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.

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.

Видео по теме "Труба сталь цена за метр самая приемлемая!"

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.