Čuguna veidi, klasifikācija, sastāvs, īpašības, marķējums un pielietojums

2024 Autors: Howard Calhoun | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2023-12-17 10:35

Šodien gandrīz nav nevienas cilvēka dzīves jomas, kurā netiktu izmantots čuguns. Šis materiāls cilvēcei ir zināms diezgan ilgu laiku un ir lieliski sevi pierādījis no praktiskā viedokļa. Čuguns ir ļoti daudzveidīgu detaļu, mezglu un mehānismu pamats un dažos gadījumos pat pašpietiekams izstrādājums, kas spēj pildīt tam uzticētās funkcijas. Tāpēc šajā rakstā mēs pievērsīsim īpašu uzmanību šim dzelzi saturošajam savienojumam. Mēs arī uzzināsim, kādi ir čuguna veidi, to fizikālās un ķīmiskās īpašības.

Definīcija

Čuguns ir patiesi unikāls dzelzs un oglekļa sakausējums, kurā Fe ir vairāk nekā 90%, bet C ir ne vairāk kā 6,67%, bet ne mazāks par 2,14%. Arī oglekli var atrast čugunā cementīta vai grafīta veidā.

Ogleklis sakausējumam piešķir pietiekami augstu cietību, taču tajā pašā laikā samazina kaļamību un elastību. Tā rezultātā čuguns ir trausls materiāls. Tāpat atsevišķām čuguna kategorijām tiek pievienotas īpašas piedevas, kas savienojumam var piešķirt noteiktas īpašības. Leģējošu elementu loma var būt: niķelis, hroms, vanādijs, alumīnijs. Čuguna blīvuma indekss ir 7200 kilogrami uz kubikmetru. No kā var secināt, kačuguna svars ir rādītājs, ko nevar saukt par mazu.

Vēstures fons

Dzelzs kausēšana cilvēkiem ir zināma jau sen. Pirmā sakausējuma pieminēšana datēta ar sesto gadsimtu pirms mūsu ēras.

Senos laikos Ķīna ražoja čugunu ar diezgan zemu kušanas temperatūru. Eiropā čugunu sāka ražot aptuveni 14. gadsimtā, kad pirmo reizi tika izmantotas domnas. Tolaik šādu dzelzs lējumu izmantoja ieroču, šāviņu, konstrukciju detaļu ražošanai.

Krievijā čuguna ražošana aktīvi sākās 16. gadsimtā un pēc tam strauji paplašinājās. Pētera I laikā Krievijas impērija dzelzs ražošanas ziņā spēja apiet visas pasaules valstis, taču pēc simts gadiem tā atkal sāka zaudēt pozīcijas melnās metalurģijas tirgū.

Čuguns ir izmantots dažādu mākslas darbu radīšanai kopš viduslaikiem. Jo īpaši 10. gadsimtā ķīniešu meistari izlēja patiesi unikālu lauvas figūru, kuras svars pārsniedza 100 tonnas. Sākot ar 15. gadsimtu Vācijā un pēc tam arī citās valstīs, čuguna liešana kļuva plaši izplatīta. No tā tika izgatavoti žogi, režģi, parka skulptūras, dārza mēbeles, kapu pieminekļi.

18. gadsimta pēdējos gados čuguna liešana bija visvairāk saistīta Krievijas arhitektūrā. Un 19. gadsimtu parasti sauca par "čuguna laikmetu", jo sakausējums tika ļoti aktīvi izmantots arhitektūrā.

Funkcijas

Ir dažādi veidičuguns, tomēr šī metāla savienojuma vidējā kušanas temperatūra ir aptuveni 1200 grādi pēc Celsija. Šis rādītājs ir par 250-300 grādiem mazāks nekā nepieciešams tērauda ražošanai. Šī atšķirība ir saistīta ar diezgan augstu oglekļa saturu, kas rada mazāk ciešas saites ar dzelzs atomiem molekulārā līmenī.

Kausēšanas un sekojošās kristalizācijas laikā čugunā esošajam ogleklim nav laika pilnībā iekļūt dzelzs molekulārajā režģī, un tāpēc čuguns galu galā izrādās diezgan trausls. Šajā sakarā to neizmanto tur, kur ir pastāvīgas dinamiskas slodzes. Bet tajā pašā laikā tas ir lieliski piemērots tām daļām, kurām ir paaugstinātas prasības attiecībā uz izturību.

Ražošanas tehnoloģija

Absolūti visi čuguna veidi tiek ražoti domnā. Faktiski pats kausēšanas process ir diezgan darbietilpīga darbība, kas prasa nopietnus materiālus ieguldījumus. Vienai tonnai čuguna nepieciešami aptuveni 550 kilogrami koksa un gandrīz tonna ūdens. Krāsnī ievietotās rūdas tilpums būs atkarīgs no dzelzs satura. Visbiežāk tiek izmantota rūda, kurā dzelzs ir vismaz 70%. Zemāka elementa koncentrācija nav vēlama, jo to izmantot būtu neekonomiski.

