Где применяется ковкий чугун

Ковкий чугун

Сплав железа и углерода называют чугуном. Мы же посвятим статью ковкому чугуну. Последний, содержится в структуре сплава или в форме графита, или цементита. Кроме, названых компонентов в чугун входят примеси на основе следующих химических веществ — кремния, марганца и пр. .

В состав чугунных сплавов могут добавлять легирующие компоненты, которые оказывают существенное влияние на их технические параметры.

Чугун используют при производстве изделий методом литья, например, корпусов станочного оборудования, которые работают при небольших статических и динамических, в том числе и разнонаправленных нагрузках.

В отличие от стали, чугун обладает хорошими литейными параметрами и низкой ценой. Ко всему прочему это сырье хорошо обрабатывается на металлорежущем оборудовании, чем большинство стальных сплавов. Но, с другой стороны, чугунные сплавы, вне зависимости от типа свариваются с определенными сложностями. Ко всему прочему, чугуны обладают невысокими параметрами прочности, твердости, хрупкости.

Виды чугунов

Марка чугунного сплава определяется количеством углерода и других веществ в его составе.

Такой подход позволяет выделить следующие виды этого материала:

• белые;
• серые (ГОСТ 1412);
• ковкие (ГОСТ 1215);
• высокопрочные (ГОСт 7293 ).

Белый чугун

В составе этого сплава углерод собран в форме цементита. Эта марка материала обладает стойкостью к износу, хорошими параметрами твердости. Вместе с этим, он довольно плохо подвергается обработке на металлорежущем оборудовании.

Структура белого чугуна

Белый чугун делится на следующие группы:

• доэвтектический с концентрацией углерода от 2,14% до 4,3%;
• эвтектический — 4,3%;
• заэвтектический от 4,3% до 6,67%.

В других марках чугуна углерод имеет форму графита.

Серый чугун

Углерод в составе этой марки чугуна имеет форму пластин. В составе серого чугуна участвуют и такие компоненты, как:

• кремний до 0,8%;
• марганец до 0,3% и пр.

Микроструктура серого чугуна

Для производства отливок из этого материала применяют формы, выполненные из литьевой земли или стали. Такие формы называют кокилем. Ключевая сфера использования серого чугуна – машиностроение. Из него выполняют конструкции, работающие тогда, когда отсутствуют ударные воздействия, к примеру, колесные клиноременных передач, подшипниковые чашки и др. Чугунный сплав этого типа маркируют следующим образом СЧ 32 – 52. Первая цифра показывает предел прочности на растяжение, вторая предел на изгибе.

Ковкий чугун

В составе этого материала углерод обладает хлопьевидной формой. В химсостав этого материала входит до 1,4% кремния, 1% марганца и пр. Ковкий чугун производят из белого.

Для этого выполняют его термическую обработку, то есть прогревают и выдерживают в этом состоянии в течение заданного технологией времени. Эту операция называется томлением. Ковкий чугун маркируют так КЧ 45 – 6. Первое число обозначает прочность на растяжение, вторая удлинение в процентах.

Высокопрочный чугун

В составе этого чугуна, углерод обладает шаровидной формой. Для производства чугуна этого вила используют модифицирование, то есть в расплав вводят магний. Он обеспечивает формирование углерода в виде включений шаровидной формы. Это решение позволило приблизить чугун этого сорта, по ряду свойств к углеродистым сталям. Литейные же параметры у него больше чем у других марок чугунных сплавов, за исключением серого.

Чугуны этого класса используют в производстве таких деталей, как – поршни, коленвалы, компоненты систем торможения.

Высокопрочный чугун маркируют так — ВЧ – 45-5. Первое число обозначает прочность на растяжение, вторая удлинение в процентах.

Особенности производства ковкого чугуна

Изготовление чугуна КЧ обладает рядом тонкостей, которые обусловлены литьевыми характеристиками и другими свойствами.

Производство ковкого чугуна

Чугун марки БЧ, являющийся основной производства ковкого, обладает не очень хорошими литьевыми параметрами. В, частности, он обладает пониженной жидкотекучестью, большим размером усадки во время остывания, и он склонен к формированию различных литейных дефектов. Эти является причиной того, что при производстве необходимо перегревать металл и принимать меры по борьбе с дефектами литья. Изготовление ковкого чугуна может выполняться с обязательным учетом усадки и изменения размеров заготовок во время томления. Максимальную усадку, имеют тонкие заготовки, минимальную, толстые. Операция томления выполняется при 1350 – 1450 градусов Цельсия.

Отжиг (томление) это базовый этап при производстве чугуна КЧ. Его производят в отдельных цехах, называемых томительными. Заготовки размещают в горшках, выполненных из стали или чугунных сплавов разных марок, для томления. В горшок может быть уложено до 300 отливок исходя из того, что до 1 500 кг должно приходиться на один кубометр.

