Чугуны. Свойства чугуна презентация

2,14% С. Практически же в качестве указанного граничного содержания углерода принято считать 2% С.
С повышением содержания легирующих элементов эта граница, как правило, смещается в сторону меньших концентраций углерода.
Так, многие высокохромистые, высококремнистые, высокоалюминиевые сплавы железа условно считаются чугуном, несмотря на весьма низкое содержание углерода.

высоколегированный.
Нелегированным считают чугун, содержащий до 3,5—4% Si, до 1,5—2% Мn, до 0,3% Р, до 0,2— 0,25% S и до 0,1% таких элементов, как Cr, Ni, Сu.
В низколегированном чугуне содержание каждого из перечисленных легирующих элементов обычно не превышает 1,0—1,5%, в среднелегированном оно может достигать 7%, а в высоколегированном превышает 7—10%.
Добавки сотых и даже тысячных долей процента таких элементов, как магний, азот, бор, висмут, считаются легирующими (микролегирование, модифицирование).

относительно невысоких напряжениях и малых динамических нагрузках.
Преимущество чугуна – высокие литейные свойства и небольшая стоимость по сравнению со сталью. По назначению чугуны подразделяются на
передельные (идут на переработку в сталь)
литейные (для изготовления разнообразных отливок).
В зависимости от формы выделения углерода в чугуне различают:
белый чугун
серый чугун
ковкий чугун
высокопрочный чугун

стали и хорошо отливается в формы. Поэтому чугун широко используют для изготовления литых деталей.
Углерод в чугуне может содержаться в виде цементита (Fe3C) или графита.
Цементит имеет светлый цвет, обладает большой твердостью и трудно поддается механической обработке. Графит, наоборот, темного цвета и достаточно мягок.
В зависимости от того, какая форма углерода преобладает в структуре, различают два основных вида чугуна: белый и серый.

хрупкий.
В основном идёт на передел в сталь и для получения ковкого чугуна.
Редко применяется для изготовления прокатных валков, лемехов плугов и других изделий, работающих в тяжёлых условиях износа.

виде пластинчатого графита; 1,2 – 3,5% Si; до 1,4% Mn; <0,5% P; <0,2% S. Маркируется буквами СЧ и числом, указывающим предел прочности при растяжении (σв) в МПа10-1, например, СЧ18, СЧ20, СЧ35. Применяются: СЧ18, СЧ20 – станины станков, поршни; СЧ25, СЧ30, СЧ35 – детали, работающие на износ: тормозные барабаны, шестерни, поршневые кольца и др.

распределения включений графита.
В обычном сером чугуне графит кристаллизуется в виде пластинок, которые расчленяют  основную металлическую массу и действуют как внутренние трещины. По этой причине серый чугун с пластинчатым графитом обладает низкой прочностью и малой пластичностью (до   0,3 %).
Серый чугун обладает способностью рассеивать вибрационные колебания при переменных нагрузках.
Это свойство называют циклической вязкостью.
Серый чугун имеет хорошие литейные свойства, а отдельные марки обладают достаточно высокой прочностью и износостойкостью.

деталей, по физико-механическим характеристикам можно условно разделить на 4 группы: малой прочности, повышенной прочности, высокой прочности и со специальными свойствами.
Детали, получаемые из серого чугуна, со структурой феррита имеют невысокую прочность, прочные – с феррито-перлитной структурой и наиболее прочные – с перлитной структурой.
Из серого чугуна отливают колонны, котлы, радиаторы, ванны, трубы, а также самые разнообразные конструкционные детали для машиностроения.

0,7 – 1,5%Si; 0,3 – 1,0%Mn; ≤ 0,12%S; ≤ 0,18%P.
Получают длительным отжигом (до 100 часов) белого чугуна. Маркируется буквами КЧ и двумя числами, первое из которых означает предел прочности при растяжении в МПа10-1, а второе – относительное удлинение в %, например, КЧ35-10; КЧ45-6; КЧ50-4; КЧ65-3. Применяются для изготовления деталей, эксплуатирующихся при высоких динамических и статических нагрузках (задние мосты, крюки, скобы).

