Легированные чугуны свойства и применение

Главные свойства и маркировка легированного чугуна

Легированный чугун различается тем, что в его составе имеются легирующие составляющие – это хром, ванадий, никель, медь и остальные. Конкретно такие составляющие присваивают легированному чугуну таковых параметров:

Завышенная износостойкость;
Жаропрочность;
Коррозионностойкость; свойства.

Маркируют легированный чугун зависимо от главных составляющих компонент. Это быть может хромистый легированный чугун, ванадиевый, никелевый и остальные. 1-ая буковка Ч, опосля которой идет обозначение основного компонента, числа обозначают долю углерода в составе.

Также посреди легированных чугунов различают:

Белоснежный;
Сероватый;
Ковкий.

Виды легированного сплава

Что означает легированный чугун? Легирование – это операция по введению в состав материала различных примесей, которые способны улучшить его характеристики. Для чугуна такими добавками стали титан, хром, ванадий и другие. Введение в состав легирующих элементов может увеличить такие характеристики, как прочность, твердость, износостойкость, стойкость к коррозии и множество других.

На сегодняшний день, в зависимости от количества легирующих элементов чугуна, можно выделить три его типа:

Если присадки содержатся в количестве до 2,5 % от всей массы, то это низколегированный чугун.
Среднелегированными называют те материалы, содержание веществ в которых находится в пределах от 2,5 до 10 %.
Последний тип – высоколегированные, если содержание модификаторов суммарно превышает 10 %.

Легированный чугун — внедрение

Изделия из легированного чугуна почаще всего употребляют в местах, где есть возможность огромного износа, к примеру, при работе узлов в критериях трения, завышенных температур либо брутальной среде. Принципиально не забывать о том, что чугун довольно хрупок и не выдерживает огромных ударных нагрузок.

Почаще всего чугун выплавляют в доменных печах, его создают из железорудных материалов, которые в предстоящем перерабатываются в сталь и имеют заглавие передельный чугун. Для производства фасонного литья употребляется литейный чугун.

Зависимо от того, где будут употребляться отливки, и какие свойства необходимы для эксплуатации, определяют составляющие составляющие. Так, это могут быть отливки с таковыми качествами:

Жаростойкие;
Хладостойкие;
Жаропрочные;
Износостойкие;
Коррозионностойкие;
Маломагнитные.

Разновидности серого чугуна

Литейный легированный чугун имеет несколько подтипов. Одним из них стал ковкий чугун. Такое условное название получил материал, который отличается тем, что он более мягкий и вязкий, чем серый. Получают его из белого чугуна. Для этого используют процедуру отжига, которая длится достаточно долго. Маркировка здесь примерно такая же, к примеру КЧ 30-6, КЧ 33-8, КЧ 37-12. Буквы указывают на то, что этот чугун ковкий, а следующие две цифры определяют предел прочности на растяжение. А вот что касается последней одной или двух цифр, то они характеризуют максимальное относительное удлинение, которое измеряется в процентах.

Еще один подтип литейного легированного чугуна – модифицированный. Для того чтобы его получить, необходимо добавить к серому специальные элементы. Добавляются такие модификаторы до разливки вещества. В качестве добавок могут использовать алюминий, кремний, кальций и другие. Эти присадки значительно увеличивают количество центров кристаллизации. Другими словами, они способствуют значительному измельчению графита.

Благодаря таким добавкам специальный легированный чугун отличается более высокими прочностными характеристиками, меньшей хрупкостью, повышенной стойкостью к образованию трещин. Стоит добавить, что все лучшие сорта этого сплава получают именно из такого модифицированного материала.

Обработка изделий из легированного чугуна

Отливки из легированного чугуна могут подвергаться различной обработке. Посреди самых фаворитных действий обработки можно выделить:

Высокотемпературный отжиг – уменьшает твердость;
Выдержка с нормализацией – дозволяет понизить магнитную проницаемость и в тоже время увеличивает пластичность и крепкость;
Нормализация – дозволяет повысить твердость всякого изделия;
Отпуск – дозволяет снять внутреннее напряжение;
Отжиг с высочайшим отпуском – понижает твердость и упрощает обработку таковых отливок из легированного чугуна.