Ковкий чугун получает наибольшую прочность в горшках, произведенных из белого чугуна с добавками хрома и минимальным количеством фосфора. Расход горшков измеряют по весу, он может составлять от 4 до 15 % веса заготовок. Именно поэтому увеличение их стойкости играет большую роль в формировании стоимости готового ковкого чугуна.

Во избежание коробления готовых отливок укладка заготовок в горшки должна выполняться с особой тщательностью. Их укладывают максимально плотно, для повышения эффекта заготовки пересыпают песком или рудой. Эти материалы предохраняют заготовки от деформации и лишнего окисления.

Для производства ковкого чугуна применяют электрические печи. Это вызвано тем, что в процессе томления должна быть возможность регулировки температуры, резкий подъем на время нагрева и быстрое понижения на стадии его графитизации. Кроме того, не будет лишним, и возможность регулировки воздушной смеси в печи.

Большая часть печей, которая используется для получения ковкого чугуна – муфельные. То есть продукты сгорания топлива не вступают в контакт с горшками, в которых уложены заготовки.

Отливки, полученные из ковкого чугуна несколько раз проходят через операцию очистки, а после отжига удалению питателей и правке. Первая чистка проводится для удаления остатков формовочных смесей. Для чистки применяют пескоструйное оборудование или специальные галтовочные барабаны. Удаление остатков питателей происходят на наждаках.

Дефекты ковкого чугуна

Самыми часто встречающимися дефектами ковкого чугуна можно назвать следующие:

• усадочные раковины;
• недолив;
• трещины и пр.

Часть дефектов не может быть исправлена дальнейшей термической обработкой. Следует отметить, то, что изготовление ковкого чугуна требует строго соблюдения всех требований ГОСТ, технологических правил и регламентов. Только в этом случае можно говорить о получении качественного ковкого чугуна, которым допустимо заменять другие, дорогие материала – стали, цветные металлы.

Разновидности ковкого чугуна

Марка чугунного сплава КЧ напрямую связана с условиями, в которых проводят отжиг. После этой операции получают три класса чугуна КЧ:

Первый содержит в своем химсоставе феррит и углерод хлопьевидного строения. Второй включает перлит и графит хлопьевидного строения. Третий имеет в своем составе феррит, перлит и углерод хлопьевидного строения.

Рановидности ковкого чугуна

Ковкий перлитный чугун возникает в итоге быстрого охлаждения заготовки, когда она находится в зоне распада. В этом случае в строении чугуна кроме феррита будет находиться перлит. Он будет сохраняться и при дальнейшем остывании заготовки до температуры ниже чем 727 градусов.

То есть, можно сказать, что строение чугуна жестко связано с температурными режимами отжига и наличием легирующих компонентов.

Основные характеристики металла

Ключевые параметры чугуна КЧ определены количеством углерода, который имеет форму графита и наличием кремния. Перлитный ковкий чугунный сплав содержит в себе еще два составных элемента – хром и марганец.

Характеристики ковкого чугуна

Различие в строении ковкого чугуна отражается и на конечных свойствах изделий, получаемых из него. К, примеру, заготовки, выполненные из ферритного чугуна, имеют меньшую твердость, чем те, которые производят из перлитного материала, но вместе с тем первые имеют повышенную пластичность. Графит в виде хлопьев обеспечивает высокие параметры прочности готовым деталям при относительно хорошей пластичности. Изделия из чугуна КЧ могут деформироваться в условиях комнатной температуры и влажности. Именно это свойство и определило название этого материала – ковкий. На самом деле, это условное название и не означает того, что готовые детали получают из него при помощи ковочного оборудования. Для производства изделий применяют литье. Главное свойство этого материала заключено в том, в том, что в нем отсутствуют напряжения.

Микроструктура ковкого чугуна

Механические свойства ковкого чугуна расположены между серым чугуном и сталью. То есть, чугун этого типа обладает высокой текучестью, стойкостью к износу, коррозии, агрессивным веществам. Кроме того, этот материал отличается высокими прочностными свойствами. Так, деталь с толщиной стенки 7 – 8 мм выдерживает давление рабочей среды до 40 атм. Это позволяет использовать его для изготовления трубопроводной арматуры для газа и воды.

Нельзя забывать и том, что при малых температурах, чугун становиться очень хрупким и очень боится ударных воздействий.

Свойства ковких чугунов

Базовое свойство чугунного сплава КЧ состоит в том, в нее входят включения углерода в разной форме, которая определяет его прочность и пластичность. Чугун КЧ с малым количеством углерода (обезуглероженный), по сути, это единственный материал из конструкционных чугунных сплавов, который хорошо сваривается и его применяют для получения сваренных металлоконструкций. Для производства сварки применяют или защиту газа, или стыковую технологию. Чугун это марки поддается запрессовке, чеканке и достаточно просто заполняет пустоты и зазоры. Детали, полученные из ковкого ферритного чугунного сплава, подвергаются холодной обработке, а из перлитного правке в разогретом виде.

