Какое влияние оказывает на свойства чугуна кремний

03.10.2020
0
Главная › Какие свойства › Какое влияние оказывает на свойства чугуна кремний
Какое влияние оказывает на свойства чугуна кремний thumbnail

Микроструктура чугунов (табл. 1) зависит от скорости охлаждения металла: при быстром охлаждении будет белый чугун (углерод находится в химически связанном состоянии в виде цементита и ледебурита), а при медленном охлаждении будет серый чугун (углерод находится в виде графита).

Табл. 1. Марки и механические свойства чугуна разлиных типов.

ГруппаМарка чугунаσВ, МПаНВδ
серыеСЧ10100120…150
СЧ15150130…241
………
СЧ35350179…290
ВысокопрочныеВЧ35350140…17022
ВЧ40400140…20215
…………
ВЧ1001000270…3602
КовкиеКЧ30-63001636
КЧ33-83301638
КЧ37-1237016312
…………
КЧ63-26302692

Кремний Si способствует графитизации чугуна, и улучшает его литейные свойства. В серых чугунах содержится 0,8 …4,5 % Si.

Марганец Mn способствует отбеливанию чугуна, но содержание Mn до 1,2% полезно, т.к. увеличиваются твердость и прочность чугуна.

Фосфор Р повышает жидкотекучесть чугуна, поэтому допустимо его содержание до 0,4%, но в ответственных чугунных отливках содержится фосфора менее 0,15%, т.к. с ростом содержания его увеличивается хрупкость чугуна.

Сера S затрудняет графитизацию, увеличивает хрупкость и ухудшает жидкотекучесть чугуна, поэтому серы в чугунах должно быть не более 0,1%.

Серые чугуны делятся на модифицированные, высокопрочные и ковкие (табл. 2).

В серых чугунах графит имеет пластинчатую форму, в высокопрочных – шаровидную, а в ковких – хлопьевидную.П римеры обозначения чугунов:

Формирование структуры чугуна происходит при затвердевании отливки. Основными факторами, влияющими на структурообразование чугуна, являются его химический состав (см. табл. ниже) и скорость охлаждения отливки в форме.