Время для обработки и нагрева отливок выбирается для каждой отливки в отдельности зависимо от ее веса и размеров. Все главные свойства, которыми обязана владеть отливка, определяются конечными пользователями зависимо от будущих критерий эксплуатации изделия.

Чугун

Чугун начали использовать много десятилетий вспять. Этот материал владеет особенными эксплуатационными чертами, которые различаются от характерных стали. Создание чугуна, невзирая на возникновение огромного количества разных сплавов, налажено в почти всех странах. Для того чтоб найти свойства чугуна, следует разглядеть индивидуальности его хим состава, от что зависят те либо другие физические свойства.

Хим состав чугуна является принципиальным фактором, который почти во всем описывает механические свойства получаемых отливок. Не считая этого, на почти все свойства оказывает воздействие механизмы первичной и вторичной кристаллизации.

Содержание углерода в чугуне может варьироваться в границах от 2,14 до 6,67 процентов. Современные технологии производства разрешают с высочайшей точностью надзирать концентрацию всех частей в составе, за счет что понижается показатель хрупкости и растут остальные эксплуатационные свойства.

Рассматривая хим состав чугуна необходимо подчеркнуть, что в него, не считая железа и углерода, непременно входят последующие элементы:

Кремний (концентрация не наиболее 4,3%). Данный элемент оказывает подходящее действие на чугун, делая его наиболее мягеньким и улучшая его литейные свойства. Но очень высочайшая концентрация в состоянии сделать материал наиболее восприимчивым к пластичной деформации.
Марганец (не наиболее 2%). За счет прибавления этого элемента в состав значительно возрастает крепкость материала. Но очень большая концентрация может стать предпосылкой хрупкости структуры.
Сера относится к вредным примесям, который могут значительно усугублять эксплуатационные свойства материала. Обычно, концентрация серы в составе чугуна не превосходит показателя 0,07%. Сера становится предпосылкой возникновения трещинок при нагреве состава.
Фосфор содержится в составе в концентрации наименее 1,2%. Увеличение концентрации фосфора в составе становится предпосылкой возникновения трещинок при охлаждении состава. Не считая этого, данный элемент становится предпосылкой ухудшения остальных механических свойств.

Интересно почитать: Как плавить чугун в домашних условиях
Как и в почти всех остальных составах, более принципиальным из хим частей чугуна является углерод. От его концентрации и вида зависит разновидность материала. Структура чугуна может значительно различаться зависимо от используемой технологии производства.

Серый чугун с игольчатой структурой

Такой чугун является одной из разновидностей износостойких чугунов с небольшой степенью легирования и относительно низким содержанием кремния и углерода. Содержание в сплаве никеля, меди, молибдена и других легирующих элементов, а также углерода и кремния принимается в зависимости от толщины стенок отливок и способа литья. При увеличении толщины стенок отливок содержание легирующих компонентов повышают, а содержание углерода и кремния уменьшают.

В чугунах гильз, вышедших из строя по задиру, всегда выявляется повышенное содержание структурно-свободного цемента. Можно предположить, что детали цилиндропоршневой группы изнашиваются преимущественно за счет микросхватывания, а твердые продукты износа в виде выкрошившихся включений цементита повреждают поверхности и вызывают задир. У чугунов цилиндровых гильз, отливаемых на практике, металлическая основа практически одинакова, но отмечаются различия по количеству, величине, дисперсности, форме графита и структурносвободного цементита. Это же относится и к антифрикционным чугунам, используемым для изготовления поршневых колец.

Физический свойства

Чугун получил обширное распространение благодаря симпатичным физическим качествам:

Стоимость материала значительно ниже цены остальных сплавов. Конкретно потому его используют для сотворения самых разных изделий.
Рассматривая плотность чугуна, отметим, что данный показатель значительно ниже, чем у стали, за счет что материал становится намного легче.
Температура плавления чугуна может несколько различаться зависимо от его структуры, почти всегда составляет 1 200 градусов Цельсия. За счет включения в состав разных добавок температура плавления чугуна может значительно повышаться либо уменьшаться.
При выбирании материала почти все уделяют внимание тому, что цвет чугуна может несколько различаться зависимо от структуры и хим состава.