Чугун, используемый в производстве, изготавливают из белого чугунного сплава путем его отжига. Строение, получаемое после выполнения этой операции, может иметь ферритную или перлитную форму.

Одним из преимуществ ковкого чугунного сплава является то, что он обладает однородными свойствами по сечению, кроме того, он хорошо обрабатывается на станках токарно-фрезерной группы.

Основные физико-технические параметры ковкого чугунного сплава нормированы в ГОСТ 1215-79. Маркировка этого материала основана допустимых значений на растяжение и удлинение. Твердость материала определена от структуры, а прочностные параметры и пластичность определяет и наличие графита.

Надо понимать, что на свойства материала оказывает не только форма, но и количество графита, содержащегося в сплаве. Максимальных прочностных характеристик ковкий чугун достигает при наличии мелкодисперсного перлита и небольшом количестве графита. Предельная пластичность и вязкость чугуна этого класса достигается при наличии феррита и таком же количестве графита.

Сфера применения

Ковкий чугун нашел свое применение в машиностроении для производства станочного оборудования, отдельных деталей автомобилей, конструкций и механизмов, эксплуатируемых на железнодорожном транспорте и пр.

Чаще всего применяют ферритные отливки, которые стоят несколько дешевле, чем все остальные. Перлитные отливки используют для изготовления деталей, которые применяют для изделий и узлов, работающих под повышенными нагрузками.

Ковкий чугун используют для получения отливок с тонкой стенкой, ее размер может составлять от 3 до 40 мм.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Ковкий чугун: маркировка по ГОСТ, свойства и применение

Чугун – это сплав железа с углеродом, получаемый при переработке железной руды в доменных печах. Главная особенность – высокое содержание углерода – более 2.14%. Углерод в составе ковкого чугуна имеет хлопьевидную форму.

Особенности производства

Сплав железа и углерода, принимающего в структуре металла вид графитовых хлопьев, называется ковким чугуном. Его получают путём длительной термообработки заготовок из белого чугуна. Под действием отжига меняется структура металла, цементит в нём превращается в графит. Этот процесс называется графитизация. После термической обработки сплав меняет механические характеристики – уменьшаются прочность, твёрдость, материал становится пластичным.

Технология отжига включает 5 стадий:

1. Медленный нагрев заготовки в течение 20–25 часов до температуры 950–1000 ºС.
2. Первый этап графитизации. Выдержка при температуре 950–1000 ºС на протяжении 15–20 часов.
3. Медленное охлаждение до температуры 740–720 ºС, время операции 6–12 часов.
4. Второй этап графитизации – продолжительная выдержка заготовки при температуре 720 ºС или постепенное снижение температуры с 760 до 720 ºС. Длительность этой операции составляет около 30 часов.
5. Полное охлаждение детали.

Есть четыре способа отжига для придания чугунной отливке требуемых свойств. Различаются они стадией №4 (диапазон температур от 760–720 ºС). Остальные этапы отжига совпадают.

1. Быстрое охлаждение до температуры ниже критической – 720 ºС и выдержка при этой температуре 30 часов.
2. Медленное охлаждение на протяжении 30 часов, в критическом интервале температур от 760–720 ºС.
3. Ступенчатое охлаждение в интервале температур от 760 до 720 ºС.
4. Технология поочерёдного нагрева выше 760 ºС и охлаждения ниже 720 ºС.

Советскими учёными разработан метод, благодаря которому удалось сократить продолжительность отжига до 10–15 часов. Суть его заключается в закалке деталей в масле перед термообработкой.

Разновидности ковкого чугуна

Технология отжига и состав микроструктуры металла определяют какой получится ковкий чугун – перлитного или ферритного класса. Различают промежуточный ферритно-перлитный класс.

Ферритный класс чугуна

По описанной выше технологии получают ковкие ферритные чугуны. Микроструктура такого сплава – это феррит (железо) с округлёнными, изолированными включениями графита. На изломе деталь из ферритного сплава чёрная и бархатистая.

Ферритно-перлитный чугун

Металл с перлито-ферритным строением, в котором графитизировалось меньшее количество углерода и сохранилась перлитная составляющая.

Получение перлитно-ферритного ковкого чугуна выполняется путём повышения содержания в металле легирующих элементов, которые препятствуют графитизации. К ним относятся Мn, Сr, Мо, но чаще всего марганец. И снижение содержания углерода и кремния – элементов, способствующих графитизации перлита.

Чтобы получить перлитно-ферритный ковкий чугун, следует уменьшить время выдержки в стадии отжига №3 и ускорить охлаждение.