Табл. 2 – Влияние химических элементов на свойства чугуна

Серый чугунВысокопрочный чугунКовкий чугун
Углерод
Повышенное содержание углерода приводит к уменьшению прочности, твердости и увеличению пластичности; углерод улучшает литейные свойства чугунаУвеличенное содержание углерода улучшает литейные свойства чугунаУглерод – основной регулятор механических свойств ковкого чугуна; чугун обладает низкой жидкотекучестью и требует высокого перегрева
Кремний
Кремний (с учетом содержания углерода) способствует выделению графита и снижает твердость, а также уменьшает усадку; повышенное содержание кремния снижает пластичность и несколько увеличивает твердостьС повышением содержания кремния возрастает предел прочности при растяжении, при дальнейшем увеличении содержания – уменьшаются предел прочности при растяжении и относительное удлинениеДля ферритного ковкового чугуна суммарное содержание кремния и углерода должно быть 3,7-4,1%. Содержание кремния зависит от количества углерода и толщины стенки. При содержании кремния до 1,5% механические свойства сплава повышаются
Марганец
Марганец тормозит выделение графита, способствует размельчению перлита и отбеливанию чугуна; взаимодействуя с серой, нейтрализует ее вредное действие. Механические свойства чугуна повышаются при содержании марганца до 0,7-1,3 %, а при дальнейшем увеличении – снижаются. Марганец увеличивает усадку сплаваС повышением содержания марганца уменьшается доля феррита и увеличивается количество перлита; при этом повышается предел прочности при растяжении и уменьшается относительное удлинение. Для повышения износостойкости содержание марганца увеличивают до 1,0- 1,3%Марганец увеличивает количество связанного углерода, повышает прочность феррита. При повышении содержания марганца до 0,8-1,4% увеличивается количество перлита, прочность сплава повышается, но резко падает пластичность и ударная вязкость. В ферритном чугуне содержание марганца не должно превышать 0,6%, в перлитном – 1,0%
Магний
–Для образования графита шаровидной формы содержание магния должно быть не ниже 0,03%, а церия не ниже 0,02% (остаточное содержание). При более низком содержании не весь графит получает шаровидную форму; часть его содержится в виде пластинок, что снижает механические свойства сплава. При повышенном содержании магния (и церия) в структуре сплава образуется цементит и, следовательно, снижаются механические свойства. Оптимальное содержание остаточного магния – 0,04-0,08%–
Сера
Сера снижает прочность и пластичность, но несколько повышает износостойкость сплава, считается вредной примесью, придает чугуну красноломкость (образование трещин при высоких температурах), препятствует выделению графитаЧем выше содержание серы в исходном чугуне, тем труднее получить полностью шаровидную форму графита и, следовательно, высокие механические свойстваСодержание серы в ферритном ковком чугуне, модифицированном алюминием, может быть повышено до 0,2 %; при этом механические свойства возрастают за счет улучшения формы графита. Определяющее влияние на механические свойства чугуна оказывает отношение содержания марганца и серы, которое должно быть в пределах 0,8-3,0
Фосфор
Фосфор на процесс графитизации углерода влияет слабо, но повышает жидкотекучесть сплава, придает чугуну хладноломкость, т. е. хрупкостьФосфор оказывает существенное влияние на структуру и механические свойства. Чтобы получить чугун с высокой пластичностью, содержание фосфора не должно превышать 0,08%. Для получения чугуна с невысокой пластичностью содержание фосфора увеличивают до 0,12-0,15%Фосфор оказывает такое же, как для серого чугуна влияние на структуру и механические свойства сплава
Никель
Никель – легирующий элемент, благоприятно влияет на выравнивание механических свойств в отливках с различной толщиной стенок, повышает твердость на 10 НВ. С увеличением содержания никеля возрастает коррозионная стойкость и улучшается обрабатываемость сплаваНикель влияет на тепло- и электропроводность, а также на коррозионную стойкость и жаростойкость сплава. С увеличением содержания никеля эти свойства повышаютсяНикель способствует графитизации углерода и увеличивает количество перлита в металлической основе сплава
Хром
Хром – карбидообразующий элемент. С увеличением хрома растет прочность и твердость отливок, замедляется процесс графитизации углеродаС увеличением содержания хрома в определенных пределах повышается жаростойкость, коррозионная стойкость и износостойкость сплаваХром замедляет процесс графитизации углерода. Содержание хрома в сплаве не превышает 0,06-0,08%; повышение содержания до 0,1 -0,12% приводит к образованию в структуре сплава стойких карбидов
Молибден
Молибден – легирующий элемент; замедляет процесс графитизации углерода и способствует карбидообразованию. С увеличением содержания молибдена повышается твердость без ухудшения обрабатываемости и возрастает сопротивление износу–Молибден способствует измельчению перлита и графитовых включений, увеличивает предел прочности на 3-7 кгс/мм2 при содержании молибдена 0,5%; замедляет процесс графитизации углерода
Медь
Медь способствует графитизации углерода, увеличивает жидкотекучесть, повышает прочность и твердость сплаваПри содержании в сплаве 1 % меди прочность при растяжении повышается до 40%, а текучесть – до 50 % и соответственно при 2% меди – до 65% и до 70%. Содержание меди более 2% препятствует образованию в структуре сплава шаровидного графитаМедь способствует графитизации углерода и увеличивает содержание в сплаве перлита

Небольшие количества множества элементов могут попасть в состав литейного чугуна и оказывать заметное воздействие на структуру и свойства отливок. Добавки некоторых из этих элементов производят специально, в то время как другие представляют собой примеси, привнесенные в металл из шихты. Некоторые из этих элементов оказывают положительное воздействие, особенно в сером чугуне, в то время как другие оказывают отрицательное воздействие и попадания их с расплав следует избегать. В таблице перечислены обычные источники этих элементов, часто встречающиеся уровни их содержания и основное воздействие на чугун. Результаты применения некоторых элементов в качестве основных легирующих (например, хром), в таблице не указаны.

