Чугуны в которых графит имеет хлопьевидную форму называется


Чугун серый ковкий высокопрочный

 

 

Надежность и долговечность изделия в современном машиностроении, в значительной мере зависит от свойств применяемых конструкционных материалов. Свыше 80% машиностроительных деталей различной массы и сложности изготавливают из сплавов на основе железа. В зависимости от содержания углерода сплавы на основе железа разделяют на стали и чугуны.

В отличие от стали в чугуне при определенных условиях часть углерода выделяется в виде розеток графита. В сечении такой розетки видны лишь отдельные пластины. Поэтому, на полированном шлифе чугуна заметны изолированные включения графита. Структура матрицы, чаще всего, бывает феррито-перлитной или перлитной. Такой чугун называют серым.

Обычно, в сером чугуне содержится от 2,5% до 3,6% углерода. В определенных количествах в него входят кремний и марганец. Как примеси, постоянно присутствует сера и фосфор.

Прочность чугуна определяется наличием в его структуре графита пластинчатой формы. Такие графитовые включения значительно ослабляют матрицу. Под действием нагрузки возникает напряжение в металле с наибольшей концентрацией у концов у графитовых включений. В этих местах появляются микротрещины. Серый чугун имеет относительно невысокую прочность и разрушается без пластической деформации.

Чугун – литейный сплав.

Условия охлаждения чугуна после заполнения литейной формы оказывает решающее влияние на формирование его структуры. В тонких сечениях отливки, где скорость охлаждения в период кристаллизации высокая, образуется структура белого чугуна. Углерод в нем находится в виде цементита, графит отсутствует. В остальных сечениях образуется структура серого чугуна. Химический состав также оказывает влияние на структуру. С повышением содержания марганца и серы увеличивается зона отбела. Увеличение содержания графитизирующих элементов – углерода и кремния, уменьшает склонность чугуна к отбелу. Для получения отливок с заданными свойствами, необходимо в каждом конкретном случае учитывать как химический состав, так и скорость охлаждения чугуна в литейной форме.

Серый чугун

Несмотря на относительно невысокие механические свойства, серый чугун нашел широкое применение. Потому что легко обрабатывается, обладает повышенной демпфирующей способностью, а так же антифрикационными свойствами. Поскольку графит чугуна удерживает смазку и сам служит смазочным материалом. Сопряженные детали из чугуна легко перемещаются относительно друг друга.

Серый чугун с небольшими добавками хрома и никеля приобретает хорошие упругие свойства. Поршневое кольцо из такого чугуна после снятия нагрузки вновь принимает первоначальные размеры.

Серый чугун обладает высокой жидкотекучестью. При реальных температурах заливки длина спиральной пробы из чугуна почти вдвое больше стальной, что позволяет изготавливать отливки сложной конфигурации.

Серый чугун отличается малой объемной усадкой при кристаллизации, позволяющей во многих случаях обходиться без установки и прибыли. Наиболее распространенный агрегат для выплавки серого чугуна - вагранка с капельником, в котором происходит накапливание металла, а также усреднение его состава и температуры. Для уменьшения склонности чугуна к отбелу, его модифицируют, вводя в жидкий металл кремнийсодержащие добавки. Модифицирование позволяет выравнивать свойства металла в различных сечениях отливки. Что видно на примере измерения твердости чугунов. Не модифицированного и модифицированного.

Глубина отбела на клиновой пробе модифицированного чугуна значительно меньше, чем не модифицированного. Форма графитовых включений в результате модифицирования также изменяется.

Кроме вагранок для выплавки серого чугуна используют электрические печи. Они позволяют выплавлять металл с более высокой температурой, что имеет важное значение для последующей, внепечной обработки чугуна. Формы для получения отливок из серого чугуна изготавливают уплотнением формовочной смеси в опоках. В полость литейной формы для выполнения внутренней конфигурации отливки устанавливают стержни.

В массовом производстве для мелких чугунных отливок широко применяют автоматические линии безопочной формовки , в том числе с установкой стержней при помощи стержнеукладчика.

Металл формы также заливается автоматически. Отливки из серого чугуна изготавливают не только в песчаных формах, но и металлических. Для получения отливок, имеющих форму тел вращения, широко применяют центробежный способ литья. При этом, повышается производительность труда, не расходуются формовочные материалы, отсутствует литниковая система.

Серый чугун - общепризнанный конструкционный материал. Его применяют для изготовления различных деталей, работающих в условиях статичных нагрузок, вибрации, повышенного трения.

Ковкий чугун

Известно, что такие детали автомобиля, как ступицы колеса, корпус дифференциала, испытывают динамические нагрузки. Можно ли использовать для их изготовления чугун? Можно, если значительно повысить его пластичность. Таким свойством обладает ковкий чугун, в котором графит имеет не пластинчатую, а хлопьевидную форму. По сравнению с серым чугуном в ковком, концентрация графитизирующих элементов – углерода  и кремния ниже.

По прочности и пластичности ковкий чугун превосходит серый.  Изменения химического состава привело к снижению жидкотекучести и росту усадки при затвердевании, что требует установки прибылей даже на мелких отливках. При производстве ковкого чугуна обычно используют дуплекс-процесс.

Выплавляют чугун в огранке, затем транспортируют в раздаточном ковше и переливают в электрическую индукционную печь, где его прогревают перед заливкой для повышения жидкотекучести.

Технологический процесс получения отливок из ковкого чугуна аналогичен получению отливок из серого чугуна. Все большее распространение получают автоматические формовочные линии. Металл в формы заливается на конвейере. Изготовленные отливки должны иметь структуру белого чугуна по всему сечению. Для получения структуры ковкого чугуна их подвергают графитизирующему  отжигу в термических печах. В период выдержки происходит разложение цементита белого чугуна и образуется включение графита хлопьевидной формы. После термической обработки отливки правят на специальных прессах.

Необходимость использования длительной термической обработки и правки значительно повышает трудоемкость изготовления деталей из ковкого чугуна. Кованая стальная заготовка распределительного вала двигателя заметно отличается от готовой детали.

Литая заготовка по своей конфигурации к ней значительно ближе, что намного снижает трудоемкость механической обработки. То же относится и к коленчатым валам, деталям ответственного назначения. Для замены кованых заготовок литыми, нужен сплав, который совмещал бы механические свойства стали с технологическими и эксплуатационными свойствами чугуна.

Высокопрочный чугун

Такими свойствами обладает высокопрочный чугун, в котором при кристаллизации образуются включения графита шаровидной формы.По сравнению с серым чугуном, высокопрочный, характеризуется повышенным содержанием углерода и кремния. А так же низкой концентрацией серы.Механические свойства чугуна определяют при испытании образцов, специально изготовленных в соответствии с ГОСТом.

В высокопрочном чугуне шаровидная форма графита, в меньшей степени, чем пластинчатый графит в сером, ослабляет матрицу и значительно снижает концентрацию напряжения при воздействии нагрузки.

По прочности чугун с шаровидной формой графита приближается к стали. Отливки из высокопрочного чугуна подаются обработке так же хорошо, как и из серого. При этом, достигается требуемая точность и чистота поверхности.