Перлитный класс чугуна

Для получения перлитного строения, отливки засыпают порошком из смеси железной руды и металлической окалины. Под воздействием высокой температуры и окисленной железной руды поверхность металла постепенно обезуглероживается. Заготовки из этого сплава выглядят на изломе серебристыми или белыми.

Такой металл имеет неравномерное строение и макроструктуру. В центре слитка в нём больше перлитной составляющей. Ближе к краям количество углерода отжига сокращается и увеличивается количество феррита.

Для получения сплава с высокими механическими характеристиками нужно использовать белый чугун с пониженным содержанием углерода – не более 3%.

Свойства ковкого чугуна

Режим термообработки и содержание легирующих элементов, углерода и кремния определяют механические характеристики отожжённого металла.

Чугуны перлитного класса характеризуются высокими показателями сопротивления на разрыв, твёрдости, износостойкости, антифрикционными свойствами, антикоррозионной стойкостью. Но эти материалы имеют низкие значения относительного удлинения, и как следствие низкую пластичность.

Ковкие чугуны ферритного класса имеют меньшее значения сопротивления на разрыв, пониженную твёрдость и большее относительное удлинение. У них меньше прочность, но выше пластичность.

Рассматриваемый сплав выгодно отличается от сталей и серого чугуна следующими показателями:

• отношение предела текучести к пределу прочности выше, чем у стали, достигает 0,6-0,8 у перлитного сплава;
• рассматриваемый сплав перлитного класса превосходит серый чугун и даже высокопрочные конструкционные стали по твёрдости и прочности (630 Н/мм2);
• ферритный ковкий сплав по значению относительного удлинения превосходит этот показатель у серого чугуна в 10 раз, что говорит о его высокой пластичности.

Кроме того, отожжённый металл обладает высокой величиной внутреннего трения, что позволяет быстро гасить вибрации, хорошими антифрикционными свойствами и малой чувствительностью к надрезам.

При легировании элементами: Mn, Ti, Cr, Cu металл приобретает высокую износостойкость. При добавлении в чугунный расплав хрома и никеля к повышенной износостойкости добавляется жаростойкость.

Маркировка ковкого чугуна

Правила маркировки прописаны в Маркировка прописана в ГОСТ 1215-79. Всего 11 марок. Группа обозначается буквами КЧ, к которым добавляют два значения. Первое равняется пределу временное сопротивление разрыву. Второе число обозначает относительное удлинение, выраженное в процентах.

Маркировка КЧ 45-7 обозначает: ковкий чугун с механическими характеристиками: предел прочности 441 кгс/мм², с относительным удлинением – 7 %.

Марка ковкого чугуна ферритного и перлитного класса

Временное сопротивление разрыву, МПа (кгс/мм²), не менее

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.

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: 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.

Все о дереве и деревообработке — 1poderevu.ru.

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.

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.

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.

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.

Особенности и свойства ковкого чугуна

Сплавом железа с углеродом (от 2,14% до 5%) является чугун, используемый в промышленности, для изготовления санитарно-технических изделий, применяемый в хозяйстве и быту.

Основные характеристики металла

В зависимости от цвета структуры материала в разрезе, он может быть серым или белым. Углерод в сером чугуне включён:

• в виде графита (в свободном состоянии);
• в виде цементита (в химически связанном состоянии).

Второй вариант сопровождается высокими показателями хрупкости и твёрдости. В составе белого сплава углерод содержится только в связанном виде, поэтому он также обладает повышенной твёрдостью. Из заготовок белого сплава, путём длительных термических воздействий получают ковкий чугун (КЧ).

Есть два основных метода его получения:

Американский подход подразумевает то, что отжиг будет выполняться в песке с температурой в пределах от 800 до 850 градусов. При этом углероды перейдут из химически связанного состояния в форму графитовых зёрен, размещённых среди чистого железа. В результате этого, сплав будет обладать вязкостью, что и позволяет называть его ковким на ферритной основе.

Для того чтобы получить ковкий европейский чугун, томление должно происходить в железной руде при температуре от 850 до 950 градусов, что приведёт к распаду цементита в верхнем слое заготовки и частичному выгоранию углерода. Вследствие этого, слой с глубиной до 2 мм станет более пластичным. К тому же середина останется твёрдой. Полученный, таким образом, чугун ещё называется перлитным.

Особенности и свойства металла

Литейные свойства материала и особенности технологии формы. Ковкий чугун, полученный из отливок белого малоуглеродистого сплава, обладает относительно низкими литейными характеристиками:

• слабой текучестью;
• большой усадкой в жидком виде, при затвердевании и в твёрдом состоянии;
• большой приверженностью к формированию горячих и холодных дефектов.

Все это создаёт существенные трудности во время изготовления чугунных деталей, требует высокого нагрева металла и усиленных мер борьбы с литейными пороками. Получение КЧ должно осуществляться с учётом усадки в литейной форме и изменений размеров во время термического воздействия (томления). Самой большой усадкой обладают тонкостенные заготовки из ферритного ковкого сплава, самой малой – толстостенные детали из перлитного сплава.

