Структура, свойства и применение чугуна

Микроструктура чугуна состоит из металлической основы и гра­фитных включений. Свойства чугуна зависят от свойств металлической основы и характера включений графита.

Металлическая основа может быть: перлитной, когда 0,8 % углерода находится в виде цементита, а остальной углерод в виде графита; феррито-перлитной, в которой количество углерода в виде цементита составляет менее 0,8 %; ферритной. Структура металлической основы определяет твердость чугуна.

Рис. 1. Различные формы графита в чугуне: а — пластинчатый графит (серый чугун); 6— хлопьевидный (ковкий чугун); в — шаровидный (высоко­прочный чугун)

Графит в сером чугуне — пластинчатый; в ковком чугуне — хлопье­видный; в высокопрочном — шаровидный (рис. 1). По сравнению с металлической основой графит имеет низкую прочность, поэтому места его залегания можно считать нарушениями сплошности. Таким образом, чугун можно рассматривать как сталь, пронизанную включениями гра­фита, ослабляющими его металлическую основу. В связи с этим серый чугун имеет низкие характеристики механических свойств (σв, δ, ψ) при испытаниях на растяжение. Включения графита играют роль концентра­торов напряжений, поэтому работа удара близка к нулю. Вместе с тем твердость и прочность при испытаниях на сжатие, зависящие от свойств металлической основы, у серого чугуна достаточно высоки.

Однако серый чугун с пластинчатой формой графита имеет и ряд пре­имуществ. Он позволяет получать дешевое литье, так как при низкой сто­имости обладает хорошей жидкотекучестью и малой усадкой. Включе­ния графита делают стружку ломкой, поэтому чугун легко обрабатывается резанием. Благодаря смазывающему действию графита чугун обладает хорошими антифрикционными свойствами, имеет высокие демпфирую­щие свойства, хорошо гасит вибрации и резонансные колебания.

Серый чугун маркируется буквами СЧ и цифрами, характеризующими величину временного сопротивления при испытаниях на растяжение. Мар­ки и механические свойства серых чугунов приведены в табл. 1.

Таблица 1 Механические свойства и химический состав серых чугунов (ГОСТ 14120-85)

Из серых чугунов марок СЧ 10, СЧ 15 изготавливают малоответ­ственные детали типа станин, корпусов клапанов и вентилей с толщиной стенки до 15 мм. Их используют в качестве вкладышей подшипников и сменных втулок на шейки валов свекломоек, для отдельных деталей пель­менных и котлетных автоматов.

Серые чугуны марок СЧ 20 и СЧ 25 применяют для более ответ­ственных деталей с толщиной стенки до 30 мм, работающих в условиях трения. К ним относятся: шнеки и цилиндры волчков для мяса, шестерни и червячные колеса фаршемешалок, колодки жировых сепараторов.

Чугуны марок СЧ 30, СЧ 35 идут на изготовление тяжелонагруженных деталей сложной формы с толщиной стенок до 100 мм, таких, как стаканы и крышки цилиндров, небольшие коленчатые валы, головки мат­риц макаронных прессов.

Допускается легирование серых чугунов малыми добавками Сr, Сu, Р.

По мере округления графитных включений их отрицательная роль как надрезов металлической основы снижается, и механические свой­ства чугуна растут. Округленная форма графита достигается модифици­рованием. Модификаторами чугуна являются SiCa, FeSi, Al, Mg.

При использовании в качестве модификатора магния в количестве до 0,5 %, вводимого перед разливкой, получают высокопрочный чугун с шаровидной формой включений графита. Магний обычно вводят в ав­токлавы. Действие магния объясняют увеличением поверхностного на­тяжения графита и образованием микропузыръков пара, в которые диф­фундирует углерод.

Маркируется высокопрочный чугун буквами ВЧ и цифрой, ха­рактеризующей величину временного сопротивления, например ВЧ 35.

Механические свойства некоторых высокопрочных чугунов при­ведены в табл. 2. Из высокопрочных чугунов изготавливают ответ­ственные детали: зубчатые колеса, коленчатые валы, лопасти мешалок.

