Чугун — важный тип сплава на основе железа, широко используемый в инженерных конструкциях и машиностроении. Он представляет собой эвтектический сплав железа и углерода с содержанием углерода, как правило, более 2%, а также содержит кремний (1–3%) и другие микроэлементы или легирующие элементы. В связи с различиями в составе и методах кристаллизации чугун обладает разнообразной микроструктурой и механическими свойствами, что приводит к образованию множества различных классификаций.
I. Основные характеристики чугуна
По сравнению со сталью,чугунИмеет повышенное содержание углерода и кремния, поэтому в его микроструктуре преобладает углеродная фаза, представленная преимущественно графитом или карбидами. Путь кристаллизации зависит главным образом от состава сплава, скорости охлаждения и способа обработки расплава и может образовывать две эвтектические структуры: метастабильную структуру аустенита и карбида железа (Фе₃C) или стабильную структуру аустенита и графита.
Чугун обладает высокой твёрдостью, износостойкостью и хорошими литейными свойствами, но имеет относительно низкую вязкость, небольшую ударную вязкость, склонен к хрупкому разрушению и не обладает способностью раннего предупреждения о разрушении. Графит, как естественный дефект, может снизить прочность материала, но при этом обеспечивает хорошую амортизацию, смазывающую способность и обрабатываемость.
II. Углеродный эквивалент (CE) и свойства чугуна
Для облегчения определения влияния состава сплава на микроструктуру обычно используют углеродный эквивалент дддхххд (CE), который представляет:
Основная формула
CE = %C + 1/3 × %Си
При рассмотрении содержания фосфора:
CE = %C + (%Си + %P)/3
Если CE ≈ 4,3, это указывает на эвтектический состав сплава. Ниже этого значения сплав имеет доэвтектический состав, выше — заэвтектический. CE влияет не только на морфологию структуры в процессе кристаллизации, но и на эксплуатационные характеристики отливок.
III. Основные факторы, влияющие на микроструктуру чугуна
На окончательную микроструктуру чугуна влияют следующие четыре основных фактора:
Химический состав.
Скорость охлаждения.
Обработка расплавленным материалом.
Последующая термическая обработка.
Кроме того, содержание кремния оказывает существенное влияние на критическую температуру железа и способствует стабильности феррита.
IV. Традиционная и современная классификация чугуна
1. Классификация по цвету излома (традиционная)
Белыйчугун: Эвтектическая фаза — Фе₃C, поверхность излома белая, твёрдая и хрупкая, обладает хорошей износостойкостью. Часто используется в дробилках, рабочих колёсах насосов и т. д.
Серый чугун: эвтектическая фаза представлена пластинками графита, поверхность излома серая, обладает высокой прочностью на сжатие, хорошими амортизационными свойствами и отличной обрабатываемостью. Часто используется в блоках цилиндров, тормозных дисках и т. д.
2. Четыре основных типа современности
Тип: Морфология графита, микроструктура, эксплуатационные характеристики, основные области применения
Белый чугун без графита, с карбидом железа и перлитом, чрезвычайно твердый и хрупкий, износостойкий и трудно поддается обработке для изготовления дробилок, мельниц и деталей насосов.
Листы из серого чугуна с графитом, ферритом/перлитом и графитом обладают хорошей амортизацией, износостойкостью и легко перерабатываются в блоки цилиндров, маховики и станины станков.
Ковкий чугунБлагодаря сферической графито-ферритной или перлитной матрице, сталь отличается высокой прочностью, превосходной пластичностью и хорошими усталостными характеристиками. Она используется в коленчатых валах, зубчатых передачах, а также в деталях военной и железнодорожной техники.
Ковкий чугун, отпущенный с графитом, ферритом или перлитом, обладает вязкостью и пластичностью, промежуточными между серым и ковким чугуном. Детали рулевого управления, трансмиссии, конструктивные элементы сельскохозяйственной техники.
3. Другие методы классификации
Классифицируется по форме графита:
ФГ: Пластинчатый графит (серый чугун).
СГ: Шаровидный графит (ковкий чугун).
CG: Вермикулярный графит (чугун с вермикулярным графитом.
ТГ: Закаленный графит (ковкий чугун).
Классифицировано по организационной матрице:
Ферритный тип, перламутровый тип, аустенитный тип, мартенситный тип, бейнитный тип.
V. Специальные виды чугуна
Помимо основных типов, чугун также можно классифицировать на различные специальные категории в зависимости от требований особых условий работы:
Отбеленный чугун: Локальное быстрое охлаждение формирует структуру белого чугуна, а поверхность обладает превосходной износостойкостью.
Порфир: особая микроструктура, образующаяся в смешанной области серого и белого чугуна.
Чугун с вермикулярным графитом: графит имеет вермикулярную форму, сочетающую прочность и обрабатываемость, и широко используется в высокопрочных тормозных системах.
Высоколегированный графитовый чугун: легирующие элементы (такие как хром и никель) добавляются для повышения коррозионной стойкости и устойчивости к высоким температурам.
Специальный чугун: при содержании легирующих элементов более 3% он обладает превосходными свойствами, такими как коррозионная стойкость, жаростойкость и износостойкость.
VI. Заключение
Чугун, будучи широко распространённым материалом, обладает широким спектром применения благодаря своей сложной микроструктуре и разнообразным методам классификации. Непрерывное развитие металлургических процессов, от традиционного серого и белого чугуна до современного ковкого и вермикулярного чугуна, а затем и высоколегированного специального чугуна, ведёт к повышению эксплуатационных характеристик и расширению возможностей применения чугунных материалов. Глубокое понимание закономерностей классификации и эволюции микроструктуры чугуна является основой для разработки и применения чугунных материалов.
Электронная почта: циклс@cykcgroup.ком.сп
