Чугун что это за сплав

Источник

Чугун – характеристики, особенности и сферы применения

Чугунным материалом пользуются люди с истоков истории. Китайцы обнаружили его, а затем его технические характеристики усовершенствовали во всем мире. Машиностроители, коммунальщики и домохозяйки не могут обойтись без чугуна.

Что представляет собой

Чугун – это легкообрабатываемый материал, представляющий собой сплав железа, содержащий большое количество углерода. Этот сплав относится к группе металлов, названных «черными».

Черные металлы, такие как сталь, чугуны, ферросплавы и марганцевые сплавы, относятся к тому же классу. Помимо углерода, в составе чугуна могут присутствовать различные другие металлы, такие как хром.

Существует небольшая разница в составе сплавов — количество углерода. Если в сплаве менее 2,14% углерода — это сталь, больший процент углерода делает материал чугуном.

Кроме углерода, в структуре чугуна также могут содержаться различные примеси, такие как сера, кремний, фосфор и марганец. Особенностью чугуна является присутствие графита или цементита (карбида железа) в его структуре (формула — Fe3C).

Чугун и сталь можно отличить визуально. Чугуны являются темными и матовыми, в то время как сталь имеет светлый блестящий вид.

История

История чугуна была послана нам из далекого прошлого, с I тысячелетия до нашей эры:

В Европе этот металл начали использовать еще в XIV веке, а в России они на этот пришли на двести лет позже. Это было связано с интересом к чугуну как материалу для пушек и ядер.

Турнирный мост Эглинтон[en] (будет около в 1845 году), Норт-Эршир, Шотландия, (построили) из чугуна

Камины стали самыми популярными предметами для британцев уже с времен королевы Виктории.

Расцвет чугунной промышленности в России наступил в XVIII веке:

Значительную славу получили изделия из чугуна, выполненные мастерами из Касли.

Сегодня, каслинская метода литья сложных форм для создания художественных отливок все еще востребована в машиностроении.

Технология получения

Главный источник сырья для металлургов — это железные руды, которые представляют собой горные породы с высоким содержанием железа.

Железную руду отправляют на специальные заводы по обогащению, где они очищают ее от лишней несущей породы.

Полученный после обогащения материал транспортируется на металлургический комбинат.

Здесь его загружают в доменные печи:

В результате плавки образуется чугун и шлак, который представляет собой смесь золы от сгоревшего топлива, нерасплавленных флюсов и других побочных продуктов.

При необходимости к полученному материалу добавляют лигатуры, которые определяют его физические и химические свойства.

Производство относительно простое, однако оно сопряжено с серьезными экологическими проблемами.

Достоинства и недостатки

Чугунные сплавы обладают рядом особенностей: высокий уровень безопасности для домашнего использования, дружественность к организму, сохранение гигиены, хорошая термическая стойкость. Именно поэтому при использовании чугунной посуды нет опасности коррозии реагентами (например, при готовке борща), она легко моется и долго сохраняет тепло.

Производителям также важны и другие достоинства:

Наличие доступных цен на всю продукцию, начиная от заготовок до сковородок и декоративных сидений на улице.

Чугунные сковороды отличаются особыми свойствами

Для многих отраслей промышленности важно обеспечить особые условия транспортировки, сборки и обслуживания продукции.

При сварке, например, требуется прогреть детали заранее, правильно подобрать материал и установить рабочий режим. Для этого используются газовые установки, а также углеродные электроды и порошковая проволока.

Классификация

Чугун подразделяют на несколько категорий:

Характеристики изделий определяются на стадии их производства.

Обозначение чугуна

Различные разновидности чугуна в промышленности имеют следующие обозначения:

Области применения чугуна

Чугун применяется в двух основных сферах: в качестве основного компонента при выплавке стали или как материал для промышленной продукции.

Чугунная печь — буржуйка

Главное область применения сплава – машиностроение.

Технология производства и разнообразие продукции зависят от типа чугуна.

Чугунная лестница

Белый чугун

Углерод-цементит образуется при мгновенном охлаждении и отличается беловатым цветом излома, твердостью и хрупкостью. Этот сплав не подходит для обработки резанием, но идеально подходит для литья цельных износостойких изделий, таких как прокатные валки и детали мельничных и дробильных механизмов. Он также может быть использован в качестве отправной точки для ковки чугуна с высокой прочностью.

Серый

База структуры – графитовый слой, который придает материалу светло-серый оттенок. Материал обладает возможностью быть подверженным механической обработке, однако его прочность и пластичность не являются высокими.

