Свойства чугуна

Свойства чугуна: чем отличаются разные виды чугуна

Принципиальные свойства чугуна, главные различия между видами чугуна

Описывая свойства чугуна, нельзя сводить всё дело к тому, что он «прочный, но хрупкий». Этот сплав глубоко неоднороден. В его составе выделяют такие компоненты, как:

• феррит;
• ледебурит;
• аустенит;
• цементит.

Если разброс плотности этих веществ невелик – от 7,7 до 7,9 г на 1 куб.см., то графит куда более лёгкий – примерно 2,2–2,3 г. Соотношение между ними будет определять «поведение» сплава как таковое.

Общие свойства чугуна

Он ценится за превосходное литейное качество. Расплавленный чугун легко заполняет даже сложную форму для отливки. Во время охлаждения усадка ничтожно мала, поэтому риск растрескивания тоже невелик. Благодаря присутствию графита заготовки и изделия из чугуна режутся очень легко – обеспечен эффект «внутренней смазки». Чугуном пользуются часто там, где важно предотвратить износ при сухом либо полусухом трении.

Этот сплав отлично гасит вибрации. Другие его актуальные свойства:

• хрупкость;
• почти полное отсутствие деформации перед разрушением;
• высокая прочность на сжатие (у чугуна она больше, чем у стали);
• высокая теплопроводность (вполне достаточная для использования в батареях и котлах).

Плотность варьируется от 6,8 до 7,4 г/см3. Этот показатель больше, чем у алюминия, но чугун обычно легче многих распространённых марок стали.

Химические параметры

Под влиянием воды и кислорода неизбежно развивается коррозия. Скорость её сильно зависит от качества и подобранной рецептуры. В компании МТМ знают, как делать различные марки чугуна максимально стойкими к ржавчине.

Прочие характеристики:

Физические свойства

В числе основных параметров этого вещества неизменно фигурирует температура плавления. Она составляет от 1150 до 1250 градусов, в зависимости от точного состава. Индекс линейного расширения чугуна равен 10–12 × 10⁻⁶ /°C. Поэтому он находит широкое применение в случаях, когда важна стойкость к температурным колебаниям. Также он более электропроводен, чем чистое железо.

Какими механическими свойствами обладает этот сплав

Наибольшую проблему всегда вызывает низкая стойкость к растяжению. Модуль Юнга у чугуна ниже, чем у стали, но для большинства практических задач этого достаточно. Высокопрочный вид способен даже заменить сталь в составе ответственных конструкций. Из-за повышенной износостойкости такого сплава железа и углерода можно применять его для изготовления:

• втулок;
• цилиндров;
• направляющих элементов;
• частей сельхозтехники и дробящего оборудования.

Влияние графита на основной набор свойств

Какие существуют виды чугуна

В нашей компании изготавливают металлургическую продукцию максимально ответственно. Потребители обязательно информируются о свойствах того или иного товара. Рассмотрим виды чугуна, которые тут можно заказать.

Белый

В его составе преобладает форма углерода, известная как цементит.

Ключевые характеристики:

Хрупкость этого вида металла не позволяет использовать его в ответственных конструкциях. Зато в промышленности из него изготавливают шестерни, валы, приспособления для обработки металла.

В структуре нет даже небольшого количества графитовых частиц. После отжига может появиться перлит.

Из-за высокой твёрдости рекомендована абразивная обработка (шлифовка). При ударах или вибрациях такое вещество ведёт себя ненадёжно. Отливка белого чугуна может вызвать активную усадку и появление трещин. Скорость охлаждения должна предельно тщательно контролироваться. Широко распространена практика «комбинированного литья» (когда под белым слоем скрыт чугун серого окраса). Несмотря на явные недостатки, есть возможность использования для:

• дробильных валков;
• шламовых насосов;
• экскаваторных зубьев;
• ножей бульдозеров.

Также его свойства очень ценны для получения мельничных шаров, некоторых рабочих инструментов (таких, как долото). Отдельные тормозные колодки на железной дороге тоже изготавливают из этого сырья. В числе негативных свойств, уменьшающих распространённость такого металла, есть ещё непригодность для сварки. В составе этой смеси 2,8–3,6% углерода.

Серый

Такой формат чугуна основан на пластинчатом графите. Сообразно названию, излом сплава будет серым и тусклым. Серый чугун:

• умеренно прочный (150–400 МПа на растяжение);
• неплохо режется;
• уверенно отливается в формы;
• может быстро накапливать напряжения и подвергаться активной коррозии.

Механическими особенностями такого соединения обусловлена типичная сфера его использования. Можно изготовить станину промышленного оборудования, корпус станка или редуктора. Также этим видом материалов пользуются, чтобы делать:

• блоки цилиндра автомобильного двигателя;
• радиаторы отопления;
• трубы;
• кухонную посуду.

По сравнению с другими видами он наиболее распространён. Разброс содержания углерода составляет 2,5–3,7%. На долю кремния может приходиться 1–3%. Механическая характеристика не самая благоприятная: удлинение не превышает 0,3–0,8%, поэтому вещество очень хрупкое. Зато уровень демпфирования намного лучше, чем у стали. Кроме того, форма, в которой представлен углерод, облегчает гашение не только ударов, но и вибраций.

Высокопрочный вариант

Такой чугун получают, добавляя магний или церий. Графит в его составе формирует шарики (сферические структуры). Описание свойств:

• прочность при растяжении достигает 900 Мпа;
• ограниченная пластичность (растягиваемость без разрушения на 15–20%);
• приличная ударная вязкость и износостойкость.

