для чего используют чугун
Применение чугуна и изделий из него в строительстве и других областях
Чугун — это основной металл черной металлургии. Он представляет собой сплав железа и углерода. В чугун могут входить специальные добавки, которые делают его свойства особенными. Такой чугун обладает характеристиками износостойкости, коррозионностойкости, жаропрочности, немагнитности и другими. Про свойства, состав и области применения серого, белого, ковкого чугуна, а также высокопрочного и гранулированного расскажем ниже.
Сферы применения чугуна
Благодаря ценным свойствам, дешевизне и хорошим литейным характеристикам чугун применяют для изготовления различных деталей и предметов. Из чугуна можно получить изделия интересной и особенной формы, так как этот материал обладает отличной твердостью и прочностью. Сделанные чугунные предметы смогут выдержать достаточно серьезные нагрузки. Именно по этой причине из чугуна делают корпуса машин и основания станков.
Про характеристики и области применения сталей и чугунов (легированных, антифрикционных, литейных и др.) расскажем ниже.
Данное видео расскажет о сферах применения чугуна:
Использование материала в строительстве
В этом разделе будут рассмотрены классификация, маркировка (марки) и применение чугунов и их сплавов.
Особенности применения
В строительстве используют серый чугун. Белый слишком твердый и хрупкий. Его переплавляют в ковкий чугун или в сталь.
Чугун и сферы его применения
Чугун — это сплав железа с фосфором, кремнием и углеродом, который давно нашел применение в различных областях человеческой деятельности.
Популярность чугуна обусловлена его механической твердостью, высокой сопротивляемостью износу, простотой обработки и дешевизной производства. Основным способом получения чугунных изделий является литье с последующим фрезерованием для достижения точной формы и отличного качества поверхности. Обычно с помощью фрезерования обрабатываются такие детали, как отверстия, плоскости и места для крепления шпинделя.
К недостаткам готовых чугунных изделий можно отнести их хрупкость даже при небольших дефектах литья, допущенных в процессе изготовления.
В автомобильной промышленности используют чугун с вермикулярным графитом, из которого изготавливают коленчатые валы дизельных двигателей и блоки цилиндров двигателей внутреннего сгорания. Графит значительно повышает прочность сплава, поэтому такой чугун востребован не только в машиностроении, но и в производстве труб для водоотведения и водоснабжения, а также труб для нефтегазовой промышленности. Для таких изделий характерны высокие эксплуатационные качества.
Всем известно сантехническое оборудование из чугуна — ванны, раковины, кухонные мойки, фитинги и трубы. Эти изделия надежны, неприхотливы в уходе и способны длительное время сохранять первоначальный внешний вид. Отопительные радиаторы из чугуна пользуются устойчивым спросом благодаря своей долговечности, хорошим теплоаккумулирующим свойствам и высокой теплоотдаче. Через час после отключения чугунные радиаторы продолжают излучать тепло на треть своей первоначальной мощности, в то время как радиаторы из стали остывают в два раза быстрее.
Способностью долго сохранять тепло обладает и чугунная посуда, поэтому она незаменима для приготовления «долгоиграющих блюд», требующих долгого томления. Казаны из чугуна идеально подходят для приготовления рагу, плова и каш, поскольку пища в них готовится по принципу русской печки. Благодаря этому продукты сохраняют свои полезные питательные свойства, а в готовой пище не образуются канцерогены.
В арсенале повара самого престижного ресторана обязательно будет посуда из чугуна: горшки, казаны, сковородки. Да и на кухне любой хозяйки можно найти подобные изделия, ведь даже самая дорогая нержавеющая посуда не обладает уникальными характеристиками чугунного сплава. Ученые доказали, что в процессе приготовления чугун обогащает пищу соединениями железа, полезными для здоровья человека.
Чугун — пористый металл, который обладает способностью впитывать жиры в процессе приготовления. Благодаря этому антипригарные свойства посуды со временем только улучшаются, что облегчает процесс жарки и тушения.
