Какво е чугун? Свойства, състав, подготовка и употреба

Много от тях знаят за такъв материал като чугун и неговите якостни характеристики. Днес ние ще задълбочим това знание и ще разберем какво е чугунът, от какво се състои, какъв вид е той и как се произвежда.

структура

Какво е чугун? Това е сплав от желязо, въглерод и различни примеси, поради което придобива необходимите свойства. Материалът трябва да има най-малко 2,14% въглерод. В противен случай това ще бъде стомана, а не чугун. Благодарение на въглерода чугунът има повишена твърдост. Въпреки това, този елемент намалява еластичността и еластичността на материала, придавайки му крехкост.

В допълнение към въглерода, съставът на чугуна задължително включва: манган, силиций, фосфор и сяра. Някои марки добавят допълнителни добавки, за да придадат на материала специфични свойства. Сред най-често използваните сплавни елементи са хром, ванадий, никел и алуминий.

Свойства от чугун

Материалът има плътност от 7,2 g / cm3. За метали и техните сплави, това е доста висока стойност. Чугунът е подходящ за производството на всички видове продукти чрез леене. В това отношение той надхвърля всички железни сплави, с изключение на някои стоманени сортове.

Точката на топене на чугун е 1200 градуса. В стомана тази цифра е по-висока с 250-300 градуса. Причината за това е повишеното съдържание на въглерод в желязото, което причинява по-малко тесни връзки между атомите на желязото. По време на топенето на чугуна и последващата му кристализация въглеродът не е напълно в състояние да проникне в структурата на желязото. Следователно, материалът е крехък. Структурата на чугуна не позволява да се използва за производство на продукти, които са постоянно обект на динамични натоварвания. Но за които чугунът е идеален, това е за части, които трябва да имат повишена здравина.

приемане

Получаването на чугун - много скъп и материалоемък процес. За да получите един тон сплав, имате нужда от 550 кг кокс и 900 литра вода. Що се отнася до рудата, нейното количество зависи от съдържанието на желязо. Като правило, рудата се използва с масова част на желязото най-малко 70%. Преработката на по-малко богати руди е непрактична от икономическа гледна точка.

Преди да отиде до топилната пещ, материалът се обогатява. Производство на желязо в 98% от случаите се срещат в доменни пещи.

Технологичният процес включва няколко етапа. Първо в доменна пещ Рудата се зарежда, която съдържа магнитна желязна руда (съединение на дву- и тривалентен железен оксид). Могат да се използват и руди, които съдържат воден железен оксид или негови соли. В допълнение към суровините, в пещта се поставят коксуващи въглища, които са необходими за създаване и поддържане на висока температура. Продуктите на изгаряне на въглища като редуктори на желязо също участват в химични реакции.

Освен това, потокът се подава в пещта, която действа като катализатор. Той ускорява процеса на топене на скалите и освобождаване на желязо. Важно е да се отбележи, че преди да попадне в пещта, рудата трябва да бъде подложена на специална обработка. Тъй като по-малките части се топят по-добре, то се раздробява предварително в трошачно съоръжение. След това рудата се измива, за да се отърве от примесите, които не съдържат метал. След това суровината се изсушава и изпича в пещи. Благодарение на печенето от него се отстраняват сяра и други чужди елементи.

След като пещта е напълно заредена, започва втората фаза на производство. Когато горелките работят, коксът постепенно загрява суровините. Това освобождава въглерод, който реагира с кислорода и образува оксид. Последният участва активно в редукцията на желязото от съединенията в рудата. Колкото повече газ се натрупва в пещта, толкова по-бавна е реакцията. Когато се достигне желаното съотношение, реакцията спира напълно. Излишният газ по-късно служи като гориво за поддържане на необходимата температура в пещта. Този метод има няколко силни страни. Първо, тя позволява да се намалят разходите за гориво, което намалява разходите за производствения процес. И, второ, продуктите на горенето не влизат в атмосферата, замърсяват го, а продължават да участват в производството.

Излишният въглерод се смесва с стопилката и се абсорбира от желязото. Така се оказва чугун. Примесите, които не са се разтопили, плуват към повърхността на сместа и се отстраняват. Те се наричат ​​шлака. Шлаката се използва при производството на някои материали. Когато всички излишни частици се отстранят от стопилката, към нея се добавят специални добавки.

вид

Какво е чугун и как да го получим, ние вече сме измислили, сега нека се заемем с класификацията на този материал. Описаният по-горе процес произвежда чугун и желязо за леярство.

Използва се чугун производство на стомана на пътя на конвертора на кислород. Този вид има ниско съдържание на силиций и манган в сплавта. Леярският чугун се използва при производството на всички видове продукти. Той е разделен на пет типа, всеки от които ще бъде разглеждан отделно.

бял

Тази сплав се характеризира със съдържание на излишък въглерод под формата на карбид или цементит. Името на този вид е дадено за бял цвят на мястото на разлома. Съдържанието на въглерод в това желязо обикновено надвишава 3%. Белият чугун има висока крехкост и крехкост, така че се използва ограничено. Този тип се използва за производство на части с проста конфигурация, които изпълняват статични функции и не носят тежки товари.

Благодарение на добавянето на легиращи добавки към състава на бялото желязо е възможно да се подобрят техническите параметри на материала. За тази цел най-често се използва хром или никел, по-рядко ванадий или алуминий. Марка с този вид добавки, наречена "sormate". Използва се в различни устройства като нагревателен елемент. Сормит има висока съпротивление и работи добре при температури не по-високи от 900 градуса. Най-честата употреба на бяло желязо - производството на битови вани.

сив

Това е най-често срещаният вид чугун. Намери приложение в различни области на националната икономика. В сивото желязо, въглеродът е представен като перлит, графит или ферит-перлит. В тази сплав съдържанието на въглерод е около 2,5%. Що се отнася до чугуна, този материал има висока якост, така че се използва в производството на части, които получават цикличен товар. Сивият чугун прави втулки, скоби, зъбни колела и корпуси на промишлено оборудване.

Благодарение на графита, сивият чугун намалява триенето и подобрява смазването. Следователно частите от сив чугун са изключително устойчиви на този вид износване. При работа в особено агресивни среди, в материала се въвеждат допълнителни добавки, за да се изравни отрицателното въздействие. Те включват: молибден, никел, хром, бор, мед и антимон. Тези елементи защитават сивото чугун от корозия. В допълнение, някои от тях увеличават графитизацията на свободния въглерод в сплавта. Това създава защитна бариера, която предотвратява разрушителните елементи да достигнат повърхността на чугуна.

на петна

Междинният материал между първите два сорта е наполовина чугун. Въглеродът, който се съдържа в него, е представен под формата на графит и карбид в приблизително равни пропорции. Освен това в такава сплав могат да присъстват в малки количества лидебурит (не повече от 3%) и цементит (не повече от 1%). Общото съдържание на въглерод в полу-желязо варира от 3,5 до 4,2%. Този тип се използва за производство на части, които се експлоатират в условия на постоянно триене. Те включват автомобилни спирачни накладки, както и ролки за шлифовъчни машини. За по-нататъшно увеличаване на износоустойчивостта към сплавта се добавят всички видове добавки.

ковък

Тази сплав е вид бяло желязо, което се подлага на специално изпичане за целите на графитизацията на свободния въглерод. В сравнение със стомана, такъв чугун има подобрени амортизирани свойства. Освен това, той не е толкова чувствителен към разфасовките и работи добре при ниски температурни условия. При такъв чугун масовата фракция на въглерода не надвишава 3,5%. В сплавта той е представен във формата на ферит, гранулиран перлит, съдържащ включвания от графит или ферит-перлит. Дуктилното желязо, както и половината, се използва главно при производството на части, работещи при условия на непрекъснато триене. За подобряване на експлоатационните характеристики на материала в сплавта се добавят магнезий, телур и бор.

Висока якост

Този тип чугун се получава поради образуването на сферични графитни включвания в металната решетка. Поради това, металната основа кристална решетка отслабва и сплавта придобива подобрени механични свойства. Образуването на сферичен графит се дължи на въвеждането на магнезий, итрий, калций и церий в материала. Висококачественият чугун е близък по своите параметри към въглеродната стомана. Подходящ е за леене и може напълно да замени стоманените части на механизмите. Поради високата топлопроводимост на този материал може да се използва за производството на тръбопроводи и нагревателни устройства.

Трудности в промишлеността

Към днешна дата чугунът има съмнителни перспективи. Факт е, че поради високите разходи и голямото количество отпадъци индустриалците все по-често отказват чугун в полза на евтини заместители. Благодарение на бързото развитие на науката отдавна е възможно да се получат по-добри материали при по-ниски разходи. Сериозна роля в това отношение играе опазването на околната среда, което не приема използването на доменни пещи. Необходими са години, ако не и десетилетия, за да се превърне напълно топенето на желязото в електрически пещи. Защо толкова дълго? Защото е много скъпо и не всяка държава може да си го позволи. Следователно остава само да се изчака, докато се подобри масовото производство на нови сплави. Разбира се, напълно спиране на промишленото използване на желязо в близко бъдеще няма да работи. Но е очевидно, че мащабът на неговото производство ще падне всяка година. Тази тенденция започна преди 5-7 години.

заключение

След като разгледахме въпроса: „Какво е чугун?”, Могат да се направят няколко заключения. Първо, чугунът е сплав от желязо, въглерод и добавки. Второ, тя има шест вида. Трето, чугунът е много полезен и многофункционален материал, така че дълго време скъпото му производство е целесъобразно. Четвърто, досега чугунът вече се счита за остатък от миналото и системно губи позицията си за по-надеждни и по-евтини материали.