Высокопрочный чугун обладает высокой герметичностью. Из него изготавливают цилиндры газомотокомпрессоров, выдерживающие при испытаниях давление до 100 атмосфер.

Вместе с тем, высокопрочный чугун склонен к образованию усадочных раковин, что требует установки прибылей для питания массивных частей отливок.

Для выплавки высокопрочного чугуна широко применяют индукционные тигельные печи, в которых получают чугун нужного состава и температуры, достаточной для последующего модифицирования. В качестве модификаторов используют магний, церий, иттрий, в виде чистых металлов или легатов. Для предотвращения быстрого всплывания и увеличения времени контакта с расплавом, модификатор накрывают стальными листами. Затем из печи выпускают металл в ковш. Такая технология повышает усвоение модификаторов в чугуне и обеспечивает стабильность процесса.

Для снижения склонности чугуна к отбелу, его дополнительно модифицируют ферросилицием. Формы для отливок большой массы, в основном, изготавливают на крупных встряхивающих столах.

Сборку форм и их заливку производят на специальном плацу. В процессе кристаллизации высокопрочного чугуна под воздействием модификаторов в расплаве происходит многократное ветвление пластин графита и образование его включений шаровидной формы. При недостаточном количестве модификатора или неравномерном его распределении в чугуне может образоваться обычный пластинчатый графит.

Для стабилизации структуры и обеспечении однородности физикомеханических свойств высокопрочного чугуна крупные отливки сложной формы подвергают термической обработке. Например, нормализации.

После механической обработки детали поступают на участок контроля. Детали ответственного назначения проходят дефектоскопию. Замена ряда стальных деталей, испытывающих при эксплуатации большие ударные нагрузки и давление, деталями из высокопрочного чугуна, существенно удешевляет производство некоторых видов машиностроительной продукции.

Из высокопрочного чугуна изготавливают около 50% коленчатых валов для двигателей различного назначения. Эксплуатационные и литейные свойства чугунов обеспечили их широкое применение в различных отраслях машиностроения. Из них получают выше двух третей литых заготовок, используемых промышленностью нашей страны. 

 

Виды чугунов, статьи о чугуне и стали, отливки из чугуна| ООО «СамЛит»

Чугун - сплав железа с углеродом (содержанием более 2,14%). Углерод в чугуне может содержаться в виде цементита и графита. В зависимости от формы графита и количества цементита, выделяют: белый, серый, ковкий и высокопрочные чугуны. Чугуны содержат постоянные примеси (Si, Mn, S, P), а в некоторых случаях также легирующие элементы (Cr, Ni, V, Al и др.).

ГОСТы
  • ГОСТ 977-88 - Отливки стальные. Общие технические условия.
  • ГОСТ 1412-85 - Чугун с пластинчатым графитом для отливок. Марки.
  • ГОСТ 1585-85 - Чугун антифрикционный для отливок. Марки.
  • ГОСТ 7769-82 - Чугун легированный для отливок со специальными свойствами. Марки.
  • ГОСТ 14637-89 - Прокат толстолистовой из углеродистой стали обыкновенного качества. Технические условия.
  • ГОСТ 26645-85 - Отливки из металлов и сплавов. Допуски размеров, массы и припуски на механическую обработку.
  • ГОСТ 1050-88 - Прокат сортовой, калиброванный, со специальной отделкой поверхности из углеродистой качественной конструкционной стали. Общие технические условия.
Виды чугунов
  • Белый чугун
  • Серый чугун
  • Ковкий чугун
  • Высокопрочный чугун
  • Половинчатый чугун
статьи чугунное литье, стальное литье, художественное литье
  • из истории булатной стали-1
  • . ..
  • ...
  • ...
  • ...

Фазовая диаграмма состояния Fe - С (стабильная) представлена на рисунке выше (штриховые линии соответствуют выделению графита, а сплошные - цементита). Температуры плавления чугунов значительно ниже (на 300...400 °С), чем у стали.

Углерод в чугуне может находиться в виде цементита, графита или одновременно в виде цементита и графита. Образование стабильной фазы - графита в чугуне может происходить в результате непосредственного выделения его из жидкого (твердого) раствора или вследствие распада предварительно образовавшегося цементита (при замедленном охлаждении расплавленного чугуна цементит может подвергнуться разложению РезС -> Fe + ЗС с образованием феррита и графита). Процесс образования в чугуне (стали) графита называют графитизацией.

Графит повышает износостойкость и антифрикционные свойства чугуна вследствии собственного смазочного действия и повышения прочности пленки смазочного материала. Чугуны с графитом, как мягкой и хрупкой составляющей, хорошо обрабатываются резанием (с образованием ломкой стружки) и обеспечивают более чистую поверхность, чем стали (кроме автоматных сталей).

Присутствие эвтектики в структуре чугунов обусловливает его использование исключительно в качестве литейного сплава. Высокие литейные свойства при небольшой стоимости обеспечили широкое применение чугунов в промышленности.

Механические свойства чугуна обусловлены, главным образом, количеством и структурными особенностями графитной составляющей. Влияние графитных включений на механические свойства чугуна можно оценить количественно (ГОСТ 3443-87). Чем меньше графитных включений, чем они мельче и больше степень их изолированности, тем выше прочность чугуна при одной и той же металлической основе. Наиболее высокую прочность обеспечивает шаровидная форма графитной составляющей, а для хлопьевидной составляющей характерны высокие пластические свойства. Чугун с пластинчатым графитом можно рассматривать как сталь, в который графит играет роль надрезов, ослабляющих металлическую основу.

Применяемые для отливок чугуны имеют в среднем состав: С - 2,0...3,7%, Si - 1,4...2,6%, Mn - 0,5. ..1,1%, P - 0,l...0,3%, S - 0,12%.

Углерод определяет количество графита в чугуне: чем выше его содержание, тем больше образуется графита и тем ниже механические свойства. В то же время для обеспечения высоких литейных свойств (хорошей жидкотекучести) должно быть не меньше 2,4% С.

Кремний оказывает большое влияние на структуру и свойства чугунов, так как величина температурного интервала, в котором в равновесии с жидким сплавом находятся аустенит и графит, зависит от его содержания. Чем больше содержание кремния, тем шире эвтектический интервал температур. Таким образом, кремний способствует процессу графитизации, действуя в том же направлении, что и замедление скорости охлаждения. Изменяя, с одной стороны, содержание в чугуне углерода и кремния, а с другой - скорость охлаждения, можно получить различную структуру металлической основы чугуна.

Сера и марганец являются вредными технологическими примесями, содержание которых в чугунах ограничивают. Сера ухудшает механические и литейные свойства. И сера, и марганец препятствуют графитизации.

Фосфор не влияет на графитизацию, а при повышенном (до 0,4...0,5%) содержании повышает износостоикость чугунов, так как образуются твердые включения фосфидной эвтектики.

Самым распространенным видом термообработки чугунов является отжиг отливок при 430...600 °С для уменьшения литейных напряжений, которые могут вызвать даже коробление фасонных изделий. Нормализация чугуна проводится для аустенизации ферритной и ферритно-перлитной матриц и последующего перлитного превращения, что обеспечивает упрочнение. Закалку чугуна на мартенсит с нагревом до 850...930 °С и охлаждением в воде и масле применяют для повышения прочности и износостойкости.

