Kaļamais čuguns: īpašības, marķējums un darbības joma

2024 Autors: Howard Calhoun | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-02 13:59

Čuguns ir ciets, izturīgs pret koroziju, bet trausls dzelzs-oglekļa sakausējums ar oglekļa saturu C robežās no 2,14 līdz 6,67%. Neskatoties uz raksturīgo trūkumu klātbūtni, tam ir dažādi veidi, īpašības, pielietojumi. Kaļamais čuguns tiek plaši izmantots.

Vēsture

Šis materiāls ir zināms kopš 4. gadsimta pirms mūsu ēras. e. Tās ķīniešu saknes ir VI gadsimtā. BC e. Eiropā pirmā pieminēšana par sakausējuma rūpniecisko ražošanu datēta ar 14. gadsimtu, bet Krievijā - no 16. gadsimta. Bet kaļamā čuguna ražošanas tehnoloģija tika patentēta Krievijā 19. gadsimtā. Vēlāk izstrādāja A. D. Annosovs.

Tā kā pelēkā čuguna izmantošana ir ierobežota zemo mehānisko īpašību dēļ un tērauds ir dārgs un tiem ir zema cietība un izturība, radās jautājums par uzticama, izturīga, cieta metāla izveidi, vienlaikus ar lielāku izturību. un zināma plastiskums.

Čuguna kalšana nav iespējama, taču tā kaļamā īpašību dēļ tas ir piemērots dažu veidu spiediena apstrādei (piemēram, štancēšanai).

Ražošana

Galvenais veids -kausēšana domnās.

Izejvielas domnas apstrādei:

• Partija - dzelzsrūda, kas satur metālu dzelzs oksīdu veidā.
• Degviela - kokss un dabasgāze.
• Skābeklis - injicēts caur speciālām lāpstiņām.
• Fluksi ir ķīmiski veidojumi, kuru pamatā ir mangāns un (vai) silīcijs.

Domnas posmi:

1. Tīra dzelzs atgūšana, ķīmiski veicot dzelzsrūdas reakcijās ar skābekli, kas tiek piegādāts caur lancetēm.
2. Koksa sadegšana un oglekļa oksīdu veidošanās.
3. Tīra dzelzs karburizācija reakcijās ar CO un CO_2.
4. Fe_{3C piesātinājums ar mangānu un silīciju, atkarībā no nepieciešamajām izvades īpašībām.}
5. Gatavo metālu nosusināšana veidnēs caur čuguna caurumiem; izdedžu izvadīšana caur izdedžu caurumiem.

Darba cikla beigās domnas saņem čugunu, izdedžus un domnas gāzes.

Domnas metāla izstrādājumi

Atkarībā no dzesēšanas ātruma, mikrostruktūras, piesātinājuma ar oglekli un piedevām ir iespējams iegūt vairāku veidu čugunu:

1. Iegādāts (b alts): piesaistīts ogleklis, primārais cementīts. Tos izmanto kā izejvielas citu dzelzs-oglekļa sakausējumu kausēšanai, pārstrādei. Līdz 80% no visa saražotā domnas sakausējuma.
2. Liešana (pelēka): ogleklis pilnībā vai daļēji brīva grafīta veidā, proti, tā plāksnes. Izmanto zemas atbildības ķermeņa daļu ražošanai. Līdz 19% no saražotajiem domnu lējumiem.
3. Īpašs: bagāts ar dzelzs sakausējumiem. 1-2% no attiecīgā ražošanas veida.

Kaļamais čuguns tiek iegūts, termiski apstrādājot čugunu.

Dzelzs-oglekļa struktūru teorija

Ogleklis ar ferumu var veidot vairākus dažādus sakausējumu veidus atbilstoši kristāliskā režģa veidam, kas tiek parādīts mikrostruktūras opcijā.

1. Cieta šķīduma iekļūšana α-dzelzs – ferītā.
2. Cieta šķīduma iekļūšana γ-dzelzs – austenītā.
3. Ķīmiskā veidošanās Fe_{3C (saistītais stāvoklis) – cementīts. Primārais veidojas, ātri atdzesējot no šķidra kausējuma. Sekundārā - lēnāka temperatūras pazemināšanās, no austenīta. Terciārā - pakāpeniska dzesēšana no ferīta.}
4. Ferīta un cementīta graudu mehāniskais maisījums - perlīts.
5. Perlīta vai austenīta un cementīta graudu mehānisks maisījums - ledeburīts.

Čuguniem ir īpaša mikrostruktūra. Grafīts var būt sasietā formā un veidot iepriekš minētās struktūras, vai arī tas var būt brīvā stāvoklī dažādu ieslēgumu veidā. Īpašības ietekmē gan galvenie graudi, gan šie veidojumi. Grafīta frakcijas metālā ir plāksnes, pārslas vai bumbiņas.

