Для переработки в сталь используется серый чугун

Обновлено: 03.05.2024

Особенности обработки чугуна. Свойства материала, проблемы обработки и пути их решения.

Один из самых распространенных материалов, который используется в промышленности, является чугун. Ведь у него хорошие технологические свойства, и сам по себе чугун дешевый материал. Из чугунов изготавливаются многие детали, такие как блоки цилиндров двигателей, корпуса насосов и клапанов. Чугун используется там, где нужна деталь сложной формы и достаточной прочности.

Чугун представляет собой многокомпонентный, железоуглеродистый сплав с содержанием углерода выше 2%. Сплавы, которые содержат менее 2,14% углерода, называются сталью. Также он может содержать некоторое количество марганца (Mn), фосфора (P) и серы (S). В зависимости от того, в каком виде находится графит, чугуны разделяют на серые чугуны, чугуны с шаровидным графитом, ковкий и легированный чугуны. Легирование чугуна никелем, медью, молибденом и хромом, к примеру, повышает его тепло — и коррозионную стойкость, вязкость и прочность. Легирующие элементы делятся на карбидообразующие и графитообразующие. Легирование существенным образом влияет на обрабатываемость чугунов.

Если выделять основные виды чугуна, то это будут:

Белый чугун. В белом чугуне углерод присутствует преимущественно в связанной форме в виде цементита (Fe3C). Белые чугуны обладают высокой прочностью и хрупкостью, и они очень абразивные, они плохо поддаются механической обработке, поэтому из них получают отливки не требующих обработки и работающих в условиях абразивного износа при сухом трении, также белый чугун используют для получения ковкого чугуна.
Серый чугун. Сплав железа, кремния (1,2-3,5%) и углерода. В сером чугуне углерод присутствует преимущественно в виде графитовых включений различного размера и форм. Серые чугуны обладают хорошими технологичными и прочностными свойствами, поэтому они нашли широкое применение как конструкционный материал. Он более хрупкий, но имеет хорошую теплопроводность, выделяет меньше тепла во время резания, хорошо поглощает вибрацию, поэтому нашел применение в производстве двигателей.
Высокопрочный чугун. Чугун с шаровидным графитом. Углерод преимущественно или полностью присутствует в свободном состоянии в форме шаровидного графита. Обладает высокой прочностью и удовлетворительной пластичностью, иногда могут использоваться вместо стали. У данного чугуна хорошая жесткость, ударная вязкость, он прочный, не хрупкий. Но не может поглощать вибрации, низкая теплопроводность, как следствие большое выделение тепла.

Основными сложностями при обработке чугуна являются абразивный износ и высокая температура. Обрабатываемость чугуна резанием зависит от химического состава, физико-механических свойств и многих других факторов. Обрабатываемость улучшается с увеличением содержания графита, дисперсности и равномерности распределения структурных составляющих. Легирующие элементы как раз и создают такие дисперсные и равномерные структуры, поэтому обрабатываемость легированных чугунов выше, чем обычных чугунов, конечно при условии одинаковой твердости. Так как, например, легирование хромом (Cr) приводит к повышению твердости и ухудшению обрабатываемости.

На значение режимов резания чугуна оказывают влияние такие факторы, как: марка чугуна, жесткость технологической системы, применяемый режущий инструмент и т.д. Поэтому необходимо следовать инструкциям каталога инструментов, внимательно учитывая при этом стойкость, так как в каталогах представлены режимы резания на максимальную производительность и минимальную стойкость, что может не соответствовать вашим целям.

Если подытожить сказанное, то:

Большинство чугунов, благодаря наличию графита в структуре, легко обрабатываются резанием, так как графит позволяет получить короткую “сыпучую” стружку и улучшает смазывание режущей кромки.
Для обработки чугунов в основном используется инструмент с отрицательным или небольшим положительным значением переднего угла.
Инструмент с покрытием имеет большую стойкость из-за преобладания при обработке абразивного износа
При непрерывном точении необходимо применять СОЖ, для прерывистого точения СОЖ лучше не использовать.
Основными сложностями при обработке являются неравномерный припуск на отливках, наличие литейной корки и включений песка
При обработке высокопрочного чугуна расход инструмента в три раза больше, чем при обработке серого чугуна.
Обработка ковкого чугуна требует в три раза больше времени, т.к. требуется занижать режимы резания. Соответственно увеличивается расход инструмента. В данном чугуне графит в виде хлопьев, окружающих феррит, а также больше кремния (Si), чем в сером, что определяет повышенный износ пластин.

Используемая информация: рекомендации производителей твердосплавного инструмента Kennametal, Dormer, Pramet, Sandvik.

Особенности

При выборе параметров обработки чугуна следует учитывать его состав, так как для получения продукции приемлемого качества необходимо подобрать оптимальную силу реза и мощность.

