какую форму графита имеет белый чугун

Белый чугун

Чугуном называется сплав железа с углеродом и другими элементами. Стоит отметить, что главной особенностью чугуна является именно содержание в справе углерода, минимальное значение которого должно составлять 2,14%. Именно данный показатель содержания углерода в сплаве является точкой предельной растворимости углерода в аустените на диаграмме состояний. Все сплавы, в которых количество углерода ниже, чем 2,14%, называются сталью. Благодаря углероду сплавы железа приобретают твердость, однако, при этом, теряют свою пластичность наряду с вязкостью. Углерод в чугуне присутствует в виде графита или цементита. В зависимости от того, графит какой формы содержится в чугуне графит, различают несколько видов чугуна:

Кроме углерода в составе чугуна присутствуют также примеси. Как правило это кремний, марганец, сера, фосфор. Чугун сочетает в себе два качества – с одной стороны это хрупкость, с другой стороны – прочность. Именно это делает чугун незаменимым во многих сферах человеческой деятельности.

Состав белого чугуна

Углерод в белом чугуне имеет связанный вид. (Fe₃C). Его количественное содержание в данном сплаве определяет следующие виды белого чугуна:

Кроме этого, данный сплав также подразделяется на обыкновенный, отбеленный, а также легированный.

Внутренняя структура белого чугуна представлена сплавами двух химических элементов – железа и углерода. Вопреки тому, что производство белого чугуна осуществляется в условиях достаточно высокого температурного режима, он сохраняет мелко зернистую структуру, что, в свою очередь, и дает тот самый характерный белый цвет на изломе детали, выполненной из данного чугуна.

Стоит отметить, что структура доэвтектического сплава всегда присутствует цементит, процентное содержание которого может достигать 100%. Однако, данная ситуация больше характерна для эвтектического металла. А вот заэвтектический вид белого чугуна состоит из эвтектики и первичного цементита.

Представителем таких сплавов является отбеленный чугун, в основе которого находится серый или высокопрочный чугун. В поверхностном слое данного чугуна отмечается высокое процентное содержания ледебурита и перлита. Отбеливание на глубину до 30 мм осуществляется путем быстрого охлаждения. Таким образом добиваются того, что сверху чугун имеет белый цвет, но внутри содержится обыкновенный серый сплав.

В чугуне также могут присутствовать и легированные элементы, такие как хром, никель, алюминий и другие. В зависимости от того, какое количество легируемых элементов содержится в составе чугуна, существуют следующие виды сплавов:

Свойства белого чугуна

Как уже говорилось выше, чугун отличается своей прочностью и хрупкостью одновременно. Однако, данное сочетание качеств придает ему множество уникальных свойств, делающих чугун незаменимым материалом для применения во многих сферах человеческой деятельности.

Среди таких качеств можно выделить следующие:

Стоит отметить, что белые чугуны, в которых отмечается пониженное процентное содержание углерода, более устойчивы к воздействию на них высоких температур. Данное свойство применяется с целью уменьшения числа трещин в отливках.

Однако, нет ничего идеального. Не смотря на множество достоинств и уникальность, чугун также обладает и некими недостатками:

Применение белого чугуна

В связи с тем, что обыкновенный белый чугун плохо поддается механической и термической обработке, область его применения является достаточно ограниченной. Как правило для изготовления изделий его используют в виде необработанных или частично обработанных отливок.

Однако, все же сплав используется для изготовления габаритных изделий простой конфигурации, а также узлов и агрегатов, постоянно подвергающихся воздействию абразивных материалов. В связи с этим он нашел свое применение в машиностроении, станкостроении, судостроении. Так, белый чугун используется для изготовления корпусов и деталей станков и прокатных станов, шаров для мельниц, приводных и опорных колес. Также он является сырьем для производства некоторых деталей легковых и грузовых автомобилей, тракторов, комбайнов, а также различной габаритной сельскохозяйственной техники. Легирующие элементы, как уже писалось выше, позволяют существенно улучшить сплав, наделяя его специально заданными свойствами. Это позволяет использовать белый чугун для производства плит, имеющих различную форму поверхности.

Стоит отметить, что белый чугун представляет собой сырье, из которого изготавливаются ковкие сорта железоуглеродистых чугунных и стальных сплавов.