Температура кипения чугуна также почти во всем зависит от хим состава. Для того, чтоб разглядеть физические свойства материала, следует уделить внимание каждой его разновидности. Другая структура и хим состав стают предпосылкой придания других физико-механических свойств.

Легирование металлов и сплавов

Легирование — важная составная часть технологии получения высококачественных экономнолегированных чугунов и сталей. Теории упрочняющего легирования

[3] позволяют на основе диаграмм состояния, атомного строения элементов, ряда физико-химических моделей прогнозировать свойства сплавов и обосновать выбор легирующего комплекса. Вместе с тем технологии легирования не уделяли должного внимания — впрочем зачастую это происходит и сегодня.

Операцию легирования сплавов нельзя (!) путать с операциями модифицирования и раскисления (а эта ошибка происходит очень часто), потому что в этих случаях совершенно разный механизм влияния на стуктуру и свойства сталей и сплавов. Об отличиях легирования от микролегирования

см. на странице Микролегирование.

Как отмечено выше, легирование сплавов

следует осуществлять на более ранних стадиях, то есть — ещё при выплавке сплавов, в частности чугунов и сталей. В случае, если
операция легирования металла
будет перенесена на стадию обработки в ковше (вне печи), это может приводить к нестабильности свойств, как следствие того, что тугоплавкие ферросплавы не успеют вовремя и полностью раствориться. Температуры плавления большинства легирующих элементов, эффективно влияющих на структуру и свойства чугунов и сталей, выше, чем технологическая температура плавки стали, и тем более — чугуна. Поэтому процесс растворения чистых металлов и их ферросплавов при легировании происходит в диффузионном режиме и является длительным.

Для легирования железоуглеродистых сплавов

используются практически все основные элементы периодической системы, за исключением, пожалуй, благородных металлов и трансурановых элементов. [3] Но на практике круг элементов, используемых для легирования сплавов, гораздо уже — в основном это металлы IV-VI групп системы элементов.

Разработка производства

Выплавка чугуна проводится в протяжении нескольких десятилетий, что соединено с его неповторимыми эксплуатационными свойствами. Огромное количество разновидностей сплавов описывает применение особенных правил маркировки. Маркировка чугунов проводится последующим образом:

Литейные обозначаются буковкой Л.
Сероватый получил обширное распространение, для его обозначения применяется сочетание букв «СЧ».
Ковкий обозначают КЧ.
Предельный либо белоснежный обозначают буковкой П.
Антифрикционный либо сероватый обозначают АЧС.
Легированные чугуны могут владеть самым разным хим составом и обозначаются буковкой «Ч».

Разработка производства чугуна предугадывает проведение нескольких шагов, которые разрешают получить требуемую структуру. Рассматривая процесс получения чугуна, отметим последующие моменты:

Создание проводится в особых доменных печах.
Легированный и жаростойкий чугун могут получаться при использовании в качестве сырья стальной руды.
Разработка представлена в восстановлении оксидов железа руды. В итоге перестроения кристаллической сетки и конфигурации структуры на выходе выходит материал, который именуют чугуном.
Рассматривая методы производства, отметим, что индивидуальности технологии также заключаются в используемых материалах – коксах. Под коксом предполагают природный газ либо термоантрацит, выступающие в качестве горючего.
Изготовка чугуна предугадывает отпуск железа в жесткой форме при применении специальной печи. На данном шаге выходит водянистый чугун.

Оборудование для производства чугуна может значительно различаться. Не считая этого, используемая разработка производства почти во всем описывает то, какой будет получен материал. Примером можно именовать создание ВЧШГ, которое соединено с приданием структуре необыкновенную форму.