Slāņveida forma ir raksturīga pelēkiem dzelzs-oglekļa sakausējumiem. Tas padara tos trauslus un neuzticamus.

Pārslām līdzīgiem ieslēgumiem ir kaļamais čuguns, kas pozitīvi ietekmē to mehānisko veiktspēju.

Grafīta sfēriskā struktūra ir vēl lielākauzlabo metāla kvalitāti, ietekmējot cietības pieaugumu, uzticamību, pakļaušanu ievērojamām slodzēm. Augstas stiprības čugunam ir šādas īpašības. Kaļamā čuguna īpašības nosaka ferīta vai perlīta bāze ar pārslveida grafīta ieslēgumiem.

Ferīta kaļamā čuguna ražošana

To ražo no b altas cūkas hipoeutektoīda zema oglekļa sakausējuma, atkausējot lietņus ar oglekļa saturu 2,4-2,8% un tiem atbilstošu piedevu klātbūtni (Mn, Si, S, P). Atlaidināto detaļu sieniņu biezumam jābūt ne vairāk kā 5 cm. Ievērojama biezuma lējumiem grafītam ir plākšņu forma un vēlamās īpašības netiek sasniegtas.

Lai iegūtu kaļamo čugunu ar ferīta pamatni, metālu ievieto īpašās kastēs un apkaisa ar smiltīm. Cieši noslēgtus konteinerus ievieto apkures krāsnīs. Atlaidināšanas laikā veiciet šādu darbību secību:

1. Konstrukcijas uzkarsē krāsnīs līdz 1000 ˚C temperatūrai un no 10 līdz 24 stundām atstāj pastāvīgā karstumā. Rezultātā primārais cementīts un ledeburīts sadalās.
2. Metāls kopā ar krāsni tiek atdzesēts līdz 720 ˚С.
3. 720 ˚С temperatūrā tie tiek turēti ilgu laiku: no 15 līdz 30 stundām. Šī temperatūra nodrošina sekundārā cementīta sadalīšanos.
4. Pēdējā posmā tos atkal atdzesē kopā ar darba plīti līdz 500 ˚С un pēc tam noņem gaisā.

Šādu tehnoloģisko atkausēšanu sauc par grafitizāciju.

Pēc padarītā darba materiāla mikrostruktūra irferīts ar pārslveida grafīta graudiņiem. Šo veidu sauc par "melnsirdi", jo pārtraukums ir melns.

Perlīta kaļamā čuguna ražošana

Tas ir sava veida dzelzs-oglekļa sakausējums, kura izcelsme arī ir no hipoeutektoīda b alta, bet oglekļa saturs tajā ir palielināts: 3-3,6%. Lai iegūtu lējumus ar perlīta pamatni, tos liek kastēs un pārkaisa ar sasmalcinātu pulverveida dzelzsrūdu vai zvīņām. Pati atkausēšanas procedūra ir vienkāršota.

1. Metāla temperatūra tiek paaugstināta līdz 1000 ˚C, tiek turēta 60-100 stundas.
2. Dizains atdzesē ar krāsni.

Siltuma ietekmē metāla vidē notiek difūzija: cementīta sabrukšanas procesā izdalītais grafīts daļēji atstāj atkvēlināto detaļu virsmas slāni, nostājoties uz rūdas vai skalas virsmas. Tiek iegūts mīkstāks, kaļamāks un kaļamāks kaļamā čuguna augšējais slānis ar cietu centru.

Šādu atkausēšanu sauc par nepilnīgu. Tas nodrošina cementīta un ledeburīta sadalīšanos lamelārā perlītā ar atbilstošo grafītu. Ja nepieciešams granulētais perlīta kaļamais čuguns ar lielāku triecienizturību un kaļamību, tiek izmantota materiāla papildu karsēšana līdz 720 ˚С. Tā rezultātā veidojas perlīta graudi ar pārslveida grafīta ieslēgumiem.

Ferīta kaļamā čuguna īpašības, marķējumi un pielietojumi

Ilgstoša metāla "nosūkšana" krāsnī izraisa pilnīgu cementīta un ledeburīta sabrukšanu ferītā. Pateicotiestehnoloģiskiem trikiem, tiek iegūts sakausējums ar augstu oglekļa saturu - zema oglekļa tēraudam raksturīga ferīta struktūra. Taču ogleklis pats par sevi nekur nepazūd – no ar dzelzi saistītā stāvokļa tas pāriet brīvā stāvoklī. Temperatūras efekts maina grafīta ieslēgumu formu uz pārslveida.

Ferīta struktūra izraisa cietības samazināšanos, stiprības vērtību pieaugumu, tādu īpašību kā triecienizturība un elastība.

Ferīta klases kaļamā čuguna marķēšana: KCh30-6, KCh33-8, KCh35-10, KCh37-12, kur:

KCh – šķirnes apzīmējums – kaļams;

30, 33, 35, 37: σ_v, 300, 330, 350, 370 N/mm^{2 - maksimālā slodze ka tas var izturēt bez sabrukšanas;}

6, 8, 10, 12 – relatīvais pagarinājums, δ, % – elastības indekss (jo lielāka vērtība, jo vairāk metālu var apstrādāt ar spiedienu).

Cietība - apmēram 100–160 HB.

Šis materiāls tā veiktspējas ziņā ieņem vidējo pozīciju starp, piemēram, tēraudu un pelēko dzelzs-oglekļa sakausējumu. Kaļamais čuguns ar ferīta pamatni ir zemāks par perlītu nodilumizturības, korozijas un noguruma izturības ziņā, bet augstāks mehāniskās izturības, lokanības un liešanas īpašību ziņā. Zemās cenas dēļ to plaši izmanto rūpniecībā tādu detaļu ražošanā, kas darbojas zemā un vidējā slodzē: zobrati, karteri, aizmugurējās asis, santehnika.

Perlīta kaļamā čuguna īpašības, marķējumi un pielietojumi

Nepilnīgas atkausēšanas dēļ primārajiem, sekundārajiem cementītiem un ledeburītam ir laiks pilnībā izšķīst austenītā, kas 720 ˚С temperatūrā pārvēršas par perlītu. Pēdējais ir mehānisks ferīta un terciārā cementīta graudu maisījums. Faktiski daļa oglekļa paliek saistītā veidā, nosaka struktūru, un daļa tiek “izdalīta” pārslainajā grafītā. Šajā gadījumā perlīts var būt slāņains vai granulēts. Tādējādi veidojas perlīta kaļamais čuguns. Tās īpašības ir saistītas ar piesātinātu, cietāku un mazāk lokanu struktūru.

Tiem, salīdzinot ar ferītu, ir augstākas pretkorozijas, nodilumizturības īpašības, to izturība ir daudz lielāka, bet zemākas liešanas īpašības un elastība. Virspusēji tiek palielināta elastība pret mehānisko spriegumu, vienlaikus saglabājot izstrādājuma serdes cietību un viskozitāti.

Kaļamā čuguna perlīta klases marķējums: KCh45-7, KCh50-5, KCh56-4, KCh60-3, KCh65-3, KCh70-2, KCh80-1, 5.

Pirmais cipars ir stiprības apzīmējums: attiecīgi 450, 500, 560, 600, 650, 700 un 800 N/mm2.

Otrais - plastiskuma apzīmējums: pagarinājums δ,% - 7, 5, 4, 3, 3, 2 un 1, 5.

Perlīta kaļamais čuguns ir izmantots mašīnbūvē un instrumentu konstrukcijām, kas darbojas ar lielu slodzi - gan statisku, gan dinamisku: sadales vārpstas, kloķvārpstas, sajūga daļas, virzuļi, klaņi.

Termiskā apstrāde

Materiālu, kas iegūts termiskās apstrādes, proti, atkausēšanas, rezultātā var atkārtoti izmantotbūt pakļautam temperatūras ietekmei. To galvenais mērķis ir vēl vairāk palielināt izturību, nodilumizturību, izturību pret koroziju un novecošanos.

1. Cietināšanu izmanto konstrukcijām, kurām nepieciešama augsta cietība un stingrība; ražo, karsējot līdz 900 ˚С, detaļas tiek atdzesētas ar vidējo ātrumu aptuveni 100 ˚С/sek, izmantojot mašīnu eļļu. Tam seko augsta rūdīšana ar sildīšanu līdz 650˚С un gaisa dzesēšanu.
2. Normalizāciju izmanto vidēja izmēra vienkāršām detaļām, karsējot cepeškrāsnī līdz 900 ˚С, noturot šajā temperatūrā no 1 līdz 1,5 stundām un pēc tam atdzesējot gaisā. Nodrošina troostīta granulētu perlītu, tā cietību un uzticamību berzes un nodiluma gadījumā. To izmanto, lai iegūtu pretberzes kaļamus čugunus ar perlīta pamatni.
3. Atlaidināšana tiek atkārtota antifrikcijas ražošanā: karsēšana - līdz 900 ˚С, ilgstoša noturēšana pie šī siltuma, dzesēšana kopā ar krāsni. Tiek nodrošināta pretberzes kaļamā čuguna ferīta vai ferīta-perlīta struktūra.

