Контрольные вопросы

1. Определение металлов и металлических сплавов

2. Основные свойства металлов (внешний вид, механические, химические, технологические)

3. Цветные и черные металлы. Признак, по которому производится подобное деление.

4. Группы и виды металлов в зависимости от плотности и температуры плавления

5. Классификация металлов по степени чистоты. Области применения металлов в зависимости от содержания примесей

6. Отличительные свойства и области применения благородных металлов

7. Какими причинами обусловлено широкое применение металлических сплавов в народном хозяйстве?

8. Классификация металлических сплавов по назначению, числу компонентов, содержанию примесей

9. Способы получения изделий из деформируемых литейных сплавов

Тема 3. Чугун. Получение, состав, свойства, марки, области применения

Чугуны - это железоуглеродистые сплавы с содержанием углерода свыше 2,14%. Наряду с углеродом чугуны содержат и другие неизбежные примеси (кремний, серу, фосфор и др.), которые оказывают значительное влияние на структуру и свойства сплава.

Получаемые выплавкой в доменных печах чугуны классифицируются по нескольким признакам.

По назначению различают чугуны передельные (белые), используемые для выплавки стали; литейные (серые), применяемые для получения деталей литьем, и специальные (ковкие, легированные, модифицированные), предназначенные для раскисления и легирования сталей.

Передельные чугуны в зависимости от способа переработки на сталь разделяют на три класса: мартеновские, бессемеровские и томасовские. Эти чугуны характеризуются высокой твердостью, хрупкостью, сопротивлением износу. Из-за повышенной твердости передельные (белые) чугуны не подвергаются обработке резанием. Такие свойства передельных чугунов объясняются состоянием углерода в сплаве, который находится в связанной форме в виде цементита. Это обусловливает матово-белый или светло-серый, блестящий излом чугуна. Отсюда и второе название - белый чугун.

Передельный (белый) чугун в машиностроении используется ограниченно. В основном из него отливают тормозные колодки, шары для размольных мельниц (т.е. такие детали, где требуется высокая износостойкость). Кроме того, путем термической обработки передельного (белого) чугуна специального состава получают ковкий чугун с совершенно другими свойствами.

Маркируют передельные (белые) чугуны заглавной буквой и цифрой, означающей порядковый номер сплава: мартеновские - М-1, М-2, бессемеровские Б-1, Б-2 и томасовский - Т-1.

Литейные (серые) чугуны подразделяют в зависимости от применяемого для выплавки топлива на коксовые и древесноугольные. В древесноугольных чугунах по сравнению с коксовыми меньше вредных примесей, особенно серы.

В литейных (серых) чугунах углерод находится в частично связанном или полностью свободном состоянии в виде графита. Это придает чугуну бархатно-серый цвет в изломе.

Литейные (серые) чугуны характеризуются следующими положительными свойствами: малой усадкой при затвердевании в формах; большой жидкотекучестью и вследствие этого хорошим заполнением узких сечений; высоким сопротивлением износу при трении; свойством гасить вибрации - демпфирующей способностью. Кроме того, они поддаются обработке резанием и дешевы. Серые чугуны применяются для производства чугунной посуды, корпусов мясорубок, замков и других изделий, изготовляемых литьем.

Литейные (серые) чугуны выпускаются 11 марок (СЧ10-СЧ45). Буквы обозначают “серый чугун”, а цифры - предел прочности на растяжение.

Чугуны классифицируются также по форме графитных включений, определяющих механические свойства сплава. По этому признаку выделяют чугун серый, высокопрочный и ковкий.

В сером (литейном) чугуне графит находится в виде пластин, что придает ему высокое сопротивление при растяжении. Это марки СЧ-10, СЧ-15, СЧ-20.

Высокопрочный чугун получают в процессе модификации, при котором происходит измельчение графитных включений, придание им шаровидной формы вследствие присадки модификатора (магния). Изменение размеров и формы графитных включений позволяет повысить прочность и пластичность чугуна. Используется такой чугун для изготовления деталей машин (втулки, валы, шестерни), а также коленчатых валов двигателей внутреннего сгорания. Маркируют высокопрочный чугун так: ВЧ 50-1,5; ВЧ 60-2 и т.д. Буквы обозначают “высокопрочный чугун”, первое число - предел прочности на растяжение, второе - относительное удлинение.

Изменить форму графитных включений можно не только модификацией, но и термической обработкой. На этом основано производство ковкого чугуна. Как уже говорилось выше, ковкий чугун получают из белого (передельного) чугуна специального состава. В процессе графитизирующего отжига графит приобретает форму хлопьев. Подобная операция придает ковкому чугуну более высокую прочность на разрыв, устойчивость к ударам, повторно-переменным нагрузкам. Вследствие этого его применяют для изготовления таких изделий, как гаечные ключи, крюки, детали водопроводных труб. Маркируют ковкий чугун буквами КЧ и цифрами, две первые из которых обозначают предел прочности при растяжении, а две последующие - относительное удлинение.

Все рассматриваемые чугуны непластичны, не могут обрабатываться давлением, поэтому готовые изделия получают только литьем.

Кроме того, на базе других чугунов вырабатывают легированный чугун, относящийся по назначению к группе специальных чугунов. Легированные чугуны содержат значительное количество добавок (кремний, хром, алюминий, марганец, никель), которые улучшают свойства сплава. В зависимости от их содержания легированные чугуны делятся на высоколегированные и низколегированные. Легирующие компоненты могут попадать в чугун из руды (природно-легированный чугун) или в виде добавок, специально вводимых ферросплавами. Легированные чугуны характеризуются повышенной коррозионно- , хладо- и износостойкостью, жаропрочностью, малой магнитностью. Их применяют для изготовления ответственных деталей, таких как подшипники, двигатели внутреннего сгорания.

Легированные чугуны называют по преобладающему элементу. Марки их обозначают буквами и цифрами: первая буква Ч - чугун, вторая и последующие буквы - название легирующего элемента (Г - марганец, Д - медь, П - фосфор, Ю - алюминий, Т - титан и т.д.); цифра после букв - примерное содержание в процентах по массе элемента; последняя буква (Ш) указывает на форму графита (шаровидная).