Характеристики ковкого чугуна и его применение в народном хозяйстве

Ковкий чугун (КЧ) представляет собой сплав из железа и углерода высокой пластичности, изделия из него получают в процессе литья.

Схема отжига белого чугуна на ковкий

Схема отжига белого чугуна на ковкий.

Ковкий чугун обладает высокими эксплуатационными характеристиками, обуславливающими его применение во многих отраслях народного хозяйства.

Что такое чугун, графит и цементит

Чугун как таковой - это хрупкий материал, сплав железа с углеродом. В структуре чугуна присутствует металлическая основа и графитные включения, сплав имеет эвтектические свойства, т. е. материал поддается расплавлению, что обуславливает его использование в роли сплава для литья. Он может содержать постоянные и легирующие примеси для улучшения физических и химических свойств. Постоянными примесями являются фосфор, сера, марганец, кремний, легирующими - ванадий, алюминий, никель, хром. Углерод в чугуне присутствует в качестве цементита или графита.

Цементитом принято считать карбид железа, фазовую и структурную составляющую сплавов железоуглеродистых: стали и чугуна, перлита, троостита, ледебурита и т. д. Данная составляющая - самый хрупкий ингредиент в сплаве. Она не обладает пластичностью, выдерживает лишь незначительные упругие деформации.

Схема микроструктур графитизированных чугунов

Схема микроструктур графитизированных чугунов: а) серые- б) высокопрочные- в) ковкие- г) с вермикулярным графитом.

Чем больший процент цементита содержится в сплаве, тем меньше его твердость и больше пластичность.

Графит - это одна из наиболее устойчивых модификаций углерода, которая может присутствовать в сплаве не в определенной, а в различных переходных формах.

В зависимости от форм графита различают чугуны:

  • с пластинчатым графитом (обыкновенные белые чугуны);
  • с вермикулярным графитом, имеющим зигзагообразные прожилки (серые вермикулярные сплавы);
  • с шаровидным или глобулярным ингредиентом (высокопрочные сплавы);
  • с графитом в виде хлопьев (ковкие чугуны).

Чугун производят посредством специального оборудования - доменных и электропечей, вагранок.

Графитизация, особенности ковкого чугуна, понятие о ферритном и перлитном КЧ

В металлургии получают ковкий чугун методом графитизации белого доэвтектического чугуна, содержащего графит в количестве 2%-4,3%. При графитизации происходит такой отжиг, при котором распадается цементит (карбид железа), весь углерод или его часть преобразуется в графит (углерод отжига). Углерод в КЧ является важным элементом, который обуславливает его механические свойства, чем выше марка чугуна, тем ниже содержание графита. Благодаря технологическому процессу, привносящему преобразования в состав сплава, КЧ приобретает пластичность, он по своим свойствам находится между серым чугуном и сталью. В отличие от стали, сплав имеет текучесть, демпфирующую способность (поглощение вибраций), более высокую износостойкость.

Физические свойства ковкого чугуна

Физические свойства ковкого чугуна.

КЧ производят в камерных и тоннельных печах непрерывного действия.

Неоспоримыми преимуществами КЧ являются:

  • однородность;
  • отсутствие напряжений;
  • высокие механические и антикоррозионные свойства;
  • великолепная устойчивость в среде влажного воздуха, топочных газов, воды;
  • пластичность;
  • прочность;
  • КЧ поддается сварке, расчеканке, запрессовке, холодной и горячей правке, обработке резанием.

Высокая прочность КЧ объясняется незначительным влиянием хлопьевидной структуры на механические характеристики металлического ядра. Изделия из такого сплава характеризуются вязкостью и пластичностью, хорошим сопротивлением ударным нагрузкам, но ковке изделия не подвергаются, их отливают. Недостатками материала является сложная технология, длительность процесса производства продукции.

По способу производства КЧ классифицируют на ферритный класс Ф (черносердечный) и перлитный класс П (белосердечный). Ферритный КЧ производят двухстадийным графитизирующим отжигом белого чугуна. Перлитный КЧ получаются в процессе отжига в окислительных средах. В итоге происходит изменение структуры чугуна и обезуглероживание. Это один из самых прочных типов чугуна. В сплаве главная высокопрочная масса с металлической структурой дополняется превосходной формой структуры графита и его распределением.

Применение ковкого чугуна в сельском хозяйстве, автомобиле- и судостроении

Механические свойства ковкого чугуна по ГОСТ 1215-79

Механические свойства ковкого чугуна по ГОСТ 1215-79.

