Чугун: область применения и особенности

Содержание:

• Что такое чугун?
• Какие бывают виды чугунных сплавов?
• Химический состав сплава и влияние примесей
• Преимущества и недостатки
• Сферы применения
• Металлообработка чугунных изделий и заготовок

Чугун уже почти три тысячелетия остается одним из самых распространенных конструкционных сплавов, который нашел свое применение как в тяжелом машиностроении, так и в ЖКХ. В сравнении со сталью и другими конструкционными металлами и сплавами, чугун имеет свои характерные особенности металлообработки и эксплуатации, которые предопределили основные сферы его применения. Сварка чугуна является непростой задачей и требует опыта и сноровки от сварщика

Что такое чугун?

Чугун – конструкционный сплав железа и углерода, количество которого составляет не менее 2,14%. Это говорит о том, что чугун тверже и хрупче стали, в которой углеродная составляющая не превышает 2%.

Углерод в сплаве содержится в двух видах:

• цементит (карбид железа) – твердая и хрупкая структура;
• графит – мягкий и пластичный материал, который придает чугуну хорошие характеристики при литье.

По форме графита и количеству цементита чугун классифицируют на несколько основных видов, применяемых в промышленном производстве.

Какие бывают виды чугунных сплавов?

• Белый чугун – цементит в виде пластинок. Он придает излому белый оттенок, а также достаточную твердость и невысокую вязкость. Используют в производстве деталей, которые подвержены сильному износу и должны противостоять трению.
• Серый чугун – графит хлопьями. Имеет низкую твердость и повышенную вязкость, а также серый цвет излома. Этот сплав применяют в производстве металлоизделий, подверженных ударным нагрузкам.
• Ковкий чугун – шаровидные включения графита. Отличается повышенной прочностью и вязкостью. Ковкий сплав применяют в деталях, которые преимущественно подвержены сильным динамическим нагрузкам.
• Высокопрочный чугун содержит графит в виде пластинок, которые имеют более высокую прочность, чем пластинки цементита. Высокопрочный чугунный сплав использует в деталях машин и строительных металлоконструкциях, которые должны выдерживать высокие нагрузки.

Химический состав сплава и влияние примесей

Химсостав чугуна во многом определяет его физико-механические характеристики. Основным его компонентом является железо. Вторым по значимости компонентом является углерод, количество которого – от 2,14 до 4,5%.

Кроме того, в чугуне могут присутствовать следующие примеси, который в той или иной степени влияют на физико-механические характеристики чугуна.

• Марганец повышает прочность и твердость чугунного сплава, а также улучшает его литейные свойства. Это связано с тем, что элемент образует с углеродом карбид марганца, который является более твердым и хрупким, чем цементит.
• Кремний повышает твердость и прочность чугуна, а также снижает его текучесть. Это обусловлено тем, что кремний образует с железом силикат железа, который является более твердым и плотным, чем железо.
• Фосфор снижает прочность и вязкость чугуна, а также повышает его хрупкость. Это объясняется тем, что фосфор образует фосфид железа, который является хрупким и легко разрушается при механических нагрузках.
• Сера снижает прочность и вязкость сплава, а также повышает его хрупкость. Это связано с тем, что сера образует сульфид железа, который является хрупким и легко разрушается при механических нагрузках.

Преимущества и недостатки

Преимущества.

• Хорошие литейные свойства. Чугун легко плавится и заполняет литейную форму, что дает возможность изготавливать изделия сложной конфигурации.
• Высокая прочность. Некоторые высокопрочные чугунные сплавы обладают повышенной прочностью на сжатие.
• Относительно низкая стоимость.
• Хорошая износостойкость. Это позволяет использовать чугун в деталях, которые подвергаются повышенному износу трением.
• Хорошая теплопроводность. Это дает возможность применять его в производстве изделий, которые должны быстро нагреваться, охлаждаться или отводить тепло от агрегата.

Недостатки.

• Хрупкость чугуна сокращает сферу его применения в деталях, которые должны выдерживать сильные ударные нагрузки.
• Высокая плотность делает чугунные изделия довольно тяжелыми.
• Подверженность коррозии требует применения антикоррозионных покрытий.

Сферы применения

Чугун – универсальный и сравнительно недорогой материал. Благодаря этому он широко распространен в различных отраслях промышленности, включая машиностроение, металлургию, строительство и ЖКХ – от производства труб, до крупных металлоконструкций мостов.

Металлообработка чугунных изделий и заготовок

• Литье является основным методом изготовления чугунных изделий. Оно позволяет изготавливать изделия сложной конфигурации с достаточной точностью.
• Механическая обработка используется для получения высокоточных деталей сложной конфигурации. Для обработки используют различные инструменты, такие как фрезы, сверла, резцы и шлифовальные круги.
• Термообработку применяют для улучшения технико-эксплуатационных свойств чугуна, включая прочность, твердость и вязкость. Для термообработки используют различные методы, такие как закалка, отпуск и нормализация.

При обработке чугуна необходимо использовать специальные инструменты и оборудование, которые рассчитаны на работу с хрупким материалом. Кроме того, при металлообработке обязательно применение СОЖ, которые предотвращают износ инструмента и защищают изделие от коррозии.

Металлообработка чугунных изделий и заготовок требует определенных навыков и опыта. При соблюдении правил обработки можно получать изделия с высокими эксплуатационными характеристиками.