Чугуны металлы

Категория:
Черные металлы


Чугуны металлы

Чугуны при кристаллизации и дальнейшем охлаждении могут вести себя по-разному: либо в соответствии с диаграммой состояний Fe—Fe3C (белые чугуны), либо в соответствии с диаграммой Fe—С (серые чугуны).

Белые чугуны не находят в промышленности летательных аппаратов и двигателей какого-нибудь применения. В небольшом количестве их применяют для изготовления так называемого ковкого чугуна со структурой, состоящей из феррита и графита.

Диаграмма состояний Fe—С, характеризующая стабильную систему железо—графит, представлена на рис. 121 в сопоставлении с метастабильной диаграммой Fe—РезС.

Линии C’D’, E’F’, S’E’, Р’К’, присущие только системе Fe—С, показаны на диаграмме пунктиром. При этом следует понимать, что сплошные линии CD, EF, SE, РК при рассмотрении фазовых превращений в системе железо—графит во внимание приниматься не должны.

Все прочие главные линии диаграммы, изображенные сплошной чертой, являются общими для обеих систем.

Серые чугуны могут быть получены с перлито-графитной, нерлито-феррито-графитной или феррито-графитной структурой, ^ти чугуны имеют серый излом, обладают хорошими литейными свойствами, малой усадкой и способностью отливаться почти без прибылей; они имеют невысокую твердость и обладают хорошей обрабатываемостью резанием.

Получению серых чугунов без цементитной эвтектики и свободного цементита способствуют следующие условия:
а) замедленное охлаждение в процессе кристаллизации;
б) повышение содержания кремния;
в) в некоторых случаях небольшие добавки магния (для сфе-роидизации графита).

Рис. 1. Стабильная диаграмм; Fe—С в сопоставлении с метаета бильной диаграммой Fe—Fe3C

Изменяя количество углерода и кремния и скорость охлаждения, зависящую от толщины отливки, можно в широком диапазоне регулировать степень графитизации и получать белые, серые графито-перлитные или серые феррито-графитныб чугуны, а также смешанные структуры (рис. 2).

Значительное влияние на свойства серого чугуна оказывает форма включений графита. Наилучшей формой графита являются мелкие, равномерно распределенные сферические включения, изолированные одно от другого. Измельченность графитных образований достигается перегревом жидкого чугуна, способствующим растворению графитных частиц, равномерному распределению углерода в жидком растворе и возникновению максимального количества центров кристаллизации.

Рис. 2. Структуры чугунов разного соста ва в зависимости от толщины отливки (скорости охлаждения)

Образованию сферолитов графита вместо обычных чешуйчатых включений способствует обработка жидкого чугуна специальными присадками, например магнием, который вводится в небольших количествах порядка 0,05—0,12%. Более» высокое содержание магния приводит к отбеливанию чугуна.

Микрофотографии некоторых структур этих чугунов представлены на рис. 3.

Наибольшим распространением в производстве летательных аппаратов и двигателей пользуются графито-перлитные чугуны различных марок.

Рис. 3. Структура серого чугуна

Твердость таких чугунов колеблется в пределах 200—300 единиц по Бринеллю.

Антифрикционный ковкий чугун ЧМ1,3 содержит углерода около 2,5%, пониженное количество кремния, не превышающее 1%, и марганца до 1,2%. Имея после отливки белый излом, чугун ЧМ1,3 после отжига приобретает феррито-перлито-графитную структуру ковкого чугуна и отличается высокой прочностью = 45 кГ/мм2 при 8= 1—2% и твердости 225 единиц по Бринеллю. Из него изготовляют детали, работающие в условиях трения и ударных нагрузок.

Чугун — сплав железа с большим количеством углерода (3—4%), содержащий примеси кремния, марганца, фосфора и серы.

Чугун плавится при более низкой температуре (1100—1200°), чем железо (1540°), и хорощо отливается в формы благодаря своей текучести.

Чугун выплавляется из железной руды в доменных печах. Материалами для производства чугуна являются железные руды, кокс (топливо) и флюсы (материалы, облегчающие процесс плавки и отделения пустой породы).

Железо в чистом виде в природе не встречается. Железная руда – химическое соединение железа с кислородом (окислы) в смеси с другими элементами. Для выплавки чугуна используют богатые руды, содержащие 30—70% железа, — магнитный, красный и бурый железняки.

Железную руду перед плавкой разбивают в дробильных машинах па мелкие куски. Затем руда промывается водой для удаления

пустой породы, пе содержащей железа. Чтобы удалить из руды воду, серу и углекислоту, ее обжигают. Мелкие куски руды спекают в бруски прямоугольной формы (брикеты). Все эти процессы подготовки руды к плавке называются обогащением руды, т. е. увеличением содержания железа и удалением пустой породы. Иногда применяют магнитное обогащение, при котором частицы, содержащие железо, отделяются от пустой породы сильными электромагнитами.

Топливом для выплавки чугуна является кокс. Кокс получают из каменного угля прокаливанием без доступа воздуха. При прокаливании из угля улетучиваются органические соединения и остается почти чистый углерод в виде пористых кусков серого цвета. Кокс имеет высокую теплотворную способность (до 7 000 ккал/кг) и развивает при горении высокую температуру (1750°).

Третьим материалом для выплавки чугуна являются флюсы. Флюсы образуют легкоплавкие соединения с пустой породой и золой топлива, которые всплывают наверх и отделяются от чугуна (шлак). В качестве флюса чаще всего применяется известняк.

Доменная печь (рис. 1) представляет собой вертикальную конструкцию высотой в 30—35 м, выложенную изнутри огнеупорным кирпичом (шамотом). Через засыпной аппарат в верхнюю часть, называемую колошником, в печь загружается слоями шихта, т. е. кокс, руда и флюсы, взятые в определенном соотношении.

Во время работы печи в ней образуется доменный газ, имеющий большую теплотворную способность до 1 000 ккал/кг и используемый как топливо. Для выпуска доменного газа служат газоотводы.

Рис. 1. Разрез доменной печи:
1 — летка; 2 — газоотвод; 3 — засыпной аппарат; 4 — фурмы; 5 — шлаковая летка.

Шахта печи имеет форму усеченного конуса, расширяющегося книзу, что облегчает опускание шихты при плавке. Через специальные отверстия — фурмы —в печь под давлением 1,5 атмосферы вдувается горячий воздух, имеющий температуру до 800°.

Чугун образуется в средней части печи, называемой распаром, и опускается на дно горна. Время от времени чугун выпускается из домны через летку в специальный ковш или разливается в формы на литейном дворе (чушковый чугун). Шлак выпускают поверх чугуна через вторую летку. Он может использоваться как строительный материал.

На схеме доменного цеха (рис. 2) указаны расположение и путь материалов в процессе работы доменной печи.

Рис. 2. Схема доменного цеха.

Различают серый (литейный), белый (передельный) и ковкий чугуны.

Серый чугун имеет в изломе темно-серый цвет и крупнозернистое строение. Он легко обрабатывается режущими инструментами. Из серого чугуна отливают станины станков и машин, трубы и другие изделия. Основными недостатками серого чугуна являются его хрупкость и плохая свариваемость; он не годится для изготовления деталей, подвергающихся ударам, растяжению, изгибу.

Белый (передельный) чугун имеет в изломе белый цвет, Он трудно обрабатывается режущими инструментами из-за высокой твердости. Белый чугун употребляется главным образом для переработки в сталь и ковкий чугун.

Ковкий чугун получают из белого чугуна специальным отжигом, который изменяет его структуру и повышает пластичность. Ковать его нельзя, как и серый чугун, но название «ковкий» указывает на то, что по механическим свойствам он занимает промежуточное положение между серым чугуном и стальным литьем. Ковкий чугун широко применяют в машиностроении (заднг.-й мост автомобиля, трактора).


Читать далее:



Статьи по теме:


Реклама:




Главная → Справочник → Статьи → БлогФорум