Какое влияние оказывает на свойства чугуна сера
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.
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
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.
| Предлагаем услуги по оптимизации геометрии разливочной оснастки с целью обеспечения повышения коэффициента использования металла и снижения осевой пористости слитков подробнее | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Чугун (тюрк.), сплав железа с углеродом (обычно более 2%) содержащий также постоянные примеси ( Si, Mn, P, S) , а иногда и легирующие элементы, затвердевает с образованием эвтектики. Чугун — важнейший первичный продукт чёрной металлургии (см. также Доменное производство), используемый для передела при производстве стали и как компонент шихты при вторичной плавке в чугунолитейном производстве. Чугун вторичной плавки — один из основных конструкционных материалов; Применяется как литейный сплав. Широкому использованию чугуна в машиностроении способствуют его хорошие литейные и прочностные свойства (по прочности некоторые чугуны лишь немногим уступают углеродистой стали; см. Модифицированный чугун}. В современном машиностроении на долю деталей из чугуна приходится около 75% от общей массы отливок.
Углерод оказывает большое влияние на свойства чугунов. Он может находиться в чугуне в виде цементита или графита или одновременно в виде цементита и графита. Чугун, в котором практически ,весь углерод находится в виде цементита, называется белым, а если в виде графита—серым чугуном.
Содержание углерода и форма выделения графита в серых чугунах также оказывают значительное влияние на их свойства. Поскольку графит обладает весьма малой прочностью, то в первом приближении графитовые включения в микроструктуре чугуна можно считать пустотами. Чем больше углерода в чугуне в виде графита, тем больший объем будут занимать пустоты и тем, следовательно, ниже механические свойства чугуна.
Кремний способствует графитизации чугуна и, следовательно, оказывает особенно большое влияние на его свойства. В чугунах обычно содержится 1,2…3,5% Si. Изменяя суммарное содержание углерода и кремния в чугуне, можно при прочих равных условиях получить различную структуру и свойства чугуна.
Марганецпрепятствует процессу графитизации и повышает способность чугуна к сохранению углерода в форме цементита, образуя карбиды. В чугунах содержится 1 … 1,5 % Мn.
Сера является вредной примесью; она ухудшает литейные свойства (понижает жидкотекучесть) и способствует отбеливанию чугуна. Содержание серы в чугуне для мелкого литья допускается не выше 0,08%, для крупного литья—не выше 0,10… 0,12 %. Вредное влияние серы на свойства чугуна в значительной степени нейтрализуется марганцем, образующим химическое соединение МnS, большая часть которого переходит в шлак.
Фосфор увеличивает жидкотекучесть чугуна благодаря образованию легкоплавкой тройной эвтектики FезР—FезС—Fе7, имеющей температуру плавления 950 °С. После затвердевания фосфитная эвтектика повышает твердость и износостойкость чугуна. Фосфор в чугунах содержится до 0,5 %.
Кроме постоянных примесей, в чугун вводят специальные добавки для придания чугунам определенных свойств. Иногда чугуны выплавляют в доменных печах из руд, содержащих хром, никель и другие легирующие компоненты. Такие чугуны называют природнолегированными. Влияние легирующих элементов на свойства чугунов определяется главным образом их отношением к углероду. Графитообразующие элементы способствуют получению хорошо обрабатываемых чугунов, а карбидообразующие—получению отбеленных чугунов, плохо поддающихся обработке режущим инструментом.
| Серый чугун | Высокопрочный чугун | Ковкий чугун | |
| Углерод | |||
| Повышенное содержа- ние углерода приводит к уменьшению прочности, твердости и к увеличе- нию пластичности, угле- род улучшает литейные свойства чугуна | Увеличенное содержание углерода улучшает литейные свойства чугуна | Углерод — основной регулятор механических свойств ковкого чугуна; чугун обладает низкой жидкотекучестью и тре- бует 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 ковкого 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 количества перлита, прочность сплава повышается, но резко падают 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 цезия —не ниже 0,02% (остаточное содержание). При более низком содержании часть графита 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 хладно- ломкость, 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 и 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; повы- шает твердость на 10 НВ. С увеличением содержа- ния никеля возрастает коррозионная стойкость и улучшается обрабаты- ваемость сплава | Никель влияет на тепло- и электропроводность, а также на электросопротивление, коррозионную стойкость и жаростойкость сплава. С увеличением содержания никеля эти свойства повы- шаются | Никель способствует графитизации углерода и увеличивает количество перлита в металлической основе сплава | |
| Хром | |||
| Хром — карбидообразующий элемент. С увеличением хрома растут прочность и твердость отливок, замедляется процесс графитизации углерода | С увеличением содержания хрома в определенных пределах повышаются 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 30—70 кПа 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 7%. Содержание меди более 2% препятствует образованию в структуре сплава шаровидного графита | Медь способствует графитизации углерода и увеличивает содержание в сплаве перлита | |