Pirmā posma iestudējums

Dzelzs kausēšana notiek šādi. Pirmkārt, krāsnī tiek ielejama rūda, kā arī koksa ogles, kas kalpo spiediena veidošanai un nepieciešamās temperatūras uzturēšanai krāsns šahtas iekšpusē. Turklāt šie produkti degšanas procesā ir aktīvi iesaistīti notiekošajās ķīmiskajās reakcijāsdzelzs reducētāju loma.

Tajā pašā laikā krāsnī tiek ielādēta plūsma, kas kalpo kā katalizators. Tas palīdz akmeņiem ātrāk kust, kas veicina dzelzs izdalīšanos.

Ir svarīgi ņemt vērā, ka rūdai pirms iekraušanas krāsnī tiek veikta īpaša pirmapstrāde. To sasmalcina drupināšanas iekārtā (sīkas daļiņas kūst ātrāk). Pēc tam to mazgā, lai noņemtu daļiņas, kas nesatur metālu. Pēc tam izejmateriāls tiek apdedzināts, līdz ar to no tā tiek noņemts sērs un citi svešķermeņi.

Ražošanas otrais posms

Dabasgāze krāsnī tiek piegādāta noslogota un gatava darbam caur speciāliem degļiem. Kokss uzsilda izejvielu. Šajā gadījumā izdalās ogleklis, kas savienojas ar skābekli un veido oksīdu. Šis oksīds vēlāk piedalās dzelzs atgūšanā no rūdas. Ņemiet vērā, ka, palielinoties gāzes daudzumam krāsnī, ķīmiskās reakcijas ātrums samazinās, un, sasniedzot noteiktu attiecību, tā vispār apstājas.

Oglekļa pārpalikums iekļūst kausējumā un savienojas ar dzelzi, galu galā veidojot čugunu. Visi tie elementi, kas nav izkusuši, atrodas uz virsmas un galu galā tiek noņemti. Šos atkritumus sauc par izdedžiem. To var izmantot arī citu materiālu ražošanai. Tādā veidā iegūtos čuguna veidus sauc par lietuvēm un čugunu.

Diferencēšana

Mūsdienu čuguna klasifikācija paredz šo sakausējumu iedalījumu šādos veidos:

• B alts.
• Puse.
• Pelēks ar pārslu grafītu.
• Augstas stiprības mezglains grafīts.
• Kaļani.

Apskatīsim katru atsevišķi.

B altais čuguns

Šis čuguns ir tas, kurā gandrīz viss ogleklis ir ķīmiski saistīts. Mašīnbūvē šo sakausējumu izmanto ne pārāk bieži, jo tas ir ciets, bet ļoti trausls. Tāpat to nevar apstrādāt ar dažādiem griezējinstrumentiem, tāpēc to izmanto tādu detaļu liešanai, kurām nav nepieciešama nekāda apstrāde. Lai gan šāda veida čuguns pieļauj slīpēšanu ar abrazīviem diskiem. B altais čuguns var būt gan parasts, gan leģēts. Tajā pašā laikā to metināšana rada grūtības, jo to pavada dažādu plaisu veidošanās dzesēšanas vai sildīšanas laikā, kā arī metināšanas punktā veidojas struktūras neviendabīgums.

B altos nodilumizturīgos čugunus iegūst, primāri kristalizējot šķidru sakausējumu ātras dzesēšanas laikā. Visbiežāk tos izmanto sausai berzei (piem., bremžu kluči) vai tādu detaļu ražošanai, kurām ir paaugstināta nodiluma un karstumizturība (velmētavas ruļļi).

Starp citu, b altais čuguns savu nosaukumu ieguvis tāpēc, ka tā lūzuma izskats ir gaiši kristāliska, starojoša virsma. Šī čuguna struktūra ir ledeburīta, perlīta un sekundārā cementīta kombinācija. Ja šis čuguns ir leģēts, tad perlīts tiek pārveidots partroostīts, austenīts vai martensīts.

Pusčuguns

Čugunu klasifikācija būtu nepilnīga, neminot šo metālu sakausējumu dažādību.

Šo čugunu raksturo karbīda eitektikas un grafīta kombinācija tā struktūrā. Kopumā pilnvērtīgai struktūrai ir šāda forma: grafīts, perlīts, ledeburīts. Ja čuguns tiek pakļauts termiskai apstrādei vai leģēšanai, tas var izraisīt austenīta, martensīta vai adatveida troostīta veidošanos.

Šis čuguna veids ir diezgan trausls, tāpēc tā izmantošana ir ļoti ierobežota. Pats sakausējums ieguva savu nosaukumu, jo tā lūzums ir kristāliskās struktūras tumšo un gaišo zonu kombinācija.

Visizplatītākais inženiertehniskais materiāls

Pelēkais čuguns GOST 1412-85 satur aptuveni 3,5% oglekļa, no 1,9 līdz 2,5% silīcija, līdz 0,8% mangāna, līdz 0,3% fosfora un mazāk nekā 0, 12% sēra.