Таблица 2 Механические свойства высокопрочных чугунов (ГОСТ 7293-85)

Название ковких чугунов условно, так как изделия из них изготав­ливают литьем, и пластической деформации они не подвергаются. Ков­кий чугун получают из белого путем графитизирующего отжига. Гра­фит в ковком чугуне имеет форму хлопьев. Состав ковкого чугуна, %, довольно стабилен: 2,2-3,0 С; 0,7-3,5 Si; 0,2-0,6 Мn; 0,2 Р; 0,1 S. Из-за низкого содержания углерода ковкий чугун обычно выплавляют не в вагранке, а в электропечи. Отливки после заполнения форм быстро ох­лаждают, и получают структуру белого чугуна. Затем отливки подвер­гают длительному отжигу (до 2 сут) — томлению, предохраняя их от окисления печными газами засыпкой песком и др. В результате отжига структура ковкого чугуна состоит из зерен феррита или перлита и хло­пьев графита. Излом чугуна со структурой, состоящей из феррита и гра­фита, будет темным. Такой ковкий чугун называют черносердечным, так как он содержит сравнительно много графита.

Если в области эвтектоидного превращения проводить более быс­трое охлаждение, то в структуре сохранится перлит. Такой чугун называ­ют перлитным ковким или светлосердечным. В его структуре содержится меньше графита, чем в ферритном ковком чугуне.

Ковкий чугун маркируется буквами КЧ и цифрами временного со­противления и относительного удлинения, например КЧ 35-10.

В табл. 3 приведены марки, химический состав и механические свойства некоторых ковких чугунов.

Таблица 3 Механические свойства и химический состав ковких чугунов (ГОСТ 1215-79)

Отливки из ковких чугунов применяют для деталей, работающих при ударных и вибрационных нагрузках (картеры редукторов, фланцы, муфты). Из-за сложности технологии ковкие чугуны сравнительно ред­ко применяются в пищевом машиностроении.

Для изготовления шиберов, колосников и других деталей, работаю­щих в печной атмосфере при температуре до 1100 °С, применяют жаро­стойкие чугуны, дополнительно легированные хромом.

Маркировка легированных чугунов, по аналогии со сталями, осуще­ствляется с помощью букв, обозначающих легирующие элементы, и цифр, указывающих на содержание в процентах. Буква Ш в конце маркировки указывает на то, что графит в чугуне имеет шаровидную форму. Если буква Ш отсутствует, то графит пластинчатый.

Нелегированный чугун не содержит других легирующих элементов, кроме углерода.

Вопросы для самопроверки:

1. Как маркируются чугуны?

2. Как классифицируются чугуны?

3. Какие чугуны применяются в пищевой промышленности?

4. Какие требования предъявляют к чугунам в пищевой промышленности?

5. Какие основные свойства чугунов Вы знаете?

Литература:

1. Гуляев А.П. Металловедение: Учеб. пособие для вузов. – 6-е изд., перераб. и доп. – М.: Металлургия, 1986. – 542 с.89-141

2. Иваней А.А. Электронный конспект лекций.

3. Солнцев Ю.П. Оборудование пищевых производств. Материаловедение: Учеб. для вузов.- СПб.: Изд-во «Профессия», 2003.- 526с.

4. Технология металлов и материаловедение: Учебник для вузов и техникумов /Под ред. Л.Ф. Усовой – Производственное издание. М.: Металлургия, 1987. – с.106-123;

5. Фетисов Г.П., Карпман М.Г., Матюнин В.М. и др. Материаловедение и технология металлов. – М.: Высш. шк., 2000. – 638 с.

Форма отчета

Практическая работа № 4

« КЛАССИФИКАЦИЯ И МАРКИРОВКА ЧУГУНОВ, ИХ СВОЙСТВА И ПРИМЕНЕНИЕ В ПИЩЕВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ »

1. ознакомиться с принципами маркировки чугунов.

2. ознакомиться с классификацией чугунов.

3. изучить свойства чугунов и их применение в пищевой промышленности.

4. указать виды чугунов, их маркировку и расшифровать, области применения в пищевой помышленности.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: