Принимаем заявки на сварочное оборудование и материалы
Терминология в сварке
  • Поможем подобрать оборудование!
  • Посоветуем оптимальные материалы!
  • Проведем экспертную оценку моделей!

Услуги и
товары

11

компании на сайте

Добавить Вашу компанию

Главная Материалы Стали Свойства чугуна
Свойства чугуна

Свойства чугуна

Автор: Игорь

Дата: 12.03.2020


714

0

Люди научились получать чугун еще несколько веков назад, и по сей день он остается одним из наиболее востребованных материалов. Уникальные свойства чугуна позволяют использовать его в быту и в самых разных сферах деятельности. Так чем же примечателен этот металл, и почему он так популярен?

Свойства и состав чугуна

Общее описание

Чугунные сплавы, как и стальные, состоят из железа и углерода. Функция углерода, в данном случае, заключается в придании металлу твердости и прочности. Но в отличие от стали, содержащей не более 2% углерода, чугунные сплавы им более насыщены. Максимальное содержание углерода в чугуне может достигать 6%. Но на практике используются соединения, содержащие 3%-3,5% этого вещества.

Благодаря насыщению углеродом этот сплав обретает высокую прочность и твердость. Но эти же качества придают чугуну хрупкость. Чугунные изделия не выдерживают ударных нагрузок. При ударах они трескаются. Поэтому этот металл не поддается никаким видам обработки, кроме литья. Все изделия, включая детали для машин, посуду и предметы интерьера, отливаются.

Виды сплавов

Углерод в чугунах может содержаться в двух видах:

  • в виде цементита – химического соединения;
  • в виде графита – природного минерала, являющегося аналогом углерода.

Цементит придает сплаву белый цвет, а графит – серый. За счет такой особенности выделяют две разновидности чугунов – белый и серый. Серый чугун содержит крупные включения графита, которые значительно повышают его хрупкость.

Применение белой разновидности очень ограничено. Из-за чрезмерной твердости и хрупкости он плохо поддается резке. Поэтому чаще всего его используют для создания поверхностного слоя, требующего повышенной твердости. Также из белого чугунного соединения отливают шары, предназначенные для перемалывания промышленного сырья.

Графит добавляет материалу пластичности. Но серая разновидность содержит больше вредных примесей в виде серы и фосфора, от которых не удается избавиться в процессе производства.

С целью повышения пластичности чугуна и снижения его хрупкости в сплавы добавляют магний и церий. С помощью эти веществ удается изменить форму графита и, соответственно, устранить хрупкость металла. В результате производители получают высокопрочный чугун, качество которого не уступает стали.

Также современные методы производства позволяют получить ковкий чугун и легированный. Название первой модификации не указывает на возможность обработки металла методом ковки. Оно лишь указывает на высокую прочность, пластичность и вязкость сплава.

Читайте также:  Температура плавления чугуна

Легирующие соединения обладают улучшенными свойствами, так как в их состав вводятся легирующие компоненты, оказывающие положительное влияние на структуру, форму и размеры включений углерода.

Химический состав

Химической формулы чугуна не существует, так как это не отдельное вещество, а сплав двух и более веществ. В состав чугуна входят следующие компоненты:

  • железо (Fe) – основа сплава;
  • углерод (C);
  • кремний (Si);
  • марганец (Mn);
  • фосфор (P);
  • сера (S);
  • хром (Cr);
  • никель (Ni);
  • молибден (Mo).

Железо и углерод – это основные компоненты сплава.

Кремний – второй по важности элемент после углерода. Он увеличивает жидкотекучесть, делая материал более мягким. За счет добавления кремния удается улучшить его литейные качества. Марганец повышает прочность сплава.

Сера и фосфор – вредные примеси, от которых не удается избавиться в процессе производства. Увеличение содержания серы и фосфора ухудшает жидкотекучесть металла и приводит к образованию трещин в отливках.

Остальные компоненты добавляются с целью придания металлу большей прочности, износостойкости, жаропрочности. Они повышают устойчивость материала к сухой и влажной коррозии, а также к воздействию агрессивных сред.

Количество легирующих компонентов определяет степень легированности чугуна. В зависимости от этих показателей выделяют следующие виды чугунных сплавов:

  • низколегированные, в которых содержится не более 2,5% дополнительных компонентов;
  • среднелегированные (не более 10%);
  • высоколегированные (более 10%).