— меньшая мощность для металлообработки серого чугуна, чем для стали — это обусловлено физико-химическими свойствами сплава, который склонен к образованию чешуйчатой стружки;
— токарная обработка проводится с применением минералокерамических пластин — они обладают достаточной прочностью, чтобы избежать быстрого разрушения при резке чугуна;
— подбор подходящих инструментов, которые в меньшей степени подвержены абразивному износу, в том числе пластин с напылением оксида алюминия, они значительно медленнее стачиваются;
— установка мощности в соответствии с параметрами сплава — для получения качественной продукции и снижения риска образования дефекта.

При учете всех особенностей заготовки и марки чугуна, из которого она выполнена, удается добиться отличного качества изделий. Дороже всего обойдется обработка заготовок из высокопрочных сплавов, что обусловлено значительным расходом режущего инструмента (в 3 раза больше).

Основные технологические операции

Фрезерные работы проводятся с учетом оптимальных режимов, которые заданы режущему инструменту производителем, и с использованием методов высокопроизводительной обработки, что приводит к сокращению машинного времени и, соответственно, экономии средств. К основным операциям относятся:

Выбор нужной фрезы (качественные фрезы – залог бесперебойной работы);
Создание эскиза изделия с указанием геометрических параметров;
Определение схемы обработки;
Установление режима фрезерования;
Расчет основного технологического времени.

Мастерство профессионалов и современное оборудование как залог качества

«Металлоff» – компания, у которой очень выгодно заказать услуги фрезерования чугуна по следующим причинам:

Опытные сотрудники, имеющие многолетнюю практику работы с металлом;
Использование инновационных и качественных инструментов и оборудования;
Автоматизация процессов под контролем профессионалов, что сводит к минимуму получение брака;
Комплексное управление качеством;
Лучшая цена без переплат;
Оперативность выполнения заказа.

«Металлоff» представляет собой настоящий завод по изготовлению на собственных мощностях деталей, механизмов и приборов методом фрезерной обработки. Если вам нужен надежный и профессиональный изготовитель разнообразных изделий мелко- или крупносерийного производства, а также штучного изготовления высокоточной оснастки, обращайтесь к нам. Мы относимся к каждому заказчику с большой ответственностью.

Режимы резания при фрезеровании

Выбор оптимального режима резания чугуна позволяет добиться максимальной производительности станка, исходя из его ресурса, а также необходимой точности и качества получаемой конечной детали, минимизируя при этом затраты. На режим резания чугуна влияют следующие факторы, которые можно регулировать в процессе фрезерования:

Выбор подачи инструмента;
Используемый режущий инструмент;
Жесткость технологической системы.

Сила и скорость реза;
Глубина удаляемого слоя (толщина чугуна, снимаемая за один проход);

Марка чугуна.

Проведение работ

При выполнении обработки сверлением необходимо соблюдать следующие рекомендации:

Постоянный контроль за усилием на инструмент. При увеличении нагрузки на металле могут проявляться дефекты в виде трещин и раковин. В результате поломки сверла мастер может получить травму.
В процессе обработки не допускается перегрев. Повышение температуры заготовки приведет к изменению структуры металла, в результате чего он становится хрупким.
Предварительно перед сверлением подготавливают поверхность детали, кернится место сверления.
Если диаметр отверстия превышает 10 мм, то необходимо применить набор инструмента. Начинают с малого диаметра постепенно добиваясь нужного.

В результате соблюдения технологии механической обработки чугунных деталей мастер может добиться отверстий высокой точности.

Чем сверлить чугун

Для обработки металла в условии частной мастерской применяются электрические дрели с возможностью регулировки числа оборотов шпинделя с инструментом. Приспособление должно иметь высокие значения номинальной мощности для того, чтобы просверлить в металле отверстие большого диаметра.

В условии промышленного производства применяют специальное оборудование высокой мощности, а также имеющие программное управление. При этом система производит контроль за частотой вращения шпинделя, температуру инструмента и заготовки, а также количество и напор охлаждающей жидкости при обработке.

Для обработки чугуна применяются обыкновенные сверла по металлу. Однако одним из условий к ним является определенный угол заточки режущей кромки. Перед работой подбирают сверла необходимой конструкции. Для выполнения обработки применяют приспособления, при помощи которых закрепляют дрель и заготовку, при этом избегают перекоса сверла, что увеличивает точность отверстия.

Какие сверла применяют

При сверлении применяют следующие виды инструмента:

сверло для чугуна с углом заточки не более 118°;
инструмент с вставками из твердых сплавов на режущей кромке, чаще всего применяется победит;
инструмент определенного диаметра.

Угол заточки сверла

Способы сверловки чугунных труб

При монтаже канализации или водопровода применяют трубы из чугуна. Для создания соединений переходов и врезок необходимо изготовить отверстия. Обработку выполняют следующими способами:

промышленным оборудованием;
электрическими дрелями;
при помощи приспособлений с ручным приводом.

Как просверлить чугунную трубу

На скорость обработки могут влиять технические характеристики металла. Некоторые виды сплава сверлят при больших скоростях, а также не нужно применять смазочные и охлаждающие материалы.

Различные заготовки подвергаются различным способам обработки. Для материалов с высокой прочностью применяют сверла по металлу с углом заточки режущей поверхности 116°. Если у мастера нет в наличии инструмента нужного диаметра, можно использовать набор из разных размеров. Работу начинают с малого сверла, затем увеличивают диаметр инструмента, таким образом добиваются нужного.

При обработке происходит нагрев сверла, для предотвращения дефектов инструмента необходимо применять воду для снижения температуры. Количество оборотов постепенно увеличивают, на приспособление запрещается применять повышенные усилия.

В условиях частной мастерской используются сверла с накладками из победита. При этом рекомендуется сохранять вертикальное положение и малые обороты шпинделя. В процессе обработки контролируют температуру заготовки и сверла. Не допускается изменение цвета материала в результате резких перепадов температуры.

Для промышленной обработки используют станки с высокой номинальной мощностью, а также высокими скоростями вращения. В процессе сверления на заготовку и инструмент подается смазывающие и охлаждающие жидкости. При этом сохраняется нормальная температура зоны обработки.

Серый чугун

За счет графитовых вкраплений в железном сплаве серый чугун был выделен в качестве отдельного вида. При охлаждении эти включения имеют вид хлопьев или пластин, благодаря чему такой материал выглядит как пористая губка. Серый чугун очень хрупок, и его легко можно разбить на куски одним ударом кувалды.

Процентный состав углерода 2,14 %. Такое высокое содержание не позволяет говорить о нормальной растворимости, поэтому и возникают хлопьевидные или пластинчатые вкрапления. Но, несмотря на хрупкость серого чугуна, его литейные характеристики довольно высоки, поэтому он активно применяется в машиностроении. О других особенностях этого материала поговорим далее.

Что такое серый чугун

Стальные сплавы всегда имеют более высокую цену, чем чугунные, что связано с дорогим и технологически сложным производством. По этой причине чугун используют в сферах, в которых экономия на материале не мешает эксплуатации изделий.

Существует пять основных разновидностей чугуна, причем в основе классификации лежит форма графита в микроструктуре кристаллической решетки. Выделяют серый чугун, белый, ковкий, особой прочности, половинчатый, причем первый является самым хрупким. Это объясняется тем, что частички графита в нем заменяет ледебурит.

К серым чугунам, относится несколько ковких высокопрочных сплавов, из-за чего возникает путаница в терминологии. Решить вопрос позволяет применение типовых стандартов, согласно которым серым чугуном называется материал на основе железа, графита и других компонентов. Примеси придают металлу определенные характеристики либо легируют его.

VT-metall предлагает услуги:

Лазерная резка металла Гибка металла Порошковая покраска металла Сварочные работы

Поэтому, отвечая на вопрос о том, как получают серый чугун, нужно отметить, что он является просто сплавом железа и углерода, при охлаждении металлической базы которого образуются включения в виде пластин и хлопьев. Углерод обеспечивает повышение пластичности с параллельным снижением прочности, оптимизирует литейные характеристики, способствует графитизации.

Химический состав серого чугуна

Доля углерода составляет 2,4–3,8 %. Меньший объем растворится в металле, а больший приведет к потере материалом упругости, жесткости.
Количество кремния находится на уровне 1,3–2,6 %. Данный элемент обеспечивает протекание графитизации, приводит к снижению вязкости, увеличению твердости серого чугуна. Но при превышении порога в 3 % ухудшаются показатели пластичности. Принято оценивать зависимость технико-физических параметров металла от углерода вместе с кремнием, а именно: смотрят на их суммарное содержание в структуре.

Доля серы не более 0,13–0,16 %. Этот компонент находится в сплаве в виде сульфида железа и негативно отражается на пластичности, твердости. При закреплении на кристаллах снижает механические параметры чугуна, повышает усадку, вызывает красноломкость металла, из-за которой при нагревании образуются трещины.

Перекрыть вредное влияние серы позволяет добавление марганца, благодаря которому запускается формирование карбидов железа. Необходимый объем марганца подбирается в соответствии с содержанием серы, обычно его требуется добавить в пределах 0,4–1,2 %.