Чугунные сплавы широко используются в сфере художественного архитектурного литья, в производстве ажурных ограждений и решеток, винтовых лестниц и балконов, беседок, каминов и светильников, столбов, фонарей и скульптур.
Что такое чугун
Физический свойства
Чугун получил широкое распространение благодаря привлекательным физическим качествам:
Температура кипения чугуна также во многом зависит от химического состава. Для того, чтобы рассмотреть физические свойства материала, следует уделить внимание каждой его разновидности. Иная структура и химический состав становятся причиной придания иных физико-механических качеств.
Видео
Классификация
Чугун классифицируют по нескольким основаниям:
Характеристики продукта закладываются на стадии производства.
Маркировка чугуна
В промышленности разновидности чугуна маркируются следующим образом:
Состав и структура металла
Чугун в качестве структурного материала представлен металлической полостью с графитными включениями. Основными его компонентами выступают перлит, ледебурит и пластичный графит. Интересно, что в различных видах сплавов эти элементы присутствуют в неодинаковых пропорциях либо могут совсем отсутствовать.
По своей структуре чугунный сплав разделяется на следующие разновидности:
При этом графит может присутствовать в нем в одной из таких форм:
Достоинства и недостатки материала
Стоит обсуждать в сравнении со сталью, хотя низкокачественная углеродистая сталь – тот же чугун по сути.
По некоторым параметрам (плотность, свойство магнититься, типичные химические реакции) ферросплавы практически идентичны. Существенны отличия в технологии использования.
Умеренная стоимость. Насыщение углеродом – часть процесса выплавки из руды. Снижение его содержания неизбежно удорожает металл.
Превосходные литейные качества. Расплав текуч. С низкой усадкой при кристаллизации, что минимизирует дефекты. Относительно низкая температура плавления.
Изделия прочны, с твердой поверхностью, износостойки.
Используемые в машиностроении составы поддаются обработке резанием.
Долговечны. В том числе в сантехнических, канализационных деталях.
Ставшие ненужными элементы легко утилизировать. Любой пункт приема с руками оторвет.
Из-за высокого содержания углерода хрупок. Мало пригоден для обработки давлением. Из отдельных марок получают кованые изделия отменного качества. Но это скорее работа штучная и в индустриальных масштабах нерентабельная.
Сварка допускается только в крайних случаях. Технология довольно сложна, велик риск возникновения дефектов.
Изделия всегда массивны. Не получится тонкостенная конструкция, так как не выдержит собственного веса и изготовить не удастся.
Легко окисляется во влажной среде. Насквозь не проржавеет из-за неизбежной монументальности, но вид приобретет неопрятный. Детали, расположенные на открытом воздухе, нуждаются в коррозионно стойком покрытии.
Производство металла
Чугун производят в специальных доменных печах. Основное сырье для получения чугуна – это железная руда. Технологический процесс заключается в восстановлении оксидов железа руды и получении на выходе другого материала – чугуна. Для изготовления чугуна используются следующее топливо: кокс, природный газ и термоантрацит.
После восстановления руды железо имеет твердую форму. Далее его опускают в специальную часть печи (распар), где происходит растворение в железе углерода. На выходе получается жидкий чугун, который опускается в нижнюю часть печи.
Цена на чугун (за 1 кг) зависит от количества углерода в нем, от наличия дополнительных примесей и легирующих компонентов. Примерно цена тонны чугуна будет составлять 8000 рублей.
Классификация чугунов
Металлургическая промышленность выпускает разные виды чугуна. Сорт зависит от участвующих в сплаве форм графита или цементита и остальных компонентов.
Серый чугун (СЧ)
Обозначают буквами СЧ. На разрезе – серовато-черный, что обусловлено присутствием графита, этого природного цвета. В составе также присутствуют различные примеси, в том числе и кремний. Этот вид чугуна, свободно поддающийся резке и часто употребляющийся в машиностроительной отрасли для «неосновных» деталей, при добавлении фосфора становится жидкотекучим. Применим для всех видов литья, в том числе художественного.
