Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Влияние химического состава на структуру и свойства чугунных отливок

31.01.2019

Входящие в состав чугуна углерод, кремний, марганец, сера, фосфор и легирующие элементы (никель, хром, титан, медь, молибден и др.) оказывают влияние на его структуру и свойства отливок.

Углерод в чугунных отливках может находиться в виде свободного углерода графита и в виде химического соединения с железом Fe3C, называемого карбидом железа или цементитом. Чем больше углерода в чугуне, тем больше выделяется графита. Графит в сером чугуне располагается в форме пластинок, которые разъединяют основную металлическую массу и понижают прочность чугуна. Чем меньше углерода и более мелкие по величине пластинки его, тем выше механические свойства чугуна, но в то же время углерод улучшает его литейные свойства.

При изготовлении отливок содержание углерода колеблется в значительных пределах: в обычном сером чугуне — от 3,2 до 3,9%, в ковком — от 2,4 до 3%, в малоуглеродистом оно снижается до 2,7%.

Процесс выделения графита из цементита во время затвердевания и охлаждения отливки сопровождается увеличением объема, что понижает усадку чугуна.

Кремний в чугуне способствует распаду цементита и образованию графита, т. е. является графитизатором. С железом кремний образует устойчивое химическое соединение FeS. Изменяя содержание кремния в чугуне, можно регулировать соотношение между связанным углеродом и графитом. Кремний повышает жидкотекучесть чугуна и уменьшает его усадку. В обычном сером чугуне содержание кремния колеблется от 1,8 до 3%, в малоуглеродистом — от 1,6 до 2,2%, в ковком — от 0,8 до 1,3%, в кремнистом ковком чугуне — от 1,0 до 1,9%.

Марганец увеличивает устойчивость карбидов железа, сам образует карбид Mn3C и этим самым препятствует графитизации чугуна. Он нейтрализует сильное влияние серы на уменьшение жидкотекучести чугуна, образуя сульфид марганца MnS, который переходит в шлак. Содержание марганца в отливках из серого чугуна колеблется от 0,5 до 1,2%, в отливках из ковкого чугуна — от 0,5 до 0,6%.

Сера в чугуне образует сернистое железо FeS, которое растворяется в нем в неограниченном количестве. Сернистое железо образует с железом легкоплавкое соединение Fe*FeS с температурой плавления 985° С. Это соединение при затвердевании отливки кристаллизуется последним по границам кристаллов и снижает механические свойства чугуна, вызывая красноломкость. Сера препятствует графитизации, понижает жидкотекучесть чугуна, увеличивает усадку, повышает твердость и хрупкость чугуна в холодном состоянии. Предельно допустимое содержание серы в чугуне 0,12—0,15%.

Фосфор в чугуне при содержании до 0,3% находится в растворе. При избытке фосфора образуется двойная и тройная фосфидная эвтектика (Fe+Fe3P и Fe+FeP+Fe3C) с температурой плавления около 950° С. Фосфидная эвтектика обладает большой твердостью. При содержании фосфора до 0,7% она выделяется в виде отдельных включений, при большем содержании — в виде сплошной сетки по границам кристаллов и увеличивает хрупкость (хладноломкость) чугуна. Фосфор способствует графитизации и увеличивает жидкотекучесть чугуна. Содержание фосфора в чугуне допускают до 0,3% в ответственных отливках, до 0,8%) в отливках, работающих на истирание, и до 1,2% в тонкостенном и художественном литье.

Хром уменьшает графитизацию и жидкотекучесть и увеличивает твердость чугуна. В то же время он повышает его механические свойства, износостойкость, жаростойкость и коррозионную стойкость.

Никель и медь способствуют графитизации чугуна, улучшают его структуру в отливках. Их обычно применяют в качестве добавок в чугун с другими легирующими элементами (Cr, Ti и др.).

Титан является слабым графитизатором и сильным раскислителем. Связывает азот, образуя нитриды, и способствует получению плотного строения отливок.

Алюминий при содержании до 0,1 % действует как сильный графитизатор. При высоком содержании алюминия (7—9%) чугун приобретает жаростойкость.

Магний уменьшает графитизацию чугуна, является сильным раскислителем и обессеривателем (десульфуратором). Подобно церию, магний используют для получения высокопрочного чугуна со сфероидальной формой графита.

Кальций в виде сплава с кремнием (силикокальций) применяют как модификатор чугуна, способствующий графитизации, раскислению и образованию мелких структур в отливках.
Имя:*
E-Mail:
Комментарий: