Температура плавления чугуна

Твердость и температура плавления чугуна являются основными характеристиками, определяющими применение в литейном производстве. В зависимости от структуры металл подразделяется на несколько видов, имеющих различное предназначение.

Общие сведения

Чугун представляет собой железоуглеродистый сплав с небольшими примесями других элементов. Содержание углерода в нем составляет от 2,14 до 6,0%. Именно этот элемент придает металлу твердость, однако с увеличением его концентрации возрастает и показатель хрупкости. В составе сплава присутствуют:

• марганец – 0,2-1,75%;
• кремний – 0,2-3,75%.

Среди вредных примесей:

• сера – 0,02-0,08%;
• фосфор – 0,1-1,2%.

Для придания особых свойств в состав металла вводят легирующие элементы.

Температура плавления чугуна – около 1200 градусов, что делает его одним из главных литейных материалов. Он находит применение в производстве промышленного оборудования и деталей, испытывающих в процессе эксплуатации высокие механические нагрузки. Тепловые характеристики металла зависят от состава и структуры и изменяются с увеличением температуры. В диапазоне от 60 до 360 градусов:

• теплоемкость составляет 0,12-0,148 кал/град;
• температуропроводность – 10,0-15,9 1/град;
• теплопроводность – 0,13-0,11 кал/см*с*град.

Существует несколько видов сплава, которые различаются химической формой углерода, содержащегося в нем:

• при высоких концентрациях углерода образуется цементит – твердый и тугоплавкий материал, состоящий из карбида железа Fe3C;
• при содержании около 2,5% формируется структура пластинчатого графита, хорошо поддающаяся резке.

Белый чугун

Содержит избыточную часть углерода в виде цементита и отличается высокой твердостью (до 700-800 НВ) и хрупкостью. Цементит на изломе выделяется светлым цветом, что и определило название марки. Плавление белого чугуна происходит при 1150-1350 градусах. Из-за неустойчивой структуры при более высоких температурах цементит распадается, образуя аустенит и графит.

Металл практически не поддается обработке, поэтому не получил применения в качестве конструкционного материала. Однако для некоторых деталей требуется высокая поверхностная твердость, которую искусственно создают методом отбеливания, то есть быстрого охлаждения заготовки. Операции отбеливания подвергают:

• коленвалы двигателей;
• валки прокатных станов;
• шары мельниц.

Основная сфера применения белого чугуна – сталелитейное производство. Однако с помощью легирования можно кардинально изменить его свойства, что позволяет расширить спектр применения.

Половинчатый чугун – одна из разновидностей белого. В нем содержание углерода составляет 3,5-4,2%, часть которого находится в виде графита. Он характеризуется высокой механической прочностью и износостойкостью. Применяется в машиностроении для изготовления деталей, испытывающих постоянное трение.

Серый чугун

Один из самых распространенных и популярных сплавов с концентрацией углерода от 2,14 до 3,7%. Широко применяется в машиностроении для изготовления сложных деталей благодаря хорошим литейным свойствам, например:

• низкой температуре кристаллизации;
• высокой текучести в жидком состоянии;
• малой усадке.

В структуре сплава углерод находится в свободном состоянии в форме пластинчатых или хлопьевидных включений графита. На изломе они выделяются серым цветом. В зависимости от формы графитовых включений определяется марка металла.

Большой объем свободного углерода снижает его плотность до 6,8-7,3 г/см3. В градусах температура плавления серого чугуна составляет 1150-1260°С, что заметно ниже, чем у других видов. Однако хрупкость и небольшая прочность на изгиб, вызванные присутствием в структуре графита, ограничивают сферу применения металла изделиями, работающими на сжатие:

• станинами;
• цилиндрами;
• поршнями;
• втулками.

Ковкий чугун

Один из видов, в структуре которого свободный углерод имеет форму графитовых хлопьев. Его получают путем длительного отжига сплава половинчатого типа. В процессе термообработки изменяется структура – карбид железа распадается с образованием графита. С формированием новой структуры изменяются и механические свойства – металл теряет твердость, одновременно приобретая свойство пластичности.

Технология получения ковкого сплава называется графитизацией и проходит в 2 стадии. Весь процесс отжига включает 5 этапов:

• постепенный нагрев в течение суток до 850-1000С;
• первая стадия графитизации – заготовка выдерживается 15-20 часов в заданном режиме;
• сплав медленно охлаждается до 7200С во временном промежутке 6-12 ч;
• 2 стадия графитизации – 30-часовая выдержка при 7200С;
• заготовка полностью охлаждается.

Изменением температурного режима второй стадии графитизации можно придать металлу требуемые свойства. Продолжительность отжига удается сократить в 2-3 раза, если предварительно закалить заготовку в масле.

Ковкий тип обладает сопоставимыми характеристиками прочности со сталью при более низкой стоимости. Еще одним достоинством является антикоррозионная стойкость. Но нагрев до 900 градусов снижает его прочностные свойства. Из сплава получают изделия, способные работать:

• при знакопеременных нагрузках;
• давлении до 20 кг/cм²;
• вибрациях и высоком трении.

В таблице указаны температуры плавления чугуна в зависимости от структуры.

Каждый из видов обладает своими достоинствами и находит применение в определенной области.