В чем отличие серого чугуна от белого?

Чем отличается серый чугун от белого — Отличаем

Чугуны являются тройными сплавами железо-углерод-кремний. Различают четыре основных типа чугунов: — серый чугун; — белый чугун; — ковкий чугун;

— чугун с шаровидным графитом.

Химический состав этих четырех типов чугунов представлен в таблице ниже.

Таблица – Четыре основных типа чугунов

Серый чугун – графит, белый чугун — цементит

В сером чугуне формируется графитная эвтектика — углерод находится в нем с основном в форме графита, тогда как в белом чугуне образуется  цементитная эвтектика и углерод находится в основном в виде цементита Fe3C.

Влияние кремния на тип эвтектики в чугунах

Добавление кремния позволяет графиту образовываться более легко, особенно при формировании непосредственно из жидкой фазы. Возможно, что более правильно было бы даже сказать, что добавка кремния делает более трудным образование цементита Fe3C.

На рисунке 1 показано как кремний снижает температуру эвтектики аустенит-цементит и в то же время поднимает температуру эвтектики аустенит-графит.

По рисунку 1 для сплава железо-углерод с содержанием кремния 2 % существует две эвтектические температуры: 1163 ºС при образовании графита и 1120 ºС при образовании цементита. В процессе охлаждения сплава жидкость между дендридами  продолжает обогащаться углеродом пока температура до тех пор, пока не образуется одна из этих эвтектик.

Конкуренция между графитом и цементитом

Между двумя типами эвтектик происходит своего рода конкуренция зато, какая из них образуется первой. Эта конкуренция включает три важных фактора:

1) Обе типа эвтектик до начала формирования эвтектики требуют некоторого переохлаждения ниже их эвтектических температур, которые показаны на рисунке 1. 2) Величина переохлаждения возрастает с ростом скорости охлаждения.

3) Величина переохлаждения для образования эвтектики аустенит-цементит меньше, чем та, что требуется для образования эвтектики аустенит-графит.

Медленное охлаждение — серый чугун

Предположим, что междендритная жидкость охлаждается до 1130 ºС и  при этом ни одна из эвтектик не сформировалась. Затем жидкость охлаждается еще на 33  ºС – с 1163 до 1130 ºС. Этого переохлаждения достаточно для образования графитной эвтектики.

Для образования цементитной эвтектики этого охлаждения не достаточно, так как температура жидкости не опустилась ниже 1120 ºС. Поэтому в этих условиях цементитная эвтектика не может образоваться.

Теоретически переохлаждения 33 ºС достаточно для образования графитной эвтектики и в результате этого получается серый чугун.

Быстрое охлаждение — белый чугун

Представим, что охлаждение того же железоуглеродистого сплава с 2 % кремния ведется быстрее, так, что необходимая величина переохлаждения для образования графитной эвтектики увеличивается с 33 до 53 ºС.

Это значит, что графитная эвтектика не будет образовываться, пока междендритная жидкость не достигнет 1110 ºС. Однако при температуре 1110 ºС жидкость переохлаждается на 10 ºС температуры цементитной эвтектики 1120 ºС.

Поскольку для формирования цементитной эвтектики достаточно небольшого переохлаждения – менее 10 ºС – этот сплав затвердеет как белый чугун.

Практика производства чугунов

Эти «теоретические» выкладки подтверждают практические рекомендации для производства серого и белого чугунов: 1) При одном и том же химическом составе чугуна он будет белым чугуном при быстром охлаждении или серым чугуном при медленном охлаждении. 2) Повышенное содержание кремния в чугуне способствует образованию серого чугуна. Различие графитной и цементитной эвтектических температур снижается с 43 ºС для содержания кремния 2 % до только 6 ºС в чугуне совсем без кремния.

3) В чугуне без кремния, как правило, образуется белый чугун. Это происходит потому, что междендритная жидкость раньше достигает  переохлаждения для «белой эвтектики», чем для «серой эвтектики».

Источник: John D. Verhoeven, Steel Metallurgy for Non-Metallurgists, 2007

• Чугун и сталь: различия
• Чугуны: роль углерода и кремния

 Loading …

Источник:

Чугуны (белые, серые, ковкие и высокопрочные). Маркировка, структура, свойства и применение чугунов

Чугуны – сплавы железа и углерода (от 2,14%). Чугуны содержат примеси Mn, Si, S, Чугуны обладают хорошими литейными свойствами. Не подвергаются обработке давлением. С целью увеличения характеристик износостойкости и пластичности чугуны легируют Cr, Ni, Si, Μη, Mo, W, Ti, Al, Co и др.

https://www.youtube.com/watch?v=Wj3yX7R9dE4

Белый чугун — вид чугуна, в котором углерод в связанном состоянии в виде цементита, в изломе имеет белый цвет. Белый чугун имеет ограниченное применение.

Изготавливают детали с отбеленной поверхностью, работающие в условиях абразивного износа и незначительных нагрузок (прокатные, мельничные валки). Белый чугун применяют главным образом как передельный чугун (полуфабрикат).

Белый чугун хорошо сопротивляется статическому сжатию, но очень хрупок.

В серых, высокопрочных и ковких чугунах весь углерод или большая его часть находится в свободном состоянии в виде графита. В серых чугунах (излом серого цвета) графит имеет пластинчатую форму.

Серые чугуны обладают высокими литейными свойствами (низкая температура кристаллизации, текучесть в жидком состоянии, малая усадка), имеют антифрикционные свойства. Но они плохо сопротивляются растяжению, ударным нагрузкам.

Серые чугуны широко применяют для отливки станин станков и механизмов, поршней, цилиндров.

В высокопрочных чугунах графит имеет шаровидную форму. Эти чугуны получают модифицированием – добавкой в жидкий чугун магния в количестве 0,02-0,08%.

Благодаря шаровидной форме графита, высокопрочные чугуны имеют более высокие, чем серые, прочностные характеристики, обладают некоторой пластичностью и ударной вязкостью.

В ковких чугунах графит имеет хлопьевидную форму. Такие чугуны получают отжигом (длительным нагревом при температуре 950-1000С) белого чугуна. Ковкие чугуны, по сравнению с серыми, обладают большей прочностью и пластичностью. Из них изготавливают тонкостенные детали, работающие в условиях ударных и вибрационных нагрузок: ступицы, тормозные колодки.

Обозначение: буквы, означающие категорию и цифры, указывающиме минимальное значение предела прочности при растяжении σв в МПа. Например: 1) СЧ20 – серый чугун с σв не менее 200 МПа (≈20 кгс/мм2); 2) ВЧ50 – высокопрочный чугун, σв не менее 500 МПа; 3) КЧ35-10 – ковкий чугун с σв не менее 350 МПа (≈35 кгс/мм2) и относительным удлинением не менее 10% (минимальное значение).

13. Предварительная термическая обработка стальных заготовок (нормализация, отжиг).

Предварительную термическую обработку выполняют для обеспечения требуемых технологических свойств материала заготовок (отливок, поковок, проката и т.п.

) и подготовки структуры к окончательной термической обработке: 1) уменьшения твёрдости для снижения усилий резания; 2) измельчения зерна с целью повышения пластичности, так как современные методы обработки конструкционных сталей связаны в основном с формообразованием за счет пластической деформации; 3) устранения различных дефектов структуры (строчечное, ферритной сетки, видманштеповой структуры); 4) получения равномерного распределения структурных составляющих; 5) снятия внутренних напряжений.

В качестве предварительной термической обработки сталей проводят отжиг или нормализацию.

Отжиг — нагрев доэвтектоидной стали до температуры на 30-50 °С выше линии Ac3, выдержка и медленное охлаждение с печью (скорость охлаждения 20-30 град/ч).

При нормализации в отличие от отжига охлаждение производят на спо­койном воздухе (скорость охлаждения 3 град/с).

Нагрев доэвтектоидных сталей при предварительной термической обра­ботке выше линии Ac3 необходим для измельчения зерна в сплавах в результате полной перекристаллизации. При этом следует учитывать, что измельчение стали.

Нормализация приводит к несколько более высокой твёрдости, чем от­жиг.

Для сталей, содержащих 0,25-0,5 % углерода, повышение твёрдости ко­торых при нормализации невелико, выгоднее проводить нормализацию; для более высокоуглеродистых сталей, содержащих 0,55-0,75 % С — отжиг, но, воз­можно, и нормализацию — в зависимости от используемой в дальнейшем технологии.

Малоуглеродистые стали (до 0.25 % С) необходимо подвергать только нормализации, чтобы сталь, имея структуру феррит + перлит (небольшое коли­чество), была пластичной. После отжига эти стали будут иметь структуру фер­рита и цементита, расположенного по границам ферритных зерен, что сильно охрупчивает стали.

Измельчение зерна при отжиге или нормализации доэвтектоидных сталей в результате перекристаллизации происходит как при нагреве, так и при охлаж­дении

Предварительная термическая обработка углеродистых инструментальных сталей.

Заэвтектоидные инструментальные стали имеют исходную структуру перлит + вторичный цементит, при этом в ряде случаев при некачественно про­веденной горячей обработке давлением (ковке, прокатке и др.) вторичный це­ментит расположен в виде сетки по границам перлитных зерен.

Такая структура приводит к по­вышенной хрупкости стали и затрудня­ет ее механическую обработку, а после дальнейшей закалки инструмент будет хрупок и неработоспособен. Поэтому в первую очередь необходимо избавить­ся от сетки вторичного цементита.

