Курс лекций по «специальным чугунам»

Введение

Диапазон механических и служебных свойств современных типов и марок чугунов весьма широк. Серый чугун с пластинчатым графитом имеет прекрасные антифрикционные свойства, износостойкость, высокую демпфирующую способность, низкую чувствительность к концентраторам напряжений и поэтому используются как конструкционный материал.

Специальные белые легированные чугуны имеют высокую твердость и износостойкость при трении в абразивных условиях, и их применение обеспечивает работоспособность нагруженных деталей металлургического, горнодобывающего и размольно-дробильного оборудования. Специальные легированные никелевые, хромистые, алюминиевые, кремнистые чугуны предназначены для деталей, работающих при высоких температурах, а также в агрессивных средах. Для деталей сложной конфигурации чугун по технологическим свойствам является в ряде случаев единственным материалом, из которого можно получать детали с требуемыми свойствами экономичными методами литья.

Область применения отливок из специальных чугунов охватывает практически все отрасли экономики – добычу и обогащение полезных ископаемых, металлургию, энергетику, дорожное строительство, производство цемента и других строительных материалов, сельское хозяйство и т.д. Высокая стойкость отливок делает эти чугуны универсальным материалом для широкого использования в выше перечисленных отраслях.

Глава 1. Классификация специальных чугунов. Особенности процессов их легирования и термической обработки

Классификация специальных чугунов

Специальные чугуны классифицируются по следующим основным признакам: по структуре, по химическому составу, по способу выплавки, по назначению.

1. По структуре специальные чугуны можно классифицировать по следующим признакам:

- по типу металлической матрицы: ферритные, перлитные (рис. 1.1), бейнитные, аустенитные (рис. 1.2, а), перлито-ферритные, мартенситно-аустенитные (рис. 1.2, б), мартенситно-бейнитные (рис. 1.3, а), мартенситно-трооститные (рис. 1.3, б), мартенситно-ферритные, ферритно-аустенитные;

- по состоянию углерода: графитизированные (углерод в виде графита), белые (углерод полностью связан в карбиды), половинчатые (углерод в виде графита и в карбидах); отбеленные (наружний слой отливки из белого чугуна, сердцевина из серого); в свою очередь графитизированные чугуны делятся на:

а) чугуны с пластинчатым графитом или серые чугуны;

б) чугуны с хлопьевидным графитом или ковкие чугуны;

в) чугуны с компактной формой графита или высокопрочные чугуны, которые в свою очередь делятся на чугуны с шаровидным графитом и чугуны с вермикулярным графитом;

- по типу эвтектики: с эвтектикой аустенит (А)+графит (Г), с эвтектикой ледебурит - А+цементит (М₃С), с эвтектикой А+карбиды типа M₇C_3,например, (Fe,Cr)₇C₃, с эвтектикой А+карбиды типа MC, например, TiC, VC, с эвтектикой А+карбиды типа M₇C₃ и M₂₃C₆, например, (Fe,Cr)₇C₃ и (Fe,Cr)₂₃C₆, с эвтектикой А+M₇C₃ и MC, например, (Fe,Cr)₇C₃ (рис. 1.4, а) и VC; также по количеству эвтектик и фаз, образующих ее, чугуны можно классифицировать на чугуны с одной двойной эвтектикой, двумя двойными эвтектиками (А+М₃С и А+карбид легирующего элемента (рис. 1.2, а), двойной и тройной эвтектиками (А+МC и А+МC+ М₃С (рис. 1.1,б); А+МC и А+МC+ М₇С₃ (рис. 1.4, б), А+M₇C₃и А+МC+ М₇С₃ (рис. 1.5, а), двумя двойными и тройной эвтектиками (А+М₃С, А+М₇С₃, А+М₇С₃+МС) и др.;

- по морфологии эвтектики: волокнистая (рис.1.1,а), зернистая (например А+VC) (рис. 1.6,а), скелетовидная А+(W, Fe)₆C (рис. 1.5, б), пластинчатая А+TiC (рис. 1.6,б) и др.

2. По химическому составу специальные чугуны можно разделить на:

- нелегированные, состав которых различается содержанием основных элементов (углерода, кремния, марганца);

- низколегированные, суммарное содержание легирующих элементов не превышает 3,5%;

- среднелегированные, суммарное содержание легирующих элементов находится в пределах 3,5-10%;

- высоколегированные с содержанием легирующих элементов более 10%.

Также в зависимости от химического состава чугуны делятся на доэвтектические, эвтектические и заэвтектические, а по содержанию основного легирующего элемента на хромистые, никелевые, алюминиевые, кремнистые, марганцевые, хромо-марганцевые, хромо-никелевые, хромо-ванадиевые, хромо-никель-марганцевые, хромо-марганец-ванадиевые и др.

3. По способу выплавки чугуны делятся на:

- чугуны, полученные при плавке в вагранке; легированные чугуны в вагранках не выплавляют, редко выплавляют низколегированные;

- чугуны, полученные в электропечах- дуговых и индукционных с кислой и основной футеровкой.

4. По назначению специальные чугуны делятся на:

- коррозионностойкие;

- жаростойкие;

- жаропрочные;

- износостойкие;

- антифрикционные;

- валковые;

- немагнитные и т.п.