После закалки проводят низкий отпуск (200 °С) для уменьшения закалочных напряжений или высокий отпуск (600...700 °C) для получения микроструктур сорбита или зернистого перлита, обеспечивающих повышенную вязкость.

Классификацию чугунов проводят по виду и форме углеродосодержащей структурной составляющей, то есть по наличию и форме графита.

По виду структурной составляющей выделяют чугуны без графита - белые чугуны, в которых практически весь углерод находится в химически связанном состоянии в виде цементита. Промежуточное положение занимает половинчатый чугун, большая часть углерода которого находится в РезС. Структура половинчатого чугуна - перлит, ледебурит и пластинчатый графит.

Чугуны с графитом в зависимости от формы последнего разделяют на серые, ковкие и высокопрочные. Серыми называют чугуны, в структуре которых графит имеет пластинчатую форму. В ковких чугунах графит имеет хлопьевидную форму, в высокопрочных чугунах - шаровидную. К числу высокопрочных относят также чугуны с графитом вермикулярной (греч. - червячок) формы, которые по свойствам (ГОСТ 28394-89) занимают промежуточное положение между чугунами с шаровидным и пластинчатым графитом.

А уж если вы работаете в лаборатории металлов или литейке, исследуете свойства чугунов, то хороший маникюр в Долгопрудном Nail's Bar & Art of Manicure поможет вашим ноготкам всегда выглядеть привлекательно.

Чугуны

Чугуны

Чугуны обычно содержат 2-4 мас.% углерода с высокой концентрацией кремния и большей концентрацией примесей, чем стали. Углеродный эквивалент (CE) чугуна помогает различать серый чугун, который при охлаждении превращается в микроструктуру, содержащую графит, и белый чугун, в котором углерод присутствует в основном в виде цементита. Углеродный эквивалент определяется как:


Высокая скорость охлаждения и низкий углеродный эквивалент способствуют образованию белого чугуна, тогда как низкая скорость охлаждения или высокий углеродный эквивалент способствуют образованию серого чугуна.

При затвердевании основная часть углерода осаждается в виде графита или цементита. Когда затвердевание завершается, выделившаяся фаза внедряется в матрицу аустенита, которая имеет равновесную концентрацию углерода около 2 мас.%. При дальнейшем охлаждении концентрация углерода в аустените уменьшается по мере выделения из твердого раствора большего количества цементита или графита. В обычных чугунах аустенит затем распадается на перлит при эвтектоидной температуре. Однако в серых чугунах, если скорость охлаждения через эвтектоидную температуру достаточно мала, получается полностью ферритная матрица с отложением избыточного углерода на уже существующем графите.

Белые чугуны твердые и хрупкие; они не могут быть легко обработаны.

Фазовая диаграмма железо-углерод, показывающая эвтектические и эвтектоидные реакции. Воспроизведено с разрешения Джуда Риди из Технологического института Джорджии. Совместное студенческое отделение ASM/TMS.

Серые чугуны более мягкие, с микроструктурой графита в преобразованной аустенитной и цементитной матрице. Чешуйки графита, которые представляют собой розетки в трех измерениях, имеют низкую плотность и, следовательно, компенсируют усадку при замораживании, что дает хорошие отливки без пористости.

Чешуйки графита обладают хорошими демпфирующими характеристиками и хорошей обрабатываемостью (поскольку графит действует как стружколом и смазывает режущие инструменты. В условиях износа графит полезен, поскольку помогает удерживать смазку. Однако чешуйки графита также являются концентраторами напряжений, что приводит к плохой ударной вязкости, поэтому рекомендуемое приложенное растягивающее напряжение составляет лишь четверть фактического предела прочности при растяжении.

Известно, что сера в чугунах способствует образованию графитовых чешуек. Графит можно заставить осаждаться в сфероидальной форме путем удаления серы из расплава с использованием небольшого количества карбида кальция. Затем следует незначительное добавление магния или церия, что отравляет предпочтительные направления роста и, следовательно, приводит к изотропному росту, приводящему к сфероидам графита. Обработка кальцием необходима перед добавлением магния, так как последний также имеет сродство как к сере, так и к кислороду, тогда как его сфероидизирующая способность зависит от его присутствия в растворе в жидком железе. Магний часто добавляют в виде сплава с железом и кремнием (Fe-Si-Mg), а не в виде чистого магния.

Однако магний имеет тенденцию способствовать осаждению цементита, поэтому также добавляется кремний (в форме ферросилиция), чтобы обеспечить осаждение углерода в виде графита. Ферросилиций известен как модификатор .

Чугун с шаровидным графитом обладает превосходной ударной вязкостью и широко используется, например, в коленчатых валах.

Последним прорывом в производстве чугуна является то, что матрица чугуна с шаровидным графитом представляет собой не перлит, а бейнит. Это приводит к значительному повышению жесткости и прочности. Бейнит получают изотермическим превращением аустенита при температурах ниже той, при которой образуется перлит.

Вы можете нажать на изображения, чтобы увеличить их. Также можно загрузить изображения очень высокого разрешения (по 6 Мбайт каждое), а также кристаллические структуры феррита, цементита, графита и аустенита.

Серый чугун, Fe-3,2C-2,5Si мас. %, содержащий графитовые чешуйки в перлитной матрице. Пятнистые белые области представляют собой фосфидную эвтектику. Травка: Нитал 2% Серый чугун, Fe-3,2C-2,5Si, % масс., содержащий графитовые чешуйки в перлитной матрице. Можно разглядеть пластинчатую структуру перлита, состоящую из чередующихся слоев цементита и феррита. Пятнистые белые области представляют собой фосфидную эвтектику. Травка: Нитал 2%
 

Химический состав чугуна аналогичен составу серого чугуна, но с содержанием магния 0,05 мас.%. Все образцы протравлены 2% ниталом.

Иллюстрация пластичности чугуна с шаровидным графитом. Фотография воспроизведена из Физическая металлургия технических материалов , Э. Р. Петти, с разрешения Института материалов. Чугун с шаровидным графитом, Fe-3,2C-2,5Si-0,05Mg мас.%, содержащий графитовые узелки в перлитной матрице. Один из узелков окружен ферритом просто потому, что область вокруг узелка обезуглерожена в виде углеродистых отложений на графите. Травка: Нитал 2%
 

Чугун с шаровидным графитом обычно имеет перлитную матрицу. Однако отжиг заставляет углерод в перлите осаждаться на существующий графит или формировать дополнительные мелкие частицы графита, оставляя после себя ферритную матрицу. Это придает железу еще большую пластичность. Все образцы протравлены 2% ниталом.

Графитовые конкреции в ферритной матрице. Графитовые конкреции в ферритной матрице. Также виден некоторый углерод, отложившийся во время отпуска. Травка: Нитал 2%
 

Химический состав чугуна Fe-3,52C-2,51Si-0,49Mn-0,15Mo-0,31Cu мас.%. Все образцы протравлены 2% ниталом. Цветные микрофотографии получают путем первого травления 2% нитала с последующей термообработкой металлографического образца на открытом воздухе при 270°С.0126 или С в течение 3 ч. Это окисляет образец и создает интерференционные цвета, зависящие от фазы.

Ковкий чугун в литом состоянии. Узелки графита, перлита (темные островки) и феррита (светлый фон). Травка: Нитал 2% Ковкий чугун в литом состоянии. Узелки графита, перлита (темные островки) и феррита (светлый фон). Травка: Нитал 2%
 
Аустенизация 950°С, аустенизация 350°С в течение 64 мин. Аустенизация при 950°С, аустенизация при 350°С в течение 64 мин.
 

На следующих изображениях представлены автомобильные компоненты из ковкого чугуна после отпуска, предоставленные Институтом инженеров по литейным металлам. Во избежание деформации коленчатый вал спортивного автомобиля TVR подвергается черновой обработке после отливки, термообработке для получения бейнитной микроструктуры, а затем механической обработке. Сообщается, что он обладает отличными усталостными свойствами; его демпфирующие характеристики благодаря графиту снижают шум двигателя.

Рычаг подвески Ford Mustang был изготовлен из аустенитного ковкого чугуна с целью снижения веса, шума и стоимости. Он был разработан с использованием моделирования конечных элементов для оптимизации прочности и жесткости. Были рассмотрены алюминиевые сплавы, но они были отклонены, поскольку в этом случае компонент занимал бы гораздо больше места из-за их меньшей прочности.

Рычаг подвески прицепа грузовика изначально был изготовлен из сварной стали для использования при транспортировке по пересеченной австралийской глубинке. Они вышли из строя по сварным швам и были связаны с деформациями, которые привели к ускоренному износу шин. Подвеска из литого аустенитного ковкого чугуна оказалась намного прочнее.


TVR Tuscan Speed ​​6, высокопроизводительный спортивный автомобиль с коленчатым валом из ковкого чугуна с аустическим отпуском.

Коленчатый вал из аустенитного ковкого чугуна для спортивного автомобиля TVR.

Рычаг подвески из ковкого чугуна Austempered для Ford Mustang Cobra

Рычаг подвески грузового прицепа, изготовленный из аустенитного ковкого чугуна, Steele and Lincoln Foundry.
  • Больше изображений ковкого чугуна Austempered
  • Скачать к.т.н. диссертация по ковкому чугуну с закалкой
  • Остаточный аустенит в аустенитном ковком чугуне
  • Физика остаточного аустенита в ковких чугунах, подвергнутых аустенитному отпуску
  • Твердость аустенизированного ковкого чугуна


Чугун

Blackheart производится путем нагревания белого чугуна при температуре 900-950 o C в течение многих дней перед медленным охлаждением. Это приводит к микроструктуре, содержащей неравномерные, хотя и равноосные узелки графита в ферритной матрице. Термин «черное сердце» происходит от того факта, что поверхность излома имеет серый или черный вид из-за присутствия графита на поверхности. Целью термической обработки является повышение пластичности чугуна. Однако этот процесс в настоящее время устарел, поскольку сфероидальный графит может быть получен непосредственно при отливке путем модифицирования магнием или церием. Все образцы протравлены 2% ниталом.

Чугун с черным сердцем. Чугун Blackheart. Травка: Нитал 2%
 

Этот чугун используется там, где требуется очень высокая износостойкость. Например, при бурном дроблении горных пород и полезных ископаемых. Он содержит комбинацию очень прочных карбидообразующих легирующих элементов. Таким образом, его химический состав Fe-2,6C-17Cr-2Mo-2Ni вес.%.

Все образцы протравлены реактивом Виллелы, представляющим собой смесь пикриновой кислоты, соляной кислоты и этанола. Материал, из которого были получены эти микрофотографии, был любезно предоставлен доктором Арнольдо Бедолла-Хакуинде из Мексики. Подробная информация о железе была опубликована в International Journal of Cast Metals Research, 13 (2001) 343-361.

Белая фаза представляет собой карбид с высоким содержанием хрома, известный как M 7 С 3 . Матрица состоит из дендритов аустенита, некоторые из которых могли превратиться в мартенсит. Также могут быть относительно небольшие количества карбидов из других сплавов. Белая фаза представляет собой карбид с высоким содержанием хрома, известный как M 7 C 3 . Матрица состоит из дендритов аустенита, некоторые из которых могли превратиться в мартенсит. Также могут быть относительно небольшие количества карбидов из других сплавов.
 

Процесс литья никогда не бывает идеальным, особенно при работе с крупными деталями. Вместо того, чтобы утилизировать дефектные отливки, их часто можно отремонтировать с помощью сварки. Естественно, очень высокая концентрация углерода в типичных чугунах вызывает трудности при внедрении хрупкого мартенсита в околошовную зону сварного шва. Поэтому необходим предварительный нагрев до температуры около 450°С с последующим медленным охлаждением после сварки во избежание растрескивания.

Материалы, используемые в качестве наполнителей при сварке, обычно содержат большие концентрации никеля, так что получаемый аустенитный металл сварного шва не чувствителен к поглощению углерода из чугуна. Отложения мягкие и могут быть обработаны для придания необходимой формы и отделки. Конечно, никель дорог, поэтому при крупном ремонте зазор сварки сначала покрывается («смазывается») наполнителем с высоким содержанием никеля, а затем оставшийся зазор заполняется менее дорогими присадочными металлами из мягкой стали.

Первый в мире мост из железа в 1779 году. Вся конструкция выполнена из чугуна. Фотографии любезно предоставлены Ёкотой Томоюки и его семьей.


Железный мост из чугуна

Железный мост из чугуна

Железный мост из чугуна

Железный мост из чугуна

Железный мост из чугуна. На этой фотографии видна трещина.

Ущелье.

Ближайшая электростанция.

Остатки доменной печи (Коулбрукдейл), построенной в 1708 году.

Еще фото Айронбридж

Полпенниовый жетон Коулбрукдейла, 1792

На рисунках ниже показан жетон в полпенни, отчеканенный в 179 г. 2, на одной стороне изображен корабль, проходящий под первым в мире железным мостом. Железная руда и уголь транспортировались по каналу, но металлургический завод в Кетли находился на 22 м выше этого канала. Поэтому была построена «наклонная плоскость» (2-е изображение), чтобы лодки можно было поднимать через люльку и шлюз в верхнюю часть канала, ведущего к металлургическому заводу.

Токен предоставлен Майклом Куком.



III

Чугун на ощупь выглядит солидно и имеет привлекательный внешний вид. Есть много традиционных применений чугуна.

Следующие фотографии были любезно предоставлены Беном Деннисом-Смизером, Фрэнком Кларком и Мохамедом Шерифом.


Вскрытие компьютерной мыши. Интересный предмет - шарик-роллер.

Микроструктура шарика ролика, изготовленного из чугуна. Чешуйки графита окружены ферритом, коричневый цвет - пералитом, а также присутствует продукт эвтектики ледибурита, который не виден при этом увеличении.


Перлит разрешен в некоторых областях, где плоскость разреза находится под углом скольжения к ламелям. Ледибуритовая эвтектика выделена стрелками. При высоких температурах это смесь аустенита и цементита, образующаяся из жидкости. Впоследствии аустенит распадается на перлит.

Шар изготовлен из чугуна, вероятно, потому, что он относительно твердый.

Следующие фотографии были любезно предоставлены Джимом Чарльзом.


Старинные украшения из чугуна

Старинные украшения из чугуна

Узоры в чугунных компонентах и ​​окружении

Фотографии предоставлены Мэтью Питом

Чугун в Буэнос-Айресе, Аргентина

. .

Пуэрот-Мадеро, Буэнос-Айрес, Аргентина

Пуэрот-Мадеро, Буэнос-Айрес, Аргентина. Массивные чугунные причалы украшают берег, изготовленные в литейном цехе в Кардиффе, Уэльс, Великобритания

Пуэрот-Мадеро, Буэнос-Айрес, Аргентина. Массивные чугунные причалы украшают берег, изготовленные в литейном цехе в Кардиффе, Уэльс, Великобритания

Пуэрот-Мадеро, Буэнос-Айрес, Аргентина

Мост женщины (Пуэнте-де-ла-Мухер), Буэнос-Айрес, Аргентина

Чугунные ворота дворца Гуэль работы Гауди в Барселоне

Следующие фотографии были любезно предоставлены Франсиской Кабальеро и Карлосом Капдевила Монтес.


Ворота дворца Гуэль работы Гауди в Барселоне

Чугунные ворота дворца Гуэль работы Гауди в Барселоне

Чугунные ворота дворца Гуэль работы Гауди в Барселоне

Чугунные ворота дворца Гуэль работы Гауди в Барселоне

Чугунные ворота дворца Гуэль работы Гауди в Барселоне

Чугунные ворота дворца Гуэль работы Гауди в Барселоне

Чугунные ворота дворца Гуэль работы Гауди в Барселоне

Чугунные ворота дворца Гуэль работы Гауди в Барселоне

Обзор книги о чугунах, содержащих редкоземельные элементы.

Графитизация

Металлография чугунов.



Типы чугуна (стр. 1), серый и ковкий чугун

Марки чугуна

Для большинства современных автомобильных и потребительских применений чугун подразделяется на 4 отдельные категории:

  1. Серый чугун (эта страница)
  2. Ковкий чугун Чугун (эта страница)
  3. Высокопрочный чугун с аустенитным отпуском (страница 2)
  4. Чугун с уплотненным графитом Страница 2)

В Северной Америке есть 2 промышленных общества, которые берут на себя ответственность за организацию и управление программами по регулированию и совершенствованию технологических процессов:

  • Американское общество литейщиков (AFS)
  • Общество ковкого чугуна (DIS)

Сравнение графита - микрофотографические исследования

Серый чугун - Пример микрофотографии Ковкий чугун - Пример микрофотографии Высокопрочный чугун с аустенитным отпуском – микрофотографияЧугун с уплотненным графитом – микрофотография

Чугун представляет собой сплав железо-углерод-кремний, содержащий более 2% углерода, который заливают в форму, содержащую негатив желаемой окончательной формы. Механические свойства и поведение материала зависят от морфологии графита, который образуется в железной матрице в результате терморегулирования процесса и добавления элементов для получения желаемой формы графита. Все чугуны затвердевают в результате сложной эвтектической реакции, в которой участвуют Fe, C и Si. Есть также влияние Cu, Mn, S и P.

Серый чугун

Серый чугун — это самая простая, самая распространенная и самая дешевая форма чугуна в мире. Микроструктура железа характеризуется качествами «чешуйчатого графита» в виде: а) типа, б) размера и в) матрицы.

Серый чугун обладает превосходными свойствами литья и механической обработки, что делает его очень ценным для деталей, которые могут быть тяжелыми. Кроме того, серый чугун обладает превосходными демпфирующими и тепловыми свойствами, что делает его идеальным для автомобильных тормозных систем. Хотя он прочный, он также хрупкий.

Типы чешуйчатого графита

Серый чугун на сегодняшний день является наиболее распространенным из чугунов. Наряду со сталью это наиболее широко используемый инженерный сплав. В 1 веке автомобильной промышленности это был предпочтительный материал для блоков цилиндров, головок и многих других компонентов трансмиссии. Название происходит от внешнего вида поверхности излома, которая имеет серый цвет. В сером чугуне графит затвердевает в виде взаимосвязанных чешуек, как показано выше в 3D-микроскопии с помощью сканирующего электронного микроскопа. Сгруппированные формы графита сравнивают с картофельными чипсами, склеенными вместе в центральном месте. Центральная точка — исходное графитовое ядро. Каждый кластер чешуек определяет эвтектическую ячейку в сером чугуне. Эвтектические ячейки несколько аналогичны зернам в других металлах. Прочность железа повышается за счет более мелких размеров ячеек.

Форма графита в сером чугуне является важным фактором, определяющим свойства сплава. Форма и размер графита могут заметно различаться в зависимости от скорости охлаждения и содержания сплава. Наиболее распространенная форма, описанная в предыдущем абзаце, называется Type A . Пять типов графита в сером чугуне классифицируются как b ASTM.

Тип A Чешуйчатая структура

Графит типа A имеет равномерное распределение и случайную ориентацию. Как правило, он обеспечивает наилучшие свойства и обычно используется для компонентов трансмиссии.

Серый чугун - Тип А

Структура хлопьев типа B

Графит типа B выглядит как розетки со случайной ориентацией. Это чаще всего происходит в почти эвтектических сплавах, которые неправильно модифицированы и содержат очень мало зародышей графита. Графит типа B часто встречается на поверхности отливки, где в остальном он относится к типу A.

Серый чугун - тип B

Структура чешуек типа C

Графит типа C встречается в заэвтектических чугунах (CE больше 4,3), в которых графит образуется в качестве первичной фазы. Этот первичный графит называется графитом Киша. Его присутствие снижает свойства при растяжении, что может быть желательным для некоторых специальных применений.

Серый чугун - Тип C

Тип D Чешуйчатая структура

Графит типа D возникает в результате междендритной сегрегации в быстро охлажденных чугунах. Он состоит из мелких беспорядочно ориентированных чешуек между аустенитными дендритами. Тип D может привести к более высоким свойствам при растяжении, но может быть трудным для термической обработки из-за сегрегации.

Серый чугун - тип D

Структура чешуек типа E

Графит типа E похож на тип D, но с ориентированными чешуйками между ветвями аустенитных дендритов. Чаще всего это происходит в чугунах с очень низким углеродным эквивалентом.

Серый чугун - Тип E

Размер чешуйчатого графита

В дополнение к типу графита ASTM установила спецификации для размера графита. Это определяется путем сравнения количества хлопьев на микрофотографии со 100-кратным увеличением со стандартной диаграммой.

Механические свойства серого чугуна

Как правило, серый чугун имеет низкую прочность и очень низкую пластичность. Чешуйки графита действуют как крошечные внутренние трещины, которые создают усиление напряжения. Это позволяет трещинам очень легко распространяться по материалу, что снижает прочность, пластичность и ударную вязкость (вязкость разрушения). Серый чугун определяется номером класса, который соответствует номинальной прочности сплава на растяжение. Например, серый чугун класса 30, который был типичным для блока цилиндров, имеет номинальную прочность на растяжение 30 000 фунтов на квадратный дюйм (207 МПа). Поскольку серый чугун имеет очень низкую пластичность, предел текучести и процентное удлинение, эти свойства редко измеряются или указываются. Поскольку YTS и UTS настолько близки (удлинение менее 1%), серый чугун классифицируется как «хрупкий материал». Другой способ определения серого чугуна - по твердости материала. Общество инженеров-автомобилестроителей (SAE) опубликовало стандарт материала для чугуна SAE J431, учитывающий как свойства прочности на растяжение, так и свойства твердости. Кроме того, каждый автомобильный OEM-производитель имеет собственный набор стандартов, регулирующих свойства серого чугуна, и специальные методы испытаний, необходимые для измерения качества материала.

Прочность и твердость

Прочность и твердость серого чугуна зависят как минимум от четырех основных факторов:

  1. Углеродный эквивалент
  2. Содержание сплава
  3. Модификация
  4. Скорость затвердевания
  5. 6 900 Углеродный эквивалент.

    Углеродный эквивалент (CE)

    Для чугуна формула углеродного эквивалента (CE) используется для понимания того, как легирующие элементы будут влиять на характеристики отливки. Он используется в качестве предиктора прочности чугуна, поскольку дает приблизительный баланс аустенита и графита в конечной структуре.

    CE = %C + 0,33 (%Si) + 0,33 (%P) – 0,027 (%Mn) + 0,4 (%S)

    CE < 4,3%, доэвтектическое поведение при затвердевании
    CE = 4,3, эвтектическое поведение при затвердевании
    CE > 4,3%, заэвтектическое поведение во время затвердевания

    Прочность на растяжение по сравнению с углеродным эквивалентом (CE) Влияние добавок кремния на фазовая диаграмма Fe-C

    Содержание сплава

    Наиболее эффективными элементами для серого чугуна являются углерод и кремний. Когда цель состоит в том, чтобы разлить чугун по эвтектике, чтобы предотвратить образование карбидов железа, можно использовать ковшовые добавки кремния для модификации расплавленного сплава, чтобы всегда достигался эвтектический эквивалент. Используя расчет CE и подтверждая соответствующее количество добавок ферросиликата, клиновидный блок используется для подтверждения того, что серый чугун находится на желаемом уровне CE.

    Углерод и кремний

    По сравнению с обычными марками стали содержание углерода в сером чугуне примерно в десять раз выше. Поскольку стальной лом составляет большую часть шихты расплава для чугунолитейного производства, углерод обычно приходится добавлять в какой-то момент процесса либо в основную шихту, либо после того, как железо находится в расплавленном состоянии. Поскольку в стальном шихтовом ломе очень мало углерода, металлургу необходимо учитывать все металлические шихтовые материалы (сталь, железный лом, чугун) в основной печи. Добавки, повышающие содержание углерода, в значительной степени зависят от метода плавки (плавка в вагранке с коксом приводит к повышению уровня углерода), количества используемого кремния и наличия дешевого графита. Однако по мере перехода чугунолитейной промышленности от вагранки к индукционной плавке с аналогичными высокими добавками стального лома в шихту требуются альтернативные добавки в ковше, в потоке или в литейной форме для получения чешуек типа А в сером чугуне.

    Методы модифицирования

    С переходом на индукционную плавку литейные заводы тщательно загружают в свои индукционные ковши тщательно взвешенные количества стального лома, лома железа и более дорогого чугуна. Сегодня большее количество низкоуглеродистой стали может быть получено за счет добавления модификаторов ферросилиция (FeSi). Процесс модифицирования включает добавление от 0,05 до 1% специального сплава FeSi, содержащего контролируемые количества одного или нескольких тщательно отобранных элементов для дальнейшего улучшения морфологии графита. Объяснение того, как эти тщательно отобранные элементарные добавки, включая Al, Ca, Ba, Sr, Ce, La, Mn, Bi, S, O и Zr, можно найти в Таблице 1.0 Структурные эффекты элементарных добавок к чугуну, показанной ниже. . В дополнение к повышению уровня кремния модификатор создает центры зародышеобразования, которые способствуют осаждению и росту графита, а также затвердеванию железа на основе стабильной системы Fe-C.

    Когда углерод необходимо приобрести для добавления, дополнительный материал обычно имеет форму графита. Добавки графита часто поступают из угольных электродов, ранее использовавшихся в сталеплавильных печах.

    Цель модифицирования

    Целью модифицирования является стимулирование гетерогенного зародышеобразования графита путем введения элементов, образующих подходящие субстраты, которые будут действовать как зародыши и инициировать желаемое образование графита. Способствуя стабильному затвердеванию эвтектики, модифицирование позволяет C выходить из раствора в подходящей форме графита, а не в виде карбида железа.

    With careful control, the use of an inoculate addition will help:

      • Avoid formation of carbides (cementite)
      • Promote the formation of graphite
      • Reduce segregation
      • Reduce shrinkage
      • Improve machinability
      • Promote a однородная структура
      • Повышение пластичности

    Эффект модифицирования представлен на рисунке ниже (Эффект модифицирования), где кривые охлаждения для немодифицированного железа обозначены черной пунктирной линией, а для модифицированного железа указаны в виде синей сплошной линии.

    Модифицирование может происходить при выпуске, в ковше, в потоке во время литья или даже внутри формы. Модифицирующие сплавы доступны в гранулированной форме, упакованы в проволоку или отлиты/прессованы в различные формы. Размер регулируется в зависимости от точки добавления, времени и температуры, доступных для растворения в расплавленном железе. Как правило, количество добавок может быть уменьшено, если модифицирование происходит как можно ближе к заливке чугуна в форму, поэтому модифицирование «в потоке» гранулами FeSi является наиболее распространенным методом добавления.

    Эффект модифицирования

    На кривых охлаждения для железа без модифицирования (черная пунктирная линия) и модифицированного железа (синяя сплошная линия) влияние проявляется как снижение степени переохлаждения до образования графита (красная стрелка). ). Модификация также продлевает образование и рост графита, тем самым увеличивая время затвердевания (зеленая стрелка).

    Влияние прививки на кривую охлаждения Формы испытаний на охлаждение - результаты показывают стабильность состава железа и обработки для предотвращения образования карбидов. Клиновидное охлаждение - показывает, сколько белого железа образуется из количества углерода, кремния, эффективности модифицирования и температуры заливки. Этот тест был заменен показанным выше тестом термического анализа.

    При промышленном производстве чугуна модифицируют как серый, так и ковкий чугун, но серый чугун обычно требует меньших модифицирующих добавок, в зависимости от состава железного сплава, метода плавки и состава шихты. Внесение ферросилиция преобразует структуру из переохлажденного графита (графит типа E в сером чугуне) в полностью чешуйчатый или сфероидальный графит, как показано ниже.