Grafītam šādā čugunā ir lamelāra forma. Tam nav nepieciešamas īpašas izmaiņas.

Grafīta plāksnēm ir spēcīga vājinoša iedarbība, tāpēc pelēkajam čugunam ir raksturīga ļoti zema triecienizturība un gandrīz pilnīga izstiepšanās neesamība (mazāk par 0,5%).

Pelēkais čuguns ir labi apstrādāts. Sakausējuma struktūra var būt šāda:

• Ferīta-grafīts.
• Ferīta-perlīta-grafīts.
• Perlīts-grafīts.

Pelēkais čuguns daudz labāk darbojas kompresijā nekā spriegojumā. Viņš arīmetina diezgan labi, bet tas prasa iepriekšēju uzsildīšanu, un kā pildviela jāizmanto speciāli čuguna stieņi ar augstu silīcija un oglekļa saturu. Bez iepriekšējas uzsildīšanas metināšana būs sarežģīta, jo čuguns metināšanas zonā izbalinās.

Pelēko čugunu izmanto, lai ražotu detaļas, kas darbojas bez triecienslodzes (trīši, pārsegi, gultas).

Šī čuguna apzīmējums notiek saskaņā ar šādu principu: SCH 25-52. Divi burti norāda, ka tas ir pelēkais čuguns, cipars 25 ir stiepes izturības rādītājs (MPa vai kgf / mm 2), cipars 52 ir stiepes izturība šobrīd. no lieces.

Kaļamais čuguns

Nodulārais čuguns būtiski atšķiras no citiem "brāļiem" ar to, ka tajā ir mezglains grafīts. To iegūst, šķidrajā sakausējumā ieviešot īpašus modifikatorus (Mg, Ce). Grafīta ieslēgumu skaits un to lineārie izmēri var būt dažādi.

Kas ir labs par sferoidālo grafītu? Tas, ka šāda forma minimāli vājina metāla pamatni, kas, savukārt, var būt perlītiska, ferīta vai perlītferīta.

Pateicoties termiskai apstrādei vai leģēšanai, čuguna pamatne var būt asiņveida-troostīta, martensīta, austenīta.

Kaļamā čuguna markas ir dažādas, taču kopumā tā apzīmējums ir šāds: VCh 40-5. Ir viegli uzminēt, ka HF ir augstas stiprības čuguns, skaitlis 40 ir indikatorsstiepes izturība (kgf/mm2), skaitlis 5 ir attiecībā pret pagarinājumu, izteikts procentos.

Kaļamais čuguns

Kaļamā čuguna struktūra ir grafīta klātbūtne tajā pārslveida vai sfēriskā formā. Tajā pašā laikā pārslainajam grafītam var būt dažāds smalkums un kompaktums, kas, savukārt, tieši ietekmē čuguna mehāniskās īpašības.

Rūpnieciskais kaļamais čuguns bieži tiek ražots ar ferīta bāzi, kas nodrošina lielāku elastību.

Ferīta kaļamā čuguna lūzuma izskats ir melns, samtains. Jo lielāks perlīta daudzums struktūrā, jo vieglāks kļūs lūzums.

Kopumā kaļamais čuguns tiek iegūts no b altā čuguna lējumiem, jo tas ilgstoši atrodas krāsnīs, kas uzkarsētas līdz 800–950 grādiem pēc Celsija.

Šodien ir divi kaļamā čuguna izgatavošanas veidi: Eiropas un Amerikas.

Amerikāņu metode ir sakausējuma iegremdēšana smiltīs 800–850 grādu temperatūrā. Šajā procesā grafīts atrodas starp tīrākā dzelzs graudiem. Tā rezultātā čuguns kļūst viskozs.

Izmantojot Eiropas metodi, lējumi nīkuļo dzelzsrūdā. Temperatūra tajā pašā laikā ir aptuveni 850-950 grādi pēc Celsija. Ogleklis pāriet dzelzsrūdā, kā rezultātā lējumu virsmas slānis tiek dekarbonizēts un kļūst mīksts. Čuguns kļūst kaļams, bet serde paliek trausla.

Kaļamā čuguna marķējums: KCh 40-6, kur KCh, protams, ir kaļamais čuguns; 40 - stiepes izturības indekss;6 – pagarinājums, %.

Citi rādītāji

Attiecībā uz čuguna iedalījumu pēc stiprības šeit tiek piemērota šāda klasifikācija:

• Tipiskā izturība: σv līdz 20 kg/mm2.
• Palielināta izturība: σv=20–38 kg/mm2.
• Augsta izturība: σv=40 kg/mm2 un vairāk.

Pēc elastības čugunus iedala:

• Neelastīgs - mazāk nekā 1% pagarinājums.
• Zems plastmasas daudzums - no 1% līdz 5%.
• Plastmasa - no 5% līdz 10%.
• Palielināta plastiskums - vairāk nekā 10%.

Nobeigumā vēlos arī atzīmēt, ka jebkura čuguna īpašības diezgan būtiski ietekmē pat liešanas forma un raksturs.