Производство этих материалов происходит обычно при температурах от 1350 до 1450 градусов. Для обеспечения таких условий требуются особые меры для повышения температуры сплава, определяющие грамотный подбор агрегата.

Механические свойства металла

Механические свойства КЧ зависят от суммарной доли включённого в его химический состав углерода и отжига. Для получения высококачественного сплава нужно выбирать чугунные отливки с низким содержанием углерода от 2,4 до 2,7%. Показатель твёрдости имеет прямую зависимость от состава, значение прочности и пластичности – от количества графита. В отличие от материала с шарообразным графитом, большую роль играет не только форма, но и число графитовых зёрен.

Согласно этому максимальной прочности можно достичь при получении дисперсного перлита с малым числом компактного графита, а наивысшей пластичности – при получении феррита с таким же объёмом графита. Показатель обрабатываемости ковкого сплава приближен к высокопрочному чугуну.

Ковкий чугун нормально эксплуатируется в низких температурных режимах, но по сравнению с серым сплавом обладает высоким показателем хрупкости. Температурное воздействие на химические свойства ковкого сплава проявляется в основном при отметке свыше 400 градусов в снижении пределов упругости и текучести, а также в увеличении показателя относительного удлинения после разрыва.

Порог хрупкости феррита существенно ниже, чем в случае с перлитом. При отсутствии дефектов литья, отливки из ковкого сплава являются герметичными в условиях сдавливания свыше 20 МПа. Перлитный ковкий чугун обладает высокой износостойкостью во время эксплуатации со смазочным материалом при давлениях до 20 МПа и быстро изнашивается от трения без смазки.

Что дает добавление алюминия в металлический сплав

Алюминий – это популярный модификатор КЧ. Добавка его в объёме от 0,015—0,025% от общей массы жидкого металла способствует исключению первичного графита при нормальных пропорциях углерода и кремния с толщиной детали, менее 4 см. Повышение показателей механических характеристик при оптимальных присадках алюминия связано с увеличением уровня дисперсности и более равномерным размещением зёрен графита среди железа.

Переизбыток алюминия в КЧ приводит к резкому падению механических свойств. Применение бора как одной из главных составляющих модифицирующие смеси в пропорции равной 0,002-0,003%, улучшает механические характеристики ферритного сплава и сокращает время отжига. В состав модифицирующей смеси могут включаться также:

Процесс модифицирования снижает влияние смены температур при заливке сплава в форму и изменений его химического состава на механические свойства, что подтверждает универсальность ковкого чугуна. Следует учесть, что эффект влияния модифицирующих смесей на механические характеристики сплава и сокращение длительности процедуры отжига зависят от срока пребывания жидкого металла в ковше перед разливом. Если его передержать, то эффективность от добавления модификаторов резко упадёт.

Для добавления особых свойств допускается легирование чугуна хромом или никелем. В результате этого сплав получается кислотоупорным, высокопрочным к ударным воздействиям.

Общепринятая маркировка металла

Согласно с рекомендациями ГОСТ 1215–79, маркировка ковкого чугуна включает в себя первые буквы его наименования – КЧ. Прописанное число, состоящее из двух цифр, отображает показатель временного сопротивления или предел стойкости к деформации и разрушению, измеряемый в 10 МПа – КЧ 70. Цифра, прописанная через дефис, отражает величину пластической деформации во время растяжения с единицей измерения «%» (относительное удлинения) – КЧ70-2.

Вдобавок к этому, марки ковких сплавов классифицируются в зависимости от их структур. К ферритному и ферритно-перлитному классу относятся КЧ с относительно низкими пределами стойкости к разрушениям и более высокими процентами относительного удлинения. Сплавы с перлитовой структурой представлены с высокими значениями временного сопротивления и со сравнительно низкими показателями относительного удлинения.

По данным ГОСТ 26358, можно определить такие свойства марок ковкого чугуна, как:

• временное сопротивление разрыву;
• твёрдость по Бринеллю (НВ);
• относительное удлинение.

Сфера использования

Благодаря высоким литейно-механическим характеристикам заготовок, типовой и относительно несложной технологии производства, ковкий чугун используется в качестве материала для конструкций в самых различных сферах производственной деятельности.

Применение заготовок из этого чугуна обосновано, с экономической точки зрения. Они значительно дешевле, чем отливки из стали.

Ковкие чугуны широко используются в тракторостроении и автомобилестроении и других сферах промышленности:

• Для машиностроительных предприятий, как правило, производятся отливки на ферритной основе и совсем немного на перлитной. Но литейно-механические свойства последнего значительно выше.
• Перлитный ковкий сплав нашел свое применение в сельской промышленности как современный конструкционный сплав и заменитель углеродистой стали. Области использования такого сплава определяют его высокие эксплуатационные, конструкционные и технологические свойства и зачастую лучшее сочетание этих особенностей.