Такие преимущества как отличные антифрикционные и демпфирующие свойства, сниженная чувствительность к воздействию напряжения, легкая текучесть и минимальное число дефектов при скручивании, становятся заметными.

У данного материала есть также возможность использоваться в качестве основы для сложных литых изделий, стена которых может составлять до 5 см.

Из него изготавливаются прокатные станы, маховики, колонны, станины, и разнообразный аксусрний продукции канализационно-водопроводного хозяйства (люки, трубы, фурнитура).

Чугунная крышка для канализационного люка

Ковкий

Белый чугун с хлопьевидным графитом обладает высокой прочностью и пластичностью благодаря результатам термообработки. Такая структура сплава также обеспечивает отсутствие внутреннего напряжения и хорошую обрабатываемость отливок.

Из-за всех этих преимуществ данная технология нашла применение в изготовлении деталей и элементов, которые подвержены ударам и вибрации. Например, он широко используется для создания постаментов под массивное оборудование, опор автомобильных дорог, железнодорожных мостов и коленвалов дизельных двигателей.

Первым в мире чугунным мостом является Мост через Северн

Специальные

Сплавы, полученные путем легирования, отжига и охлаждения по специальной технологии, обладают дополнительными характеристиками.

Состав сплавов и технология их производства описаны в соответствующих стандартах.

Турбины, коленвалы, двигатели тракторов и автомобилей, шестерни, валки используются из сплавов повышенной прочности.

Подшипники, втулки топливных насосов, клапаны, поршневые кольца автомобилей изготавливаются из антифрикционных сплавов.

Декоративные изделия, такие как заборы, колонны, фонтаны, а также мелкая пластика, выполняются вручную.

Чугунный забор

Передельный

Чугун — это изделие, которое является предметом переделки в сталь или производства отливок. Процент компонентов, таких как фосфор, кремний, сера, марганец, регламентируется отраслевым стандартом.

В зависимости от назначения и процента кремния, чугуны разделяются на передельный для сталеплавильного и литейного производства, на фосфористый, а также на высокопрочный.

Последний тип сплава содержит в себе шарики графита и магния. Он используется для создания деталей, которые подвергаются экстремальным нагрузкам (как механическим, так и термическим) и работают в агрессивных средах.

Источник

Чугун сплав, его свойства, характеристики, виды и применение

Чугун представляет собой композицию железа с углеродом, где процентное содержание углерода может варьироваться от 2,14% до 6,67%. Этот материал уникален и имеет ряд особенностей. Помимо железа и углерода, в его состав входят и другие компоненты.

Чугунные слитки

Присутствие углерода придает чугуну твердость и плотность, хотя оно снижает его пластичность. Из-за хрупкости этого материала он используется преимущественно для литейной обработки. Сплав железа с углеродом широко применяется в сфере производства и занимает одно из ведущих мест, уступая только стали. В зависимости от содержания углерода чугун подразделяется на 3 типа:

Чугунные сплавы имеют 5 различных структурных видов:

Состав чугунного сплава

В зависимости от химического состава можно выделить легированный и нелегированный чугун.

У чугуна есть ряд характерных свойств:

Применение чугуна

Применение чугунных изделий разнообразно и включает различные сферы. Они отличаются прочностью и устойчивостью к низким температурам, что делает их популярными. В основном чугун используется в машиностроении, где из него создают блоки для двигателей внутреннего сгорания и тормозные колодки.

Чугунные радиаторы отопления

Чугунный сплав широко используется в металлургии за свои литейные свойства и доступную цену. Стоимость материала зависит от содержания углерода в сплаве. Техника санитарного оборудования из чугуна до сих пор актуальна и служит долго.

Благодаря пластическости материала, можно изготовить изделия разной формы: ванны, раковины, радиаторы, трубы. Они имеют длительный срок службы и не деформируются под внешними воздействиями в течение длительного времени.

Заборные решётки из чугуна

Изделия из прочного металла широко применялись в архитектуре замков, поселений и домов прошлых эпох. Решетки на окна, ворота, элементы крыши и сада, памятники — все это создавалось из чугуна.

Металлический сплав обладает свойством сохранения тепла на долгое время, что делает его хорошим материалом для посуды, такой как казаны и сковородки. Изделия легко очищаются благодаря высокой гигиеничности, а их химический состав не вреден для здоровья.

Детали водопроводные из чугуна

Чугунные сплавы уже долгое время считаются надежными, высококачественными и экологически чистыми материалами. Они имеют множество полезных свойств, поэтому большое количество деталей и оборудования из них широко применяется.

Источник

Чугун

Многие десятилетия назад начали использовать чугун. У этого материала есть особенные эксплуатационные характеристики, которые отличаются от свойств стали. Чугун производится в разных странах, несмотря на различные сплавы. Чтобы определить свойства чугуна, нужно рассмотреть особенности его химического состава, который влияет на физические свойства.

Химический состав чугуна — важный фактор, определяющий механические свойства получаемых отливок. Также многие свойства зависят от механизмов первичной и вторичной кристаллизации.

Содержание углерода в чугуне может быть от 2,14% до 6,67%. Современные технологии позволяют точно контролировать концентрацию всех элементов, что снижает хрупкость и улучшает другие эксплуатационные характеристики.

В химическом составе чугуна, помимо железа и углерода, обязательно присутствуют следующие элементы:

Как и во многих других составах, наиболее важным из химических элементов чугуна является углерод. От его содержания и вида зависит разновидность материала. Структура чугуна может значительно отличаться в зависимости от используемой технологии производства.

Физический свойства

Великую популярность чугун приобрел благодаря своим привлекательным физическим свойствам:

Также, температура кипения чугуна сильно зависит от его химического состава. Для того чтобы изучить физические характеристики этого материала, нужно обратить внимание на каждый его вид. Различная структура и состав вещества обуславливают изменение его физико-механических свойств.

Технология производства

Чугун выплавляется на протяжении многих лет, благодаря своим неповторимым эксплуатационным качествам. Из-за большого разнообразия сплавов существуют специальные правила маркировки. Маркировка чугунов проводится следующим образом:

Процесс производства чугуна включает в себя несколько этапов, которые помогают получить нужную структуру. Рассматривая этапы получения чугуна, следует отметить следующие моменты:

Оборудование для производства чугуна может существенно отличаться. Кроме того, использованная технология производства определяет качество получаемого материала. Примером может служить производство ВЧШГ, которое предполагает придание необычной формы структуре.

Разновидности чугуна

На сегодняшний день существует огромное разнообразие типов материала рассматриваемого. Варианты классификации чугунов сильно зависят от их структуры и химического состава. Вот некоторые разновидности чугуна:

Каждый вид чугуна обладает своей уникальной структурой и химическим составом, которые определяют его область применения.

Применение

Из-за особых физико-механических свойств применение чугуна возможно в самых разнообразных сферах:

Кроме того, область использования зависит от следующих характеристик рассматриваемого материала:

В заключение отметим, что долгое время применялась неизменная технология производства рассматриваемого материала. Это связано с тем, что при относительно низких затратах можно было получить большой объем расплавленного сплава. На сегодняшний день часто применяется переработка лома, что еще больше снижает себестоимость получаемого продукта.

Источник

Что такое чугун: состав и содержание углерода в сплаве

Изготовление и применение чугуна было совершенствовано на протяжении многих веков. Этот великолепный материал по-прежнему остается популярным в нашей жизни. Чугун нашел множество сфер применения. Однако, чтобы полностью понять, что такое чугун, нам необходимо ознакомиться со его свойствами и составом, структурой и особенностями этого вещества, его достоинствами и недостатками, а также рассмотреть процесс его производства и области применения.

Химический состав чугуна

Чугу́н — это сплав железа и углерода, в котором содержится от 2,14% до 4,5% углерода. Углерод в чугуне присутствует в виде цементита или графита. Если концентрация углерода составляет менее 2,14%, такой сплав называется сталью.

Известно, что первый чугунный сплав был создан в Китае в VI веке. В XIV веке секрет его производства достиг Европы, а в XVII веке в России была достигнута совершенство его состава. За все это время формула чугуна не изменилась.

Самый высококачественный чугун производился на литейном заводе братьев Демидовых, который находился на Урале.

По истечении веков чугун не только сохранил свою актуальность, но и получил еще большее количество применений.

Разновидности материала

В промышленности и производстве используются различные варианты чугуна, такие как предельный и литейный. Первый применяется в процессе изготовления стали методом кислородно-конвертерного пути. Этот тип сплава содержит очень небольшое количество кремния и марганца. Литейный чугун наиболее широко распространен и применяется в различных областях промышленности и производства. Он может быть подразделен на следующие разновидности:

Особенности сплава

Главная особенность чугуна заключается в процессе его изготовления. Он изготавливается из сплава, в котором содержится большое количество углерода. Из-за этого чугун имеет низкую температуру плавления — около 1200 градусов Цельсия. В сравнении со сталью, у которой температура плавления около 1500 градусов Цельсия, чугун более хрупкий и не подходит для изготовления деталей, которые должны выдерживать большую нагрузку.

Чугун и сталь — два основных материала в черной металлургии. Они имеют много общих характеристик, но также и некоторые различия. Оба материала широко используются в повседневной жизни и нашли свое применение в различных областях промышленности.

Основное отличие между ними заключается в химическом составе. Чугун содержит большое количество углерода, что делает его более хрупким и менее прочным. Сталь, в свою очередь, содержит меньше углерода и обладает большей прочностью. В результате этого, сталь может выдерживать большие нагрузки и используется для изготовления деталей важных конструкций.

Таким образом, хотя чугун и сталь имеют много общих характеристик, их различия в химическом составе и свойствах позволяют им находить применение в различных областях промышленности.

Для того чтобы сделать выводы о различиях между этими двумя материалами, следует учесть следующие факторы:

Достоинства и недостатки

Этот текст, как и любой другой, обладает своими плюсами и минусами.

Среди преимуществ чугуна следующие факторы:

К числу недостатков, можно отнести следующее:

Закономерные особенности и свойства чугуна

Этот сплав имеет следующие свойства:

Особую роль в формировании свойств сплава играют специальные добавки:

Состав и структура металла

Сам по себе чугун представляет собой металлическую материю с графитной структурой, которая заполняется полостями. Перлит, ледебурит и пластичный графит являются основными составляющими этого материала. Что интересно, состав сплава может варьироваться в зависимости от его типа, в некоторых случаях графит может вообще отсутствовать.

Структура чугунного сплава включает в себя следующие варианты:

Графит в чугуне представлен следующим образом:

Производственные технологии

Как известно, чугун изготавливается в специальных доменных печах посредством восстановления оксидов железной руды. В результате этого технологического процесса получается чугун — другой материал. В процессе производства используются различные виды топлива: кокс, термоантрацит и природный газ.

Для производства одной тонны чугуна требуется около 550 килограммов кокса и примерно тонна воды. Объем загружаемой руды в печь зависит от содержания железа в ней. Обычно используется руда, содержащая не менее 70% железа, поскольку экономически нецелесообразно использовать руду с меньшим содержанием железа.

Первым этапом производства чугуна является его выплавка. В печь закидывают руду, а затем — кокс, который служит для поддержания требуемой температуры внутри печи. В процессе горения эти компоненты активно участвуют в химических реакциях и восстанавливают железо.

В печь также добавляют флюс, который является катализатором и ускоряет плавку пород, способствуя освобождению железа. Перед загрузкой руда проходит обработку через дробильную установку, обжигание и промывку с целью удаления металлосодержащих частиц.

На втором этапе производства в заполненную и готовую к эксплуатации печь подают природный газ через специальные горелки. Кокс используется для разогрева сырья. Углерод, соединяясь с кислородом, образует оксид, который восстанавливает железо из руды.

Увеличение объема газа в печи замедляет химическую реакцию. При определенном соотношении газа скорость реакции может снизиться до нуля. Углерод проникает в сплав и образует чугун, а нерастворимые элементы остаются на поверхности и удаляются. Эти отходы называются шлаком, который может быть использован для изготовления других материалов.

Сфера использования

Это многофункциональный металлический сплав, который находит применение во множестве отраслей промышленности. В основном его используют в машиностроении, где он служит основой для изготовления различных деталей.

Особенно широко применение этот сплав находит при производстве блоков двигателей и тербанковых валов. Для этих целей требуется специальный состав с добавками графита, который обеспечивает продуктам повышенную прочность и износостойкость. Кроме того, этот материал обладает высокой устойчивостью к трению, поэтому его используют для создания высококачественных тормозных колодок.

Чугунный сплав незаменим в условиях сурового климата, поскольку он позволяет машинам работать непрерывно даже при самых низких температурах.

Металлургическая промышленность ценит его за его отличные литейные свойства и доступную цену. Продукты из этого сплава обладают высокой прочностью и износостойкостью.

Чугунный сплав активно используется в сфере сантехники, так как из него изготавливают батареи отопления, раковины, мойки и трубы. Особенно популярными являются чугунные ванны и радиаторы отопления, которые обладают долгим сроком службы и редко требуют реставрации.

Этот сплав также используется для создания произведений искусства, включая ажурные кованые ворота и памятники архитектуры, благодаря своим литейным свойствам.

Стоимость чугуна зависит от содержания углерода, а также от наличия специальных добавок и легирующих элементов. В данный момент цена тонны чугуна составляет около 8000 рублей.

Этот сплав настолько универсален, что применяется практически во всех отраслях промышленности. Он является основой для многих узлов и деталей, но также может использоваться и в качестве отдельного изделия. Этот железосодержащий сплав уникален и остается незаменимым даже в наши дни.

Источник