Зависимости между структурой и свойствами углеродистых сталей и чугунов

Высокопрочный чугун

Ковкое железо известное так же, как высокопрочный чугун, представляет собой чугун с графитом сфероидальной формы или чугун с шаровидным графитом. Этот тип железа в 1943 году изобрел Кейт Миллис. Не смотря на то, что большинство сортов литой стали хрупкие, высокопрочный чугун за счет включений графита обладает пластичностью и эластичностью.

kovkiy-chugun.jpg

Высокопрочный чугун не является однородным материалом, он принадлежит к группе материалов, которые могут обладать набором свойств за счет контроля их микроструктуры. На основе химического анализа удалось выяснить, что в состав высокопрочного чугуна входит железо, углерод, кремний, марганец, магний, фосфор и сера. Для изменения его свойств могут быть добавлены и другие элементы, к примеру, медь или олово увеличат эластичность и предел текучести, но снизят элонгацию. Если заменить 15%-30% железа в сплаве на никель, медь и хром, то это повысит устойчивость материала к коррозии.

Общей отличительной чертой элементов, входящих в состав высокопрочного чугуна является морфологическая структура графита. В высокопрочном чугуне графит имеет сферическую структуру, а не хлопьевидную, как в сером чугуне, что препятствует возникновению трещин и придает материалу пластичность. Формирование конкреций происходит за счет агломерирующего обжига элементов в сплаве, чаще всего магния, реже церия. Также производились исследования иттрия как возможного элемента агломерирующего обжига.

Графит в составе высокопрочного чугуна должен быть с управляемой сфероидной структурой. Соотношение феррита и перлита в сплаве можно контролировать за счет легирования, контроля температуры выбивки отливок или термообработки после литья, что изменяет относительное количество перлита и феррита от 0% перлита и 100% феррита до 100% перлита и 0% феррита. Изменяя соотношение перлита и феррита можно управлять такими свойствами, как эластичность, производственный выход и элонгация высокопрочного чугуна.

В 1950-е годы был открыт способ термообработки высокопрочного чугуна, называемый изотермический аустемперинг высокопрочного чугуна или отпуск высокопрочного чугуна, правда, выгоду от его применения удалось получить лишь несколько лет спустя. Этот метод подразумевает способ изменения структуры материала путем использования сложной термической обработки. Слово аустемперинг, используемое в названии метода относится к понятию аустенит.

Из высокопрочного чугуна обычно изготавливают трубы для канализации и водоснабжения. Такие трубы, относительно труб из других материалов, будут прочней и легче, они требуют меньше ухода и обеспечивают большую площадь потока. Особенно их удобно использовать в труднодоступных районах, как альтернативу труб из ПВХ, бетона, полиэтилена и стали.

Из высокопрочного чугуна делают многие автомобильные запчасти, где необходима повышенная прочность и нельзя использовать алюминий, но при этом использовать сталь не обязательно. Также его применяют для производства внедорожников, грузовых автомобилей, сельскохозяйственных тракторов и нефтяных насосов.

Высокопрочный

Данный вид чугуна получается вследствие образования в металлической решетке включений графита шаровидной формы. Из-за этого металлическая основа кристаллической решетки ослабевает, и сплав обретает улучшенные механические свойства. Образование шаровидного графита происходит благодаря введению в материал магния, иттрия, кальция и церия. Высокопрочный чугун близок по своим параметрам к высокоуглеродистой стали. Он неплохо поддается литью и может полностью заменить стальные детали механизмов. Благодаря высокой теплопроводности данный материал может быть использован для изготовления трубопроводов и отопительных приспособлений.

Разновидности

Что такое чугун и как его получают, мы уже выяснили, теперь разберемся с классификацией этого материала. Описанным выше путем получают передельный и литейный чугун.

Передельный чугун используется в производстве стали по кислородно-конвертерному пути. Этот вид отличается низким содержанием кремния и марганца в сплаве. Литейный чугун применяют в производстве всяческой продукции. Он делится на пять видов, каждый из которых рассмотрим отдельно.

Свойства чугуна

Материал имеет плотность 7,2 г/см3. Для металлов и их сплавов это достаточно высокий показатель. Чугун хорошо подходит для производства всяческих изделий путем литья. В этом плане он превосходит все сплавы железа кроме некоторых марок стали.

Температура плавления чугуна равна 1200 градусам. У стали данный показатель выше на 250-300 градусов. Причина тому кроется в повышенном содержании в чугуне углерода, которое обуславливает менее тесные связи между атомами железа. Во время выплавки чугуна и его последующей кристаллизации, углерод в полной мере не успевает внедриться в структуру железа. Поэтому материал получается хрупким. Структура чугуна не позволяет использовать его для производства продукции, которая постоянно подвержена динамическим нагрузкам. А вот для чего чугун подходит идеально, так это для деталей, которые должны обладать повышенной прочностью.

Оцените статью
Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Илья Коршунов
Наш эксперт
Написано статей
134
Добавить комментарий