Белый чугун
На разрезе светлый, благодаря присутствию карбида железа. Подвергается дальнейшей переработке на ковкий чугун и сталь. Поэтому сорт называют передельным. Свойства – хрупкость и твердость, слабо обрабатываемый, не годится для самостоятельного использования. Твердый, слабо подвержен обработке, хрупкий – такие свойства делают его непригодным для самостоятельного использования.
Ковкий чугун
Обозначение — КЧ. При длительном отжиге белый чугун преобразуется в ковкий.
Свойства – не поддаётся обработке давлением, но при этом обладает повышенной сопротивляемостью ударам и прочностью при растяжении. Ковкий чугун подходит для изготовления деталей усложненной конфигурации.
Высокопрочный
Маркируют буквами ВЧ. Получают при введении в серый жидкий чугун спецдобавок, для придания графиту сфероидальной формы. Высокопрочный вид чугуна применяют для изготовления ответственных деталей – шестерён, коленвалов, поршней, которые должны иметь высокую износоустойчивость.
Форма выпуска передельного и литейного видов – специальные формы – чушки. Современные технологии позволяют получить полуфабрикаты, квадратные, листовые, пластинчатые, брусковые заготовки разновидностей чугуна.
В зависимости от назначения и химсостава выделяют следующие разновидности чугуна:
Они имеют названия, соответствующие металлам-добавкам:
Легированные виды более всего востребованы в производстве агрегатов, механизмов, узлов и деталей, работающих в особо неблагоприятных средах и условиях.
Чугун, отличающийся увеличенным процентным включением ферромарганца или ферросилиция, относят к специальным – ферросплавам. Добавляются в сталеплавильном производстве для выделения кислорода – раскисления.
К легированным чугунам относят:
Антифрикционные виды маркируются первыми буквами АЧ. Например, АЧС — это антифрикционный серый чугун. Ещё можно увидеть маркировку АЧВ — антифрикционный высокопрочный чугун и АЧК — антифрикционный ковкий.
Жаростойкий вид маркируют буквами ЖЧ. Далее указывается буква обозначающая легирующий элемент. Например, ЖЧХ-2,5. Это жаростойкий чугун с добавлением хрома 2,5%.
К жаростойким относят марки: ЧН19ХЗШ.
К коррозионностойким: маркировка ЧНХТ, ЧН1МХД
Еще их называют специальными чугунами.
Особенности сплава
Главная особенность чугуна скрыта в процессе его изготовления. Дело в том, что у разных видов этого сплава температура плавления достигает 1200ºС, в то время как у стали она составляет 1500 ºС. На этот фактор влияет слишком высокое содержание углерода. Атомы железа и углерода между собой имеют не очень тесные связи.
Когда происходит выплавка, атомы углерода не могут целиком внедриться в молекулярную решетку железа, из-за чего чугунный сплав приобретает хрупкость. В связи с этим его не используют в производстве деталей, которые будут постоянно подвергаться нагрузке.
Этот материал относится к отрасли черной металлургии и по своим характеристикам схож со сталью. Изделия из чугуна и стали нашли широкое применение в повседневной жизни, и оно является целиком оправданным.
Если сравнивать характеристики этих металлов, можно сделать следующие заключения:
История
Документированная история чугуна стартует с I тысячелетия до нашей эры:
Появление сплава в Европе датируют XIV веком, в России – на двести лет позже. Интерес возрос в связи с пригодностью чугуна как материала пушек и ядер.
Турнирный мост Эглинтон[en] (завершено около в 1845 году), Норт-Эршир, Шотландия, построен из чугуна
Со времен королевы Виктории самым популярным изделием «гражданского сегмента» у британцев стали камины.
Чугунный угольный утюг
Расцвет чугунного промысла в России приходится на XVIII век:
Мировую славу обрели ажурные изделия каслинских мастеров.
Способ формовки для литья художественных отливок сложных форм, придуманный каслинцами, востребован машиностроителями и сегодня.
Чугун высокопрочный с шаровидным графитом
Высокопрочный чугун получают путем введения магния (до 0,9%) и церия (до 0,05%) в жидкий серый чугун перед разливкой его в формы. Основная часть этих модификаторов испаряется, окисляется и переходит в шлак, так что в твердом металле обнаруживается не более 0,01% этих элементов. Магний и церий активно удаляют из чугуна серу. Но главная роль их заключается в том, чтобы изменить чешуйчато-пластинчатую форму графита на шаровидную. После модифицирования чугуна магнием или церием в ковш добавляют 75%-ный ферросилиций (сплав железа с кремнием). В отличие от модифицированного серого чугуна высокопрочный чугун имеет более высокое содержание углерода и кремния и пониженное содержание марганца.
Металлическая основа высокопрочного чугуна состоит из феррита и перлита или только из перлита. В этом чугуне сочетаются ценные свойства стали и чугуна. Он обладает сравнительно высокой прочностью при достаточной пластичности и вязкости. Высокопрочный чугун с успехом заменяет стальное литье и даже стальные поковки, что дает большой экономический эффект. Изделия из высокопрочного чугуна благодаря его повышенной износостойкости могут работать в условиях трения. Высокопрочный чугун лучше, чем серый, сохраняет свою прочность при нагреве, поэтому может применяться для работы при температурах до 400°С (серый чугун выдерживает температуру до 250°С).
ГОСТ 7293-85 нормирует предел прочности σв, предел текучести σт, относительное удлинение δ и твердость НВ высокопрочных чугунов. Требования к отливкам из этих чугунов устанавливаются нормативно-технической документацией. Принцип маркировки высокопрочных чугунов (ВЧ) отличается от маркировки серых чугунов. В обозначение их марки входят два числа — первое указывает предел прочности на разрыв, второе — относительное удлинение. Например, марка чугуна ВЧ 42-12 означает, что данный чугун имеет предел прочности σв = 412 Н/мм 2 (42 кгс/мм 2 ) и относительное удлинение δ =12%.
Стандарт предусматривает 10 марок высокопрочных чугунов: ВЧ 38-17, ВЧ 42-12, ВЧ 45-5, ВЧ 50-7, ВЧ 50-2, ВЧ 602, ВЧ 70-2, ВЧ 80-2, ВЧ 100-2, ВЧ 120-2. Стандарт или справочник дает дополнительные сведения об этом чугуне: предел текучести σт = 274 Н/мм 2 (28 кгс/мм 2 ), твердость-140÷200 НВ.
Из высокопрочных чугунов изготовляют многие детали (в том числе фасонные), которые ранее получали из стали, базовые и корпусные детали повышенной прочности (корпуса и станины станков, крупные планшайбы, гильзы, каретки, цилиндры, кронштейны, зубчатые колеса, накладные направляющие станков и детали с поверхностной закалкой). Они заменяют стали Сталь 20Л, 25Л, ЗОЛ и 35Л.
Чугун легированный
Свойства чугуна можно улучшить путем введения в его расплав легирующих элементов, оказывающих благоприятное влияние не только на его металлическую основу, но также на форму и размеры графитных включений, способствующих значительному измельчению структуры чугуна.
Требования к легированным чугунам для отливок с повышенной жаростойкостью, коррозионной стойкостью, износостойкостью или жаропрочностью регламентированы ГОСТ 7769-82. По основному легирующему элементу чугуны со специальными свойствами подразделяют на пять видов: хромистые, кремнистые, алюминиевые, марганцевые и никелевые, маркируется легированный чугун по тому же принципу, что и высокопрочный. Буква Ч означает чугун, буква Ш — шаровидная форма графита, буквы русского алфавита, соответствующие легирующим химическим элементам, и цифры после букв означают приблизительное содержание легирующих элементов в целых процентах. Например, марка чугуна ЧХ16 означает, что данный легированный чугун содержит хрома 16%.
Основные свойства легированного чугуна и его применение приведены в таблице 3.
