2024-09-04
Чугун – сплав железа с углеродом, содержащий более 2,14% углерода. Чугуны обладают высокими литейными свойствами, обусловленными относительно низкой температуры плавления, поэтому продукция из чугунного литья является главенствующей в мировом металлургическом производстве, в том числе и в Китае. За счёт высокого содержания углерода и особенностей структуры чугуны в отличие от стали не поддаются ковке, горячей и холодной пластической деформации и поэтому являются только литейными сплавами. Углерод в чугунах может быть либо в химически связанном состоянии, т.е. в виде цементита Fe3C, либо в виде свободного графита, а также может частично находиться в виде графита и в виде цементита. В зависимости от того, в каком виде присутствует углерод в сплавах, в промышленности различают белые и графитные чугуны.
Некоторое применение находит так называемый отбеленный чугун, представляющий собой графитный серый чугун со структурой белого чугуна на поверхности. Литые заготовки из такого чугуна используют при изготовлении прокатных валков листовых и полосовых станов, работающих в условиях износа.
Отдельную группу составляют легированные износостойкие белые чугуны, обладающие специальными свойствами. За счёт высокой твёрдости они эффективно работают в условиях абразивного и гидроабразивного изнашивания. Их применение обеспечивает высокую работоспособность нагруженных деталей металлургического, горнодобывающего и размольно-дробильного оборудования – это шары и футеровки шаровых мельниц, валковые головки мельниц для тонкого помола угля, детали бегунов и пескомётов и многие другие.
Широкое применение в промышленности находят именно графитные чугуны, в которых весь углерод или часть его находится в виде свободного графита. Такие чугуны из-за наличия графита имеют бархатистый тёмно-серый цвет излома. Как было отмечено, в железоуглеродистых сплавах углерод может находиться в двух состояниях: в свободном виде (в форме графита) или в связанном – в виде химического соединения (цементита).
Графит обеспечивает чугунному литью и литейным изделиям из чугуна пониженную твёрдость, хорошую обрабатываемость резанием, а также высокие антифрикционные свойства – вследствие низкого коэффициента трения за счёт смазывающего действия графита, а также способствует гашению вибраций и резонансных колебаний.
Вместе с тем включения графита снижают прочность и пластичность чугунов. Они играют роль концентраторов напряжений, пронизывающих и ослабляющих металлическую основу. Особенно сильно это проявляется у серых чугунов с пластинчатыми включениями графита. По мере округления графитных включений их отрицательное влияние уменьшается, поэтому высокопрочные чугуны с шаровидной формой графита имеют более высокую прочность и пластичность. Ковкие чугуны с хлопьевидной формой графита по прочности и пластичности занимают промежуточное положение между серыми и высокопрочными чугунами.
Чугуны хорошо работают на сжатие, так как графит обеспечивает демпфирующее действие. Величина временного сопротивления разрыву является характеристикой, определяющей прочностные свойства графитных чугунов.
Структура и свойства чугунов зависят от химического состава, толщины отливки (или стенки отливки) скорости охлаждения.
При более высоком содержании углерода образуется больше графита, что снижает механические свойства, при меньшем ухудшаются литейные свойства.
Все графитные чугуны обязательно содержат кремний (1,0–3,5% Si), который является графитизирующим элементом, т.е. способствует получению графита в отливках, охлаждаемых в реальных производственных условиях. Фактически графитные чугуны представляют собой тройные сплавы системы Fe–C–Si.
Чугуны также содержат постоянные технологические примеси (Mn, S, P) и могут содержать специально добавляемые в расплав модификаторы. Содержание марганца не должно превышать 1,25–1,4% Mn, так как он затрудняет графитизацию чугуна и способствует отбеливанию. Сера является вредной примесью, ухудшает механические и литейные свойства чугуна, её содержание строго ограничивают до 0,2% S. Несмотря на то, что фосфор ухудшает механические свойства, но с повышением его количества повышаются литейные свойства чугуна.
Помимо указанных базовых элементов чугуны могут содержать специально вводимые легирующие элементы, такие как хром, никель, алюминий и др., а также могут дополнительно легироваться кремнием (> 3,5% Si) и марганцем (> 1,5% Mn).
Для улучшения качества изделий из чугунов применяют модифицирование чугунного литья, суть которого заключается во введении в расплав веществ, регулирующих протекание процесса кристаллизации. В расплавленный чугун за 10–15 минут перед заливкой в формы вводят модификаторы: ферросилиций, силикокальций, силикоалюминий в количестве 0,1÷0,3% от массы чугуна. Они образуют труднорастворимые частицы (Al2O3, SiO2), являющиеся готовыми центрами кристаллизации для образования равномерно распределённого в структуре графита. Модифицирование чугуна не изменяет кардинально его химический состав, но способствует улучшению его структуры и формированию однородного распределения графита по всему объёму чугунной отливки.
Чугунолитейное производство в Китае постоянно развивается и совершенствуется. Компания Dandong Hengrui Machinery cчитает своим долгом идти в ногу со временем и предлагает чугунное литье и изделия из чугуна самого разнообразного ассортимента, используемого в различных областях промышленности.