Ключевой особенностью сплава является его применение в производстве как деталей с небольшим весом (например, поршневые кольца), так и крупных элементов с весом до 150 т независимо от толщины стенки детали. Элементы применяются не только в литом виде, но и после необходимых термической и механической обработок.

Яркими образцами использования такого вида материала, заменившего стальные изделия, считаются коленчатые валы для двигателей больших дизельных автомобилей и тракторов. Достоинством применения чугунных изделий является не только низкая цена по сравнению с фасонными стальными деталями, но и еще превосходство их по эксплуатационным свойствам (гашение вибрации, работа при высоких температурах).

Свойства и применение ковкого чугуна

Чугуны являются первоначальными продуктами черной металлургии. Они представляют железоуглеродистые сплавы, в которых содержание углерода более 2.14%. В состав входят также примеси из других элементов, влияющих на свойства сплавов. Изделия имеют несколько разновидностей, среди которых интересен ковкий чугун. Рассмотрим, как его получают, а также характеристики, маркировку и назначение.

Виды чугунов

Углерод присутствует в таком сплаве в виде:

Отливки, содержащие углерод в виде цементита, имеют характерный светлый отблеск и называются белыми.

Темный графит в сочетании с металлическим сплавом придает отливкам серую окраску. Конфигурация графитовых включений влияет на свойства поковок. Исходя из этих свойств, чугун подразделяют на:

На фото изображены разные виды включений из графита. Они могут быть пластинчатыми, шаровидными или иметь форму хлопьев.

Ковкий чугун характеризуется графитными включениями в виде хлопьев.

Особенности производства ковкого чугуна

Углерод в этом виде чугуна присутствует в пределах от 2,4 до 2,8%. Также в него входят Si, Mn, S, P, количество которых зависит от необходимых свойств материала.

Ковкий чугун производится из отливок белой разновидности изделий. В них углерод полностью связан железом и представлен карбидом железа (цементитом Fe₃C). При отжиге заготовок при температуре 950-970 о С, добиваются освобождения графита из карбида железа и аустенита (А). В результате он кристаллизуется, образуя вид хлопьев. Окончательное формирование графитовых хлопьев в чугуне происходит в температурном интервале 760–720 о C, что продемонстрировано на диаграмме Fe–Fe₃C.

На ней: А – это аустенит, представляющий твердые внедрения атомов углерода в структуру ячейки железа; Г– это графит; Ц – это цементит; П – перлит, представляющий соединение феррита и цементита в эвтектоидной области при распаде аустенита.

Процесс термического отжига проводится в два этапа:

1. Сначала заготовки нагревают до 950–1000 о С и выдерживают в нагретом виде до окончания распада ледебурита (цементит + аустенит) на графит и аустенит.
2. Затем постепенно охлаждают заготовки до области температур 760–720 о С, где аустенит дает дополнительный цементит (вторичный), входящий в состав перлита. При дальнейшем охлаждении происходит распад перлита на феррит и графит.

Разновидности ковкого чугуна

Структурный состав чугунных отливок зависит от условий технологии отжига. Он бывает:

Ферритный вид изделий содержит феррит и хлопьевидный графит. Перлитный вид состоит из перлита и хлопьевидного графита. Ферритно-перлитный в своем составе имеет феррит, перлит и хлопья из графита.

Структура каждого вида изображена на схемах:

Чугун на основе перлита можно получить, если охлаждать отливку в зоне распада быстрее. Тогда, вместе с ферритом, в структуре будет находиться перлит. Он сохранится при дальнейшем, достаточно медленном, проведении охлаждения сплава ниже 727 о С.

Важно! Структура ковкого чугуна зависит от температурного режима обработки и входящих в состав легирующих элементов.

На практике, в основном, используют первые два вида литых заготовок (фото и схема приведены ниже).

Свойства ковких чугунов

Технические характеристики и свойства ковкого чугуна определяются содержанием углерода в виде графита, а также кремния. Для перлитного вида — еще хрома и марганца.

Структурное различие также отражается на свойствах изделий. Например, ферритный вид отливок имеет твердость меньше, чем перлитный, но зато он отличается большей пластичностью.

Хлопьевидные графитные включения придают изделиям высокую прочность при достаточно хорошей пластичности. Они способны поддаваться пластической деформации при температуре внутри помещений. Отсюда пошло их название «ковкие». Оно условно и не означает, что изделия из такого чугуна можно получать путем ковки. Для их изготовления применяют способ отливки деталей.

Одним из существенных преимуществ ковких заготовок является постоянство их свойств по всему поперечному сечению, а также отсутствие внутренних напряжений.