Переработка чугуна на сталь в конвертерах

По химическому составу различают углеродистые и легированные стали. Основным элементом, определяющим свойства углеродистых сталей, является углерод. По его содержанию различают стали низкоуглеродистые с 0,25 % С и менее, среднеуглеродистые с 0,25-0,60 % С и высокоуглеродистые с 0,60-2,0 % С. Легированными сталями называют стали, в состав которых для получения требуемых свойств вводят один или несколько легирующих компонентов. К легирующим компонентам относят Cr, Ni, Mo, V, W, Со, Ti и др. Кроме того, к легирующим элементам относятся также Мn и Si, если они содержатся в большем количестве, чем в обыкновенных сталях. Стали различают в зависимости от суммарного содержания легирующих компонентов: низколегированные (менее 2,5 %); среднелегированные (от 2,5 до 10 %); высоколегированные (более 10%).

Марки сталей имеют условные обозначения, выраженные буквами и цифрами, отображающими химический состав стали: хром – X, никель – Н, кобальт – К, кремний – С, вольфрам – В, ванадий – Ф, молибден – М, марганец – Г, медь – Д, фосфор – П, титан – Т, алюминий – Ю, селен – Е, бор – Р, азот – А, ниобий – Б. Цифры, следующие за буквами, указывают среднее содержание данного элемента в процентах, если за буквой отсутствует цифра, значит, содержание данного элемента около 1%.

По назначению прокатываемые стали разделяют на конструкционные, инструментальные и специальные. К наиболее распространенным сталям относятся конструкционные углеродистые и легированные стали.

Качественная конструкционная углеродистая сталь обозначается так: 05, 08, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65. Двузначные цифры означают среднее содержание углерода в сотых долях процента с нормальным содержанием марганца, а стали марок 15Г, 20Г, З0Г, 40Г, 50Г, 60Г, 70Г – с повышенным содержанием марганца.

К прокатываемым углеродистым инструментальным качественным сталям относят стали марок У7, У8, У9, У10, У11, У12, У13. Буква У обозначает: сталь углеродистая инструментальная, а цифра показывает среднее содержание углерода в десятых долях процента.

К конструкционным легированным сталям относят стали:

К прокатываемым легированным инструментальным сталям относят:

сталь для режущего и мерительного инструмента (7ХФ-11ХФ, 13Х, ХВ4, 9X1, X, 12X1, ХГС, ХВГ и др.);
сталь для штампового инструмента (Х6ВФ, Х12, Х12ВМ, ЗХ2ВФ, 7X3, 5ХНМ, 5ХНВ, 5ХГМ и др.);
сталь для ударного инструмента (4ХС, 6ХС, 4ХВ2С и др.).

Для режущего инструмента, который работает со снятием стружки при высоких скоростях резания, широко используют быстрорежущую сталь. Её отличает высокая красностойкость, т.е. способность сохранять высокую твёрдость, прочность и износостойкость при температуре до 600 °С. Эти стали обозначают буквой Р, следующая цифра означает среднее содержание W в процентах. Буквы Ф и К и цифры после них обозначают среднее содержание V и Со соответственно. Основными легирующими компонентами быстрорежущей стали Р9 и Р18 являются Cr, W, V. Высокая красностойкость быстрорежущих сталей обеспечивается за счёт добавки W.

Также существуют легированные стали с особыми свойствами:

Легирующие элементы вносятся в жидку сталь в составе ферросплавов – сплавов на основе железа с высоким (десятки процентов) содержанием вносимого элемента. Ферросплавы, за редким исключением, производят в электропечах специальной конструкции на ферросплавных заводах.

Чугун может как транспортироваться непосредственно в печь для выплавки стали, так и накапливаться в промежуточной ёмкости – миксере, где происходит его усреднение по химсоставу. Кроме того, чугун предварительно может подвергаться обработке с целью удаления вредных примесей – серы и фосфора, а также части кремния, что положительно влияет на технологию выплавки стали.

В случае, если сталь выплавляется в конвертере, в него сначала загружается лом, затем заливается чугун. После этого конвертер приводят в вертикальное положение, опускают фурму и начинают продувку кислородом. Также в конвертер добавляют (присаживают) шлакообразующие материалы, чаще всего – известь. Шлак предохраняет поверхность металла от окисления, снижает вероятность выплёскивания металла, а также очищает (рафинирует) металл от некоторых примесей. Кроме того, в шлак переходят образующиеся при продувке оксиды окисляющихся при этом элементов – кремния, марганца и железа.

По ходу продувки регулярно проводятся анализы металла и газа с целью определения момента окончания продувки. После окончания из повёрнутого (поваленного) конвертера через горловину скачивают шлак, а затем через выпускное отверстие сливают металл.

Помимо наиболее распространённого конвертера с верхней продувкой также существуют конвертеры с продувкой через дно, снизу, а также комбинированные конструкции.

Большая часть легирующих элементов в ходе продувки окисляется, кроме того, в металле остаётся растворённый кислород, поэтому после окончания продувки в металл добавляют ферросплавы. Крмний- и марганецсодержащие ферросплавы взаимодействуют с растворённым кислородом, связывая его в оксиды, поэтому их применяют для операции «раскисления» металла. Для более полного раскисления используют алюминиевую проволоку.