Čuguna izstrādājumu karsēšanu var veikt lokāli vai kombinācijā. Vietējai lietošanai, augstfrekvences strāvas vai acetilēna liesma (sacietēšana). Sarežģītajām - apkures krāsnīm. Ar lokālo karsēšanu sacietē tikai augšējais slānis, savukārt tā cietība un izturība palielinās, bet serdes plastiskums un viskozitāte saglabājas.

Šeit ir svarīgi norādīt, ka čuguna kalšana nav iespējama ne tikai nepietiekamas mehāniskāsīpašības, bet arī tāpēc, ka tā ir ļoti jutīga pret strauju temperatūras pazemināšanos, kas ir neizbēgama, sacietējot ar ūdens dzesēšanu.

Pretberzes kaļamās čugunas

Šī šķirne attiecas gan uz kaļamiem, gan leģētiem, tie ir pelēki (ASF), kaļamie (ASC) un augstas stiprības (ACS). Kaļamais čuguns tiek izmantots ACHK ražošanai, kas tiek atkvēlināts vai normalizēts. Procesi tiek veikti, lai palielinātu tā mehāniskās īpašības un veidotu jaunu raksturlielumu - nodilumizturību berzes laikā ar citām detaļām.

Atzīmēts: AChK-1, AChK-2. To izmanto kloķvārpstu, zobratu, gultņu ražošanai.

Piedevu ietekme uz īpašībām

Papildus dzelzs-oglekļa bāzei un grafītam tajos ir arī citi komponenti, kas arī nosaka čuguna īpašības: mangāns, silīcijs, fosfors, sērs un daži leģējošie elementi.

Mangāns palielina šķidrā metāla plūstamību, izturību pret koroziju un nodilumizturību. Tas palīdz palielināt cietību un stiprību, saistīt oglekli ar dzelzi ķīmiskajā formulā Fe_{3C, veido granulētu perlītu.}

Silīcijs arī pozitīvi ietekmē šķidrā sakausējuma plūstamību, veicina cementīta sadalīšanos un grafīta ieslēgumu izdalīšanos.

Sērs ir negatīva, bet neizbēgama sastāvdaļa. Tas samazina mehāniskās un ķīmiskās īpašības, stimulē plaisu veidošanos. Tomēr tā satura racionāla attiecība ar citiem elementiem (piemēram, ar mangānu) ļaujpareizi mikrostrukturālie procesi. Tātad pie Mn-S attiecības 0,8-1,2 perlīts tiek saglabāts jebkurā temperatūras ietekmes laikā. Palielinot attiecību līdz 3, kļūst iespējams iegūt jebkuru nepieciešamo struktūru atkarībā no norādītajiem parametriem.

Fosfors uzlabo plūstamību, ietekmē izturību, samazina triecienizturību un elastību, ietekmē grafitizācijas ilgumu.

Hroms un molibdēns kavē grafīta pārslu veidošanos, dažos saturos tie veicina granulēta perlīta veidošanos.

Volframs uzlabo nodilumizturību vietās ar augstu temperatūru.

Alumīnijs, niķelis, varš veicina grafitizāciju.

Pielāgojot ķīmisko elementu daudzumu, kas veido dzelzs-oglekļa sakausējumu, kā arī to attiecību, ir iespējams ietekmēt čuguna galīgās īpašības.

Priekšrocības un trūkumi

Kaļamais čuguns ir materiāls, ko plaši izmanto inženierzinātnēs. Tās galvenās priekšrocības:

• augsta cietība, nodilumizturība, izturība un plūstamība;
• normālas stingrības un elastības īpašības;
• izgatavojamība formējot, atšķirībā no pelēkā čuguna;
• dažādas iespējas īpašību korekcijai konkrētai daļai ar termiskās un ķīmiski-termiskās apstrādes metodēm;
• zemas izmaksas.

Trūkumi ietver individuālās īpašības:

• trauslums;
• grafīta ieslēgumu klātbūtne;
• slikta griešanas veiktspēja;
• ievērojams lējumu svars.

Neskatoties uz esošajiem trūkumiem, kaļamais čuguns ieņem atbildīgu vietu metalurģijā un mašīnbūvē. No tā tiek izgatavotas tādas svarīgas detaļas kā kloķvārpstas, bremžu kluču daļas, zobrati, virzuļi, klaņi. Kaļamais čuguns, kam ir nenozīmīga šķirņu dažādība, nozarē ieņem atsevišķu nišu. Tā izmantošana ir raksturīga tām slodzēm, kurās citu materiālu izmantošana ir maz ticama.