2,4-2,8%. А еще в его составе могут быть марганец, сера, фосфор или кремний. Плавка материалов для образования в результате чугуна проводится в электропечах, пламенных печах и вагранках. Но и в комбинированных печках такое действие тоже происходит. Самый популярный вид печей для изготовления такого пластичного чугуна — муфельные.

Что такое ковкий чугун и что можно из него ковать?

Кстати, название материала обманчиво. Он пластичный, вот почему его называют ковким, но именно ковать из материала все же не получится. По сути, используется он примерно так же, как и другие виды чугуна. Но есть у него несколько серьезных преимуществ.

Читайте так же:
Чем можно резать зеркало

Особенности получения

При получении белого чугуна важно во время кристаллизации расплава исключить процесс графитизации, что делается:

  • оптимальным подбором исходных веществ;
  • технологией охлаждения сплава в формах.

Степень износостойкости отливок в большей мере определяется природой и составом карбидов. Легирование металла никелем, марганцем и хромом дает мартенситно-карбидную структуру. При их суммарной концентрации, равной содержанию углерода, образуется максимально твердая структура.

Чаще всего в качестве главной легирующей добавки используется хром. Он придает сплаву высокую коррозионную устойчивость, которая сохраняется даже в агрессивных средах. После нормализации эти заготовки устойчивы к действию кислот при температуре до 1000 градусов. Дополнительное легирование никелем (0,1%), титаном (0,5%) и медью (0,5-2,0%) придает деталям способность сохранять геометрическую форму и первоначальные размеры в условиях длительного нагрева.

Изделия из высокохромистого белого чугуна, который называют сормайт, способны работать при температурах 800-900 градусов. В его составе:

  • содержание углерода – 2,5-3,3%;
  • кремния – 2,0-2,5%;
  • марганца – 1,0-1,5%;
  • никеля – 3,0-5,0%.

Предварительно заготовки подвергают обжигу для снятия внутренних напряжений. В процессе отжига температура медленно повышается до 850 градусов, после чего следует постепенное охлаждение. Полученные детали характеризуются:

  • высокой прочностью;
  • износостойкостью;
  • отсутствием склонности к образованию трещин;
  • удельным электросопротивлением – 1,4-1.5 ом*м/мм 2 .

Структура белого чугуна

Механические свойства

Благодаря тому, что белый чугун содержит углерод в виде карбидов, он демонстрирует хорошие прочностные характеристики:

  • повышенную твердость (до 700-800 НВ), затрудняющую обработку деталей;
  • большое удельное сопротивление;
  • высокую износоустойчивость;
  • стойкость к воздействию высоких температур и их перепадам;
  • антикоррозийные свойства.

Сплавы с пониженным содержанием углерода более устойчивы к интенсивному тепловому воздействию. Эту особенность используют для уменьшения числа трещин в металле. При легировании никелем, хромом, ванадием образуется жаропрочный сплав, обладающий высокой износоустойчивостью.

Особенности состава определяют отрицательные свойства белого чугуна:

  • из-за повышенной хрупкости отливки могут расколоться от резкого удара;
  • плохие литейные свойства приводят к образованию полостей при заполнении форм;
  • усадка при охлаждении может достигать 2%;
  • низкая обрабатываемость затрудняет фрезеровку, резание.

Материал очень плохо поддается сварке даже при нагреве – в месте шва образуются микротрещины, которые при остывании еще больше увеличиваются.

Читайте так же:
Чайник электрический с терморегулятором рейтинг

Расшифровка маркировки

Сплав маркируется буквенно-цифровым кодом, который указывает на его основные свойства и легирующие добавки:

  • буква «Ч» обозначает вид сплава;
  • далее следует код, определяющий состав легирующих добавок – П, ПЛ, ПВК;
  • для обозначения повышенной износостойкости впереди добавляется буква «И»;
  • на наличие в сплаве графита шаровидной формы указывает знак «Ш»;
  • далее следуют цифры, свидетельствующие о содержании легирующих элементов.

Расшифровка марки белого чугуна ЧН20Д2ХШ дает следующую информацию – это высоколегированный жаропрочный материал, наряду с железом и углеродом содержащий:

  • 20% никеля;
  • 2% меди;
  • 1% хрома;
  • графит шаровидной формы.

Марки Х28, Х34 представляют нержавеющий чугун с высоким удельным электросопротивлением.

Область применения

Высокие прочностные характеристики сплава и способность сохранять заданную форму при тепловом воздействии нашли применение:

  • в станкостроении;
  • производстве механизмов для морского транспорта;
  • оснований станков;
  • корпусов двигателей;
  • деталей горнодобывающего оборудования.

Высокая твердость в сочетании с хрупкостью затрудняет механическую обработку методами резания или фрезерования и требует применения инструментов из специальных марок сталей. Поэтому в качестве конструкционного материала применение белого чугуна ограничено. Специальные передельные виды с пониженным содержанием кремния используют для выплавки стали и в литейном производстве.

Половинчатые или отбеленные разновидности содержат углерод в виде карбидов и в свободном состоянии. Они обладают высокой износоустойчивостью и применяются для изготовления фрикционных механизмов, подвергающихся сухому трению:

  • тормозных колодок;
  • разнообразных валов прокатного оборудования.

Для некоторых изделий требуется высокая поверхностная твердость структуры цементита. Ее создают искусственно путем быстрого охлаждения заготовки до глубины 5 мм. Эта операция называется отбеливанием. Она необходима:

  • для валков прокатных станов;
  • шаров мельниц;
  • лемехов для плугов;
  • коленчатых валов дизельных двигателей.

Получение ковкого чугуна

Белый чугун служит сырьем для получения других видов металлургической продукции. Его используют для производства ковкого чугуна с помощью термической обработки, во время которой происходит процесс графитизации и обезуглероживания заготовок. Соотношение в сырье исходных элементов составляет:

  • углерода – 2,5-3,2%;
  • кремния – 0,6-0,9%;
  • марганца – 0,3-0,4%;
  • фосфора – 0,1-0,2%;
  • серы – 0,06-0,1%.

В нем присутствует структура ледебурита, представляющего механическую смесь цементита и перлита. Заготовки на специальных поддонах медленно пропускают через камеры с заданным температурным режимом. Скорость движения рассчитывается таким образом, чтобы металл подвергался тепловому воздействию в течение определенного времени.

Читайте так же:
Сколько заряжать аккумуляторные батарейки 1000 mah

Отжиг проходит в несколько этапов с разными температурными режимами:

  • нагрев;
  • 1 стадия – выдержка при температуре выше критической (950-1050 градусов) для полного распада цементита;
  • промежуточное охлаждение;
  • 2 стадия графитизации – выдержка при температуре ниже критической (750-720 градусов);
  • охлаждение.

Время отжига можно сократить предварительной закалкой отливок и в дальнейшем применить более высокий температурный режим. Но при этом в структуре металла образуются напряжения и трещины. Поэтому метод используется ограниченно – только для небольших деталей простой формы.

Маркировка высокопрочного чугуна

Расшифровка маркировки и марки чугуна

При производстве высокопрочного чугуна, используется добавление щелочных и щелочноземельных металлов. Благодаря этому, усиливается металлическая основа материала. В итоге получается заготовка, выдерживающая такие механические нагрузки, которые способна выдержать углеродистая сталь.

При маркировке, обычно использую аббревиатуру “ВЧ”, потом идут цифры, первая группа показывает предел прочности на растяжение, а вторая на удлинение.

ВЧ используется для производства деталей и корпусов в тяжелой промышленности. При этом можно также встретить антифрикционные версии. В частности на данный момент имеются АЧВ 1 и АЧВ 2, что обозначает антифрикционный чугун высокопрочный.

Горячая сварка чугуна

Горячей сварке чугуна состоит из нескольких операций:

— вырубки дефектного участка до неповрежденно­го металла и зачистки кромок от масла, грязи и других включений;

Предварительный подогрев применяется для предотвращения растрескивания чугунных деталей, которое вызывается большой скоростью охлаждения. Подогреваются детали в печах или с помощью пламенных горелок. Во время заварки вся разделка должна завариваться в один проход и за один нагрев изделия. По окончанию сварки деталь нужно засыпать сухим песком или покрывать асбестом. Возможно также медленное охлаждение детали вместе с печью. Оптимальный диапазон температуры предварительного подогрева при сварке чугуна 500-800 градусов Цельси.

Качество шва следует оценивать по внешнему виду, не должно быть пор, трещин и шлаковых включений.

Монтаж канализационной системы из чугунных труб

Для монтажа канализации внутри дома используют раструбные безнапорные изделия диаметром 50 или 100 мм. Для прокладки наружных коммуникаций диаметр трубы увеличивается до 150-200 мм. Однако эти размеры не являются жесткой нормой и варьируются в зависимости от назначения канализационной системы и предполагаемой пропускной нагрузки.

Читайте так же:
Станки для мебельного производства

Вертикальный монтаж участков канализации осуществляют в раструб, производя сборку конструкции снизу вверх. Для герметизации соединений используют внутренние резиновые прокладки и дополнительную заделку соединения строительным раствором или специальным герметиком (строительный герметик сохнет быстрее). На высыхание раствора оставляют сутки, после чего проводят испытательный пуск коммуникаций.

Обратите внимание! Трубы и фитинги, выпущенные до 1974 года, не являются стандартизированными и могут отличаться по размеру от более современных. В настоящее время чугунные трубы и фитинги производят согласно международным стандартам.

Для монтажа поворотов, разводки, ревизий используют соответствующие фитинги, которые бывают раструбными или гладкими. Производители сантехники предлагают большой выбор тройников, крестовин, отводов, переходников для чугунных трубопроводов.

Крепление чугунных коммуникаций осуществляется на специальных опорах, к которым трубы крепят круговыми хомутами, скобами.

Температура плавления

Температура плавления у стали гораздо выше, чем у чугуна, но и у всех видов самого этого материала разные температуры плавления. Поэтому, чтобы подобрать правильный режим обработки, сначала нужно определить, что именно влияет на разность температур плавления. То есть больше узнать о видах самого чугунного сплава.

Белого чугуна

Получил свое название из-за цементита, который входит в его состав. На изломе цементит имеет белый цвет, он очень твердый, но при этом хрупкий.

Чтобы определить, какая температура плавления чугуна подойдет, нужно узнать необходимую температуру для цементита. Так, для качественного плавления потребуется температура в диапазоне 1150–1350°C. Если поднять температуру выше, неустойчивая структура этого материала распадется.

Если нужно быстрое охлаждение заготовки, ее могут отбелить с помощью белого чугуна. Это полезно для прокатных станков, шаров мельниц, коленвалов двигателей и т. д.

Но чаще всего белым сплавом пользуются в сталелитейном производстве. А чтобы расширить его область применения, можно провести процедуру легирования, для которой тоже потребуются высокие температуры.

Например, одной из разновидностей белого чугунного сплава является половинчатый, где содержание углерода составляет 3,5-4,2%, часть его — в виде графита. Это влияет на высокую прочность и износостойкость.

Чтобы определить, какая температура плавления чугуна подойдет, нужно узнать необходимую температуру для цементита.

Серого чугуна

Углерод содержится здесь свободно в виде графита, включения которого могут быть пластинчатыми и хлопьевидными. Излом благодаря этому получается серым, отсюда название.

Читайте так же:
Пирог теплого электрического пола

Это один из самых часто используемых материалов, концентрация углерода здесь — от 2,14 до 3,7%. Как белый чугун, серый часто применяется в машиностроении. Все из-за литейных свойств, вроде малой усадки, отличной текучести, низкой температуры кристаллизации и т. д. Но, из-за малой прочности при изгибе и хрупкости, серый сплав не используется для изделий, которые будут иметь дело со сжатиями. Это цилиндры, поршни, втулки и т. д.

Также серый подвид сходен с белым из-за похожего диапазона температуры плавления. Здесь она для чугуна равна 1150–1260 градусов Цельсия.

Температура плавления чугуна и заливки его в литейные формы

Ковкого чугуна

В ковком сплаве углерод находится в виде графитовых хлопьев. Чтобы получить его, берут половинчатый (с графитом и цементитом одновременно) и очень долго обжигают его. Структура под действием высоких температур начинает меняться, карбид железа распадается, из-за чего образовывается графит. Металл теряет прочность, но приобретает большую пластичность.

Процесс графитизации ковкого сплава происходит в 2 этапа, его нагревают, но не допускают плавления, а держат в определенной температуре установленное время, а потом охлаждают. Во время второго такого цикла работы можно придать металлу нужные свойства.

Ковкий чугун, несмотря на название, для ковки не подходит, однако его прочность сопоставима со сталью, а антикоррозийные свойства велики. Изделия из него будут полезны при:

  • давлении до 20 кг/см2;
  • вибрациях, высоком трении.

Для плавления ковких сплавов потребуется 1200 °C.

Чугун — отличный материал, который полезен и незаменим в промышленности. Поэтому, перед началом работы с ним, стоит знать особенности его использования и обработки, в том числе и узнать температурные режимы, при которых этот материал плавится.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector