Видове чугунени отливки
Видове чугунени отливки
Тази глава ще обсъди различните видове чугунени отливки.
Отливка от сив чугун
Характеристиката на сивия чугун е графичната микроструктура, която може да причини счупвания на материала и да има сив вид. Това е най-често използваният тип чугун и също често използван лят материал въз основа на теглото. По-голямата част от сивите чугуни имат химическо разлагане от 2,5% до 4% въглерод, 1% до 3% силикон, а останалото е състав от желязо.
Този тип чугун има по-малка якост на опън и по-малка устойчивост на удар в сравнение със стоманата. Неговата якост на натиск е сравнима с ниско и средно въглеродна стомана.
Всички тези механични свойства се контролират от формата на графитните люспи и размера на графитните люспи, които присъстват в микроструктурата на сивия чугун.
Отливка от бял чугун
Този тип желязо има счупени повърхности, които са бели поради наличието на утайка от железен карбид, наречена цементит. Въглеродът, който се съдържа в белия чугун, се утаява от стопилката като цементит със стабилна фаза, а не като графит. Това се постига с по-ниско съдържание на силиций като графитизиращ агент и по-висока скорост на охлаждане. След това утаяване цементитът се образува като големи частици.
По време на утаяването на железния карбид, утайката изтегля въглерод от първоначалната стопилка, като по този начин премества сместа към такава, която е по-близо до евтектиката. Останалата фаза понижава желязото до въглероден аустенит, който след охлаждане се превръща в мартензит.
Тези съдържащи се евтектични карбиди са твърде големи, за да осигурят предимството на втвърдяването чрез утаяване. В някои стомани може да има много по-малки цементитни утайки, които могат да пренесат деформацията на пластмасата, като възпрепятстват движението на дислокации през матрицата от чист железен ферит. Те имат предимство, тъй като увеличават обемната твърдост на чугуна просто поради собствената си твърдост и обемна част. Това води до това, че обемната твърдост може да бъде приблизително определена чрез правило за смеси.
Тази твърдост във всеки случай се предлага за сметка на якостта. Белият чугун може най-общо да се класифицира като цимент, тъй като карбидът съставлява по-голяма част от материала. Бялото желязо е твърде крехко, за да се използва в структурни компоненти, но поради добрата си твърдост, устойчивост на абразия и ниска цена, може да се използва като износваща се повърхност на помпи за суспензия.
Трудно е да се охладят дебели отливки с по-бърза скорост, която е достатъчна за втвърдяване на стопилката като бял чугун, но бързото охлаждане може да се използва, за да се втвърди адски бял чугун и след това остатъкът от него ще бъде охладете с по-бавно темпо, като по този начин образувате сърцевина от сив чугун. Тази получена отливка се нарича охладена отливка и съдържа предимствата на наличието на твърда повърхност, но с по-твърда вътрешност.
Сплавите на бяло желязо с високо съдържание на хром имаха способността да позволяват масивно отливане на около 10 тона работно колело, което да бъде отлято в пясък. Това се дължи на факта, че хромът намалява скоростта на охлаждане, необходима за получаване на карбиди при по-големи дебелини на материала. Карбиди с отлична устойчивост на абразия също се произвеждат от хромни елементи.
Отливки от ковък чугун
Ковкият чугун започва като отливка от бял чугун, след което се обработва топлинно при температури от около 950°C за два или един ден и след това се охлажда за същия период от време.
След това въглеродът в железния карбид се трансформира в графит и ферит плюс въглерод поради този процес на нагряване и охлаждане. Това е нисък процес, но позволява на повърхностното напрежение да трансформира графита в сфероидни частици, а не в люспи.
Сфероидите са сравнително къси и по-далеч един от друг поради ниското им съотношение. Те също така съдържат по-ниско напречно сечение, разпространяваща се пукнатина и фотон. За разлика от люспите, те съдържат тъпи граници, които участват в облекчаването на проблемите с концентрацията на напрежението, които се срещат в сивия чугун. Като цяло свойствата, включени в ковкия чугун, са по-скоро като тези на стоманата, която е мека по природа.
Леене от сферографитен чугун
Понякога наричан нодуларен чугун, този чугун има своя графит под формата на много малки нодули, като графитът има формата на слоеве, които са концентрични и по този начин образуват нодулите. Благодарение на това свойствата насферографитен чугунса тези на пореста стомана, която няма ефекти на концентрация на напрежение, причинени от люспите на графита.