Физические и механические характеристики таких отливок находятся между подобными свойствами серых чугунов и стали. Они обладают:

• хорошей текучестью в жидком виде;
• свойством поглощения вибраций при периодически повторяющихся нагрузках;
• хорошей износостойкостью;
• стойкостью к коррозии, поэтому на них не действует влага, химические реактивы, в том числе топочный газ.
• высокой плотностью, например, заготовка, имеющая толщину 7-8 мм, способна выдержать давление при гидравлических испытаниях в пределах 40 атмосфер.

Это дает возможность использовать отливки для производства различных изделий в газовой и водопроводной сфере.

При низких температурах под действием динамических нагрузок материал может стать хрупким.

Маркировка чугуна

Изделия из ковкого чугуна имеют маркировку КЧ и последующие цифры. Первая пара цифр — это средний показатель временного сопротивление разрыву (предела прочности), уменьшенный на порядок, а вторая — процентный показатель относительного удлинения. Например, изделие марки КЧ 30-6 имеет временное сопротивление на разрыв σ_в =294 Н/мм 2 , а относительное удлинение — δ=6%.

Согласно ГОСТ 1215–79 определено 11 видов ковкого чугуна.

В таблице отражены механические характеристики разных марок изделия.

Области применения

Ковкий чугун предназначен для использования:

• в машиностроительной отрасли для изготовления конструкций станков;
• для изготовления корпусов и комплектующих автомобилей;
• при производстве железнодорожных вагонов;
• в изготовлении оборудования для сельского хозяйства.

Несмотря на то, что перлитный чугун по своим характеристикам лучше, применяются в основном ферритные отливки, т. к. их производство обходится дешевле.

Перлитный вид отливок применяют в производстве деталей, испытывающих повышенные нагрузки. Например, из них производят автомобильные рессоры, комплектующие дизельных и других двигателей и т.д.

При наличии большого количества технологических преимуществ, ковкий чугун в основном применяют для изготовления литья с относительно тонкой стенкой в интервале от 3 мм до 40 мм.

Заключение

Эта статья дает общие понятия о производстве, свойствах, маркировке и применении ковкого чугуна. Расширить свои знания можно, посмотрев также видеоролик:

Если у вас есть по этой теме дополнительная информация, то вы также можете поделиться ей в комментариях к данной статье.

Виды и особенности изготовления ковких чугунов

Ковкий чугун получается при длительном термическом отжиге заготовок белого чугуна. В результате термообработки цементит распадается на железо и углерод в виде графита компактной хлопьевидной формы.

Материал с такими графитовыми включениями характеризуется высокими прочностными параметрами, пластичностью и стойкостью к ударным нагрузкам.

Виды чугунов

Чугун – это сплав железа с углеродом, где содержание последнего более 2,14%. В состав такого сплава могут входить и другие элементы. Их содержание определяет многие параметры и свойства материала.

В железоуглеродистом сплаве содержится цементит, графит и графит с цементитом. Цементитом называют соединение углерода с железом состава Fe3C. Графит – это одна из аллотропных модификаций углерода со слоистой структурой.

В зависимости от содержания указанных соединений меняется цвет изделия. Когда преобладает цементит, материал приобретает светлый отблеск. Отсюда и получилось название «белый».

Графит обладает темной окраской, которую он придает и отливкам. Именно структура графитовых включений определяет пластические свойства материала.

Исходя из этого сплав разделяют на:

К первому типу материалов относится сплав железа с углеродом в графитовой модификации хлопьевидной, пластинчатой или глобулярной формы. Он обладает высокими литейными свойствами. Благодаря им часто используется для получения деталей сложной формы.

В то же время хрупкость сплава ограничивает его применение в изделиях, подвергающихся растяжению или изгибу. Сплав с графитом глобулярной формы характеризуется высокими прочностными свойствами. Его относят к одному из подвидов серого чугуна.

Формирование графита указанной формы достигается благодаря добавкам магния и церия. Другие же формы получаются вследствие разных скоростей охлаждения.

Ковкий чугун содержит углерод в интервале концентраций от 2,4–2,8%. Кроме того, в сплаве могут содержаться: кремний, марганец, сера и фосфор. Указанные элементы влияют на конечные свойства изделий.

Особенности производства ковкого чугуна

Чтобы получить ковкий чугун, необходимо следовать технологии, основанной на термическом отжиге заготовок при определенной температуре. В результате данного процесса происходит распад цементита и аустенита. Таким образом, получают углерод, кристаллизующийся в графите хлопьевидной формы.

Аустенитом называют железо с гранецентрированным типом решетки. Данная модификация является высокотемпературной. В железоуглеродистых сталях он может формироваться при температурах более 727 градусов, а в чистом железе при 910 градусах.

Окончательный процесс формирования графита происходит при более низких температурах – в диапазоне 720-760 градусов. Именно углерод в такой модификации определяет такие характеристики, как пластичность и прочность ковкого чугуна.