материал по сравнению с серым чугуном является пластичным. В действительности же ковкий чугун никогда ковке не подвергают, из него, так же как из серого чугуна, изготовляют лишь фасонные отливки для машиностроения.
Ковкий чугун по механическим свойствам занимает промежуточное положение между серым чугуном и сталью. Детали, изготовленные из такого чугуна, хорошо работают в среде влажного воздуха, поточных газов и воды. В зависимости от способа производства ковкого чугуна его подразделяют на группы: ферритный и перлитный.

нейтральной среде. Такой чугун имеет бархатный черный излом и состоит из феррита и графита
Fe3C→3Fe+C
Из ферритного ковкого чугуна с повышенной пластичностью изготовляют ответственные детали для автомобилей и сельскохозяйственных машин, для этих целей используют марки КЧ 37-12; КЧ 35-10. Для малоответственных деталей (гайки, фланцы и др.) применяют КЧ 30-6;     КЧ 33-8.
Перлитный ковкий чугун получают после отжига белого чугуна в окислительной атмосфере. Вследствие обезуглероживания в процессе отжига отливок получают чугун с меньшей вязкостью.
Этот чугун находит ограниченное применение в машиностроении. Из перлитного ковкого чугуна изготовляют карданные валы, звенья цепей конвейера, муфты и др.

1,6 – 2,7%Si; 0,5 – 0,6%Mn; ≤ 0,10%S; ≤ 0,10%P.
Получают добавлением в жидкий чугун магния в количестве 0,03 – 0,07%.
Под действием магния графит принимает шаровидную форму и значительно меньше ослабляет металлическую основу чугуна.
Такой чугун по механическим свойствам не уступает литой углеродистой стали, сохраняя хорошие литейные свойства и обрабатываемость резанием. Маркируется буквами ВЧ и числом, означающим предел прочности при растяжении в МПа10-1, например, ВЧ50, ВЧ60, ВЧ70, ВЧ80, ВЧ100. Изготавливают изделия, требующие повышенной прочности.

применяется в узлах трения. Маркируют антифрикционные чугуны на перлитовой основе АЧС-1 и АЧС-2, а на феррито-перлитовый - АЧС-3, АЧС-4, АЧС-5, АЧС-6, (А-антифрикционный, Ч-чугун, С-серый, цифра указывает на различный химический состав).
б) Легированный чугун (ГОСТ 7769-82), обладающий жаростойкостью, коррозионной стойкостью. Различают: хромистые (ЧХ22, ЧХ9Н5, ЧХ32); кремнистые (ЧС15, ЧС15М4); алюминиевые (ЧЮ6С5, ЧЮ22); марганцевые (ЧГ7Х4, ЧГ8Д3); никелевые (ЧН2Х, ЧН15Д7).

достаточно низких температурах этот материал максимально плотно заполняет форму), а также благодаря возможности производить плотные и беспузыристые отливки. Кроме того, качественный литейный чугун практически не изменяет своего объема при переходе из жидкого в твердое состояние.
Для того, чтобы добиться подобных эффектов, в обычный нековкий железный сплав, из которого получают большинство разновидностей чугуна, добавляют марганец, фосфор, кремний и/или серу. В зависимости от пропорций этих элементов и получаются различные марки литейного чугуна:
- Л1 (с повышенным содержанием кремния (до 3,5%));
- Л2 (кремний от 2,8 до 3,2%);
- Л3 (кремний от 2,4 до 2,8%) и т.д.

формы, что нашло свое самое активное применение в строительстве.
Из этого материала изготавливаются различные фигурные детали, которые в дальнейшем, чаще всего, скрепляются болтами (в отличие от сварочного железа, которые чаще заклепывают или приваривают друг к другу).
Помимо непосредственно возведения конструкций, литейный чугун применяется также и в архитектуре. Немалое количество украшений мостов или фасадов зданий сделаны из чугуна.

из его природных оксидов коксом при высокой температуре.
Процесс восстановления железа оксидом углерода в верхней части доменной печи можно представить по обобщенной схеме:
Fe2O3 → Fe3O4 →FeO → Fe.
Опускаясь в нижнюю часть печи, расплавленное железо соприкасается с коксом и превращается в чугун.