Часть ферросплавов подают в ковш, в который выпускается металл из конвертера, однако окончательная обработка и легирование стали производят в так называемых установках доводки металла (УДМ). Они вошли в металлургическую практику не так давно – в конце XX века, в связи с более жёсткими требованиями, предъявляемыми потребителями к свойствам стали. Эти требования связаны, прежде всего, с содержанием в стали таких элементов как азот и водород, ухудшающих механические свойства стали и приводящих к образованию дефектов.

Для удаления из металла растворённых газов используются два способа: продувка аргоном и вакуумирование. В первом случае металл снизу через пористую пробку продувается аргоном, в пузырьки которого переходят растворённые в металле газы. При вакуумировании металл постепенно просасывается через камеру (не входит в состав УДМ), из которой откачан воздух. Поскольку давление в камере чрезвычайно низко, создаётся градиент давлений, увлекающий газы из металла в камеру.

Для того, чтобы металл не остыл в процессе обработки, в установке доводки металла его подогревают электрической дугой. Также в УДМ добавляют в необходимом количестве ферросплавы для получения стали заданного состава.

В случае использования вместо конвертера электропечи технология плавки зависит от исходного сырья. Если используется чугун, то для его окисления в жидкий металл добавляется оксидный материал – агломерат или окатыши. При этом оксид железа, взаимодействую с углеродом чугуна, восстанавливается до железа, а сам углерод окисляется и удаляется в виде газа. Для нагрева используют тепло электрической дуги. Иногда для окисления углерода используют кислород, который вводят сбоку печи через фурму.

Если же печь переплавляет лом, без использования чугуна, то он расплавляется с помощью электрической дуги, а затем его состав корректируют присадкой ферросплавов. В обоих случаях также используют шлакообразующие материалы для наводки шлака. После выпуска металл также подвергается доводке на УДМ.

Ковш с выплавленным в конвертере или электропечи и доведённым на УДМ металлом направляется на установку непрерывной разливки (УНРС или МНЛЗ). Главная её часть – медный водоохлаждаемый кристаллизатор. Жидкий металл, контактирующий со стенками кристаллизатора, быстро образует тонкую корочку, за которую он вытягивается из кристаллизатора. На выходе его захватывают тянущие ролики, которые медленно тянут слиток дальше.

Поскольку кристаллизатор соединён с промежуточным ковшом, в котором постоянно находится жидкий металл, при вытягивании слитка в кристаллизатор тут же поступает новая порция металла, то есть внутри кристаллизатора также всегда есть металл и процесс идёт непрерывно, то есть образуется как бы бесконечный слиток.

На выходе из кристаллизатора слиток имеет жидкую середину и постепенно охлаждается, застывая во всём объёме. Вместе с тем тянущие ролики изгибают его, меняя траекторию его движения от вертикальной к горизонтальной (менее распространены горизонтальные и вертикальные прямолинейные установки). При выходе на горизонтальную плоскость непрерывный слиток режется газовыми резаками на мерные длины – таким образом получаются слябы или квадратная заготовка, которая затем направляется на прокатку.

Схема производства от железорудного сырья до непрерывнолитой заготовки на металлургическом комбинате «Северсталь»

1 – производство агломерата, 2 – коксохимическое производство, 3 – доменное производство, 4 – конвертерный цех, 5 – электросталеплавильный цех

Непрерывная разливка также может осуществляться с помощью литейно-прокатных комплексов (ЛПК). Кристаллизатор ЛПК имеет подвижные стенки, образованные поверхностью вращающихся водоохлаждаемых роликов. Благодаря этому можно получить не сляб, а сразу лист, который, после обжатия в валках, является конечной продукцией. Такая схема исключает ряд операций нагрева и прокатки и существенно снижает затраты ресурсов на эти операции

ПОДЕЛИСЬ ИНТЕРЕСНОЙ ИНФОРМАЦИЕЙ

Первый этап

Весь процесс плавки разделяется на несколько этапов, связанных между собой.

Процедура начинается с того, что в топку печи загружают руду, в составе которой есть магнитный железняк. Кроме того, можно использовать руду, в составе которой имеется водная окись железа или его соль. Вместе с загрузкой рабочего минерала в печь загружаются и коксующиеся угли. Их основная задача — это поддержание высоких показателей температуры. Для того чтобы быстрее расплавить руду и получить доступ к железу, в топку отправляется флюс. Вещество, являющееся катализатором, способствует более быстрому распаду руды.

Здесь важно отметить, что перед загрузкой в печь руда обычно проходит процесс дробления, промывки, сушки. Все эти этапы способствуют удалению лишних примесей, а также увеличению скорости плавки.

Приемка и контроль качества

В документе также установлены правила приемки товара и операции по контролю качества.

Прием этого материала разрешается осуществлять только партиями. Партией считается чугун, принадлежащий к одной марке, группе, типу и виду, а также имеющий документ, который подтверждает качество продукции. Чаще всего в таких бумагах указывают: товарный знак предприятия, которое изготавливало продукт; наименование предприятия, выступающего в роли потребителя; марку, группу, класс и категорию чугуна, штамп контроля и еще несколько пунктов.

Если говорить о методах контроля, то здесь необходимо проверять качество чешуек. Для этого использовать увеличительные приборы необязательно. Для того чтобы провести контроль качества, касающийся чешуек, используется тот метод, который был оговорен между потребителем изделия и производителем. Если масса партии до 20 тонн, то отбирают 10 проб чешуек с разных мест. Если масса превышает 20 тонн, то необходимо отобрать 20 проб с поверхности чугуна.

Требования потребителя

ГОСТ 805 для передельного чугуна также регламентирует несколько технических требований, которые потребитель вправе установить при заказе у производителя. К ним относятся следующие пункты:

Марки передельного чугуна, относящиеся к ПЛ1 и ПЛ2, должны изготавливаться с массовой долей углерода в составе от 4 до 4,5 % включительно.
Если рассматривать эти же марки ПЛ1 и ПЛ2, которые впоследствии будут использоваться для изготовления отливок из чугуна с шаровидным графитом, то массовая доля хрома в таком веществе не должна превышать 0,04 %. Также при изготовлении высококачественного передельного чугуна по ГОСТ, для дальнейшего производства поршневых колец, следует ограничить содержание марганца до 0,3 %, а хрома до 0,2 %.
Если нет специальных заявок, то обычный передельный и высококачественный материал должен изготавливаться с содержанием марганца более 1,5 %. Если производится передельный чугун фосфористой группы, то содержание фосфора более 2 %.
Массовая доля кремния в таких марках, как ПЛ1, ПФ1 и ПВК1, должна быть более 1,2 %.
Очень важный пункт — это содержание серы, которое допускается не более 0,06 % в типах чугуна П1, П2 и ПЛ1, ПЛ2.

Второй этап

Ко второму этапу плавки передельного чугуна приступают тогда, когда в доменную печь были загружены все необходимые материалы. Запускаются горелки, которые подогревают кокс, а тот разогревает руду. Важно знать, что при разогреве кокс начинает выбрасывать в воздух углерод, который проходит по нему, вступает в реакцию с кислородом и образует оксид. Данное летучее вещество принимает активное участие в восстановительных процессах. Однако этот процесс протекает лишь до тех пор, пока в печи остается воздух. Чем больше газа внутри домны, тем слабее этот эффект, а с течением времени он и вовсе прекращается. Когда этот момент наступает, то весь газ, имеющийся внутри печи, уходит, чтобы поддерживать высокую температуру внутри агрегата.

Весь избыток углерода смешивается с расплавленным веществом, поглощается железом, что и образует чугун. Все элементы, которые не расплавились в процессе плавки, всплывают на поверхность, откуда они удаляются. После завершения этого процесса очистки наступает момент, когда в расплавленное сырье добавляют различные присадки. Какой именно в итоге получится чугун зависит от того, какой вид присадок будет применяться.

Характеристика видов углеродистого металла

Диаграмма железо-углерод показывает, из чего состоит чугун. Кроме железа, присутствует углерод в виде графита и цементита.

Чем отличается чугун от стали

27.08.2021
Продукция черной металлургии широко применяется во многих отраслях народного хозяйства, а черный металл всегда востребован в строительстве и машиностроении. Чугунные и стальные изделия металлургической промышленности используются как в быту, так и на производстве. Оба материала представляют собой особенные сплавы железа и углерода.

Основой для изготовления чугуна или стали служит железо. В природе это – металл с серебристым отливом, не имеющий достаточной твердости. Такой металл практически не используется в промышленности, а широкое применение получили различные сплавы железа.

И чугун, и сталь относятся к группе черных металлов. Именно содержание железа и углерода является их главным отличием.

Сталь

Применяется сталь повсеместно. В промышленности при производстве различных металлоконструкций, деталей машин, трубопроводов и прочих изделий. В быту сталь представлена стальными столовыми приборами, кухонной утварью, предметами интерьера, мебелью и т.д.

Сталь ‒ это сплав железа и углерода. Содержание углерода в стали - не более 2% (он увеличивает прочность), а железа не меньше 45%. Также в состав стали могут входить никель, хром, кремний, марганец и прочие добавки.

Никель увеличивает прочность, вязкость и твердость.

Хром увеличивает прочность стали, ее твердость и сопротивляемость износу.