КЧ применяют в машиностроении, основными потребителями становятся области тракторостроения, сельхозмашиностроения. Ферритный чугун обладает высокой вязкостью, прочностью- его используют для производства узлов, не подвергающихся истиранию, например, фланцев, рычагов, вилок. Из перлитного чугуна изготавливают различные детали: поршни двигателей дизельных, коромысла, узлы сцепления, коленчатые валы, распределительные валы с кулачками, которые, взаимодействуя с толкателями, производят работу узла по определенному циклу, звенья цепей, собачки, гребни, головки ножей, тормозные барабаны и т. д.

Эти изделия работают под воздействием статических и динамических нагрузок, истирания. Достоинствами чугуна перлитного являются прочность, износостойкость, высокая усталостная прочность, стойкость к высоким температурам, устранение вибрации.

Применяется КЧ в автомобилестроении при изготовлении тонкостенных отечественных отливок, работающих под воздействием динамических знакопеременных нагрузок.

Из сплава изготавливают приводы, коробки передач, ступицы колес, шестеренки, картеры редукторов, дифференциала, рулевых систем, кронштейны двигателей и рессор, колодки тормозных систем, катки, накладки, пробки, балансиры, барашки, валы карданные, коллекторы и т.д. КЧ широко применяется в судостроении при производстве оборудования для судов. Из него изготавливают иллюминаторы, скобы мачтовые, уключины, брештуки, модели арматуры паровой и водяной.

В вагоностроении применяют при изготовлении запчастей воздушных тормозов, подшипников, кронштейнов, тягово-сцепных, ударно-тяговых устройств, скоб- эти детали работают под нагрузками ударов, изгибов, износа.

Применение КЧ в различных сферах промышленности

Литая разборная цепь из ковкого чугуна: а – конструкция- б – способ сборки-разборки

Литая разборная цепь из ковкого чугуна: а – конструкция- б – способ сборки-разборки.

Из КЧ в электропромышленности производят клеммы, крючья изоляторов, шапки, державки проводов. Изделия подвергаются изгибу и ударным нагрузкам. В станкостроении, текстильном машиностроении из КЧ производят шестерни, вилки, спицы и всевозможные детали бумагопрядильных машин, т. е. те детали, которые подвергаются статическим и динамическим нагрузкам, износу, трению. Применяют марки антифрикционного серого ковкого чугуна, который обеспечивает минимальное трение в точках контакта деталей.

Обезуглероженный КЧ марок применяется при выпуске санитарно-технического и строительного оборудования, различных деталей. Сантехническими изделиями могут быть: отводы для водопровода и канализации, переходники фланцевые для соединения чугунных систем с пластиковыми, задвижки, трубы, радиаторы отопления. Данные изделия подвергаются воздействию водной среды. В газовых системах КЧ применяют при выпуске фитингов для соединения труб в местах разветвлений.

Также различные марки КЧ могут применяться в оборонной промышленности, ландшафтном дизайне при формировании элементов декора: вычурные изгороди, скамейки, ворота, калитки- при изготовлении декоративной мебели, подвергающейся воздействию атмосферных осадков: столы и стулья для террас, беседок загородных домов- при изготовлении бытового и производственного оборудования: ванн, газовых плит, стиральных машин, посуды (котелков, сковородок).

Благодаря своим высокопрочным свойствам ковкий чугун применяют в качестве конструкционного материала во многих отраслях промышленности.

Ductile cast iron (CN) is an alloy of iron and carbon high ductility, products made of it produced in the casting process.

Driving annealing white cast iron to ductile

Driving annealing white cast iron to ductile.

Ductile iron has high performance characteristics, causes its application in many sectors of the economy.

What is cast iron, graphite and cementite

Iron as such - a brittle material, an alloy of iron with carbon. The present iron structure metal base and graphite inclusions the alloy has a eutectic properties, ie. E. The material lends itself to melting, which leads to its use in the role of the alloy casting. It may contain dopants and constants to improve the physical and chemical properties. Persistent impurities are phosphorus, sulfur, manganese, silicon, alloying - vanadium, aluminum, nickel, chrome. The carbon in the iron is present as cementite or graphite.

Cementite is considered to be iron carbide phase and structural component of iron-carbon alloys: steel and cast iron, pearlite, troostite, ledeburite etc. This component - the most fragile ingredient in the alloy... It has no plasticity withstand only slight elastic deformation.

