Види чавунних виливків
Види чавунних виливків
У цій главі будуть розглянуті різні типи чавунних відливок.
Лиття з сірого чавуну
Характеристикою сірого чавуну є графічна мікроструктура, яка може спричиняти тріщини матеріалу та мати сірий вигляд. Це найбільш часто використовуваний тип чавуну, а також часто використовуваний литий матеріал на основі ваги. Більшість сірих чавунів мають хімічний розклад від 2,5 до 4 відсотків вуглецю, від 1 до 3 відсотків силікону, а решта є складом заліза.
Цей тип чавуну має меншу міцність на розрив і меншу стійкість до ударів порівняно зі сталлю. Його міцність на стиск порівнянна з низько- та середньовуглецевою сталлю.
Усі ці механічні властивості контролюються формою та розміром графітових пластівців, які присутні в мікроструктурі сірого чавуну.
Лиття з білого чавуну
Цей тип заліза має тріщини, які є білими через наявність осаду карбіду заліза, який називається цементитом. Вуглець, який міститься в білому чавуні, виділяється з розплаву як цементит із стабільною фазою, а не як графіт. Це досягається за рахунок нижчого вмісту кремнію як графітичного агента та вищої швидкості охолодження. Після цього осаду цементит утворюється у вигляді великих частинок.
Під час осадження карбіду заліза осад забирає вуглець із початкового розплаву, таким чином переміщуючи суміш у бік суміші, яка ближче до евтектики. Залишкова фаза опускає залізо до вуглецевого аустеніту, який після охолодження перетворюється на мартенсит.
Ці містяться евтектичні карбіди занадто великі, щоб забезпечити перевагу дисперсійного зміцнення. У деяких сталях можуть бути набагато менші виділення цементиту, які можуть спричиняти деформацію пластику, перешкоджаючи руху дислокацій через феритову матрицю чистого заліза. Вони мають перевагу, оскільки збільшують об’ємну твердість чавуну просто завдяки своїй твердості та об’ємній частці. Це призводить до того, що об’ємну твердість можна наближено визначити за правилом сумішей.
У будь-якому випадку ця твердість пропонується за рахунок міцності. Білий чавун можна загалом класифікувати як цемент, оскільки карбід становить більшу частину матеріалу. Білий чавун є надто крихким, щоб використовувати його в конструкційних компонентах, але через його високу твердість, стійкість до стирання та низьку вартість його можна використовувати як поверхню зносу шламових насосів.
Важко охолоджувати товсті виливки з більшою швидкістю, якої достатньо, щоб затвердіти розплав у вигляді білого чавуну, однак швидке охолодження можна застосувати для того, щоб затвердіти пекло білого чавуну, і після цього залишиться його залишок. охолодити повільніше, утворюючи серцевину із сірого чавуну. Отриманий відливок називається охолодженим, і він має переваги, оскільки має тверду поверхню, але має міцнішу внутрішню частину.
Сплави білого заліза з високим вмістом хрому мали здатність дозволяти масове лиття приблизно 10-тонного робочого колеса, яке було відлито в пісок. Це пов'язано з тим, що хром зменшує швидкість охолодження, необхідну для отримання карбідів через велику товщину матеріалу. Карбіди з відмінною стійкістю до стирання також виробляються елементами хрому.
Лиття з ковкого чавуну
Ковкий чавун починається як відливка з білого чавуну, потім піддається термічній обробці при температурах близько 950 °C протягом двох або одного дня, а потім охолоджується протягом такого ж періоду часу.
Потім вуглець у карбіді заліза перетворюється на графіт і ферит плюс вуглець завдяки цьому процесу нагрівання та охолодження. Це низький процес, але він дозволяє поверхневому натягу перетворювати графіт у сфероїдні частинки, а не в пластівці.
Сфероїди відносно короткі та віддалені один від одного через низьке співвідношення сторін. Вони також містять нижній поперечний переріз, тріщину, що поширюється, і фотон. На відміну від лусочок, вони містять тупі межі, що бере участь у пом’якшенні проблем концентрації напруги, які зустрічаються в сірому чавуні. Загалом, властивості ковкого чавуну більше схожі на властивості сталі, яка є м’якою за своєю природою.
Лиття з ковкого чавуну
Цей чавун, який іноді називають чавуном з шаровидним графітом, має графіт у формі дуже дрібних вузликів, причому графіт має форму концентричних шарів, які утворюють вузлики. Завдяки цьому властивості оковкий чавунце губчаста сталь, яка не має ефекту концентрації напруги, викликаного лусочками графіту.
Концентрація вуглецю становить приблизно 3-4 відсотки, а кремнію – приблизно 1,8-2,8 відсотка. Невеликі кількості від 0,02 до 0,1 відсотка магнію та лише від 0,02 до 0,04 відсотка церію при додаванні до цих сплавів уповільнюють швидкість, з якою виділяється графіт через з’єднання з краями графітових смуг.
Вуглець може мати шанс відокремитися у вигляді сфероїдальних частинок, коли матеріал затвердіє, завдяки ретельному контролю інших елементів і правильному часу під час процесу. Отримані частинки схожі на ковкий чавун, але деталі можна відливати з більшими перерізами.
Легуючі елементи
Властивості чавуну змінюються та додаються в чавун різними легуючими елементами або сплавами. Нарівні з вуглецем є елемент кремній, оскільки він має здатність витісняти вуглець із розчину. Менший відсоток кремнію не може повністю досягти цього, оскільки він дозволяє вуглецю залишатися в розчині, таким чином утворюючи карбід заліза, а також виробляючи білий чавун.
Більший відсоток або концентрація кремнію здатна витіснити вуглець із розчину, а потім утворити графіт, а також утворити сірий чавун. Інші не зазначені легуючі речовини включають марганець, хром, титан і потім ванадій. Вони протидіють кремнію, вони також сприяють утриманню вуглецю і, таким чином, утворенню карбідів. Нікель і елемент міді мають перевагу, оскільки вони підвищують міцність і оброблюваність, але тоді вони не можуть змінити кількість утвореного вуглецю.
Вуглець, який є у формі графіту, призводить до м’якшого заліза, таким чином зменшуючи ефект усадки, зниження міцності та зменшення щільності, що міститься. Сірка є переважно забруднювачем, коли міститься, і утворює сульфід заліза, який запобігає утворенню графіту, а також підвищує твердість.
Недоліком сірки є те, що вона робить розплавлений чавун в’язким, що викликає дефекти. Щоб задовольнити і усунути вплив сірки, в розчин додають марганцівку. Це робиться тому, що, коли вони поєднуються, вони утворюють сульфід марганцю замість сульфіду заліза. Отриманий сульфід марганцю легший за розплав і має тенденцію спливати з розплаву та потрапляти в шлак.
Приблизна кількість марганцю, яка необхідна для усунення впливу сірки, становить 1,7 одиниці вмісту сірки та ще 0,3 відсотка, доданого зверху. Додавання більшої кількості марганцю призводить до утворення карбіду марганцю, що підвищує твердість і охолодження, за винятком сірого чавуну, де до 1 відсотка марганцю може збільшити міцність і щільність. Нікель є одним із найбільш загальних легуючих елементів, оскільки він має тенденцію до очищення перліту та структури графіту, таким чином покращуючи ударну в’язкість і вирівнюючи різницю твердості між товщиною секцій.
Хром додається в невеликих кількостях, щоб зменшити вільний графіт і створити охолодження. Це тому, що хром є потужним стабілізатором карбіду, і в деяких випадках він може працювати разом з нікелем. Для хрому також можна додати невелику кількість замінника олова. Мідь додається в ківш або піч приблизно від 0,5 до 2,5 відсотка, щоб досягти зниження охолодження, очищення графіту та підвищення плинності. Також можна додати молібден у кількості від 0,3 до 1 відсотка, щоб також збільшити охолодження, покращити графіт і покращити структуру перліту.
Його зазвичай додають разом з нікелем, міддю та хромом для отримання високоміцних чавунів. Елемент титан додається, щоб працювати як дегазатор і розкислювач, а також підвищувати текучість. Пропорції від 0,15 відсотка до 0,5 відсотка елемента ванадію додають до чавуну та допомагають стабілізувати цементит, підвищити твердість і протистояти зносу та нагріванню.
Цирконій допомагає утворювати графіт і додається в пропорціях приблизно від 0,1 до 0,3 відсотка. Цей елемент також сприяє розкисленню та підвищенню текучості. У розплави ковкого чавуну, щоб збільшити кількість кремнію, додають вісмут у кількості від 0,002% до 0,01%. У білий чавун додається елемент бор, який допомагає у виробництві заліза, яке є ковким, і зменшує ефект укрупнення елемента вісмуту.