Источник

Белый чугун

Белый чугун — это разновидность чугуна, которая в своём составе содержит углеродные соединения. В этом сплаве они называются цементитами. Своё название подобный металл получил благодаря характерному белому цвету и блеску, который хорошо виден на изломе. Этот блеск проявляется благодаря тому, что в составе подобного чугуна отсутствуют большие включения графита. В процентном отношении, он составляет не более 0,3%. Поэтому обнаружить его можно только спектральным или химическим анализом.

Состав и виды белого чугуна

Белый чугун состоит из так называемой цементитной эвтектики. В связи с этим его делят на три категории:

Кроме приведенной классификации его разделяют на обыкновенный, отбеленный и легированный.

Внутренняя структура белого чугуна представляет собой сплав двух элементов: железа и углерода. Несмотря на высокотемпературное производство в нём сохраняется структура с мелкой зернистостью. Поэтому если надломить деталь из такого металла будет наблюдаться характерный белый цвет. Кроме этого, в структуре доэвтектического сплава, например, твёрдых марок, кроме перлита и вторичного цементита всегда присутствует цементит. Его процентное содержание может приближаться к 100%. Это характерно для эвтектического металла. Для третьего вида структура представляет собой состав из эвтектики (Л_п) и первичного цементита.

Одной из разновидностей подобных сплавов является так называемый отбелённый чугун. Его основу, то есть сердцевину, составляет серый или высокопрочный чугун. Поверхностный слой содержит высокий процент таких элементов, как ледебурит и перлит. Эффекта отбеливания глубиной до 30 мм добиваются, используя метод быстрого охлаждения. В результате поверхностный слой получается из белого цвета, а далее отливка состоит из обыкновенного серого сплава.

Структура белого чугуна

В зависимости от процентного содержания легированных добавок, различают следующие виды металла:

В качестве легирующих добавок применяют достаточно распространённые элементы. Полученный таким образом легированный белый чугун приобретает новые, заранее заданные свойства.

Свойства белого чугуна

Любой чугунный сплав, с одной стороны, очень прочный, но в то же время обладает достаточной хрупкостью. Поэтому в качестве основных положительных свойств белого чугуна можно выделить:

Белые чугуны, с пониженным процентом углерода, обладают большей устойчивостью к высоким температурам. Это свойство используется для снижения количества трещин в отливках.

Внешний вид белого чугуна

К недостаткам следует отнести:

Ещё одним недостатком является плохая свариваемость. Проблемы в сварке деталей из подобного материала вызваны тем, что в момент сварки происходит образование трещин, как при нагреве, так и при охлаждении.

Маркировка белого чугуна

Для маркировки белого чугуна применяют буквы русского алфавита и цифры. Если в нём имеются примеси, то маркировка начинается с буквы «Ч». Состав имеющихся легирующих добавок можно определить по последующим буквам П, ПЛ, ПФ, ПВК. Они свидетельствую о наличии кремния. Если полученный металл обладает повышенной износостойкостью, то его маркировка будет начинаться с буквы «И», например ИЧХ, ИЧ. Например, наличие в маркировке обозначения «Ш», означает, что в структуре сплава имеется графит шаровидной формы.

Цифры указывают на количество дополнительных веществ, присутствующих в белом чугуне.

Марка ЧН20Д2ХШ расшифровывается следующим образом. Это жаропрочный высоколегированный металл. Он содержит следующие элементы: никеля — 20%, меди — 2%, хрома — 1%. Остальные элементы — это железо, углерод, графит шаровидной формы.

Область применения

Этот сплав используют в следующих отраслях: машиностроение, станкостроение, судостроение. Из него производят некоторые элементы бытовых изделий. В машиностроении из него изготавливают: детали грузовых и легковых автомобилей, тракторов, комбайнов и другой сельскохозяйственной техники. Применение легирующих добавок позволяет получать специально заданные свойства. Например, используют при изготовлении плит с различной формой поверхности.

Отливка из белого чугуна

Отбелённый чугун имеет достаточно ограниченную область применения. Из него производят детали несложной конфигурации. Например: шары для мельниц, колеса различного назначения, детали для прокатных станов.

Широкое применение он получил при производстве деталей таких крупных агрегатов, как гидравлические и формовочные машины, другие промышленные механизмы этого направления. Специфическая особенность их работы заключается в том, что они постоянно подвергаются воздействию абразивного материала.

Источник

Какую форму графита имеет белый чугун

Белый чугун. Такое название он получил по виду излома, который имеет матово-белый цвет. Фазовый состав белого чугуна (при нормальной температуре) цементит и феррит. Следовательно, в белом чугуне весь углерод находится в форме цементита, степень графитизации равна нулю. Белый чугун обладает высокой твердостью и (Хрупкостью, практически не поддается обработке режущим инструментом.

Структура белых чугунов, а также и условия их образования были рассмотрены ранее (гл. VI, п. 4).

Серый чугун. Такое название чугун получил по виду излома, который имеет серый цвет. В структуре серого чугуна имеется графит, количество, формы и размеры которого изменяются в широких пределах. Таким образом, в сером чугуне имеется графит, а в белом его нет.

В микроструктуре чугуна следует различать металлическую основу и графитные включения.

По строению металлической основы чугун разделяют на:

перлитный чугун (рис. 164, а). Структура его состоит из перлита с включениями графита (на рис. 164, а графит в виде прожилок; типично для серого чугуна). Как известно, перлит содержит , следовательно, это количество углерода в сером перлитном чугуне находится в связанном состоянии (т. е. в виде ), остальное коли чество находится в свободном виде, т. е. в форме графита;

феррито-перлитный чугун (рис. 164, б). Структура этого чугуна состоит из феррита перлит и включения веретенообразного графита. В этом чугуне количество связанного углерода меньше

ферритный чугун (рис. 164, в). В этом чугуне металлической основой является феррит, и весь углерод, имеющийся в сплаве, присутствует в форме графита (на фотографии в виде хлопьев углерода отжига).

Из рассмотрения структур указанных трех видов чугуна можно заключить, что их металлическая основа похожа на структуру эвтектоидной стали, доэвтектоидной стали и железа.

Рис. 164. Микроструктура серого чугуна: а — перлитного, Х200; б — феррито-перлитного, ; в — ферритного,

Следовательно, по структуре серые чугуны отличаются от стали только тем, что в чугунах имеются графитные включения, предопределяющие специфические свойства чугунов.

Графит в чугунах может быть в четырех основных формах:

пластинчатый графит. В обычном сером чугуне графит образуется в виде лепестков; такой графит называется пластинчатым. На рис. 165, а показана структура обычного ферритного чугуна с прожилками графита; пространственный вид таких графитных включений показан на рис. 166, а (видно пересечение пластинчатых включений плоскостью шлифа);

вермикулярный графит — в виде червеобразных прожилок (рис. 165, г);

шаровидный графит. В современных так называемых высокопрочных чугунах, выплавленных с присадкой небольшого количества магния (или церия), графит приобретает форму шара.

На рис. показана микроструктура серого чугуна с шаровидным графитом, а на рис. фотография графитного включения;

хлопьевидный графит. Если при отливке получить белый чугун, а затем, используя неустойчивость цементита, с помощью отжига разложить его, то образующийся графит приобретает компактную, почти равноосную, но не округлую форму.

Такой графит называется хлопьевидным или углеродом отжига. Микроструктура чугуна с хлопьевидным графитом показана на рис. 165, в. В практике чугун с хлопьевидным графитом называют ковким чугуном.

Таким образом, чугун с пластинчатым графитом называют обычным серым чугуном. с червеобразным графитом — серым

(кликните для просмотра скана)

вермикулярным; чугун с шаровидным графитом — высокопрочным чугуном и чугун с хлопьевидным графитом — ковким чугуном.

На схемах структур (рис. 167) обобщается описанная выше классификация чугуна по строению металлической основы и форме графита.

Источник

Какую форму графита имеет белый чугун

В зависимости от формы графитных включений различают серые, высокопрочные, ковкие чугуны и чугуны с вермикулярным графитом.

Серые чугуны получают при меньшей скорости охлаждения отливок, чем белые. Они содержат 1–3 %Si, обладающего сильным графитизирующим действием.

Серый чугун широко применяется в машиностроении. Он хорошо обрабатывается режущим инструментом. Из него производят станины станков, блоки цилиндров, фундаментные рамы, цилиндровые втулки, поршни и т.д.

Серые чугуны согласно ГОСТ 1412–85 маркируются буквами «СЧ» и далее следует величина предела прочности при растяжении (в кГ/мм 2 ), например СЧ 15, CЧ 20, СЧ 35 (табл. 1).

Графит в сером чугуне наблюдается в виде темных включений на светлом фоне нетравленного шлифа. По нетравленному шлифу оценивают форму и дисперсность графита, от которых в сильной степени зависят механические свойства серого чугуна.

Серые чугуны подразделяют по микроструктуре металлической основы в зависимости от полноты графитизации.

Степень или полноту графитизации оценивают по количеству свободно выделившегося (несвязанного) углерода.

Полнота графитизации зависит от многих факторов, из которых главными являются скорость охлаждения и состав сплава. При быстром охлаждении кинетически более выгодно образование цементита, а не графита. Чем медленнее охлаждение, тем больше степень графитизации. Кремний способствует графитизации, а марганец – карбидообразующий элемент – затрудняет графитизацию.

Рис. 3. Схемы микроструктур графитизированных чугунов:
а) серые; б) высокопрочные; в) ковкие; г) с вермикулярным графитом

Если графитизация в твердом состоянии прошла полностью, то чугун содержит две структурные составляющие – графит и феррит. Такой сплав называется серым чугуном на ферритной основе (рис. 3, а). Если же эвтектоидный распад аустенита прошел в соответствии с метастабильной системой

то структура чугуна состоит из графита и перлита. Такой сплав называют серым чугуном на перлитной основе. Наконец, возможен промежуточный вариант, когда аустенит частично распадается по эвтектоидной реакции на феррит и графит, а частично с образованием перлита. В этом случае чугун содержит три структурные составляющие – графит, феррит и перлит. Такой сплав называют серым чугуном на феррито-перлитной основе.

Феррит и перлит в металлической основе чугуна имеют те же микроструктурные признаки, что и в сталях. Серые чугуны содержат повышенное количество фосфора, увеличивающего жидкотекучесть и дающего тройную эвтектику.

В металлической основе серого чугуна фосфидная эвтектика обнаруживается в виде светлых, хорошо очерченных участков.

Высокопрочные чугуны с шаровидным графитом получают модифицированием серого чугуна щелочно-земельными элементами. Чаще для этого используют магний, вводя его в жидкий расплав в количестве 0,02–0,03 %. Под действием магния графит кристаллизуется в шаровидной форме (рис. 3, б). Шаровидные включения графита в металлической матрице не являются такими сильными концентраторами напряжений, как пластинки графита в сером чугуне. Чугуны с шаровидным графитом имеют более высокие механические свойства, не уступающие литой углеродистой стали.

Маркируют высокопрочный чугун согласно ГОСТ 7293–85 буквами «ВЧ» и далее следует величина предела прочности при растяжении (в кГ/мм 2 ), например ВЧ 40, ВЧ 45, ВЧ 80 (табл. 2). Так же, как и серые чугуны, они подразделяются по микроструктуре металлической основы в зависимости от полноты графитизации и могут быть ферритными, феррито-перлитными и перлитными. Высокопрочный чугун используется во многих областях техники взамен литой и кованой стали, серого и ковкого чугунов. Высокие механические свойства дают возможность широко применять его для производства отливок ответственного назначения, в том числе и в судовом машиностроении: головок цилиндров, турбокомпрессоров, напорных труб, коленчатых и распределительных валов и т.п.

Ковкие чугуны получают путем отжига отливок из белого чугуна. Получение ковкого чугуна основано на том, что вместо неустойчивого цементита белого чугуна при повышенных температурах образуется графит отжига белого чугуна. Мелкие изделия сложной конфигурации, отлитые из белого чугуна, отжигают (получают ковкий чугун) для придания достаточной пластичности, необходимой при их использовании в работе. Ковкий чугун согласно ГОСТ 1215–79 маркируют буквами «КЧ» и далее следуют величина предела прочности при растяжении (в кГ/мм 2 ) и относительного удлинения (в %), например, КЧ 35-10, КЧ 60-3 (табл. 3).