ЭлементОбычный источникОбычное содержание (%)Воздействие на литейный чугун
Алюминий AlСтальной лом, раскисленный Al, модификаторы, ферросплавы, добавки алюминияДо 0,03Способствует образованию водородных газовых пор в тонких сечениях при содержании Al выше 0,005%. Нейтрализует азот. Способствует образованию дросса. При Al свыше 0,08% оказывает отрицательное воздействие на форму шаровидных включений графита. Может быть нейтрализован церием. Сильный стабилизатор графита.
Сурьма SbСтальной лом, эмалированный лом, корпуса подшипников, добавки сурьмыДо 0,02Сильный стабилизатор перлита и карбидов. Препятствует образованию шаровидного графита в отсутствие РЗМ.
Мышьяк
As		Чугун, стальной ломДо 0,05Сильный стабилизатор перлита и карбидов. Улучшает форму шаровидного графита.
Барий
Ba		Модификаторы с бариемДо 0,003Усиливает образование центров графитизации графита и увеличивает продолжительность действия модификатора. Снижает тенденцию к отбелу и способствует образованию графита.
Висмут
Bi		Специальные добавки, покрытие литейной формы, содержащее висмутСвыше 0,01Способствует образованию отбела и нежелательных форм графита. Увеличивает число включений шаровидного графита в ВЧ, содержащем РЗМ (церий). Чрезмерное число шаровидных включений графита может спровоцировать усадку.
Бор
B		Эмалированный лом, специальные добавки (например, FeB).До 0,01Свыше 0.001 % способствует образованию карбидов особенно в ВЧ. 0,002 % B улучшает способность к отжигу ковкого чугуна.
Кальций
Ca		Ферросплавы, модификаторыДо 0,01Улучшает степень шаровидности включений графита. Снижает тенденцию к отбелу и способствует образованию графита.
Церий
Ce		Большинство магниевых сплавов, мишметалл или другие источники РЗМДо 0,02Как правило, не используется в сером чугуне. Подавляет отрицательное воздействие нежелательных элементов в ВЧ. Улучшает степень шаровидности графита. Стабилизатор карбидов из-за сегрегации.
Хром
Cr		Легированная хромом сталь, некоторые чугуны, феррохромДо 0,3Способствует образованию отбела и перлита. Повышает прочность. Образует скопления карбидов в ВЧ при содержании выше 0,05 %.
Кобальт
Co		Инструментальная стальДо 0,02Не оказывает существенного воздействия на чугун.
Медь
Cu		Медная проволока, сплавы на основе меди, стальной лом, специальные добавки меди.До 0,5Способствует образованию перлита. Повышает прочность. Ослабляет процесс ферритизации в ВЧ. Отсутствие вредного воздействия.
Водород
H		Сырые огнеупоры, материалы литейных форм и влажные добавки.–Образует подповерхностные газовые поры. В незначительной степени способствует образованию отбела. Способствует отбелу при недостатке марганца для нейтрализации серы. Способствует образованию крупных включений графита.
Свинец
Pb		Старые краски, некоторые виды эмалей, автоматная сталь, припой, отложения на бензиновом двигателе.До 0,005Способствует образованию нежелательных структур графита в сером чугуне и существенно снижает прочность при содержании > 0,004 %. Способствует образованию перлита и карбидов. Вызывает образование дегенеративных форм шаровидных включений графита. Отрицательное воздействие на графит в ВЧ нейтрализуется РЗМ (церием).
Магний
Mg		Добавки магний содержащих модификаторов.0,03 – 0,08Способствует образованию шаровидных включений графита и стабилизирует карбиды в ВЧ. Не используется в серых чугунах.
Марганец
Mn		Большинство чугунов, стальной лом, добавки кускового или брикетированного ферромарганца.0,2 – 1,0Нейтрализует серу, образуя MnS. Способствует образованию перлита. Образует скопления карбида в ВЧ. При высоком содержании способствует образованию газовых пор в сочетании с высоким содержанием серы.
Молибден
Mo		Рафинированный чугун, легированная сталь, добавки ферромолибденаДо 0,1Способствует образованию перлита. Повышает прочность. Может способствовать формированию усадки и образованию карбидов.
Никель
Ni		Никелированный лист, стальной лом, специальные чугуны. Сплав Ni/MgДо 0,5В небольших количествах слабое воздействие на расплав. Графитизирующий эффект в больших количествах.
Азот
N		Кокс, науглероживатели, связующие, стальной лом, добавки азотированного ферромарганца.До 0,015Способствует формированию компактных структур графита. Способствует образованию перлита. Повышает прочность. Высокое содержание приводит к образованию трещин в толстых сечениях. Может быть нейтрализован Al, Ti и Zr. Оказывает незначительное влияние на ВЧ.
Фосфор
P		Фосфористый чугун и лом, добавки FeP.До 0,1Повышает углеродный эквивалент. Повышает жидкотекучесть. Формирует фосфидную эвтектику. Оказывает отрицательное воздействие на ВЧ при содержании > 0,05 %. При содержании > 0,04 % вызывает образование пригара.
Кремний
Si		Сплавы ферросилиция, стальной лом, чугун.0,8-4,0Способствует графитизации, снижает отбел, стабилизирует феррит, повышает литейные свойства.
Сера
S		Кокс, науглероживатели, чугун, чугунный лом, добавки сульфида железа.До 0,15 (серый чугун)Оказывает сильное отрицательное воздействие на структуры и свойства, если не сбалансирована марганцем. Повышает чувствительность СЧ к модифицированию. Может требовать увеличения навесок Mg в ВЧ. Содержание серы в ВЧ не должно превышать 0,03 %.
Стронций
Sr		Стронций содержащие модификаторыДо 0,003Способствуют формированию графита в СЧ и ВЧ. В значительной степени снижает отбел в сером чугуне.
Теллур
Te		Автоматная медь, покрытия литейной формы, остатки от проб при термическом анализе.До 0,003Сильный стабилизатор карбидов. Вызывает образование многих нежелательных форм графита. Влияние Те выражено при содержании с 0,0003 %. Влияние уменьшается в сочетании Те с Mg и Ce в ВЧ
Олово
Sn		Припой, жестяной лом, бронзовые компоненты, добавки олова.До 0,15В значительной степени способствует образованию перлита. Повышает прочность. Охрупчивает ВЧ при содержании > 0,08%. Не отмечено других вредных проявлений.
Титан
Ti		Некоторые чугуны, некоторые краски и эмали, возврат ЧВГ, добавки титана и ферротитана.До 0,10Нейтрализует азот в сером чугуне. Вызывает формирование водородной пористости в присутствии алюминия. Вызывает образование переохлажденного графита в сером чугуне. Подавляет формирование шаровидных включений графита при производстве ЧВГ.
Вольфрам
W		Быстрорежущая инструментальная стальДо 0,05Редко присутствует в существенных объемах. Средний по силе стабилизатор перлита.
Ванадий
V		Лом, инструментальной стали, некоторые чугуны, добавки феррованадия.До 0,10Вызывает образование отбела. Измельчает включения пластинчатого графит. Существенно повышает прочность.

