Меню
Статьи
|
Влияние элементов на свойства чугуна
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.
| Группа |
Марка чугуна |
σВ, МПа |
НВ |
δ |
| серые |
СЧ10 |
100 |
120...150 |
|
|
СЧ15 |
150 |
130...241 |
|
|
... |
... |
... |
|
|
СЧ35 |
350 |
179...290 |
|
| Высокопрочные |
ВЧ35 |
350 |
140...170 |
22 |
|
ВЧ40 |
400 |
140...202 |
15 |
|
... |
... |
... |
... |
|
ВЧ100 |
1000 |
270...360 |
2 |
| Ковкие |
КЧ30-6 |
300 |
163 |
6 |
|
КЧ33-8 |
330 |
163 |
8 |
|
КЧ37-12 |
370 |
163 |
12 |
|
... |
... |
... |
... |
|
КЧ63-2 |
630 |
269 |
2 |
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 чугун |
Высокопрочный чугун |
Ковкий чугун |
| Углерод |
| Повышенное содержание углерода приводит к уменьшению прочности, твердости и увеличению пластичности; углерод улучшает литейные свойства чугуна |
Увеличенное содержание углерода улучшает литейные свойства чугуна |
Углерод - 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 твердость |
С повышением содержания кремния возрастает предел прочности при растяжении, при дальнейшем увеличении содержания - уменьшаются предел прочности при растяжении и относительное удлинение |
Для 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 сплава |
С 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 графита |
Чем выше содержание серы в исходном чугуне, тем труднее получить полностью шаровидную форму графита и, следовательно, высокие механические свойства |
Содержание 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. хрупкость |
Фосфор 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 сплава |
Никель влияет на тепло- и электропроводность, а также на коррозионную стойкость и жаростойкость сплава. С увеличением содержания никеля эти свойства повышаются |
Никель 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 углерода |
С увеличением содержания хрома в определенных пределах повышается жаростойкость, коррозионная стойкость и износостойкость сплава |
Хром 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 сплава |
При 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 графита |
Медь 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.
| Элемент |
Обычный источник |
Обычное содержание (%) |
Воздействие на литейный чугун |
| Алюминий Al |
Стальной лом, раскисленный Al, модификаторы, ферросплавы, добавки алюминия |
До 0,03 |
Способствует 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 Sb |
Стальной лом, эмалированный лом, корпуса подшипников, добавки сурьмы |
До 0,02 |
Сильный стабилизатор перлита и карбидов. Препятствует образованию шаровидного графита в отсутствие РЗМ. |
Мышьяк
As |
Чугун, стальной лом |
До 0,05 |
Сильный стабилизатор перлита и карбидов. Улучшает форму шаровидного графита. |
Барий
Ba |
Модификаторы с барием |
До 0,003 |
Усиливает 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 висмут |
Свыше 0,01 |
Способствует 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 0,01 |
Свыше 0.001 % способствует образованию карбидов особенно в ВЧ. 0,002 % B улучшает способность к отжигу ковкого чугуна. |
Кальций
Ca |
Ферросплавы, модификаторы |
До 0,01 |
Улучшает степень шаровидности включений графита. Снижает тенденцию к отбелу и способствует образованию графита. |
Церий
Ce |
Большинство магниевых сплавов, мишметалл или другие источники РЗМ |
До 0,02 |
Как 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, феррохром |
До 0,3 |
Способствует образованию отбела и перлита. Повышает прочность. Образует скопления карбидов в ВЧ при содержании выше 0,05 %. |
Кобальт
Co |
Инструментальная сталь |
До 0,02 |
Не оказывает существенного воздействия на чугун. |
Медь
Cu |
Медная проволока, сплавы на основе меди, стальной лом, специальные добавки меди. |
До 0,5 |
Способствует 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 0,005 |
Способствует 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 - 0,08 |
Способствует 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 - 1,0 |
Нейтрализует 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 ферромолибдена |
До 0,1 |
Способствует образованию перлита. Повышает прочность. Может способствовать формированию усадки и образованию карбидов. |
Никель
Ni |
Никелированный лист, стальной лом, специальные чугуны. Сплав Ni/Mg |
До 0,5 |
В небольших количествах слабое воздействие на расплав. Графитизирующий эффект в больших количествах. |
Азот
N |
Кокс, науглероживатели, связующие, стальной лом, добавки азотированного ферромарганца. |
До 0,015 |
Способствует 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 0,1 |
Повышает 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. |
0,8-4,0 |
Способствует 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 модификаторы |
До 0,003 |
Способствуют 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 0,003 |
Сильный 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 0,15 |
В 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 0,10 |
Нейтрализует 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 сталь |
До 0,05 |
Редко присутствует в существенных объемах. Средний по силе стабилизатор перлита. |
Ванадий
V |
Лом, инструментальной стали, некоторые чугуны, добавки феррованадия. |
До 0,10 |
Вызывает образование отбела. Измельчает включения пластинчатого графит. Существенно повышает прочность. |
|
Наши партнёры
Спец-предложение
Предлагаем услуги по оптимизации геометрии разливочной оснастки с целью обеспечения повышения коэффициента использования металла и снижения осевой пористости слитков
подробнее
|