Подобный вариант чугуна оптимален для создания труб, работающих при повышенном давлении, а равно частей автомашин и сельхозтехники. Среди всех видов чугунов именно этот ближе всего по характеристикам к обычной стали.

Также высокопрочный тип применяют в электронергетической отрасли. Он незаменим для фитингов, канализационных и водопроводных люков. Нередко такой материал применяют в зубчатых колёсах и шкивах. Концентрация углерода, в зависимости от конкретной рецептуры, по данным разных источников – 2,5–4%. Чем оно выше, тем больше проявляется хрупкость и тем сильнее опасность появления трещин.

Ковкий чугун

Он обладает уникальной особенностью – графит внутри находится в виде хлопьев. Исходным сырьём выступает белый чугун. Его отжигают при 700–950 градусах, причём срок обработки достигает примерно 2 суток. В итоге материал становится вязким и ударопрочным. Говоря про механические свойства чугуна, следует упомянуть, что его предел текучести составляет 480 МПа, а твёрдость по шкале Бринелля 250 единиц. Ориентировочный модуль упругости составляет 172 ГПа.

Главные области использования, для которых у нас заказывают такой продукт:

• фитинги;
• хомуты;
• компоненты сельхозмашин.

Ковкий чугун актуален и в иных случаях, когда требуется получить заготовку сложной формы, которую предстоит обрабатывать. Концентрация углерода варьируется от 2 до 2,9%. Чем больше перлитных компонентов, тем выше и углеродистость сплава. Именно это и обеспечивает превосходную текучесть.

Легированные разновидности

Поменять основные свойства чугуна позволяют специально подобранные добавки. Так, благодаря хрому он будет подходить для жаропрочных изделий. Дополнительно хромированная продукция отличается более низкой восприимчивостью к коррозии. Марганец применяют, когда хотят добиться от чугуна усиленной износостойкости.

Могут укреплять и иные свойства готового продукта:

• сопротивляемость агрессивным веществам;
• срок службы;
• механическую прочность.

Все перечисленные варианты чугунов бывают малого, среднего и высокого легирования. Коррозионостойкие свойства металл приобретает, если в его составе есть хром (в том числе в смеси с никелем). При добавлении молибдена обеспечивается дополнительно сопротивляемость разрушению кислотами. Такой чугун представляет большой интерес для:

• химической промышленности;
• нефтепереработки;
• пищевой отрасли;
• морского и речного транспорта.

Благодаря отличным литейным свойствам его можно рассматривать как недорогую альтернативу нержавеющим маркам стали. Содержание углерода обычно варьируют в пределах 2,5–3,2%.

Довольно широкое распространение получили марки с жаростойкими свойствами. Этот эффект обеспечивают, легируя основу:

• алюминием;
• кремнием;
• хромом.

Такие добавки создают на поверхности плотный слой, останавливающий термическое воздействие и предотвращающий окисление чугуна. Что примечательно, доля углерода не важна, она влияет только на структуру вещества. Если внутри содержится шаровидный графит, то он будет придавать чугуну особенную жаростойкость.

Значение характеристик для практического применения сплава

Сопротивляемость сжатию, характерная для изделий из чугуна, вполне позволяет применять его как машинную базу. Такой металл подходит и для гидравлического оборудования. Разумеется, при покупке любых видов чугуна стоит убедиться, что они сделаны на производстве с приличной материальной базой. Уникальное сочетание вибростойкости, термической устойчивости и возможности перенести большую нерезкую нагрузку очень ценно для изготовления блоков двигателей.

У всех типов чугуна отмечают сокращение стойкости к растяжению и модуля упругости при повышенных температурах. Некоторый прирост прочности изделий возможен при 300–400 градусах из-за динамического старения, но потом начинается спад. Среди всех видов чугуна особенно стойким оказывается сфероидальный, он дольше остальных сохраняет базовые механические характеристики при нагреве.

Что касается стойкости к давлению, то чугун почти не меняется при таких воздействиях. В реальной инженерно-технической практике достаточно сильные давления не встречаются.

Стоит отметить способность этого сплава к активному намагничиванию. Если в составе есть такая форма углерода, как цементит, то ферромагнитность будет меньше выражена. Ковкий тип после отжига имеет средний уровень магнитных свойств.

Особо следует упомянуть вариант с вермикулярным углеродом, который:

• более прочный и текучий, чем серый;
• имеет модуль упругости 130–160 Гпа;
• отлично поглощает вибрации;
• подходит для деталей, подвергаемых одновременно нагреву и механическому воздействию.

Ознакомившись с перечнем типичных свойств такого металла, стоит учесть, что они станут только выше после горячего цинкования. Оно неплохо помогает, когда надо защитить поверхности со сложными формами. Окрашивание не позволяет добиться такого эффекта. В числе основных преимуществ называют также плотное прилипание (отсутствие риска отрыва), срок службы от 40 лет. Обеспечивается устойчивость даже в жёстких условиях эксплуатации, по желанию допускается усиление защитных характеристик порошковым слоем или краской. Заказывая изделия из чугуна в компании МТМ, потребитель может не сомневаться, что они отвечают самым строгим требованиям ГОСТ. Металлопрокат продаём по обоснованным, максимально доступным расценкам. Варианты оплаты подбираем индивидуально, привлекаем к работе только самых подготовленных менеджеров.