Таблица 3. Чугуны легированные, их основные свойства и применение
| Марка | σв, МПа | σи, МПа | НВ | Свойства и применение |
| ЧХ1 | 170 | 350 | 203÷ | Повышенная коррозионная стойкость в газовой, воздушной и щелочной средах в условиях трения и износа, жаростойкий в воздушной среде, выдерживает температуру до 773 К (500°С). Предназначен для изготовления холодильных плит доменных печей, колосников агломерационных машин, деталей коксохимического оборудования, сероуглеродных реторт, деталей газотурбинных двигателей и компрессоров, горелок, кокилей, стеклоформ, выхлопных коллекторов дизелей |
| ЧХ2 ЧX3 | 150 | 310 | 223÷ | Жаростойкость в воздушной среде — до 873 К (600°С), у чугуна ЧХ2 и чугуна ЧX3 — до 973 К (700°С); эти чугуны применяют для производства колосников балок горна агломерационных машин, деталей контактных аппаратов химического оборудования, решеток трубчатых печей нефтеперерабатывающих заводов, деталей турбокомпрессоров, стекломашин и термических печей, электролизеров, облицовочных плит и др. |
| ЧХЗТ | 200 | 400 | 440÷ | Обладает повышенной стойкостью против абразивного износа и истирания; используют для изготовления деталей гидромашин, перекачивающих абразивные смеси, и футеровки (внутренней облицовки) пылепроводов |
| ЧХ9Н5 ЧX16М2 | 350÷ | Высокая стойкость этих чугунов против абразивного износа и истирания обусловила возможность их применения при изготовлении мелющих деталей угле- и рудоразмольных мельниц, ковшей пескометов, дробеметов | ||
| ЧX16 | 350 | 700 | 390÷ | Жаростойкий в воздушной среде, выдерживает температуры до 1173 К (900°С), износостойкий при нормальной и повышенной температурах, устойчивый против воздействия неорганических кислот большой концентрации. Изготовляют арматуру для химического машиностроения, печную арматуру, детали цементных печей |
| ЧX22 ЧХ28Д2 | 290÷ | Высокоустойчивые против абразивного износа и истирания, поэтом используются для производства размольного оборудования, грохотов и склизов, агломерационных машин, песко- и дробеструйных камер, работающих при повышенных температурах; кроме того, из таких чугунов изготовляют вставки для армирования брусьев вторичной зоны охлаждения установок непрерывной разливки стали, детали угле- и рудоразмольных мельниц, ковшей, пескометов и дробеметов | ||
| ЧХ22С | 290 | 540 | 333÷ | Повышенная коррозионная стойкость при температурах до 1273 К (1000°С) в случае применения его в запыленных газовых средах, высокой кислотостойкостью и сопротивлением межкристаллитной коррозии; из него изготовляют детали, не подвергающиеся действию постоянных и переменных нагрузок, детали аппаратуры, работающей в условиях действия концентрированных азотной и фосфорной кислот, печной аппаратуры |
| ЧХ28 ЧX34 | 290÷ | Высокая коррозионная стойкость в растворах кислот (азотной, серной, фосфорной, соляной, уксусной, молочной и др.), щелочей и солей (азотнокислом аммонии, сульфате аммония, хлорной извести, хлорном железе, селитре); а также в газах, содержащих серу или SО2, Н2О, жаростойкие, выдерживают температуры до 1373÷1423 К (1100÷1150 °С), хорошо сопротивляются абразивному износу; производят детали, работающие при небольших механических нагрузках в среде SО2 и SОз, в щелочах высокой концентрации, азотной кислоте, растворах и расплавах солей при температурах до 1273 К (1000°С), детали центробежных насосов, печной арматуры, реторты для цементации, сопла горелок, цилиндры, корпуса золотников, гребни обжиговых колчеданных печей, сопла для пескоструйных аппаратов, а также другие детали, подверженные абразивному истиранию | ||
| ЧХ28П | 200 | 400 | 245÷ | Стойкость после окислительного отжига в цинковых расплавах при температурах до 823 К (550°С), из него получают детали пар трения, работающие в цинковом расплаве агрегатов горячего непрерывного цинкования |
| ЧС5 ЧС5Ш | 150÷ | Жаростойкость в топочных газах и воздушной среде, выдерживают температуры до 973 ÷ 1073 К (700 и 800°С); из чугуна марки ЧС5 изготовляют колосники, бронеплиты для печей обжига, используемых в цементной промышленности, сероуглеродные реторты, а из чугуна марки ЧС5Ш — топочную арматуру котлов, детали пароперегревателей котлов, газовые сопла, подовые плиты термических печей | ||
| ЧС13 ЧС15 ЧС17 | 100÷ | Высокая коррозионная стойкость чугуна при температурах до 473 К (200°С), устойчивы к воз- действию концентрированных и разбавленных кислот, растворов щелочей, солей (кроме фтористоводородных и фтористых соединений), не допускают резких переменных, а также ударных нагрузок и перепада температур; из них производят отливки простой конфигурации, детали центробежных и поршневых насосов, компрессоров и трубопроводной арматуры, трубы, фасонные детали для трубопроводной арматуры, теплообменников и другие детали химической аппаратуры | ||
| ЧС15М4 ЧС17МЗ | 60 | 140÷ | Высокая коррозионная стойкость чугуна к серной, азотной и соляной кислотам разной концентрации и температуры, водным растворам щелочей и солей при местном перепаде температур до 30 К в массе детали в случае отсутствия динамических, переменных и пульсирующих нагрузок. Применяются для тех же целей, что и чугуны перечисленных выше марок Где применяется чугун?Чугун используется уже на протяжении веков, и сейчас вряд ли найдешь человека, который ни разу не слышал об этом сплаве. Изделия из него применяются повсеместно, так как они прочные и сравнительно недорогие. Чугун – представляет собой железный сплав, у которого низкое содержание углерода. За счет добавления специальных присадок удается заметно улучшить качество данного материала. Преимущества чугунаКлючевые достоинства чугуна видно сразу, если проанализировать те области, где используется данный сплав и изучить качественные характеристики материала. Среди основных преимуществ можно выделить следующие: Сферы примененияЧугун всегда был востребован в тяжелой промышленности, металлургических и машиностроительных отраслях, станкостроении. Здесь он используется в больших объемах, из него изготавливаются как совсем небольшие детали, так и крупногабаритные изделия, вес которых составляет сотни тонн. Из чугуна делают компоненты для станков, валов, двигателей. Большим спросом пользуются изготовленные из этого сплава трубы, так как они отвечают всем необходимым требованиям долговечности и надежности. Применение чугуна в быту сделало этот сплав металла популярным среди населения. В частности, из него изготавливаются краны, вентили, фитинги, радиаторы отопления, трубы. Многие сантехнические изделия также делаются либо полностью, либо частично чугунными. Возможно, вы видели когда-нибудь тяжелые, но прочные мойки и ванны, изготовленные еще полвека назад. Их и сейчас можно смело эксплуатировать, именно чугун обеспечил им долговечность. Какими еще достоинствами обладает данный сплав металла? Любой кузнец скажет вам, что ковать изделия из чугуна проще простого. Недаром именно из него часто производятся различные ограждения, барельефы, всевозможные красивые элементы декора. А в музеях можно даже увидеть произведения искусства, выкованные из чугуна. Что же касается литья, то такая технология позволяет создавать много хороших красивых вещей. Чугунные изделия практически не подвержены износу и даже спустя годы будут отлично смотреться. А если они вдруг окажутся ненужными, то их можно утилизировать – сдать металлолом по выгодной цене и неплохо на этом заработать. Как вторсырье, чугун всегда ценится. Теперь пару слов по поводу недостатков. Чугун имеет свои изъяны, главный из которых – хрупкость. К сожалению, его можно расколоть или деформировать при сильном ударе, впрочем, это свойство материала также во многом зависит от технологии обработки сплава. Оставляя свои личные данные, вы принимаете Моск. область, г. Химки, ул. Заводская, д. 3 Моск. область, г. Лобня, ул. Лейтенанта Бойко, д. 104
|