Кремний добавляет прочности, твердости и упругости стали, снижает ее вязкость.

Марганец улучшает свариваемость и прокаливаемость.

В зависимости от сферы применения, марки стали делятся на следующие типы:

Конструкционная сталь используется в строительстве и машиностроении. Из неё изготавливают различные детали, механизмы, конструкции массового назначения.

Инструментальная сталь имеет высокую твердость и прочность. Этот тип стали идеально подходит для изготовления ножей, клинков и другого инструмента.

По наличию легирующих компонентов марки стали бывают:

По содержанию углерода марки стали бывают:

низкоуглеродистые - содержание углерода не превышает 0,25%;

среднеуглеродистые- не более 0,55%;

высокоуглеродистые- не более 0,85%.

По содержанию неметаллических элементов с таль бывает:

обычная- содержание фтора и серы не превышает 0,05%;

качественная- менее 0,035%;

высококачественная- менее 0,025%;

особо высококачественная сталь- менее 0,015%.

Качество стали повышается в процессе закаливания. Также этот сплав обладает высокой теплопроводностью. Температура плавления всех марок стали находится в диапазоне от 1450 до 1520 °С.

Чугун

Чугун - это тоже металл, сплав железа с углеродом. Только доля углерода в нём превышает 2,14%.

Углерод в чугуне содержится в виде цементита (карбида железа) или графита (минерала, являющегося одной из модификаций углерода). Именно эти вещества и определяют цвет готового чугуна.

В зависимости от состояния и содержания углерода чугун различают на:

Белый чугун

В состав этого сплава входит цементит, который на изломе белый. Из-за этого цвета он и получил такое название. Углерод в нем находится в связанном виде. Белый чугун одновременно с твердостью обладает хрупкостью. Из такого чугуна в основном изготавливают ковкие чугунные сплавы, получаемые путем отжига.

Серый чугун — это сплав железа, кремния (от 1,2- 3,5 %) и углерода. Также в состав входят и постоянные примеси в виде магния, фосфора и серы. В составе такого сплава практически весь углерод находится в виде графита пластинчатой формы. Из-за наличия графита излом этого чугуна имеет серый цвет.

Ковкий чугун

Ковкий чугун получают в результате длительного отжига белого чугуна. В результате данного процесса образуется графит хлопьевидной формы, который придает сплаву высокую пластичность, вязкость, твердость, ударную сопротивляемость. Свое название чугун получил благодаря повышенной пластичности и вязкости. Ковкий чугун довольно прочный с высоким ударным сопротивлением. Из такого металла изготавливают детали для автотехники.

Высокопрочный чугун

Такой сплав имеет в своей структуре шаровидный графит, который образуется в процессе кристаллизации. В отличие от пластинчатого, шаровидный графит не сильно ослабляет металлическую основу, что улучшает прочность чугуна. Поэтому и название у него – высокопрочный.

Предельный чугун.

Данный вид чугуна подвергается дальнейшей переработке и не используется в качестве самостоятельного металла.

Температура плавления чугуна составляет от 1160 до 1250 °С, зависит от содержания в нем углерода. Чем больше элемента в сплаве, тем меньше его температура и выше текучесть при нагревании. Такая зависимость определяет хрупкость материала.

Разница стали и чугуна заключается в том, что последний не поддается обработке путем сварки и ковки. Все изделия изготавливаются только путем литья.

Способы изготовления чугуна и стали

Чугун изготавливают в доменных печах из железной руды (агломерата), кокса, известняка и горячего воздуха. Сначала закладывают кокс, а затем послойно агломерат и кокс. В нижнюю часть печи через специальные отверстия подается горячий воздух, обогащенный кислородом. Образование чугуна происходит за счет опускания железа в более горячую часть домны и растворения в нем углерода.

Сталь изготавливают из чугуна путем снижения количества углерода, серы, фосфора, марганца. Сплав получают в кислородных конвертерах, мартеновских печах и электропечах.

Три способа, как отличить чугун от стали.

Определить, какое изделие перед вами находится, стальное или чугунное, можно тремя следующими способами:

По излому (визуально). Его применяют для деталей, которые идут в лом или в качестве заготовок. На чугунном сломе виден матовый темно-серый оттенок, образовавшиеся трещины имеют выраженную структуру. Стальное изделие ‒ более светлое, поверхность глянцевая.

Сверление. При сверлении стальная стружка имеет витую форму, по длине она больше сверла и хорошо гнется. Чугунная стружка крошится при малейшем воздействии.

Шлифовка. После прохождения шлифовальной машиной на стальной поверхности образуется множество продолговатых искр желтого и белого цвета. У чугунных изделий искр меньше, они короче, красноватого оттенка.

Различия чугуна и стали. Выводы.

