Металлургия чугуна

чугун, а сердцевина – серый. Используется для изготовления поршневых колец, тормозных колодок.

Структура белого чугуна зависит от содержания в нем углерода и формируется в процессе первичной кристаллизации. Перекристаллизация существенно структуру не меняет.

Белые чугуны используются главным образом как передельные

чугуны.

В сером чугуне углерод содержится в виде графита пластинчатой формы.

Структурным признаком серого чугуна является обязательное

присутствие графита в структуре, который придает излому серый цвет.

Серый чугун обладает низким комплексом механических свойств:

низкие прочностные свойства и практически нулевые пластические

( главным образом из-за формы графитных включений : хлопьевидные в ковком чугуне и пластинчатые в обычном сером). Однако этот чугун дешев,

обладает высокой жидкотекучестью, малой усадкой, хорошо гасит колебания (высокие демпфирующие свойства). Все чугуны ГОСТированы

(ГОСТ 1412-85). Госты определяют химсостав и основные свойства.

Применение: СЧ 10, СЧ 15 - диски сцепления, ненагруженные части машины, СЧ 20, СЧ 25, СЧ 30 – для износостойких деталей,

эксплуатируемых при больших нагрузках : поршни. цилиндры, блоки двигателей.

Для улучшения качеств чугуна проводят его модифицирование

(введение модификаторов –веществ, которые способствуют кристаллизации структурных составляющих в измельчённой или округлой форме, что улучшает механические свойства. Используют ферросилиций, магний,

алюминий), при этом получаются модифицированные чугуны СЧ 35, СЧ 40,

СЧ 45 (присадки ферросилиция) , СМЧ (серый магниевый чугун,

модифицируется магнием., при изготовлении коленвалов, обладает хорошей прочностью и литейностью)

В двадцатые годы был создан новый вид чугуна, в котором резко изменена форма графитных включений шаровидной формы, что позволило приблизить его свойства к свойствам стали при сохранении высоких тех-

нологических свойств серого чугуна, этот чугун назвали высокопрочным

(ВЧ). ВЧ 45. Из ВЧ –коленвалы.

Получают его путем модифицирования серого чугуна редкоземельны-

ми металлами ( Mg, Ca, Се). Под действием модификатора происходит сфероидизация графитных включений, что приводит к повышению прочности и появлению пластичности до 5-10%.

Шаровидная форма графита меньше ослабляет металлическую

основу по сравнению с графитом в виде пластин, влияющих как острые

надрезы.

Ковкий чугун является старым машиностроительным материалом.

Его получают из белого чугуна (2,2 - 3,0%С) путем термической обработки.

Отливки из белого чугуна подвергают графитизирующему отжигу.

Образующийся графит более компактный, чем в сером чугуне, его называют хлопьевидным графитом или углеродом отжига. Маркировка

(ГОСТ 1215-79) КЧ 37-12 (37предел прочности на растяжение кг на мм, 12

– относительное удлинение). Детали, работающие при средних и высоких статических и динамических нагрузках: картеры задних мостов КЧ 35-10,

коробки передач, шестерни. Ковкий чугун дешевле стали, обладает высокой стойкостью против коррозии.

Легированные чугуны. Легирование – введение в состав металла легирующих элементов для придания определённых свойств (хром, никель,

вольфрам, ванадий, титан). Виды = коррозионно-стойкие (Поршневые кольца, блоки цилиндров двигателей внутр. Сгорания), износостойкие

(легированы никелем), жаростойкие, жаропрочные, антифрикционные.

Жаростойкие (900) –детали доменных печей, ЧХ 3, ЧХ 4 (цифра-

содержание хрома), жаропрочные (500-600)- дизельные двигатели.

Антифрикционные чугуны, для легирования применяют хром, медь, никель,

титан. АСЧ – антифрикционный чугун серый,, АВЧ – антифрикционный высокопрочный чугун

Серый чугун широко используется в станкостроении (станины,

коробки, колонны и т.д.), т.к. хорошо работает на сжатие. Высокопрочный чугун - в автостроении, дизелестроении для ряда ответственных изделий

(колен, валы, распределительные валики, опоры подшипников и т.д.).

Влияние примесей.

Чугуны как и стали многокомпонентные системы. Примеси могут

оказывать существенное влияние на структурообразование чугунов,

особенно такие как Si, Mn, S, Р.

