Чугун – это сплав железа и углерода, относящийся к группе трудно сваривающихся металлов. При этом содержание углерода колеблется в диапазоне 2,14-6,67%. В реальности количество углерода в чугуне составляет примерно от 2,5 до 4,5%. Химические элементы в чугуне такие, как марганец, кремний, фосфор, также встречается и сера в чугуне, так же содержатся. Чугуны можно разделить на 2 группы:
1) белые (это название связано с матово-белым изломом сплава), углерод в таких чугунах находится в связанном состоянии в цементите; 2) серые, то есть чугуны с графитом, когда весь углерод или часть его находится в свободном состоянии (серый цвет излома). Чугун, который получен в процессе отжига из белого чугуна, называется ковким. В нем углерод представлен в виде хлопьевидного графита. Для ковкого чугуна характерна хорошая обрабатываемость режущими инструментами. В отличие от серого чугуна, он обладает лучшими механическими свойствами. В промышленности наибольшее применение получил высокопрочный и легированный чугун. Углерод в высокопрочном чугуне содержится в виде шаровидного графита. Данный вид чугуна обладает достаточно высоким пределом прочности (около 400-600 МПа) и достаточной пластичностью. Чугун сваривают в основном только в случае ремонтно-восстановительных работ или при исправлениях дефектов чугунных отливок.

Детали из чугуна, работающие достаточно длительное время в условиях высоких температур, практически не поддаются сварке. Это связано с тем, что за счет высоких температур (примерно от 300°С и выше) кремний и углерод окисляются, делая чугун очень хрупким. Рассмотрим влияние на свойства химических элементов в чугуне , а также влияние серы на чугун.
Углерод (С). Чугун приобретает мягкость и хорошо обрабатывается резанием, когда углерод находится в нем в свободном состоянии. Если же углерод в связанном состоянии с железом, то в этом случае чугун приобретает высокую твердость, тяжело поддаваясь обработке.
Кремний (Si). За счет этого элемента в чугуне углерод выделяется в виде графита. Кремний способствует увеличению жидко-текучести чугуна при заливке. С помощью кремния чугун приобретает большую мягкость, улучшаются его литейные свойства.
Марганец (Мп). За счет этого элемента в чугуне углерод связывается в виде цементита. Если содержание марганца не более 1%, то повышается прочность чугуна. Положительное влияние марганца заключается в том, что с его помощью удаляется сера из чугуна. При этом образуется так называемый сернистый марганец, всплывающий на поверхность жидкого металла и уходящий в шлак. Это позволяет частично нейтрализовать серу в чугуне.
Сера (S). Несомненно, сера в чугуне относится к вредным примесям, так как с этим элементом в чугуне связано явление красноломкости, то есть образование трещин в горячем состоянии сплава. Также, сера в чугуне снижает жидко-текучесть чугуна, делая его густым, из-за чего чугун трудно заполняет форму. Сера в чугуне способствует образованию сернистого железа FeS, которое, в свою очередь, растворяется в чугуне в неограниченном количестве. Вступая в реакцию, сернистое железо и железо образуют легкоплавкое соединение Fe FeS, температура плавления которого достигает 985°С. Получившееся соединение, затвердевая, кристаллизуется и ухудшает механические свойства чугуна. Также сера в чугуне препятствует графитизации, увеличивает усадку, способствует повышению твердости и хрупкости чугуна в холодном состоянии. Необходимо, чтобы сера в чугуне не превышала 0,12—0,15%.
  Влияние серы и марганца удобно рассматривать вместе. Они обладают большим химическим родством. За счет этого в расплаве образуются прочные тугоплавкие малорастворимые сульфиды MnS. Когда достигается определенное соотношение этих элементов в чугуне, происходит взаимная нейтрализация серы и марганца. А избыток элемента, который остался свободным после того, как образовался сульфид, влияет на кристаллизацию. Когда одновременно присутствуют марганец и сера в чугуне, это косвенно приводит к процессу графитизации, потому что сульфиды MnS способны стать зачатками графитовых включений. При этом сера в расплав попадает, в основном, из топлива. В связи с тем, что насыщение серой неизбежно, а удалить ее очень трудно, то нейтрализовать отрицательное влияние серы стараются добавлением марганца.
Фосфор (Р). Этот химический элемент в чугуне ухудшает его механические характеристики, вызывая хладноломкость – способность отливок трескаться в холодном состоянии. В машиностроительном литье фосфор считается достаточно вредной примесью. Этот элемент не должен превышать 0,1% в ответственных отливках. Для фосфора характерны и положительные свойства. За счет этого элемента повышается жидко-текучесть чугуна. Это способствует тому, что чугун применяют в производстве художественного литья.

Нет комментариев »

No comments yet.

RSS feed for comments on this post.

Leave a comment