Driving microstructures of graphitic cast irons

Driving microstructures of graphitic cast iron: a) serye- b) in vysokoprochnye-) kovkie- g) CGI.

The greater the percentage contained in the alloy cementite, the less hardness and greater plasticity.

Graphite - is one of the most stable modifications of carbon that may be present in the alloy is not defined and in various forms of transient.

Depending on the form of graphite irons are distinguished:

  • flake graphite (ordinary white cast iron);
  • Compacted graphite having a zigzag streaks (gray compacted alloys);
  • spheroidal or globular ingredient (high-strength alloys);
  • graphite in the form of flakes (ductile iron).

Cast iron produced by special equipment - blast furnaces and electric furnaces, furnaces.

Graphitisation, particularly ductile iron, the concept of ferrite and pearlite CN

In ductile iron metallurgy obtained by graphitizing white hypoeutectic cast iron containing graphite in an amount of 2% -4.3%. When such occurs graphitization annealing at which decomposes cementite (iron carbide), all or part of the carbon is converted into graphite (carbon annealed). CN carbon is an important element that determines the mechanical properties than the above cast iron grade, the lower the content of graphite. Thanks to the technological process which introduces changes in the composition of the alloy, CN acquires plasticity, it is in their properties between gray cast iron and steel. Unlike steel, the alloy has a fluidity damping capacity (vibration absorption), higher durability.

The physical properties of ductile iron

The physical properties of ductile iron.

CN produced in chamber and tunnel furnaces of continuous action.

CN indisputable advantages are:

  • uniformity;
  • lack of stress;
  • high mechanical and anti-corrosion properties;
  • great stability in humid air environment, flue gases, water;
  • plastic;
  • strength;
  • CN amenable to welding, caulking, press fitting, cold and hot straightening, machining.

High strength CN explains little influence flaky structure on mechanical properties of the metallic core. Products made of the alloy are characterized by toughness and ductility, good impact resistance, but the product is not subjected to forging, cast them. The disadvantages of the material is a complex technology, the duration of the process of production.

By way of production of CN classified into ferritic class F (chernoserdechny) and pearlite class II (beloserdechny). Ferritic CN produce graphitized two-step annealing white cast iron. Pearlitic CN obtained in the process of annealing in oxidizing environments. As a result, there is a change of cast iron structure and decarbonization. This is one of the most durable types of cast iron. The high-strength alloy, the main mass of the metal structure is complemented by the excellent form of graphite structure and distribution.

The use of ductile iron in agriculture, automotive and shipbuilding

The mechanical properties of ductile iron in accordance with GOST 1215-79

The mechanical properties of ductile iron in accordance with GOST 1215-79.

CN is used in mechanical engineering, the main consumers are the field tractor, agricultural machinery. Ferritic iron has a high viscosity, it prochnostyu- used to produce nodes do not suffer from abrasion, such as flanges, levers forks. From pearlite cast iron is made different items: piston engine diesel, rocker, coupling components, crankshafts, camshafts with cams that interact with pushers, generate work site for a particular cycle, chain links, dog, combs, head blades, brake drums and t. d.

These products work under the influence of static and dynamic loads, abrasion. The advantages of cast iron are pearlite strength, wear resistance, high fatigue strength, resistance to high temperatures, eliminating vibration.

Used CN in the automotive industry in the manufacture of thin-walled castings of domestic operating under the influence of dynamic alternating loads.

Of the alloy produced drives, gearboxes, wheel hubs, gears, gear housings, differential, steering systems, engine brackets and springs, pads, brake systems, rollers, pads, cork, balancers, lambs, cardan shafts, sewers, etc. CN is widely used in the shipbuilding industry in the manufacture of equipment for the courts. From it are made windows, brackets, mast, oarlocks, breshtuki, model steam and water valves.

The railroad car used in the manufacture of parts of air brakes, bearings, brackets, towing, shock-traction devices, brackets, these parts operate under load shock, bending, wear and tear.

Application of CN in different spheres of industry

Cast collapsible chain of malleable cast iron: and - a structure with b - a method of assembling and disassembling

Cast collapsible chain of malleable cast iron: and - a structure with b - a method of assembling and disassembling.

Because CN in the electrical terminals are produced, insulators hooks, caps, wire holder. Products are subjected to bending and impact loads. In machine tools, textile machinery of CN produce gears, plugs, needles and all kinds of details Cotton machines, t. E. Those parts that are exposed to static and dynamic loads, wear and friction. Apply anti-friction grade of gray cast iron, which ensures minimal friction at points of contact details.

Decarbonized CN stamps used for the issue of sanitary and construction equipment, the various parts. Sanitary products are: taps for water supply and sewerage, flange adapters for connecting cast iron systems, plastic, valves, pipes, heating radiators. These products are exposed to an aqueous environment. In gas systems used in CN release fittings for connecting pipes in the ground branches.

Also, different brands of CN can be used in the defense industry, the landscape design in the formation of decorative elements: ornate fences, benches, gates, kalitki- in the manufacture of decorative furniture, subjected to precipitation: tables and chairs for the terraces, pergolas domov- country in the manufacture of household and production equipment: baths, gas stoves, washing machines, utensils (pots, pans).

Due to their high strength properties of the cast iron used as a structural material in many industries.

Ковкий чавун (КЧ) являє собою сплав з заліза і вуглецю високої пластичності, вироби з нього отримують в процесі лиття.

Схема відпалу білого чавуну на ковкий

Схема відпалу білого чавуну на ковкий.

Ковкий чавун володіє високими експлуатаційними характеристиками, що зумовлюють його застосування в багатьох галузях народного господарства.

Що таке чавун, графіт і цементит

Чавун як такої - це крихкий матеріал, сплав заліза з вуглецем. У структурі чавуну присутня металева основа і графітні включення, сплав має евтектичних властивості, т. Е. Матеріал піддається розплавлення, що обумовлює його використання в ролі сплаву для лиття. Він може містити постійні ілегуючі домішки для поліпшення фізичних і хімічних властивостей. Постійними домішками є фосфор, сірка, марганець, кремній, легирующими - ванадій, алюміній, нікель, хром. Вуглець в чавуні присутній в якості цементиту або графіту.

Цементитом прийнято вважати карбід заліза, фазову і структурну складову сплавів залізовуглецевих: стали і чавуну, перліту, троостита, ледебуріта і т. Д. Ця складова - найкрихкіший інгредієнт в сплаві. Вона не володіє пластичністю, витримує лише незначні пружні деформації.

Схема мікроструктур графітизованих чавунів

Схема мікроструктур графітизованих чавунів: а) серие- б) високопрочние- в) ковкіе- г) з вермікулярним графітом.

Чим більший відсоток цементиту міститься в сплаві, тим менше його твердість і більше пластичність.

Графіт - це одна з найбільш стійких модифікацій вуглецю, яка може бути присутнім в сплаві не в певній, а в різних перехідних формах.

Залежно від форм графіту розрізняють чавуни:

  • з пластинчастим графітом (звичайні білі чавуни);
  • з вермікулярним графітом, що мають звивисті прожилки (сірі вермікулярним сплави);
  • з кулястим або глобулярним інгредієнтом (високоміцні сплави);
  • з графітом у вигляді пластівців (ковкие чавуни).

Чавун виробляють за допомогою спеціального обладнання - доменних і електропечей, вагранок.

Графитизация, особливості ковкого чавуну, поняття про Феритний і Перлітний КЧ

У металургії отримують ковкий чавун методом графитизации білого доевтектичний чавуну, що містить графіт в кількості 2% -4,3%. При графитизации відбувається такий отжиг, при якому розпадається цементит (карбід заліза), весь вуглець або його частина перетворюється в графіт (вуглець відпалу). Вуглець в КЧ є важливим елементом, який обумовлює його механічні властивості, ніж вище марка чавуну, тим нижче вміст графіту. Завдяки технологічному процесу, який привносить перетворення до складу сплаву, КЧ набуває пластичність, він за своїми властивостями знаходиться між сірим чавуном і сталлю. На відміну від сталі, сплав має плинність, демпфуючу здатність (поглинання вібрацій), більш високу зносостійкість.

Фізичні властивості ковкого чавуну

Фізичні властивості ковкого чавуну.

КЧ виробляють в камерних і тунельних печах безперервної дії.

Незаперечними перевагами КЧ є:

  • однорідність;
  • відсутність напруги;
  • високі механічні і антикорозійні властивості;
  • чудова стійкість в середовищі вологого повітря, топкових газів, води;
  • пластичність;
  • міцність;
  • КЧ піддається зварці, розкарбування, запрессовке, холодної і гарячої правки, обробці різанням.

Висока міцність КЧ пояснюється незначним впливом пластівчасту структури на механічні характеристики металевого ядра. Вироби з такого сплаву характеризуються в'язкістю і пластичністю, хорошим опором ударним навантаженням, але куванні вироби не піддаються, їх відливають. Недоліками матеріалу є складна технологія, тривалість процесу виробництва продукції.

За способом виробництва КЧ класифікують на феритної клас Ф (черносердечний) і перлітний клас П (білосердечної). Феритний КЧ виробляють двохстадійною графітізірующего відпалом білого чавуну. Перлітний КЧ виходять в процесі відпалу в окислювальних середовищах. В результаті відбувається зміна структури чавуну і обезуглероживание. Це один з найбільш міцних типів чавуну. У сплаві головна високоміцна маса з металевою структурою доповнюється чудовою формою структури графіту і його розподілом.

Застосування ковкого чавуну в сільському господарстві, автомобіле- і суднобудуванні

Механічні властивості ковкого чавуну по ГОСТ 1215-79

Механічні властивості ковкого чавуну по ГОСТ 1215-79.

КЧ застосовують в машинобудуванні, основними споживачами стають області тракторобудування, сільгоспмашинобудування. Феритний чавун має високу в'язкість, прочностью- його використовують для виробництва вузлів, що не піддаються стирання, наприклад, фланців, важелів, вилок. З перлитного чавуну виготовляють різні деталі: поршні двигунів дизельних, коромисла, вузли зчеплення, колінчаті вали, розподільні вали з кулачками, які, взаємодіючи з штовхачами, виробляють роботу вузла по визначеному циклі, ланки ланцюгів, собачки, гребені, головки ножів, гальмівні барабани і т. д.

Ці вироби працюють під впливом статичних і динамічних навантажень, стирання. Перевагами чавуну перлітного є міцність, зносостійкість, висока втомна міцність, стійкість до високих температур, усунення вібрації.

Застосовується КЧ в автомобілебудуванні при виготовленні тонкостінних вітчизняних виливків, що працюють під впливом динамічних знакозмінних навантажень.

З сплаву виготовляють приводи, коробки передач, маточини коліс, шестерінки, картери редукторів, диференціала, рульових систем, кронштейни двигунів і ресор, колодки гальмівних систем, катки, накладки, пробки, балансири, баранці, вали карданні, колектори і т.д. КЧ широко застосовується в суднобудуванні при виробництві обладнання для судів. З нього виготовляють ілюмінатори, скоби щоглові, кочети, брештуки, моделі арматури парової і водяної.

У вагонобудуванні застосовують при виготовленні запчастин повітряних гальм, підшипників, кронштейнів, тягово-зчіпних, ударно-тягових пристроїв, скоб- ці деталі працюють під навантаженнями ударів, вигинів, зносу.

Застосування КЧ в різних сферах промисловості

Лита розбірна ланцюг з ковкого чавуну: а - конструкція- б - спосіб збирання-розбирання

Лита розбірна ланцюг з ковкого чавуну: а - конструкція- б - спосіб збирання-розбирання.

З КЧ в електропромисловості виробляють клеми, гаки ізоляторів, шапки, державки проводів. Вироби піддаються вигину і ударних навантажень. У верстатобудуванні, текстильному машинобудуванні з КЧ виробляють шестерні, вилки, спиці і всілякі деталі бумагопрядільних машин, т. Е. Ті деталі, які піддаються статичним і динамічним навантаженням, зносу, тертя. Застосовують марки антифрикционного сірого ковкого чавуну, який забезпечує мінімальне тертя в точках контакту деталей.

Зневуглецьована КЧ марок застосовується при випуску санітарно-технічного та будівельного обладнання, різних деталей. Сантехнічними виробами можуть бути: відводи для водопроводу і каналізації, перехідники фланцеві для з'єднання чавунних систем з пластиковими, засувки, труби, радіатори опалення. Дані вироби піддаються впливу водного середовища. У газових системах КЧ застосовують при випуску фітингів для з'єднання труб в місцях розгалужень.

Також різні марки КЧ можуть застосовуватися в оборонній промисловості, ландшафтному дизайні при формуванні елементів декору: химерні огорожі, лавки, ворота, каліткі- при виготовленні декоративних меблів, яка піддається впливу атмосферних опадів: столи і стільці для терас, альтанок заміських будинків-при виготовленні побутового та виробничого обладнання: ванн, газових плит, пральних машин, посуду (казанків, сковорідок).

Завдяки своїм високоміцним властивостями ковкий чавун застосовують як конструкційний матеріал в багатьох галузях промисловості.


» » » Характеристики ковкого чугуна и его применение в народном хозяйстве