Для этого заэвтектоидную сталь нагревают до температуры, при которой вторич­ный цементит полностью растворится, т. е. на 30-50 °С выше линии Ас3 (но обычно не выше 920-950 °С), выдер­живают при этой температуре и уско­ренно охлаждают на воздухе или в мас­ле (в зависимости от сечения заготов­ки).

Если же охлаждать медленно, например, с печью, то вторичный цементит успевает вновь выделиться избирательно по границам перлитных зерен.

Главным условием образования перлита с зернистой формой цементита является фиксация при охлаждении неоднородного по углероду твердого раствора (аустенита). Из однородного (гомогенного) аустенита при медленном охлаждении всегда образуется цементит пластинчатой формы.

Для отдельных заготовок инструментов и небольших их партий возможен маятниковый отжиг, сокращающий время обработки.

Источник:

Серые, ковкие и высокопрочные и чугуны

В промышленности широко применяются чугуны, в которых весь углерод или часть его находится в виде графита: серые, высокопрочные, ковкие чугуны.

Наличие графита в них обеспечивает пониженную твердость, хорошую обрабатываемость резанием и высокие антифрикционные свойства благодаря низкому коэффициенту трения.

Вместе с тем включения графита, нарушающие сплошность металлической основы сплава, вызывают снижение прочности и пластичности, особенно, при растягивающих нагрузках. Образование графита в чугунах происходит в соответствии с диаграммой состояния железо-графит (рис.2.9).

Рис. 2.9. Диаграмма состояния железо-графит

Выделение графита может происходить непосредственно из жидкости по линии С¢D¢, из аустенита по линии EСF или вследствие распада предварительно образовавшегося цементита. Процесс образования графита называется графитизацией.

Графитизации способствует повышенное содержание углерода и кремния (C + Si = 5-7 %), а также медленное охлаждение. Различие структур серых, высокопрочных и ковких чугунов заключается в форме графитных включений. В сером чугуне графит имеет пластинчатую форму (в разрезе в виде прожилок), в высокопрочном чугуне – шаровидную форму, в ковком – хлопьевидную форму (рис.2.10).

Происхождение графита по микроструктуре (доэвтектический, эвтектический, заэвтектический) различить невозможно. Поэтому принято классифицировать данные чугуны по структуре металлической основы в зависимости от полноты графитизации.

Если графитизация в твердом состоянии прошла полностью (А® Ф +Г), то металлическая основа чугуна – ферритная. При неполной графитизации частично образуется цементит ( А® П+Г), металлическая основа – перлитная.

а б в

Рис.2.10. Основные формы графитных включений в чугуне:

а – пластинчатая (серый чугун); б – шаровидная (высокопрочный чугун);

в – хлопьевидная (ковкий чугун)

Пластинчатая форма графитных включений особенно сильно снижает пластичность и предел прочности чугуна при растяжении; по мере округления графитных включений (хлопьевидная, шаровидная формы) отрицательное влияние их уменьшается.

Степень разупрочняющего и охрупчивающего действия графита определяется конфигурацией его включений в чугуне (табл.2.2).

Таблица 2.2

Зависимость пластичности чугуна от формы графита

Форма графита	Название чугуна	НВ, кгс/мм²	δ,%
Пластинчатый	Серый	190-275	0,1 – 0,5
Хлопьевидный	Ковкий	100-269	3 – 12
Шаровидный	Высокопрочный	140-360	2 –22

Структура серых, ковких и высокопрочных чугунов состоит из металлической основы и графита; свойства чугуна будут зависеть от свойств металлической основы, количества, размеров и формы графитных включений.

Источник: http://otlichaem.ru/ponyatiya/chem-otlichaetsya-seryj-chugun-ot-belogo.html

чугуны и разновидности, классификация чугунов, чугун и маркировка

Слово «чугун» в обиходе чаще употребляют в единственном числе, подразумевая металл черного цвета, достаточно ломкий, из которого делают котелки или другие металлические сосуды для русских печек. На самом же деле, существует несколько разновидностей чугуна и у них есть своя классификация. Другое дело, что слово «чугуны» используется чаще в среде профессиональной.

Итак, что же такое чугун с научной точки зрения? Это сплав железа и углерода с возможным добавлением иных элементов. При этом, чтобы сплав можно было со всей уверенностью называть «чугуном», в его составе должно быть не менее 2,14% углерода. Если же сплав содержит меньший процент углерода, то его принято относить к сталям.

Среди физических и химических особенностей чугуна можно выделить следующие:

• высокая твердость
• низкая пластичность
• низкая вязкость
• температура плавления — от 1 150 до 1 200 градусов Цельсия.

Кроме того, стоит отметить, что чугуны не поддаются ковке и относительно дешевы в производстве.

Если говорить о разновидностях чугуна, то различают их, прежде всего, состоянием углерода в сплаве. По этому параметру подразделяют белые чугуны, серый чугун, высокопрочный чугун и чугун ковкий.

Белые чугуны

В этих чугунах углерод находится в связанном виде (Fe3C), в виде карбида. В свою очередь белые чугуны делятся по количеству углерода в сплаве. Бывают эвтектические белые чугуны, в которых углерода содержится 4,3% и заэвтектические чугуны, в которых количество углерода от 4,3 до 6,67 процента.

К белым же чугунам относят светлый чугун. Называют его так по простой причине – цементит (карбид железа) в его изломе выглядит светлым.

Белые чугуны отличаются хрупкостью и не могут быть подвергнуты дополнительной механической или термической обработке. В связи с особенностями белых чугунов, применение их достаточно ограничено. Из них изготавливают тормозные колодки, лемеха и другие изделия, от которых требуется высокая износоустойчивость, но которые при этом, могут быть довольно непрочными.

Серый чугун

В сплаве такого чугуна углерод – весь или частично – находится в виде пластинчатого графита. По примеру светлого чугуна, серый получил свое название из-за цвета излома. В состав серого чугуна входит также кремний, иногда – магний. Количество углерода в сером чугуне – от  2,9 до 3,7%.

Серый чугун, как и белый, отличается хрупкостью, но при этом он обладает высокими литейными свойствами, текучестью и малой усадкой. Из серого чугуна делают основы станков, цилиндры различных механизмов, поршни.

Высокопрочный чугун

Углерод в высокопрочных чугунах находится в виде шаровидных (или сфероидальных) графитов. Согласно своему названию, такой графит отличается высокой прочностью. При растяжениях и изгибах такой чугун сохраняет цельность своей структуры и не покрывается трещинами. Среди других свойств высокопрочного чугуна:

• ударная вязкость
• предел текучести
• высокая прочность на сжатие
• высокие литейные свойства
• высокая износостойкость.

Высокопрочный чугун хорошо поддается механической обработке и – вкупе с прочностными характеристиками – становится отличным выбором при изготовлении изделий, от которых требуется надежность и стойкость к механическим воздействиям.

Из высокопрочного чугуна делают трубы – и не только водопроводные, но и для перемещения нефти и газов (а требования к таким трубам гораздо более высокие).

Кроме того, из высокопрочного чугуна изготавливают детали для различных станков и механизмов.

Ковкий чугун

Ковкий чугун содержит углерод в виде графита в форме изолированных друг от друга хлопьев. Благодаря этому материал обладает большей пластичностью и вязкостью, чем остальные виды чугунов. Изготавливают ковкий чугун из белого чугуна, обрабатывая его длительным воздействием высокими температурами. В результате такой обработки в сплаве происходят процессы графитизации – распадается цементит, образуя графит.

Помимо своих высоких ковких характеристик, благодаря которым он и получил свое название, данный вид чугуна отличается также повышенными прочностью при растяжении и сопротивлением удару. Податливость ковкого чугуна механической обработке позволяют делать из него изделия сложной формы. Из него изготавливают тормозные колодки, угольники и прочие детали для машин и механизмов.

МАРКИРОВКА ЧУГУНА И ЕЕ РАСШИФРОВКА

По цифровым и буквенным кодам марок чугуна можно определить состав сплава, узнать его свойства и предназначение. Существуют следующие марки чугунов:

П1 и 2 — передельный чугун разной чистоты сплава

ПЛ1 и ПЛ2 – передельно-литейный чугун

ПФ1, ПФ2 и ПФ3 — передельный фосфористый чугун

ПВК1, ПВК2 и ПВК3 — передельный высококачественный чугун

СЧ — чугун с пластинчатым графитом

АЧ — антифрикционный чугун

АЧС — антифрикционный серый чугун

АЧВ — антифрикционный чугун высокопрочный

АЧК — антифрикционный чугун ковкий

ВЧ — чугун с шаровидным графитом для отливок

Ч — чугун легированный

КЧ – ковкий чугун.

Цифры после данных обозначений могут указывать на величину временного сопротивления разрывам в кгс/мм (у чугунов с пластинчатым графитом), или обозначать относительное удлинение (у чугуна с шаровидным графитом для отливок).

В маркировке ковких чугунов первая цифра после буквенного сочетания КЧ означает предел прочности на разрыв в МПа, а вторая — относительное удлинение в процентах.

Стоит еще пояснить, что словом «передельный» называют чугун, который прошел два этапа обработки: на первом этапе из руды получают чугун, а на втором – чугун перегоняют в сталь.

Источник: http://mirsplava.ru/poleznaya-informatsiya/chuguni