Графитизация идет путем растворения метастабильного цементита в аустените и одновременного выделения из аустенита более стабильного графита. Чем больше время выдержки при отжиге и меньше скорость охлаждения, тем полнее проходит графитизация. В зависимости от графитизации встречаются те же три основные типа структур, что и в сером чугуне: ковкие чугуны на ферритной, феррито-перлитной и перлитной основах (рис. 3, в). От серых (литейных) чугунов ковкие чугуны отличаются по микроструктуре только формой графита.

Если на шлифах (рис. 3, а) серых чугунов графит имеет форму извилистых прожилок, то в ковких чугунах графит, называемый углеродом отжига, находится в форме более компактных хлопьевидных включений с рваными краями. Более компактная форма графита обеспечивает повышение механических свойств ковкого чугуна по сравнению с серым чугуном с пластинчатым графитом. Обладая механическими свойствами, близкими к литой стали и высокопрочному чугуну, высоким сопротивлением ударным нагрузкам, износостойкостью, обрабатываемостью резанием, ковкий чугун находит свое применение во многих отраслях промышленности. Из него изготавливают поршни, шестерни, шатуны, скобы, иллюминаторные кольца и др.

Чугуны с вермикулярным графитом получают, как и высокопрочные чугуны, модифицированием, только в расплав при этом вводится комплексный модификатор, содержащий магний и редкоземельные металлы. Маркируют чугуны с вермикулярным графитом согласно ГОСТ 28394–89 буквами «ЧВГ» и далее следует цифра, обозначающая величину предела прочности при растяжении (кГ/мм 2 ), например, ЧВГ 30, ЧВГ 45 (табл. 4). Вермикулярный графит подобно пластинчатому графиту виден на металлографическом шлифе в форме прожилок, но они меньшего размера, утолщенные, с округлыми краями (рис. 3, г). Микроструктура металлической основы ЧВГ также как у других графитизированных чугунов может быть ферритной, перлитной и феррито-перлитной.

По механическим свойствам чугуны с вермикулярным графитом превосходят серые чугуны и близки к высокопрочным чугунам, а демпфирующая способность и теплофизические свойства ЧВГ выше, чем у высокопрочных чугунов. Чугуны с вермикулярным графитом более технологичны, чем высокопрочные, и соперничают с серыми чугунами. Для них характерны высокая жидкотекучесть, хорошая обрабатываемость резанием, малая усадка. Чугуны с вермикулярньм графитом широко используются в мировом и отечественном автомобилестроении, тракторостроении, судостроении, дизелестроении, энергетическом и металлургическом машиностроении для деталей, работающих при значительных механических нагрузках в условиях износа, гидрокавитации, переменном повышении температуры. Например, ЧВГ используется для производства цилиндровых крышек и втулок, поршней судовых и тепловозных двигателей, корпусов газовых турбин и компрессоров.

Морской государственный университет имени адмирала Г.И. Невельского. Кафедра технологии материалов

Источник

Белый чугун — структура, состав, свойства, маркировка

Металлические сплавы железа и углерода, где содержание второго элемента превышает 2,14%, называют чугунами. К белым чугунам относят такие сплавы, в которых углерод представлен в виде карбида железа Fe3C (цементита). Именно из-за светлого цвета на изломе их и называют белым.

Условия изготовления отливок из белой марки приведены в ГОСТ 1215-79 и ГОСТ 26358-84. В них указаны технические требования, порядок приемки, испытаний, транспортирования и хранения чугунных сплавов. Маркируется буквами БЧ.

Виды выпускаемого белого чугуна

В зависимости кристаллической структуры, а так же наличия и соотношения составляющих элементов белые чугуны подразделяют на:

Отдельным видом выделяют чугунные сплавы с высоким удельным электрическим сопротивлением.

Внутренняя структура обыкновенного белого чугуна содержит углерод в виде цементитных зерен. Количество углерода влияет на температуру плавления и в зависимости от этого чугуны подразделяют на:

Эффекта отбеливания чугуна достигают путем быстрого охлаждения отливки, которая в результате получается неоднородной по своему составу. Верхний слой, толщиной до 30 мм, становится белым, а остальная сердцевина представляет собой обычный серый чугун.

Особенности получения белого чугуна

В процессе получения белого чугуна заданной структуры необходимо подавить процесс графитизации в течение всего времени кристаллизации жидкой массы. В данном случае имеет значение как грамотный подбор исходных материалов, так и соблюдение технологии охлаждения чугуна в форме.