Съдържащата се концентрация на въглерод е около 3 процента до 4 процента, а тази на силиций е около 1,8 процента до 2,8 процента. Малки количества от 0,02 процента до 0,1 процента магнезий и само 0,02 процента до 0,04 процента церий, когато се добавят към тези сплави, забавят скоростта, с която графитните утайки нарастват чрез свързване към краищата на графитните ленти.
Въглеродът може да има шанс да се отдели като сфероидни частици, докато материалът се втвърдява, поради внимателния контрол на други елементи и правилното време по време на процеса. Получените частици са подобни на ковък чугун, но частите могат да бъдат отлети с по-големи секции.
Легиращи елементи
Свойствата на чугуна се променят и добавят в различни легиращи елементи или сплави в чугуна. В съответствие с въглерода е елементът силиций, защото има способността да изтласква въглерода от разтвора. По-малък процент силиций не може да постигне това напълно, тъй като позволява на въглерода да остане в разтвора, като по този начин образува железен карбид и също така произвежда бял чугун.
По-голям процент или концентрация на силиций е в състояние да изтласка въглерода от разтвора и след това да образува графит и също да произведе сив чугун. Други легиращи агенти, които не са отбелязани, включват манган, хром, титан и след това ванадий. Те противодействат на силиция, те също така насърчават задържането на въглерод и по този начин също и образуването на карбиди. Никелът и елементът мед имат предимство, тъй като увеличават якостта и обработваемостта, но след това не могат да променят количеството образуван въглерод.
Въглеродът, който е под формата на графит, води до по-меко желязо, като по този начин намалява ефекта на свиване, понижаване на якостта и намаляване на съдържащата се плътност. Сярата е предимно замърсител, когато се съдържа, и образува железен сулфид, който предотвратява образуването на графит и също така увеличава твърдостта.
Недостатъкът, наложен от сярата, е, че тя прави стопения чугун вискозен, което причинява дефекти. За да се погрижи и елиминира въздействието на сярата, към разтвора се добавя манган. Това се прави, защото когато двете се комбинират, те образуват манганов сулфид вместо железен сулфид. Полученият манганов сулфид е по-лек от стопилката и има тенденция да изплува от стопилката и да попадне в шлаката.
Приблизителното количество манган, необходимо за премахване на ефектите на сярата, е 1,7 единици съдържание на сяра и допълнителни 0,3 процента, добавени отгоре. Добавянето на повече от това количество манган води до образуването на манганов карбид и това увеличава твърдостта и охлаждането, с изключение на сивия чугун, където до 1 процент манган може да увеличи якостта и съдържащата се плътност. Никелът е един от най-общите легиращи елементи, тъй като има тенденция да рафинира перлита и структурата на графита, като по този начин подобрява якостта и изравнява разликата в твърдостта между дебелините на профилите.
Хромът се добавя в малки количества, за да се намали свободният графит и да се получи охлаждане. Това е така, защото хромът е мощен карбиден стабилизатор и в някои случаи може да работи заедно с никел. За хром също може да се добави малко заместително количество калай. Медта се добавя в черпака или пещта от порядъка на 0,5 процента до 2,5 процента, за да се постигне по-ниско охлаждане, рафиниране на графит и увеличаване на течливостта. Може да се добави и молибден от порядъка на 0,3 процента до 1 процент, така че също така да се увеличи охлаждането, да се пречисти графита и да се усъвършенства структурата на перлита.
Обикновено се добавя, работейки в съответствие с никел, мед и хром, за да се произвеждат железа с висока якост. Елементът титан е добавен, за да работи като дегазатор и дезоксидант и да увеличи течливостта. Пропорции от 0,15 процента до 0,5 процента от елемента ванадий се добавят към чугуна и спомагат за стабилизиране на циментита, за увеличаване на твърдостта и устойчивост на износване и топлинни ефекти.
Цирконият помага за образуването на графит и се добавя в пропорции от около 0,1 процента до 0,3 процента. Този елемент също помага за дезоксидирането и увеличаването на течливостта. В стопилките на ковък чугун, за да се увеличи колко силиций може да се добави, бисмутът се излива в мащаб от 0,002 процента до 0,01 процента. В бялото желязо се добавя елементът бор, който спомага за производството на желязо, което е ковко, и намалява ефекта на огрубяването на елемента бисмут.