Хотя стоимость легированных чугунных соединений значительно ниже, чем у нержавеющих сталей, изделия из них получаются прочными и качественными.

Физико-механические свойства

Физические свойства чугуна

Плотность чугуна6,6-7,8 г/см3
Температура плавления1200°С
Удельная теплоемкость500 Дж/кг
Теплопроводность58 Вт (м*К)
Термический коэффициент линейного расширения10,4
Твердость7,5 баллов по шкале Мооса
Модуль упругостиОт 8000 для серых типов

От 17000 для высокопрочных

Предел прочности при растяжении370-630 Н/мм2
Ударная вязкость0,01-0,04 МДж/м

Улучшение физических свойств чугуна достигается за счет добавления ванадия и молибдена. Увеличить прочность позволяют марганец и кремний. Хотя количество каждой примеси в сплаве не превышает 1%, за счет их добавления удается увеличить вязкость сплава, уменьшив его хрупкость.

Плотность чугуна в кг/м3 колеблется в пределах 6600-7800. То есть он легче стали, но значительно прочнее. Этот фактор объясняется его твердостью, которая всего на 2,5 балла ниже, чем у алмаза.

Тепловые свойства

Свойства чугуна при нагревании изменяются. Тепловые характеристики зависят от состава сплава. Показатель теплоемкости зависит от наличия легирующих компонентов, а также интенсивности нагрева материала – чем она выше, тем больше теплоемкость. Удельная теплоемкость чугуна соответствует следующим значениям:

  • в твердом состоянии – 1 кал/см3;
  • в расплавленном виде – 1,5 кал/см3.

Теплопроводность определяет, насколько материал способен проводить тепло. Значение этого показателя зависит не только от того, какие компоненты входят в состав чугуна в процентах, но и от структуры самого сплава. Для твердого материала он гораздо выше, чем для расплавленного, и варьируется в пределах 0,08-0,13 кал/см3.

Гидродинамические свойства

В зависимости от того, сколько углерода в чугуне, его вязкость может снижаться или увеличиваться. Уменьшить показатели вязкости удается за счет увеличения процентного содержания марганца, уменьшения части серы и добавления компонентов неметаллического происхождения. Вязкость увеличивается, когда температура сплава переходит в точку затвердевания.

Химические свойства

К химическим свойствам относятся способность металла к окислению и его способность сопротивляться коррозии. Для определения каждого из этих показателей огромное значение имеет то, из чего состоит чугун.

Его окисление происходит под действием кислорода и углекислого газа. Уменьшить процесс окисления при заливке сплава позволяет обработка соединениями, содержащими литий.

Химические свойства чугуна

Степень окисления имеет огромное значение в процессе сцепление металла с грунтом. В этот момент на поверхности металла образуется окисная пленка. А при значительной степени окисления образуется легкоотделяемый слой окалины, который значительно ухудшает сцепление.

Процесс окисления чугунных соединений с шаровидным графитом происходит по-другому. Образующаяся на его поверхности пленка полностью изолирует в металлической основе включения водорода друг от друга и прекращает доступ окислителя вовнутрь сплава.

Чугун подвержен избирательной коррозии (графитации), при которой частично удаляются основные металлические фазы, а на их месте остаются графит, феррит и губчатая масса. При этом получившийся графитный слой впоследствии препятствует дальнейшей коррозии.

Степень сопротивления коррозии зависит от химического состава чугуна. Легирующие компоненты оказывают положительное влияние на структуру сплава и способны повышать сопротивляемость к коррозии. Процентное содержание углерода в чугуне не оказывает влияния на его коррозийную стойкость.

В таблице приведены примерные сведения о скорости коррозии чугуна в разных агрессивных средах.

Воздействующая средаПотеря веса, г/м2 в день
Нержавеющий чугунСерый чугун
Соляные и щелочные растворыдо 3,8523,33-97,23
Кислотыдо 5311,11-675
Водадо 18,040,17-13,05

Автор: Игорь

Дата: 12.03.2020

Рейтинг статьи:


Загрузка...

Понравилась статья?

НЕТ
ДА

Поделиться в соцсетях

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Какие электроды вы используете?

Какую сварку плавлением вы используете?