Когда отливки производят из нелегированного чугуна в сырых песчаных формах, существует необходимость соблюдать пропорцию углерода и кремния: С (Si + lg R) Достоинства и недостатки

Как и все чугунные сплавы, белые отличаются большой прочностью в сочетании с хрупкостью при сильных механических ударах. В числе основных положительных качеств белого чугуна следует назвать:

Важным качеством белых чугунов считается очень хорошая устойчивость к воздействию высоких температур, которая используется для снижения количества трещин в первоначальных отливках.

К основным недостаткам относят такие качества, как:

Образование дефектов при сваривании из-за быстрого выгорания углерода и образования пор.

СЕРЫЙ ЧУГУН

В сплаве такого чугуна углерод – весь или частично – находится в виде пластинчатого графита. По примеру светлого чугуна, серый получил свое название из-за цвета излома. В состав серого чугуна входит также кремний, иногда – магний. Количество углерода в сером чугуне – от 2,9 до 3,7%.

Серый чугун, как и белый, отличается хрупкостью, но при этом он обладает высокими литейными свойствами, текучестью и малой усадкой. Из серого чугуна делают основы станков, цилиндры различных механизмов, поршни.

Область применения

Обыкновенный белый чугун используют весьма ограниченно, поскольку он плохо применим к механической и термической обработке. Для производства изделий он часто применяется в виде необработанных или частично обработанных отливок.

Самое широкое применение сплав получил при изготовлении крупных деталей простой конфигурации. Это корпуса и детали станков и прокатных станов, шары для мельниц, приводные и опорные колеса. Кроме этого белый чугун используют для изготовления узлов агрегатов, которые испытывают на себе постоянное воздействие абразивных материалов.

Важным моментом является использование обычного чугуна в качестве сырья для изготовления ковких сортов железоуглеродистых чугунных и стальных сплавов.

ВЫСОКОПРОЧНЫЙ ЧУГУН

Ковкий чугун содержит углерод в виде графита в форме изолированных друг от друга хлопьев. Благодаря этому материал обладает большей пластичностью и вязкостью, чем остальные виды чугунов. Изготавливают ковкий чугун из белого чугуна, обрабатывая его длительным воздействием высокими температурами. В результате такой обработки в сплаве происходят процессы графитизации – распадается цементит, образуя графит.

Помимо своих высоких ковких характеристик, благодаря которым он и получил свое название, данный вид чугуна отличается также повышенными прочностью при растяжении и сопротивлением удару. Податливость ковкого чугуна механической обработке позволяют делать из него изделия сложной формы. Из него изготавливают тормозные колодки, угольники и прочие детали для машин и механизмов.

МАРКИРОВКА ЧУГУНА И ЕЕ РАСШИФРОВКА

По цифровым и буквенным кодам марок чугуна можно определить состав сплава, узнать его свойства и предназначение. Существуют следующие марки чугунов:

П1 и 2 — передельный чугун разной чистоты сплава

ПЛ1 и ПЛ2 – передельно-литейный чугун

ПФ1, ПФ2 и ПФ3 — передельный фосфористый чугун

ПВК1, ПВК2 и ПВК3 — передельный высококачественный чугун

СЧ — чугун с пластинчатым графитом

АЧ — антифрикционный чугун

АЧС — антифрикционный серый чугун

АЧВ — антифрикционный чугун высокопрочный

АЧК — антифрикционный чугун ковкий

ВЧ — чугун с шаровидным графитом для отливок

Ч — чугун легированный

Цифры после данных обозначений могут указывать на величину временного сопротивления разрывам в кгс/мм (у чугунов с пластинчатым графитом), или обозначать относительное удлинение (у чугуна с шаровидным графитом для отливок). В маркировке ковких чугунов первая цифра после буквенного сочетания КЧ означает предел прочности на разрыв в МПа, а вторая — относительное удлинение в процентах. Стоит еще пояснить, что словом «передельный» называют чугун, который прошел два этапа обработки: на первом этапе из руды получают чугун, а на втором – чугун перегоняют в сталь.

Остались еще вопросы?
Оставьте заявку и мы Вам перезвоним.

Источник