Предлагаем услуги по оптимизации геометрии разливочной оснастки с целью обеспечения повышения коэффициента использования металла и снижения осевой пористости слитков

подробнее

Источник

Главная / Технология металлов / Литейное производство / Производство отливок / Влияние химического состава
и скорости охлаждения на микроструктуру чугуна

В обычных серых чугунах, кроме железа и
углерода, имеются следующие примеси: Si, Mn, Р« S. В чугуны,
обладающие специальными свойствами, как отмечалось выше, могут входить и
легирующие примеси: Ni, Cr, Mo, Ti, Си и др Находящиеся в чугуне примеси влияют
на количество и строение выделяющегося графита.

Углерод в чугуне

При изготовлении
отливок для машиностроения
содержание углерода колеблется для обычных серых чугунов от 3,0 до 3,7%. В
качественных чугунах содержание углерода снижается вплоть до 2,7 % С повышением
содержания углерода в чугуне увеличивается, выделение графита, а следовательно,
возрастает склонность чугуна затвердевать серым.

Во всех случаях нижние пределы содержания углерода принимают для
толстостенных, а верхние — для тонкостенных отливок.

Кремний в чугуне

Кремний способствует выделению углерода в виде графита в
процессе затвердевания чугуна и разложению выделившихся кристаллов цементита При
разложении цементита образуются феррит и графит. Изменяя содержание кремния в
чугуне, можно регулировать соотношение количеств связанного углерода и
свободного графита.

Совместное влияние углерода и кремния

Совместное влияние углерода и кремния на структуру
чугуна видно из структурной диаграммы, показанной на рис. 72, а. На
диаграмме по линии абсцисс отложено содержание в чугуне кремния, а на оси
ординат — содержание углерода.

Марганец в чугуне

Марганец растворяется в чугуне, образуя твердые растворы с ферритом и
цементитом без образования каких-либо новых структурных составляющих. Марганец
несколько препятствует графитизации чугуна. Увеличение содержания марганца до
0,8—1,0% повышает механические свойства чугуна, особенно в тонкостенных
отливках. Кроме того, марганец нейтрализует вредное влияние серы на чугун.
Обычно содержание марганца в сером чугуне колеблется з пределах
0,5—0,8%.

Фосфор в чугуне

Фосфор в количестве 0,1—0,3% в твердом чугуне находится в растворенном
состоянии. При больших содержаниях фосфор образует тройную фосфидную эвтектику
Fe + Fe3P + Fe3C с температурой плавления 950°. При
содержании фосфора около 0,5—0,7% фосфидная эвтектика выделяется в виде сплошной
еетки по границам зерен, в результате чего повышается хрупкость чугуна. Фосфор
повышает жидкотекучесть и износостойкость, но ухудшает обрабатываемость чугуна.
Для ответственного литья допускают содержание фосфора до 0,2—0,3%. Отливки,
работающие на истирание, могут содержать до 0,7—0,8% росфора. При производстве
тонкостенного и художественного литья для увеличения жидкотекучести чугуна в
него добавляют около 1 % фосфора.

Сера в чугуне

Сера с железом образует сернистое железо
FeS. При затвердевании чугуна сернистое железо образует с
железом легкоплавкую эвтектику Fe + FeS, которая плавится при 985°. Она
затвердевает в чугуне последней и располагается между зернами, вызывая хрупкость
и понижение прочности чугуна при повышенных температурах Это явление называют
красноломкостью.

Вредное влияние серы в чугуне может быть нейтрализовано добавкой марганца в
количестве, превышающем содержание серы в 5—7 раз. Сера образует с марганцем
сернистый марганец, который плавится при 1620° и находится в расплавленном
чугуне в твердом виде.

Сера ухудшает литейные свойства чугуна: понижает
жидкотекучесть, увеличивает усадку и повышает склонность к образованию трещин,
поэтому содержание серы в чугуне ограничивают 0,12%. Для менее ответственных и
простых по конфигурации отливок допускается содержание серы до 0,15—0,16%. В
высокопрочных чугунах допускается минимальное содержание серы — 0,03%.

Легирующие элементы Сr, Ni, Mo, Ti и другие повышают прочность чугуна. При
этом хром способствует отбелу чугуна (т. е. препятствует выделению графита), а
никель оказывает обратное действие. Поэтому обычно эти два элемента применяют
совместно для легирования чугуна. При легировании чугуна структура перлита
размельчается и он переходит в сорбит или троостит, или мартенсит. При
содержании свыше 10—15% Ni или около 15% (Мn + Сu) серый чугун становится
аустенитным (немагнитным).

Скорость охлаждения отливки

Скорость охлаждения отливки оказывает значительное влияние на образование
структуры чугуна. Увеличение скорости охлаждения отливки способствует повышению
содержания в чугуне цементита; с уменьшением скорости охлаждения увеличивается
содержание в чугуне графита. Структурная диаграмма на рис. 72, а построена для случая постоянной скорости
охлаждения для отливки с толщиной стенки 50 мм, поэтому данной диаграммой нельзя
пользоваться для практических расчетов химического состава отливок, имеющих
различную толщину стенки.

На рис. 72, б приведена структурная диаграмма, учитывающая зависимость
состава чугуна и толщины стенки отливки. Критерием скорости охлаждения отливки в
диаграмме принята толщина стенки отливки в миллиметрах (чем больше толщина
отливки, тем меньше будет скорость ее охлаждения).

На оси ординат диаграммы отложена сумма углерода и кремния, а на оси абсцисс
— толщина стенок отливки. Области, разграниченные кривыми, обозначают те же
микроструктуры, что и на диаграмме рис. 72, а.

Промышленное оборудование

  • Хиты
  • Новинки
  • Спецпредложения

Хит
Новинка

G2-210.2А.М «Бирюза» - Завод по производству кирпича

  • Назначение: выпуск 47 видов изделий методом гиперпрессования. При выпуске изделий другого типа необходима смена оснастки.
  • Уникальность: в автоматическом режиме производство изделий по технологии «мраморного окрашивания».

Хит
Новинка

G3-М.210 «Витязь» - Завод по производству кирпича

  • Назначение: выпуск 35 видов изделий методом гиперпрессования. При выпуске изделий другого типа необходима смена оснастки.
  • Уникальность: компактное этажное размещение, при высокой производительности

Хит

Агат - Пресс для производства лего кирпича

  • Двустороннее прессование
  • Твердость матриц 52-60 ед. по Бринеллю (для справки – твердость сверла 70 ед.)
  • Система управления на базе контроллеров Сименс или Овен. Высокая надежность
  • Автоотключение при аварии: перегрев, падения уровня масла, нерабочий концевой датчик
  • Система радужного (двухцветного) окрашивания изделий
  • Двухконтурная гидравлика – быстрый холостой ход цилиндров и медленное задавливание
  • Мелочей не бывает: пресса в базе комплектуются продувочными пистолетами «Камоци»
  • Пневматика «Камоци» (Италия)

Хит
Новинка

Аметист - Пресс для производства лего кирпича

профессиональная производственная линия, обладающая всем основным оборудованием, необходимым для выпуска качественных изделий, таких как: кирпич, брусчатка, лего-кирпич, плитка. Начинающий предприниматель может купить пресс для кирпича Аметист и с успехом начать свой бизнес.

Хит
Новинка

G2-210.2А.М «Бирюза» - Завод по производству кирпича

  • Назначение: выпуск 47 видов изделий методом гиперпрессования. При выпуске изделий другого типа необходима смена оснастки.
  • Уникальность: в автоматическом режиме производство изделий по технологии «мраморного окрашивания».

Хит
Новинка

G3-М.210 «Витязь» - Завод по производству кирпича

  • Назначение: выпуск 35 видов изделий методом гиперпрессования. При выпуске изделий другого типа необходима смена оснастки.
  • Уникальность: компактное этажное размещение, при высокой производительности

Хит
Новинка

Аметист - Пресс для производства лего кирпича

профессиональная производственная линия, обладающая всем основным оборудованием, необходимым для выпуска качественных изделий, таких как: кирпич, брусчатка, лего-кирпич, плитка. Начинающий предприниматель может купить пресс для кирпича Аметист и с успехом начать свой бизнес.

Новинка

Конвейер скребковый трубный - КСТ

Конвейер скребковый трубный (КСТ) – это герметичный трубопровод из стандартной трубы, внутри которой движется цепь с закрепленными на ней скребками.

Скребковый конвейер обладает целым рядом преимуществ по сравнению с традиционными видами транспорта.

В зависимости от требуемой производительности КСТ может быть как круглого, так и прямоугольного сечения.

Новинка

Ленточный конвейер герметичный

Ленточный конвейер герметичный Ð¿Ñ€ÐµÐ´Ð½Ð°Ð·Ð½Ð°Ñ‡ÐµÐ½ для транспортировки сыпучих, пылящих материалов.

© ТЦ «Шоколад»