    Влияние модифицирования на структуру графита в сером и ковком чугуне

    Другие элементы

    Поскольку прочность чугуна зависит от содержания феррита по отношению к содержанию перлита, для повышения прочности добавляются легирующие элементы, подавляющие образование феррита и увеличивающие количество перлита. Для изучения аффектов был изучен ряд элементов и даны общие описания. Для этой цели используются легирующие элементы, такие как хром (Cr), молибден (Mo) и вольфрам (W). Эти элементы способствуют образованию карбидов и повышают твердость железа. Дополнительную информацию см. в Таблице 1.0 Структурные эффекты добавок элементов к чугуну, приведенной ниже.

    Ковкий чугун

    Ковкий чугун (также называемый графитом с шаровидным графитом и шаровидным графитом) прочнее серого чугуна, более прочен и намного дешевле для литья сложных деталей, чем формование стали. Микроструктура железа характеризуется качеством «Узловатость» (округлость), размером узелков и плотностью узлов (узелков на мм²).

    Ковкий чугун считается прочным материалом для деталей шасси (например, сталь), если его морфология является ферритной. В то время как прочность может быть увеличена путем использования добавок к сплаву для продвижения перлита вокруг конкреций, результирующий % удлинения снижается.

    Резюме

    Ковкий чугун прочнее и пластичнее (жестче), чем серый чугун. Он образуется путем обработки железа с относительно высоким углеродным эквивалентом узелковым агентом, таким как магний (наиболее распространенный) или церий, для образования графитовых сфер, которые растут во время затвердевания. Наиболее распространены автомобильные детали, требующие высокой прочности и ударной вязкости при воздействии нагрузок, связанных с термоциклированием или ударами. Типы деталей включают: коленчатые валы, распределительные валы, выпускные коллекторы, поворотные кулаки, рычаги подвески, держатели дифференциала, пружинные хомуты и тому подобное. В сантехнике и трубопроводной промышленности использование ковкого чугуна стало большим достижением в производстве труб, соединений и клапанов, которые были менее дорогими, чем альтернатива из ковкого чугуна. При всех этих применениях ковкий чугун получает все большее применение, часто вытесняя конструкции из серого чугуна, так что можно добиться снижения веса за счет улучшенных механических свойств.

    Историческая справка

    На ежегодной конференции AFS 1948 г. участникам конференции была представлена ​​новая морфология железа: ковкий чугун. Создателем этого нового материала обычно считается Кит Миллс, однако в первоначальном патенте 1949 года, переданном Международной никелевой компании (INCO), указаны три человека: Кит Дуайт Миллис, Альберт Пол Ганнебин и Норман Боден Пиллинг. В своем патенте (US 2485760A) изобретателям приписывают изобретение «литого ферросплава для производства ковкого чугуна путем обработки магнием».

    Являясь патентообладателем ковкого чугуна с магниевой обработкой, INCO пропагандировала преимущества свойств материала и представляла ковкий чугун дизайнерам и инженерам, распространяя техническую литературу и проводя семинары. По мере распространения знаний о свойствах и экономичности ковкого чугуна его использование резко возросло в пятидесятых и начале шестидесятых годов. После прекращения продвижения INCO ковкого чугуна в 1966 году рост рынка ковкого чугуна продолжал опережать рост рынка литья других черных металлов, но по мере того, как инженеры и дизайнеры, которые извлекли выгоду из первых усилий INCO по продвижению, ушли на пенсию, их заменило новое поколение, которое не было ознакомились с технологией процесса из своей академической подготовки. По этой причине было создано Общество ковкого чугуна (DIS) для обучения и ликвидации разрыва в знаниях с новыми поколениями металлургов, инженеров-конструкторов и инженеров-технологов.

    Десульфурация

    Обработка ковкого чугуна имеет чрезвычайно важное значение для определения его свойств. Начальным этапом производства ковкого чугуна является удаление избыточной серы из расплавленного чугуна. В серый чугун иногда добавляют серу, поскольку она способствует образованию графитовых чешуек. По этой причине он должен быть практически исключен из расплавов ковкого чугуна. Есть некоторые литейные заводы, которые перерабатывают как серый, так и ковкий чугун из одного и того же шихтового материала, поэтому любой лом серого чугуна, перерабатываемый внутри компании, будет содержать серу, которую необходимо удалить. Удаление серы включает добавление CaO или какого-либо другого агента. Следует отметить, что литейные заводы, которые специализируются только на обработке ковкого чугуна, могут иметь возможность избежать обширных процедур десульфурации, но они всегда должны следить за этим при измерении химического состава.

    Нодуляризация с использованием конверсии магния

    Уникальной стадией обработки ковкого чугуна является шарообразование графита. На этом этапе к расплавленному сплаву добавляют магний для создания остаточного уровня Mg примерно 0,03-0,06%, что является количеством, необходимым для образования сфероидов из графита. К сожалению, Mg испаряется при температуре значительно ниже температуры плавления чугуна с шаровидным графитом, поэтому для достижения такой конверсии были разработаны инновационные методы конверсии:

    Конверсия в открытом ковше

    • Извлечение Mg при конверсии = 20-25%
    • Десульфуризация основного сплава перед конверсией важна
    • Реакция бурная и не рекомендуется для обеспечения безопасности
    • Очень дымно во время конверсии
      • Извлечение Mg при конверсии = 40-45%
      • Десульфурация основного сплава перед конверсией важна
      • Реакция бурная, но снижается, поскольку ковш глубже и имеет карман для обработки 9

      Конверсия промежуточного ковша

      • Извлечение магния при конверсии = 60-65%
      • Десульфуризация основного сплава менее критична 90% от конверсии в открытом ковше

      Конвертерный метод Джорджа Фишера

      • Извлечение магния = 70% (используется магниевая стружка)
      • Десульфурация основного сплава обычно не требуется
      • Закрытый конверсионный сосуд содержит реакционную смесь
      • Безопасен для больших объемов ковша

      Конверсия в литейной форме

      • Извлечение магния при конверсии = 70% (используется магниевая стружка)
      • Десульфурация основного сплава менее критична реакция
      • Обычно в сочетании с автоматическим разливочным ковшом для регулирования потока

       

      Конверсия магния

      Конверсия в промежуточном ковше является наиболее распространенным методом конверсии и считается безопасным:
      Извлечение магния 60-65%, низкое выделение дыма, снижение потерь углерода.

      Существуют и другие методы конверсии с разной степенью безопасности и эффективности извлечения магния: конверсия в открытом ковше (извлечение 20–25 % Mg), конверсия в сэндвич-ковше (извлечение 40–45 Mg), конвертер Джорджа Фишера (извлечение 70 % Mg), Конверсия в форме (извлечение 75% Mg)

      Разливочный ковш - поперечное сечение

      Обесцвечивание магния

      Еще одна проблема, связанная с образованием комков, заключается в обесцвечивании Mg с течением времени, т. е. о склонности Mg к постепенному испарению (или окислению) из раствора, когда поверхность ковша находится в контакте с воздухом. Когда Mg исчезает из состава сплава, уменьшается шаровидность, и механические свойства неожиданно меняются. Для предотвращения выгорания в открытом ковше сплав необходимо разливать в течение фиксированного промежутка времени (как правило, 10-12 минут). Однако при использовании закрытой автоматической разливочной станции этот срок может быть увеличен до часа, если используется инертный защитный газ для предотвращения контакта расплава с воздухом, тем самым предотвращая окисление магния.

      Модификация

      Последним этапом перед заливкой является модификация, которая также выполняется теми же методами, что и серый чугун. Как описано в разделе, посвященном серому чугуну, сплавы ферросилиция обычно добавляют в расплав непосредственно перед заливкой, чтобы обеспечить места для зародышеобразования графита. Более совершенные и более поздние методы инокуляции обеспечат более мелкое распределение конкреций и высокую плотность конкреций (количество конкреций на мм²). Количество узелков 200 и более часто указывается для более тонких срезов, но такого более высокого количества трудно достичь в толстых или тяжелых срезах.

      Сравнительная таблица плотности конкреций из ковкого чугуна (100x)

      Ферритные и перлитно-графитовые конструкции

      Из-за высокой степени удлинения, достижимой для литого ферритного сорта ковкого чугуна, автомобильные конструкторы, ответственные за критически важные для безопасности конструкции шасси, предпочитают использовать ковкий чугун. Для дизайнеров автомобилей ковкий чугун считается ценным материалом, потому что он дешевле, чем альтернативы, такие как кованая сталь, кованый алюминий или даже алюминиевые отливки, обработанные раствором. Благодаря высоким свойствам относительного удлинения и ударной вязкости, присущим литым конструкционным деталям из ковкого чугуна, конструкторы автомобильных шасси имеют низкозатратный производственный процесс, который позволяет их конструкциям пройти строгие требования к краш-тестам. Однако, когда эти же конструкторы рассматривают возможность снижения общего веса автомобиля, они начинают указывать более прочные марки ковкого чугуна. Однако в то же время конструкторы также требуют высокой пластичности, измеряемой % удлинения при обычных производственных испытаниях на растяжение. Таким образом, теперь у нас есть марки железа, которые зависят от некоторого количества перлита в морфологии железа для увеличения YTS, но при этом сохраняют удлинение > 8%. Поэтому тщательный анализ морфологии железа должен сочетаться с проверкой механических свойств, чтобы можно было строго контролировать химический состав сплава, чтобы получить ожидаемые результаты после извлечения образцов из литых деталей.

       

      Отливки из ковкого чугуна, используемые для изготовления автомобильных шасси.

      Металлографический анализ

      Возможность оценки микроструктуры ковкого чугуна в литейном производстве особенно важна при использовании составов сплавов, в которые в сплав добавляют олово (Sn) или медь (Cu) с целью поднятия перлитных образований вокруг графитовых конкреций. Интерпретация этих типов микрофотографий и их корреляция с механическими свойствами очень важны для установления значимых пределов химического состава сплава, когда железо плавится и заливается на производственную линию.

      Микроструктура пластин толщиной 2,5 мм: нелегированная – слева, легированная 0,5 % меди – справа. Нитал травленый.

      Изображение предоставлено для приведенных выше изображений микроструктуры:
      Стефанеску, Дору М. и др., «Металлургия и механические свойства при растяжении тонкостенных чугунов с сфероидальным графитом», Международный журнал исследований литых металлов, 2003 г., том. 16 № 1-3.
      https://www.researchgate.net/publication/260037434_The_Metallurgy_and_Tensile_Mechanical_Properties_of_Thin_Wall_Spheroidal_Graphite_Irons

      Перлитный ковкий чугун

      Когда свойства удлинения не так важны, как YTS и UTS, обычно используются контролируемые добавки Cu и Sn для стимулирования образования перлита вокруг графитовых конкреций. Было обнаружено, что количество образовавшегося перлита пропорционально улучшенной прочности на растяжение с экспоненциальным уменьшением % удлинения.

      Изображение предоставлено:
      Общество ковкого чугуна рис. 3.16
      https://www.ductile.org/didata/Section3/Figures/pfig3_16.htm

      DIS Рисунок 3.16 Свойства при растяжении в зависимости от добавок Cu и Sn

      Промышленные спецификации

      На приведенной ниже диаграмме Общество автомобильных инженеров (SAE) публикует удобную диаграмму, в которой добавки к сплаву используются для изменения структуры от 100% феррита до повышения уровня перлита в морфологии железа. SAE классифицирует материалы по UTS (минимальное ожидание) и ожидаемому % удлинения. Как показано на рисунке 3.16 DIS, % удлинения уменьшается экспоненциально, в то время как механические свойства увеличиваются логарифмически.

      Изображение предоставлено для диаграммы выше:
      Общество ковкого чугуна – РАЗДЕЛ XII. СПЕЦИФИКАЦИИ
      https://www.ductile.org/didata/Section12/12intro.htm

      Испытания свойств на растяжение

      Литейный цех по производству ковкого чугуна должен иметь возможность проводить более тщательные испытания образцов на растяжение, чем литейный цех по производству серого чугуна. Оценка ковкого чугуна в соответствии с любой основной технической спецификацией потребует измерения YTS, UTS, % удлинения, образцов для удара по Шарпи и твердости по Бринеллю. Таким образом, в дополнение к проведению спектрографического и металлографического анализа литейный цех должен иметь точный прибор для испытаний на растяжение.

      Определение YTS (предела текучести при растяжении)

      В связи с требованием высокой прочности при растяжении и минимальной потери пластичности, измеряемой в % относительного удлинения, особое внимание следует уделить испытаниям на растяжение как части производственного процесса. Теперь у нас есть марки железа, которые зависят от некоторого количества перлита в морфологии железа для увеличения YTS, но при этом сохраняют удлинение > 8%. Поэтому тщательный анализ морфологии железа должен сочетаться с проверкой механических свойств, чтобы можно было строго контролировать химический состав сплава, чтобы получить ожидаемые результаты после извлечения образцов из литых деталей. Имея это в виду, определение YTS на основе метода смещения 0,2% должно основываться на использовании принятой интерпретации на основе программного обеспечения. Кроме того, все испытательные лаборатории, связанные с измерением свойств при растяжении для данной категории продуктов, должны сравнивать результаты с помощью «циклических» форм испытаний. Все задействованные лаборатории должны демонстрировать разумную взаимосвязь между объектами и операторами.

      Дополнительная информация:

      Таблица 1.

      0 Структурные эффекты элементных добавок к чугуну

      Алюминий
      .
      Сурьма
      .
      .
      Висмут
      .
      .
      Бор ≤ 0,15%
      .
      Бор > 0,15%
      .
      Хром
      .
      .
      .
      Медь
      .
      Марганец
      .
      Молибден
      .
      Никель
      .
      Кремний
      .
      Теллериум
      .
      .
      .
      Олово
      .
      .
      Титан < 0,25%
      .
      Ванадий

      Сильный графитизатор
      .
      Маленький эффект в использованном количестве
      .
      Карбидный промотор, но не карбидный формирователь
      .
      Сильный графитизатор
      .
      Твердосплавный стабилизатор
      .
      Сильный твердосплавный формирователь. Образует сложные карбиды, которые очень стабильны
      .
      Мягкий графитизатор
      .
      Мягкий твердосплавный формирователь
      .
      Мягкий твердосплавный формирователь
      .
      Графитизатор
      .
      Сильный графитизатор
      .
      Очень сильный карбидный активатор, но не стабилизатор
      .


      Learn more