Схема доменной печи:
1 – загрузочная воронка; 2 – загрузочный конвейер; 3 – шахта; 4 – шлаковая лётка; 5 – фурма; 6 – шлаковоз; 7 – чугунная лётка; 8 – чугуновоз; 9 – отходящий газ; 10 – газоочистка; 11 – воздухонагреватели

материалов (шихты) - железной руды, агломерата или окатышей, флюсов и топлива (кокса), загружаемых в доменную печь сверху, и восходящего потока газов, образующихся при сжигании топлива в горне печи.
В результате взаимодействия этих потоков содержащиеся в руде оксиды железа восстанавливаются при помощи углерода кокса и оксида углерода, образующегося при горении кокса.
Полученное железо, взаимодействуя с коксом, науглероживается превращаясь в чугун.
В небольших количествах в металл переходят также восстановленные из шихты кремний, марганец, фосфор и сера.
Жидкий чугун стекает в горн печи.
Расплавленная пустая порода руды, зола кокса и флюсы образуют шлак, всплывающий над слоем чугуна вследствие разницы их плотностей.
Чугун и шлак из доменной печи выпускают раздельно через соответствующие отверстия (лётки).

серы и фосфора. Для получения стали из чугуна необходимо снизить концентрацию веществ путем окислительной плавки.
В современной металлургической промышленности сталь выплавляют в основном в трех агрегатах: конвекторах, мартеновских и электрических печах.    

химических реакций осуществляется избирательное окисление примесей чугуна и перевод их в процессе плавки в шлак и газы. В результате получают сталь заданного химического состава.

доменные ферросплавы, стальные слитки и прокат. Передельный чугун, используемый для передела на сталь, содержит 4,0-4,4% С; до 0,6-0,8%. Si; до 0,25-1,0% Мn; 0,15-0,3% Р и 0,03-0,07% S. Некоторые марки чугуна, предназначенные для передела в сталь в конвертерах, имеют пониженное до 0,07% содержание фосфора. До 90% всего выплавляемого чугуна приходится на чугун передельный. Литейный чугун предназначен для производства фасонных отливок способами литья на машиностроительных заводах, имеет повышенное содержание кремния (до 2,75-3,25%). Ферросплавы - сплавы железа с повышенным содержанием марганца, кремния, ванадия, титана и других металлов. Их применяют для раскисления и производства легированных сталей. К ферросплавам, относят доменный ферросилиций, содержащий 9-13% Si и до 3% Мn; доменный ферромарганец, содержащий 70-75% Мn и до 2% Si; зеркальный чугун с 10-25% Мn и до 2% Si. Стальные слитки получают в изложницах или кристаллизаторах, подвергают обработке давлением (прокатке, ковке).
Прокат используют непосредственно в конструкциях (мостах, зданиях, железобетонных конструкциях, железнодорожных путях, станинах машин и т. д.), в качестве заготовок для изготовления деталей резанием и заготовок для последующей ковки и штамповки.

размеров называют сортаментом.
Сортамент прокатываемых профилей разделяют на следующие группы: заготовки, сортовой прокат, листовой прокат, трубы и специальные виды проката. Заготовки прокатывают в горячем состоянии непосредственно из слитков. Заготовки квадратного сечения с размерами от 150х150 до 450х450 мм называют блюмами. Они предназначены для последующей прокатки на сортовых станах и в качестве заготовок для изготовления поковок ковкой. Заготовки прямоугольного сечения толщиной 65-300 мм и шириной 600-1600 мм называют слябами. Их используют для прокатки толстых листов. Сортовой прокат по профилю подразделяют на две группы: простой геометрической формы (квадрат, круг, шестигранник, прямоугольник) и сложной - фасонной формы (швеллеры, двутавровые балки, рельсы, уголки и т. д.). Листовой прокат подразделяют по назначению (судостроительный, электротехнический, автолист и т. д.) и по толщине. Листовую сталь с толщиной 4-160 мм называют толстолистовой, а с толщиной 0,2-4 мм - тонколистовой. Листы с толщиной менее 0,2 мм называют фольгой.

и сварные (с прямым и спиральными швами). Специальные виды проката – колеса и оси железнодорожных вагонов, кольца, зубчатые колеса, периодические профили и т. п. Периодическим профилем называют прокатанную заготовку, форма и площадь сечения которой периодически изменяются вдоль оси.