Рассмотрев в этой статье свойства чугуна и стали, можно сделать следующие выводы:

Основное различие заключается в содержании углерода в стали и чугуне. В стали углерода меньше, в чугуне больше.

повышенной твердостью и прочностью;

высокой температурой плавления;

более высоким удельным весом;

У чугуна следующие характеристики:

более низкая температура плавления и удельный вес;

Чугун не поддается сварке и ковке. Из-за высокого содержания углерода, все чугунные изделия изготавливаются методом литья. Изделия из чугуна имеют матовую поверхность и серый цвет.

Стальные же изделия светлые и блестящие. Элементы из стали быстро нагреваются и остывают. Чугунные нагреваются очень медленно и долго сохраняют тепло.

Сталь и чугун – это сплавы из железа и углерода, в их состав входят аналогичные компоненты. Но, не смотря на данный факт, отличия чугуна и стали очевидны. Это два разных металла, имеющие различные свойства и характеристики.

Изображения изделий на сайте приведены для общего представления модельного ряда и могут отличаться от реально-поставляемого товара!

Серый чугун — это сплав железа с углеродом, который при охлаждении металла образуется в виде хлопьевидных или пластинчатых включений. Содержание углерода в сплаве превышает 2,14%, что выше нормальной растворимости. Этим сплав и отличается от стали, в которой углерод полностью растворен и отсутствует в виде отдельных включений, структура которых определяет их как графит.

Основные характеристики

Серый чугун лежит в основе черной металлургии, поскольку получается в результате восстановления железных руд при помощи углеродного топлива (кокса). В результате, кроме химической реакции восстановления окислов железа, сплав дополнительно насыщается свободным углеродом.

Высокое содержание углерода в свободном состоянии определяет механические свойства серого чугуна. Одно из основных качеств, которые позволяют использовать серый чугун не только в качестве передельного металла, это его высокие литейные качества и малая усадка при застывании. Расплавленный металл имеет высокую текучесть, поэтому из него можно выполнять отливки сложной формы.

Плиты серого чугуна

Ограничение по использованию изделий из серого чугуна обусловлено тем, что он имеет низкую прочность на изгиб, высокую хрупкость. Вместе с тем прочность серого чугуна на сжатие очень высока.

Несмотря на высокую хрупкость, такая характеристика, как износостойкость чугуна, позволяет использовать его в изделиях, работающих в условиях трения. В данных условиях сильное влияние оказывают антифрикционные свойства сплава.

Наличие большого количества углерода снижает плотность серого чугуна по сравнению с большинством сортов стали и составляет от 6,8 до 7,3 т на м 3 .

Из-за наличия вкраплений углерода сварка серого чугуна практически невозможна. Существуют технологии сварки при наличии определенных условий. Это предварительный нагрев деталей, использование специальных высокоуглеродистых электродов, но все равно, структура металла шва сильно отличается от основного материала. Свариваемые детали должны медленно охлаждаться для устранения напряжений в зоне шва.

Химический состав и структура

В химический состав сплава, кроме железа и углерода, входит также некоторое содержание кремния. Свойства сплава зависят от условий охлаждения, поскольку время изменения температуры влияет на формирование внутренней структуры материала.

При медленном остывании образуются крупные кристаллы железа, и соединения металла с углеродом приобретают перлитную основу. Медленное остывание вызывает рост геометрических размеров не только кристаллов железа, но и включений углерода, поэтому, перлитный металл имеет высокую прочность, но повышенную хрупкость.

Микроструктура серого чугуна

В условиях быстрого охлаждения углерод не успевает сформировать крупные включения графита, поэтому сплав приобретает ферритную структуру.

Ферритный серый чугун имеет несколько меньшую хрупкость, чем перлитный.

Выбирая режим охлаждения литой заготовки, можно определенным образом влиять на итоговые свойства материала, в зависимости от предъявляемых требований.

Применение

Серый чугун широко применяется при литье изделий, для которых важна высокая прочность на сжатие. Это свойство важно, главным образом, при изготовлении литых станин инструментального парка. Применение материала ограничивается повышенной хрупкостью изделий при наличии значительных изгибающих усилий.

Изделие из серого чугуна

Ранее широко использовались хорошие литейные свойства материала при изготовлении различных изделий бытового и промышленного назначения. Разнообразная кухонная и бытовая утварь – чугунки, сковороды, утюги, изготовленная литьем при минимальной последующей обработке имела низкую себестоимость и легкость в производстве.

В настоящее время при помощи литья изготавливают также высоконагруженные элементы машин, где они не подвергаются изгибающим нагрузкам. Это поршни и цилиндры двигателей внутреннего сгорания.

Детали высокой прочности, отлитые из серого чугуна, имеют минимальную стоимость и высокий срок службы. Без преувеличения можно сказать, что литые станины и корпуса станков являются практически вечными по сравнению с остальными элементами устройства.

Читайте также: