Чугун, свойства на чугун

Общи свойства на чугуна

Основните съставки на чугуна са желязото и въглеродът. Свойствата на чугуна се определят от структурата на масата на неблагородния метал, формата, количеството и местоположението на графитните включвания. В равновесно състояние структурата на желязо-въглеродните сплави се определя от диаграмата. Когато съставът се промени, се променят следните:
евтектична температура (0С) T = 1135 + 5Si - 35P - 2Mn + 4Cr;
концентрация на въглерод в евтектиката (%) C = 4.3 - 0.3 (Si + P) - 0.04Ni - 0.07Cr;
евтектоидна температура Т. = 723 + 20 Si + 8Cr - 30Ni - 10 Cu - 20 Mn;
концентрация на въглерод в евтектоида C = 0,8 - 0,15 Si - 0,8 Ni - 0,05 (Cr + Mn).

Положението на критичните точки се определя по време на нагряване; при охлаждане точките са по-ниски. С достатъчна точност за нелегиран чугун от повечето сортове се прилагат опростени формули:
концентрация на въглерод в евтектиката C = 4,3 - 0,3 (Si + P);
концентрация на въглерод в евтектоида C = 0,8 - 0,15Si.

Влиянието на елементите върху структурата е дадено в Таблица 1. Коефициенти, характеризиращи относителния графитизиращ ефект, могат да се използват само при съдържанието на въглерод (≈ 3%) и силиций (≈2%).

Физични и механични свойства на чугуна

Основните физико-механични свойства на структурните съставки на чугуна са дадени в таблица 2, а типичните физични свойства на чугуна са показани в таблица 3. Специфичното тегло, дадено в таблица 3, може да варира значително в зависимост от количеството на свързания въглерод и наличието на пори. Специфичното тегло на течния чугун при температурата му на топене е 7,0 ± 0,1 g/cm2; той намалява с увеличаване на съдържанието на общи примеси. Обратимият коефициент на линейно разширение, даден в таблица 3, зависи от структурата на чугуна.

Необратимото увеличаване на обема (растежа) рязко се увеличава при преминаване през температурата на фазовите трансформации и достига 30%, но обикновено не надвишава 3% при нагряване до 500 ° С. Увеличението на растежа се благоприятства от графитообразуващи елементи и се предотвратява от карбидообразуващи елементи и нанасянето на покрит чугун върху повърхността (галванично покритие, метализация, емайлиране).

Топлинни свойства

Топлинният капацитет на чугуна от дадена структура може да се определи чрез правилото за смесване, като се използват данните в таблица 2. Топлинният капацитет на чугуна при температури, надвишаващи фазовите трансформации и до точката на топене, може да се приеме равен на 0,18 кал/Go C, а надвишаването на температурата на топене - равно на 0,23 ± 0,03 cal/Go C. Топлинният ефект по време на втвърдяването е 55 ± 5 cal/G, а по време на трансформацията на перлит зависи от съдържанието на перлит и достига 21,5 ± 1,5 cal/G при евтектоидна концентрация от 0,8% Cd:

Обемният топлинен капацитет, равен на произведението на специфичната топлина на специфичното тегло (cal/cm3 * ° C), може да се вземе за мащабни изчисления: за твърд чугун около 1 cal/cm3 * ° C и за течно желязо - около 1,5 cal/cm3 * ° C.

Топлопроводимостта не може да бъде определена от правилото за смесване; топлопроводимостта на структурните компоненти, дадени в таблица 2, намалява с увеличаването на степента на тяхното разпръскване. Типична стойност на топлопроводимостта на чугуна е дадена в табл. 3. Влиянието на състава върху топлопроводимостта се отразява главно чрез промяна в степента на графитизация. Топлопроводимостта на β-желязото намалява с увеличаване на разтворените в него примеси.

Топлопроводимостта на течното желязо е ≈ кал/см * сек * оС.

Термичната дифузивност може да се вземе при увеличени изчисления за твърд чугун, числено равен на неговата топлопроводимост, и за течен чугун, равен на 0,03 cm2/s.

Хидродинамични свойства

Динамичният вискозитет е показан в Таблица 4. Вискозитетът намалява с увеличаване на съдържанието на манган, както и с намаляваща сяра и неметални включвания, в зависимост от температурните условия, вискозитетът намалява приблизително пропорционално на съотношението на абсолютната температура на експеримента към абсолютната температура от началото на втвърдяването. С прехода на температурата в началото на втвърдяването вискозитетът се увеличава рязко.

Повърхностното напрежение за агрегирани изчисления може да се вземе от Таблица 3. То се увеличава с намаляване на съдържанието на въглерод и се променя рязко в присъствието на неметални включвания.

Електрически свойства. Когато се оценява електрическата проводимост (електрическо съпротивление), законът на N.S. Кърнаков. Приблизителните стойности на електрическото съпротивление на конструктивните компоненти са дадени в таблица 2, за типичния чугун - в таблица 3. Според отслабващия ефект върху смилането на електрическото съпротивление на твърдия разтвор, елементите могат да бъдат подредени в един ред: силиций, манган, хром, никел, кобалт.

Механични свойства

Статистически свойства. Якостта на опън на чугуна може да бъде оценена качествено по неговата структура в съответствие с данните, дадени в таблица 2. Силата на структурните компоненти се увеличава с увеличаването на степента на дисперсия. Формата, количеството, размерът и разпределението на графитните включвания оказват по-голямо влияние върху крайната якост, отколкото структурата на основната метална маса. Най-забележимото намаляване на якостта се наблюдава, когато графитните включвания са подредени във верига, прекъсвайки непрекъснатостта на металната маса. Най-голямата якост се постига със сфероидален графит. Постига се в чугун без термична обработка с добавяне на определен магнезий и церий. Таблица 5 показва съотношението на якостните характеристики на чугуна. С повишаване на температурата на изпитване якостта на опън остава практически постоянна до 400 ° C (в диапазона 100-200 ° C има намаляване на якостта, която не надвишава 10-15%). При нагряване над 400 ° C се наблюдава непрекъснат спад на крайната якост.

Свойствата на пластмасата зависят от структурата на основната метална маса (в съответствие с данните в таблица 2), но в много по-голяма степен - от формата на графитните включвания. При сфероидална форма на последното удължаването може да достигне 30%. В обикновения сив чугун той рядко надхвърля десети от процента; в отгрятия сив чугун (феритна структура), удължението достига

Еластичните свойства зависят главно от формата на графита; те не се променят по време на термична обработка на чугун, ако формата на графитните включвания не се е променила. При тестовете за огъване еластичните деформации са 50-80% от общата деформация.

Модулът на еластичност на чугуна, поради наличието на графитни включвания, има само относителна стойност, поради което е по-правилно да се счита за конвенционална стойност. Модулът на еластичност на чугуна не зависи от структурата на основната метална маса и се определя от броя и формата на графитните включвания: той намалява с увеличаване на броя на графитните включвания и с отдалечаването на тяхната форма от кълбовидните.

Динамични свойства. Ударната якост не отразява точно динамичните свойства на чугуна. Ударната жилавост се увеличава с увеличаване на съдържанието на ферит и с намаляване на съдържанието на графит, както и когато формата на графитните включвания се приближава към сферичната. За приблизителни изчисления могат да се вземат следните стойности за прободни образци с напречно сечение 1,0 cm2: и, изразени във фракции на максимална якост, са дадени в таблица 5. При асиметричен цикъл на натоварване границата на умора преминава максимум с нарастващи натискови напрежения. Границата на умора се увеличава с увеличаване на якостта на опън и честотата на натоварване.

Технологични свойства

Течливостта зависи от свойствата на метала и формата: може да се определи по различни методи. Най-често течливостта, определена от дължината L на пълнената проба, се увеличава с намаляване на вискозитета, увеличаване на прегряването (в този случай течността е силно повлияна от прегряване над температурата на началото на втвърдяването) и намаляване на интервала на втвърдяване (най-голяма течливост се наблюдава при евтектичен състав) и зависи от латентната топлина на синтез q и топлинния капацитет c на единица обем.

Химични свойства

Устойчивостта на корозия зависи от структурата на чугуна и от външната среда (неговия състав, температура, както и движението му). Чрез намаляващия електроден потенциал структурните компоненти на чугуна могат да бъдат подредени в следната последователност: графит (най-устойчив) - циментит, фосфидна евтектика - ферит. Потенциалната разлика между ферит и графит е 0,56 волта. Устойчивостта на корозия намалява с увеличаване на степента на дисперсия на структурните компоненти. Въпреки това, прекомерното намаляване на степента на дисперсия на графита също намалява корозионната устойчивост. Легиращите елементи оказват влияние върху корозионната устойчивост на чугуна според ефекта им върху конструкцията. Повишена устойчивост на корозия се наблюдава при чугунени отливки със запазена леярна кора. Скоростта на корозия по отношение на различни среди е дадена в таблици 7, 8 и 9.

Таблица 1. Ориентировъчно влияние на елементите върху структурата на чугуна.