Метод предусматривает термообработку ковких чугунов в два этапа. Вначале материал подвергают воздействию температуры до 1000 градусов. Выдержка отливок в указанных условиях приводит к распаду ледебурита на графит и аустенит.

После отжига при высокой температуре изделие охлаждают до 720-760 градусов. В результате формируется перлит, распадающийся в дальнейшем на феррит и графит.

Плавку материала для изготовления чугуна осуществляют в вагранках, пламенных и электропечах. Иногда этот процесс осуществляют в комбинированных печах. Исходные отливки могут содержать различное количество углерода.

При изготовлении ферритного сплава необходимо использовать заготовки с меньшей концентрацией углерода. Такие изделия обладают высокой температурой плавления, поэтому требуют повышенную температуру перегрева.

Обычно для плавки в данной ситуации используют две печи. В вагранке происходит расплавление, а в электродуговой печи перегрев. Описанная технология плавки называется дуплекс-процессом.

Для производства перлитного сплава используют заготовки с большим содержанием «С». Для плавки такого материала достаточно вагранки.

Особенностью производства форм для отливок является повышенная усадка белого сплава. Из-за этого процесса возникает необходимость установки боковых прибылей у каждого местного утолщения отливки. Это позволяет избежать формирования раковин.

Для того, чтобы увеличить скорость охлаждения более толстых мест отливки используются металлические холодильники.

Название данного материала обусловлено лишь его более высокими пластичными свойствами. На самом деле его нельзя подвергать ковке. Данный тип сплава используется так же, как и другие его виды.

Преимуществом ковкого чугуна, по сравнению с белым, является высокая антикоррозионная стойкость. По этому свойству материал занимает более высокие позиции, чем углеродистые стали. По механическим свойствам он уступает сталям, однако превосходит белый чугун.

Разновидности ковкого чугуна

В зависимости от процесса производства ковкий чугун бывает ферритным и перлитным. В первом случае изготовление осуществляется в нейтральной среде. Такой материал отличается ферритной структурой с остаточным углеродом отжига.

В состав сплава до термообработки входит 2,2-2,99 процента углерода, а также добавки других элементов, содержание которых не превышает одного процента. Уменьшение концентрации «С» сопровождается увеличением прочностных характеристик материала. Однако его литейные свойства снижаются.

Данный материал широко применяется при изготовлении деталей для машин и сельхоз техники, где необходима стойкость к постоянным нагрузкам и напряжениям.

Данный сплав отличается более низкими пластическими свойствами. В связи с этим его используют в задачах, не требующих стойкости к серьезным пластическим и химическим нагрузкам.

Свойства ковких чугунов

Ковкий чугун обладает механическими свойствами, зависящими от содержания кремния углерода в графитовой аллотропной модификации. Для белосердечного материала влияние оказывают также хром и марганец.

Различие структуры изделий определяет и различие свойств. Так, черносердечный сплав характеризуется большей пластичностью, но меньшей твердостью, чем перлитный тип.

Высокие прочностные характеристики данных сплавов обеспечиваются графитом хлопьевидной формы. Несмотря на свое название, данные изделия не поддаются ковке. Они изготавливаются путем отливки деталей в заданные формы.

Главным достоинством ковкого сплава является однородность свойств по сечению материала, а также отсутствие напряжений.

С точки зрения других характеристик они отличаются:

• хорошей текучестью при литье;
• поглощением вибраций;
• высокой износостойкостью;
• хорошей коррозионной стойкостью к влаге и многим агрессивным химическим соединениям;
• высокой стойкостью к ударным нагрузкам.

Маркировка изделий

Марки ковкого чугуна начинаются с букв «КЧ», после которых следуют цифры. Первые числа соответствуют уменьшенному в десять раз пределу прочности материала. Вторая пара – это показатель относительного удлинения.

Согласно принятым стандартам ковкие чугуны имеют одиннадцать типов маркировки. 4 соответствуют ферритному, а 7 марок – перлитному.

Сферы использования материала

Применение ковкого чугуна нашлось в машиностроении, автомобилестроении, в производстве ж/д вагонов, изготовлении сельхоз оборудования.

Лучшими свойствами для отмеченных сфер применения является перлитный тип. Однако, несмотря на более высокие характеристики, чаше используется черносердечный сплав. Это обусловлено меньшими затратами на его производство.

Только для изготовления деталей, подвергающихся высоким нагрузкам, используют белосердечный материал. К таким изделиям относятся рессоры, детали двигателей и т.д.

Ковкие чугуны нашли широкое применение в различных областях человеческой жизнедеятельности благодаря своим высоким прочностным свойствам и хорошей коррозионной стойкости.

Они используются для изготовления различных деталей, которые должны выдерживать значительные постоянные и периодические нагрузки.

В зависимости от задач, может использоваться либо ферритный, либо перлитный тип материала. Каждый из них обладает своими достоинствами и недостатками, описанными в данной статье.