Кремний. Очень сильный графитизатор, т.е. в сильной степени

способствует выделению углерода как из жидкой фазы так и из аустенита и

разложению цементита. В литейных чугунах кремния 0,8 - 4,0%.

Марганец. Карбидообразующий элемент (Mn), препятствует выделению

свободного углерода, т.е. способствует получению белого чугуна.

Нейтрализует влияние серы, выводя ее из твердого раствора (MnS).

Обычное содержание в сером чугуне – 0,5 – 0,8%.

Сера - придает чугуну, как и стали, красноломкость - малый

удельный вес - всплывает и удаляется вместе со шлаком. Содержание серы

в сером чугуне не должно превышать 0,08%, в высокопрочном - <0.03%.

Фосфор - в чугуне иногда до 1%. Может быть полезной примесью.

Он увеличивает жидкотекучесть, способствует хорошему заполнению

формы.

Производство чугуна.

Исходным материалом является шихта = руда + флюс + кокс.

Руда – крупные скопления минералов, богатые железом (красный, бурый железняк). Руда = окислы железа + вредные примеси + пустая порода. Вредные примеси – сера, фосфор, мышьяк. Пустая порода – минералы, легко устраняемые при обработке руды. Кокс – топливо. Флюсы

– вещества, вводимые в печь для понижения температуры плавления пустой породы и незарастания печи.

Способы обогащения руды.

Обогащение руды – предварительная обработка её без изменения хим. состава. Способы: рудоразборка, магнитное обогащение (магнитный сепаратор), гравитационное обогащение, флотация.

Обогащение рудной мелочи:

1.Агломерация (спекание) – продукты агломера.

2.Брикетирование.

3.Получение окатышей.

Выплавка чугуна производится в доменных печах. Устройство и работа доменной печи.

Домна представляет собой вертикальное сооружение высотой до нескольких десятков метров со стальной внешней оболочкой и внутренней обкладкой из огнеупорного кирпича. Является печью непрерывного действия. Верхняя часть домны называется шахтой, верхнее отверстие –колошником, среджняя частьраспаром, нижняя - горном. В верхней части горна имеются отверстия для нагнетания воздуха, которые называются фурмами. Загрузка домны производится через колошник чередующимися слоями кокса и железной руды, смешанной с флюсом. Кокс необходим для получения восстановителя и как источник теплоты, которая в результате процесса сгорания выделяется в большом количестве. Флюс необходим для связывания пустой породы, находящейся в рудах, и выведения ее в виде шлаков. Снизу вдувается воздух

1800 −1900 Процесс восстановления руды происходит в верхней части печи. Ниже - образование чугуна. Расплавленный чугун стекает в нижнюю часть горна, при этом жидкие шлаки собираются на поверхности, предохраняя его от окисления. Его периодически выпускают через специальные отверстия. При обогащении кислородом вдуваемого воздуха производительность печи растет. Содержание железа в чугуне не менее 90%.

1.Скиповый подъёмник (для подачи шихты в печь). 2. Колошник – засыпной аппарат.

3.Шахта , в которой происходит разложение шихты, восстановление железа из окислов.

4.Распар, в котором происходит плавление пустой породы и начало образования шлака.

5.Заплечики – окончание образования шлака, науглероживание железа.

6.Горн – образование чугуна.

7. Лещадь – основание печи.

8. Летка – отверстие для выпуска шлака и чугуна.

Этапы доменного производства.

1.Горение топлива и разложение шихты. 2. Восстановление железа из окислов. 3. Науглероживание железа и образование чугуна. 4. Шлакообразование.

Продукты доменного производства. 1.Чугун: передельный, литейный. 2. Ферросплавы.

3. Побочные продукты: Шлак, колошниковые газы, Колошниковая пыль.

Дополнение. Чугунами называют высокоуглеродистые сплавы с содержанием углерода свыше 2,03 %. Несмотря на значительный объем применения сталей, расширения области использования цветных сплавов, порошков и неметаллических материалов, чугуны широко применяют во многих отраслях промышленности. Относительно невысокий уровень механических свойств компенсируется низкой стоимостью, высокими литейными свойствами, хорошей обрабатываемостью. Механические и технологические свойства чугунов определяются их структурными характеристиками, упрочняющая термическая обработка для обычных чугунов практически не применяется. Требования к составу чугунов менее строгие по сравнению со сталью, поэтому в основу классификации и маркировки чугунов во всех стандартах положены структурные характеристики и гарантированный уровень механических свойств.

В Украине и СНГ действует система маркировки чугунов, основанная на классификации чугунов по форме графита. По этой классификации чугуны разделяют на:

•чугуны с пластинчатым графитом – серые чугуны;

•чугуны с шаровидным графитом – высокопрочные чугуны;

•чугуны с хлопьевидным графитом – ковкие чугуны. Маркировка серого чугуна определена ГОСТ 1412–85 «Чугун с

пластинчатым графитом для отливок. Марки». Согласно стандарта, такой чугун маркируется буквами «СЧ» и двумя цифрами, которые показывают минимально допустимое временное сопротивление чугуна в кгс/мм2 (0,1*Н/мм2). Например, обозначение чугуна СЧ 30 означает, что он

относится к серым чугунам с пластинчатым графитом и его =300 Н/мм2 (30 кгс/мм2). Всего стандартом предусмотрен следующий ряд марок чугунов – от СЧ 10 до СЧ 35.

Высокопрочный чугун маркируют в соответствии с ГОСТ 7293–85 «Чугун с шаровидным графитом для отливок. Марки». Марку высокопрочного чугуна обозначают буквами «ВЧ» и двумя цифрами, которые показывают его минимальное временное сопротивление в кгс/мм2. Например, маркировка ВЧ 50 означает, что этот чугун является высокопрочным и его =500 Н/мм2 (50 кгс/мм2).

Марки ковкого чугуна определены в ГОСТ 1215–79 «Отливки из ковкого чугуна. Общие технические условия». Он обозначается буквами «КЧ» и двумя группами цифр, которые определяют минимальное временное сопротивление в кгс/мм2 и относительное удлинение при растяжении в

процентах – КЧ –b. Например, КЧ 37–12 означает, что эта марка ковкого чугуна с =370 Н/мм2 (37 кгс/мм2) и относительным удлинением 12 %.

В промышленности широко применяют изделия из легированных чугунов с особыми свойствами. Обычно их маркировка начинается с буквы, указывающей на область применения чугуна.

Например, по ГОСТ 1585–85 «Чугун антифрикционный для отливок» чугун маркируют буквами «АЧ» (антифрикционный чугун), затем указывают тип чугуна (С – серый с пластинчатым графитом, В – высокопрочный с шаровидным графитом, К – ковкий чугун с компактным графитом), далее число, обозначающее порядковый номер марки: АЧС–5, АЧК–2.

Очень широко легированные чугуны применяют для изготовления изделий, работающих в условиях интенсивного абразивного износа (мелющие тела, прокатные валки, формы для прессования огнеупоров и т.п.). Такие чугуны в структуре содержат значительное количество твердой и износостойкой карбидной фазы и по структурному типу их относят к белым чугунам. В этом случае легирующие элементы и их содержание обозначают так же, как и для сталей. Впереди указывают буквы «ИЧ» – износостойкий чугун, далее содержание легирующих элементов, начиная с основного – хрома. Содержание углерода в чугуне зависит от содержания основных элементов и в марке не указывается. Например, марка ИЧХ4Г7Д соответствует износостойкому чугуну с содержанием хрома (в среднем) 4 %, 7 % Mn, < 0,7

% Cu.

По ГОСТ 7769–82 «Чугун легированный для отливок со специальными свойствами. Марки» выпускают изделия из коррозионно–стойких чугунов. Первая буква «Ч» (чугун), далее буква и цифра, показывающие содержание легирующего элемента, например, ЧГ6С3 (6 % марганца, 3 % кремния).

Попробуйте в своем конспекте найти ответы на вопросы:

1. Чугуном называется:

2 Число после буквенного обозначения в марке чугуна СЧ20 показывает:

3.Первая группа цифр в марке чугуна КЧ 33-8 показывает

4.Число 8 в марке чугуна КЧ33-8 показывает:

5.Первое число в марке чугуна ВЧ 60-2 показывает .

6.Назовите исходное сырье для производства чугуна

7.Перечислите вредные примеси чугуна

8. Белый чугун ещё называют:

9. .По составу чугуны подразделяются на

10.Серые чугуны ещё называют

11.В чем производят чугун?

12.Белый чугун используют для производства:

13.Какое топливо для производства чугуна ?

14.Какой тип чугуна представлен следующей маркировкой СЧ12-28?

15.Чугун марки КЧ37-1 2 является..

16.Какой тип чугуна представлен следующей маркировкой ВЧ38-17:

17.Основными свойствами чугунов являются..