Разновидности чугуна

Существует достаточно огромное количество разновидностей рассматриваемого материала. Систематизация чугунов почти во всем зависит от структуры и хим состава. Выделяют последующие виды чугуна:

Половинчатый характеризуется завышенной устойчивостью к износу, что соединено с распределением углерода на цементитную и вольную базу. Нередко эта разновидность материала применяется в машиностроении и станкостроении.
Легированный. Для того чтоб придать особенные свойства чугуну также проводится его легирование. Легированный чугун владеет завышенной износостойкостью, коррозионной стойкостью за счет включения в состав никеля и хрома, также меди. Подобные варианты выполнения чугуна получают свое заглавие зависимо от того, как легирующий элемент употреблялся при их изготовлении.
Прочный чугун делается методом введения в состав водянистого сероватого чугуна разных частей, например, магния и кальция. В итоге легирования изменяется форма графита – он припоминает шар и при всем этом не меняет кристаллическую сетку. Стоит учесть, что по своим свойствам этот сплав припоминает углеродистую сталь, применяется, в главном, при изготовлении разных износостойких деталей.
Ковкий. Получают его при переплавке белоснежного чугуна, который следует подогреть до высочайшей температуры и выдерживать в схожем состоянии. В неких вариантах для придания составу особенных свойств проводится добавление легирующих частей. Главными качествами можно именовать высшую вязкость и завышенную степень пластичности. Получил обширное распространение в машиностроительной индустрии.
Особый. Представляет собой сплав, в который заходит огромное количество марганца и кремния. Часто применяется для удаления кислорода из стали при его производстве либо переплавке, за счет что снижается температура плавления.

Интересно почитать: Как сварить чугун в домашних условиях

Любая разновидность чугуна владеет собственной особенной структурой и хим составом, которые и определяют область внедрения.

Описание видов чугуна

Первый тип – это передельный чугун. Так называется материал, в котором углерод представлен в виде такого вещества, как цементит. В изломе он имеет белый цвет, откуда и пошло его название. Характеризуется такой чугун высокой твердостью и хрупкостью. Он очень плохо поддается механической обработке. При этом около 80 % всего выплавляемого чугуна является белым. Основное предназначение этого типа материала – это дальнейшая переплавка в сталь.

Серый легированный чугун – это металл, в котором углерод представлен в виде пластичного графита. В изломе его цвет – серый, что также определило его название. Хрупкость и твердость такого чугуна меньше, чем у белого, но при этом он намного лучше поддается механической обработке.

Свойства легированного чугуна этого типа состоят в следующем:

Во-первых, он отлично сопротивляется нагрузкам сжимающего типа.
Во-вторых, этот металл нечувствителен к дефектам поверхностного типа, а также отличается тем, что неплохо противостоит усталостному разрушению.

Однако литейный легированный чугун обладает достаточно слабой ударной вязкостью, а также низкой пластичностью. Из-за этих двух недостатков применять такой материал в конструкционных целях достаточно сложно.

Применение

Из-за особенных физико-механических свойств применение чугуна сделалось может быть в самых разных сферах:

Для производства разных деталей в машиностроительной отрасли. В протяжении почти всех лет конкретно этот сплав применяется при изготовлении самых разных деталей для мотора внутреннего сгорания. При всем этом автопроизводители проводят изменение главных параметров материала методом его легирования, что нужно для заслуги неповторимых свойств. Не считая этого, огромное распространение получили тормозные колодки из данного сплава.
Изделия из чугуна могут выдерживать действие низкой температуры. Потому материал применяется при производстве техники и инструментов, которые эксплуатируются в твердых погодных критериях.
Ценится чугун в металлургической области. Это соединено с низкой стоимостью, которая почти во всем зависит от концентрации углерода и особенностей получаемой структуры. Высочайшие литейные свойства также делают материал наиболее симпатичным. Получаемые изделия характеризуются высочайшей прочностью и износостойкостью.
В протяжении нескольких крайних десятилетий рассматриваемый сплав обширно применяется при изготовлении сантехнического оборудования. Это соединено с высочайшими противокоррозионными возможностями, также возможностью получения изделий самой различной формы. Примером можно именовать чугунные ванны и радиаторы, разные трубы, батареи и мойки. Невзирая на возникновение материалов, которые могли бы поменять чугун, подобные изделия пользуются большенный популярностью. Это соединено с тем, что они сохраняют первозданный вид в протяжении долгого периода эксплуатации.
Применяется сплав и для производства разных декоративных частей, что соединено с высочайшими литейными свойствами. Примером можно именовать сетку для перил, разные статуэтки и почти все другое.

Чугунные сковороды

Чугунные радиаторы
Не считая этого, область внедрения зависит от нижеприведенных параметров рассматриваемого материала:

Некие марки владеют высочайшей прочностью, которая свойственна для стали. Конкретно потому материал применяется даже опосля возникновения современных сплавов.
Чугунные изделия могут в протяжении долгого периода сохранять тепло. При всем этом термическая энергия может умеренно распространяться по материалу. Эти свойства стали употребляться при изготовлении отопительных радиаторов либо остальных схожих изделий.
Принято считать, что чугун – экологически незапятнанный материал. Конкретно потому его нередко используют при изготовлении различной посуды, например, казана.
Высочайшая стойкость к действию кислотно-щелочной среды.
Высочайшая гигиеничность, потому что все загрязняющие вещества могут просто удаляться с поверхности.
Рассматриваемый материал характеризуется довольно долгим сроком службы при условии соблюдения советов по эксплуатации.
Входящие в состав хим вещества не могут нанести вреда здоровью.

В заключение отметим, что издавна открытая разработка производства рассматриваемого материала в протяжении почти всех лет оставалась фактически постоянной. Это соединено с тем, что при относительно низких издержек можно было получить большенный размер расплавленного сплава. На нынешний денек нередко проводится создание материала из лома, что дозволяет еще в большенный степени понизить себестоимость получаемого продукта.

Интересно почитать: Как разрезать чугунную трубу болгаркой видео

Чугуны, легированные медью и ее комплексами

Такие серые чугуны получают все возрастающее применение. Медь повышает литейные свойства чугуна, в частности жидкотекучесть, легирует феррит, снижает склонность к образованию усадочной пористости и трещин.

Чугуны, легированные 0,5 % Си, рекомендуются для производства отливок с толщиной стенок от 10 до 25 мм. При увеличении толщины стенки отливки до 25…50 мм необходимо увеличить добавку меди и ее комплексов, исходя из получения в отливках компрессоров и двигателей остаточного содержания меди в количестве 0,9… 1,5 % (мас.). Эффект легирования может быть усилен добавкой в качестве микролегирующих элементов сурьмы, висмута, никеля и молибдена, а также модифицированием чугуна редкоземельными металлами, силикокальцием или ферросилицием. Экономно микролегированными являются чугуны АЧД06Х04Н02; АЧН08Д04Х02.

С повышением углеродного эквивалента чугуна влияние меди на кристаллизацию графита уменьшается. В отливках гильз цилиндров, головок блоков из чугуна с низким углеродным эквивалентом медь предотвращает отбел в поверхностных слоях и повышает твердость к середине, а в чугунах, близких к эвтектическим, легирование медью повышает и выравнивает твердость по сечению литых изделий, увеличивает их износостойкость.

Для отливок с массивными стенками прибегают к легированию бинарными комплексами, содержащими наряду с медью и карбидообразующие элементы (хром, ванадий, ниобий и титан). При одновременном вводе в чугун 1,07 % меди и 0,12…0,2 % ниобия износостойкость чугуна повышается в 1,3… 1,4 раза, временное сопротивление возрастает на 35 % и в отливках с толщиной стенок 35…40 мм достигает 440… 500 МПа.

Добавка меди к чугуну, легированному карбидообразующими элементами (хромом, молибденом, ванадием), понижает его твердость и улучшает обрабатываемость, а также может повышать прочность, снижая охрупчивающее действие карбидов. Вследствие положительного влияния меди на образование тонкопластинчатого перлита повышается коррозионная стойкость медистого чугуна в воде и газовых средах.

При комплексном легировании доэвтектического чугуна хромом, марганцем, молибденом и ванадием первичные дендритные ячейки имеют постоянную кристаллографическую ориентацию, их размеры не зависят от содержания любого из исследованных легирующих элементов. Вторичные дендритные ветви становятся меньше с увеличением содержания хрома, уменьшающего количество первичного аустенита.

Износостойкость серого чугуна как конструкционного материала определяется его структурой, физико-механическими свойствами и конкретными условиями эксплуатации. Феррит считается наименее износостойкой составляющей чугуна. Использование ферритной структуры в износостойких отливках допускается при относительно мягких режимах трения, характерных для малых скоростей скольжения и низких удельных давлений, а также при возможных перекосах трущихся пар в процессе приработки. В таких условиях графит уменьшает износ серого чугуна, но при увеличении скоростей скольжения, загрязнении смазки и повышении удельных давлений наличие значительного количества графита является нежелательным.

Для изготовления износостойких отливок могут быть рекомендованы ферритно-перлитные чугуны, стойкость которых может быть повышена некоторыми легирующими упрочняющими элементами — никелем, медью и хромом. Легированный феррит способствует повышению износостойкости в условиях загрязнения смазки абразивными частицами. Медь, молибден и хром уменьшают усадочную пористость в отливках и повышают термическую и коррозионную стойкость чугуна. Систематических данных о влиянии этих элементов на структуру и свойства чугуна в износостойких отливках недостаточно, однако можно утверждать, что они упрочняют и измельчают структуру, повышают твердость и износостойкость толстостенных литых изделий. Однако существенное измельчение графита наблюдается в тех случаях, когда используется комплексное легирование и в серых чугунах есть примеси (олова, свинца, висмута, и др.), вносимых металлоломом или другими шихтовыми материалами.

Роль легированного феррита в формировании физико-механических и эксплуатационных свойств длительное время недооценивалась. Поэтому в производственных условиях оценку степени легированности феррита не производили, ограничиваясь определением формы, распределения и количества графитной фазы.

Вместе с этим общепринято, что преждевременное разрушение серых чугунов при тяжелых режимах работы обусловлено главным образом низкой пластичностью. Поэтому полнота использования эффекта упрочнения или легирования во многом зависит от наличия в чугунах определенного запаса вязкости и пластичности. Физико-механические свойства легированного феррита, как и любого другого твердого раствора, определяются силами связи между атомами в кристаллических решетках, размерами его зерен и природой легирующих и других примесей. В общем случае легирование феррита различными элементами сопровождается упрочнением твердого раствора, а также снижением его пластичности.

О производстве литья

Что такое легированный чугун — это чугун подвергшийся доп введению 1-го либо нескольких частей.

Применение легированного чугуна для разных литых деталей основано на том, что легирующие элементы делают лучше механические, физические, хим и эксплуатационные свойства.

Зависимо от степени легирования чугун можно поделить на три группы. Низколегированный с содержанием легирующих частей до 3%, среднелегированный с содержанием частей 3-10% и высоколегированный с содержанием частей выше 10%.

Вещества для легирования, маркировка

По ГОСТу легированный чугун должен содержать определенное количество веществ для использования в определенной сфере. Кроме того, маркировка также является стандартной. К примеру, ЧН15Д7Х – это высокопрочный сплав, в котором содержится 15 % никеля, 7 % меди и примерно 1 % хрома. Как можно заметить, в маркировке легирующие элементы отмечаются одной буквой, после которой идет цифра, указывающая на количественное содержание добавки. Однако может быть и так, что цифра отсутствует, как после хрома. Это означает, что содержание вещества в составе – около 1 %.

Читать также: Сталь 40х твердость по бринеллю

Что касается изготовления такого чугуна, то обходится оно достаточно недорого. При этом конечный продукт обладает достаточно высокими эксплуатационными свойствами. Благодаря этим двум факторам область применения описываемого материала постоянно увеличивается.

Воздействие легированных частей на свойства чугунов

Зависимо от содержания преобладающего элемента легированный чугун делят на никелевый, хромистый, хромоникелевый, медистый, молибденовый, марганцевый, дюралевый и остальные.

В истинное время наибольшее распространение находит чугун, легированный колченогом и никелем. Данный чугун в большей степени употребляют для российских машиностроительных деталей, работающих на износ при трении.

В отдельных вариантах для придания этому чугуну доп параметров в его состав вводят еще и остальные элементы, но именуют его тогда уже не хромоникелевым, а по наименованию введенного элемента, к примеру, молибденовым, ванадиевым и т.д.

Низколегированный чугун

приведены разные составы низколегированного чугуна с указанием его предназначения. Молибден вводится в чугун в тех вариантах, когда требуется завышенная жаропрочность, т.е. сохранение механических параметров при завышенных температурах.

В качестве антифрикционного материала как заменителя оловянных бронз используют особый низколегированный антифрикционный чугун. Табл2

Структура антифрикционного чугуна обязана быть перлитной, с равномерным распределением графита.