что такое белый чугун
Белый чугун
Белый чугун — это разновидность чугуна, которая в своём составе содержит углеродные соединения. В этом сплаве они называются цементитами. Своё название подобный металл получил благодаря характерному белому цвету и блеску, который хорошо виден на изломе. Этот блеск проявляется благодаря тому, что в составе подобного чугуна отсутствуют большие включения графита. В процентном отношении, он составляет не более 0,3%. Поэтому обнаружить его можно только спектральным или химическим анализом.
Состав и виды белого чугуна
Белый чугун состоит из так называемой цементитной эвтектики. В связи с этим его делят на три категории:
Кроме приведенной классификации его разделяют на обыкновенный, отбеленный и легированный.
Внутренняя структура белого чугуна представляет собой сплав двух элементов: железа и углерода. Несмотря на высокотемпературное производство в нём сохраняется структура с мелкой зернистостью. Поэтому если надломить деталь из такого металла будет наблюдаться характерный белый цвет. Кроме этого, в структуре доэвтектического сплава, например, твёрдых марок, кроме перлита и вторичного цементита всегда присутствует цементит. Его процентное содержание может приближаться к 100%. Это характерно для эвтектического металла. Для третьего вида структура представляет собой состав из эвтектики (Лп) и первичного цементита.
Одной из разновидностей подобных сплавов является так называемый отбелённый чугун. Его основу, то есть сердцевину, составляет серый или высокопрочный чугун. Поверхностный слой содержит высокий процент таких элементов, как ледебурит и перлит. Эффекта отбеливания глубиной до 30 мм добиваются, используя метод быстрого охлаждения. В результате поверхностный слой получается из белого цвета, а далее отливка состоит из обыкновенного серого сплава.
Структура белого чугуна
В зависимости от процентного содержания легированных добавок, различают следующие виды металла:
В качестве легирующих добавок применяют достаточно распространённые элементы. Полученный таким образом легированный белый чугун приобретает новые, заранее заданные свойства.
Свойства белого чугуна
Любой чугунный сплав, с одной стороны, очень прочный, но в то же время обладает достаточной хрупкостью. Поэтому в качестве основных положительных свойств белого чугуна можно выделить:
Белые чугуны, с пониженным процентом углерода, обладают большей устойчивостью к высоким температурам. Это свойство используется для снижения количества трещин в отливках.
Внешний вид белого чугуна
К недостаткам следует отнести:
Ещё одним недостатком является плохая свариваемость. Проблемы в сварке деталей из подобного материала вызваны тем, что в момент сварки происходит образование трещин, как при нагреве, так и при охлаждении.
Маркировка белого чугуна
Для маркировки белого чугуна применяют буквы русского алфавита и цифры. Если в нём имеются примеси, то маркировка начинается с буквы «Ч». Состав имеющихся легирующих добавок можно определить по последующим буквам П, ПЛ, ПФ, ПВК. Они свидетельствую о наличии кремния. Если полученный металл обладает повышенной износостойкостью, то его маркировка будет начинаться с буквы «И», например ИЧХ, ИЧ. Например, наличие в маркировке обозначения «Ш», означает, что в структуре сплава имеется графит шаровидной формы.
Цифры указывают на количество дополнительных веществ, присутствующих в белом чугуне.
Марка ЧН20Д2ХШ расшифровывается следующим образом. Это жаропрочный высоколегированный металл. Он содержит следующие элементы: никеля — 20%, меди — 2%, хрома — 1%. Остальные элементы — это железо, углерод, графит шаровидной формы.
Область применения
Этот сплав используют в следующих отраслях: машиностроение, станкостроение, судостроение. Из него производят некоторые элементы бытовых изделий. В машиностроении из него изготавливают: детали грузовых и легковых автомобилей, тракторов, комбайнов и другой сельскохозяйственной техники. Применение легирующих добавок позволяет получать специально заданные свойства. Например, используют при изготовлении плит с различной формой поверхности.
Отливка из белого чугуна
Отбелённый чугун имеет достаточно ограниченную область применения. Из него производят детали несложной конфигурации. Например: шары для мельниц, колеса различного назначения, детали для прокатных станов.
Широкое применение он получил при производстве деталей таких крупных агрегатов, как гидравлические и формовочные машины, другие промышленные механизмы этого направления. Специфическая особенность их работы заключается в том, что они постоянно подвергаются воздействию абразивного материала.
Белый чугун
Чугуном называется сплав железа с углеродом и другими элементами. Стоит отметить, что главной особенностью чугуна является именно содержание в справе углерода, минимальное значение которого должно составлять 2,14%. Именно данный показатель содержания углерода в сплаве является точкой предельной растворимости углерода в аустените на диаграмме состояний. Все сплавы, в которых количество углерода ниже, чем 2,14%, называются сталью. Благодаря углероду сплавы железа приобретают твердость, однако, при этом, теряют свою пластичность наряду с вязкостью. Углерод в чугуне присутствует в виде графита или цементита. В зависимости от того, графит какой формы содержится в чугуне графит, различают несколько видов чугуна:
Кроме углерода в составе чугуна присутствуют также примеси. Как правило это кремний, марганец, сера, фосфор. Чугун сочетает в себе два качества – с одной стороны это хрупкость, с другой стороны – прочность. Именно это делает чугун незаменимым во многих сферах человеческой деятельности.
Состав белого чугуна
Углерод в белом чугуне имеет связанный вид. (Fe3C). Его количественное содержание в данном сплаве определяет следующие виды белого чугуна:
Кроме этого, данный сплав также подразделяется на обыкновенный, отбеленный, а также легированный.
Внутренняя структура белого чугуна представлена сплавами двух химических элементов – железа и углерода. Вопреки тому, что производство белого чугуна осуществляется в условиях достаточно высокого температурного режима, он сохраняет мелко зернистую структуру, что, в свою очередь, и дает тот самый характерный белый цвет на изломе детали, выполненной из данного чугуна.
Стоит отметить, что структура доэвтектического сплава всегда присутствует цементит, процентное содержание которого может достигать 100%. Однако, данная ситуация больше характерна для эвтектического металла. А вот заэвтектический вид белого чугуна состоит из эвтектики и первичного цементита.
Представителем таких сплавов является отбеленный чугун, в основе которого находится серый или высокопрочный чугун. В поверхностном слое данного чугуна отмечается высокое процентное содержания ледебурита и перлита. Отбеливание на глубину до 30 мм осуществляется путем быстрого охлаждения. Таким образом добиваются того, что сверху чугун имеет белый цвет, но внутри содержится обыкновенный серый сплав.
В чугуне также могут присутствовать и легированные элементы, такие как хром, никель, алюминий и другие. В зависимости от того, какое количество легируемых элементов содержится в составе чугуна, существуют следующие виды сплавов:
Свойства белого чугуна
Как уже говорилось выше, чугун отличается своей прочностью и хрупкостью одновременно. Однако, данное сочетание качеств придает ему множество уникальных свойств, делающих чугун незаменимым материалом для применения во многих сферах человеческой деятельности.
Среди таких качеств можно выделить следующие:
Стоит отметить, что белые чугуны, в которых отмечается пониженное процентное содержание углерода, более устойчивы к воздействию на них высоких температур. Данное свойство применяется с целью уменьшения числа трещин в отливках.
Однако, нет ничего идеального. Не смотря на множество достоинств и уникальность, чугун также обладает и некими недостатками:
Применение белого чугуна
В связи с тем, что обыкновенный белый чугун плохо поддается механической и термической обработке, область его применения является достаточно ограниченной. Как правило для изготовления изделий его используют в виде необработанных или частично обработанных отливок.
Однако, все же сплав используется для изготовления габаритных изделий простой конфигурации, а также узлов и агрегатов, постоянно подвергающихся воздействию абразивных материалов. В связи с этим он нашел свое применение в машиностроении, станкостроении, судостроении. Так, белый чугун используется для изготовления корпусов и деталей станков и прокатных станов, шаров для мельниц, приводных и опорных колес. Также он является сырьем для производства некоторых деталей легковых и грузовых автомобилей, тракторов, комбайнов, а также различной габаритной сельскохозяйственной техники. Легирующие элементы, как уже писалось выше, позволяют существенно улучшить сплав, наделяя его специально заданными свойствами. Это позволяет использовать белый чугун для производства плит, имеющих различную форму поверхности.
Стоит отметить, что белый чугун представляет собой сырье, из которого изготавливаются ковкие сорта железоуглеродистых чугунных и стальных сплавов.
Белый чугун
Металлические сплавы железа и углерода, где содержание второго элемента превышает 2,14%, называют чугунами. К белым чугунам относят такие сплавы, в которых углерод представлен в виде карбида железа Fe3C (цементита). Именно из-за светлого цвета на изломе их и называют белым.
Условия изготовления отливок из белой марки приведены в ГОСТ 1215-79 и ГОСТ 26358-84. В них указаны технические требования, порядок приемки, испытаний, транспортирования и хранения чугунных сплавов. Маркируется буквами БЧ.
Виды выпускаемого белого чугуна
В зависимости кристаллической структуры, а так же наличия и соотношения составляющих элементов белые чугуны подразделяют на:
Отдельным видом выделяют чугунные сплавы с высоким удельным электрическим сопротивлением.
Внутренняя структура обыкновенного белого чугуна содержит углерод в виде цементитных зерен. Количество углерода влияет на температуру плавления и в зависимости от этого чугуны подразделяют на:
Эффекта отбеливания чугуна достигают путем быстрого охлаждения отливки, которая в результате получается неоднородной по своему составу. Верхний слой, толщиной до 30 мм, становится белым, а остальная сердцевина представляет собой обычный серый чугун.
Достоинства и недостатки
Как и все чугунные сплавы, белые отличаются большой прочностью в сочетании с хрупкостью при сильных механических ударах. В числе основных положительных качеств белого чугуна следует назвать:
Важным качеством белых чугунов считается очень хорошая устойчивость к воздействию высоких температур, которая используется для снижения количества трещин в первоначальных отливках.
К основным недостаткам относят такие качества, как:
Образование дефектов при сваривании из-за быстрого выгорания углерода и образования пор.
Область применения
Обыкновенный белый чугун используют весьма ограниченно, поскольку он плохо применим к механической и термической обработке. Для производства изделий он часто применяется в виде необработанных или частично обработанных отливок.
Самое широкое применение сплав получил при изготовлении крупных деталей простой конфигурации. Это корпуса и детали станков и прокатных станов, шары для мельниц, приводные и опорные колеса. Кроме этого белый чугун используют для изготовления узлов агрегатов, которые испытывают на себе постоянное воздействие абразивных материалов.
Важным моментом является использование обычного чугуна в качестве сырья для изготовления ковких сортов железоуглеродистых чугунных и стальных сплавов.
Легирование белого чугуна
Наличие в составе сплава легирующих добавок сильно изменяет его физические свойства, которые значительно расширяют его область применения. В качестве легирующих элементов в металлургии используют очень распространенные вещества.
Для повышения твердости в железоуглеродистый чугунный сплав могут быть добавлены: никель, фосфор, марганец, хром, ванадий, кремний, медь, титан и сера.
В том случае, если количество легирующих добавок примерно равно углеродному содержанию, чугун приобретает предельно возможную твердость.
Износостойкость, как физическая характеристика белого чугуна, рассматривается независимо от его твердости. Ее повышения достигают изменением структуры металла путем добавления карбидов и фосфидов в виде равномерно распределенных включений. Качество отливки деталей напрямую зависит от химического состава сплавов и количества легирующих элементов.
В зависимости от процентного содержания легирующих примесей белый чугун подразделяют на:
Уже готовые отливки из чугуна подвергаются дополнительной температурной обработке (отжигу), в результате которой снимаются внутренние напряжения металла и происходит стабилизация внешних размеров. Температура отжига белого легированного чугуна около 850°C.
Процесс нагрева и охлаждения происходит медленно для исключения образования внутренних трещин и других дефектов.
Легированные чугунные сплавы получили широкое применение в производстве:
Это обусловлено улучшенными качествами металлов по сравнению с обычным белым чугуном.
Нержавеющие сплавы
Для повышения устойчивости белого чугуна к коррозии в него добавляют большое количество хрома. Это приводит к образованию оксидной пленки на поверхности и дальнейшему прекращению доступа кислорода. Кроме этого высокохромистый белый чугун приобретает устойчивость к щелочным растворам, серной и азотной кислоте.
Дополнительно процесс легирования хромом предупреждает возможность коагуляции карбидов при сильном нагреве сплава. Это позволяет получать качественные сварные соединения деталей из белого чугуна. Если в процессе легирования вместе с хромом добавлены никель и молибден, то полученный нержавеющий сплав по прочности можно сравнивать с лучшими жаропрочными сталями, которые намного дороже.
Хромосодержащий белый чугун применяют в случаях тяжелых эксплуатационных условий, присутствия щелочей и окислителей, потребности высокого электросопротивления.
Белый жаропрочный чугун
Для получения чугунного сплава способного сохранять первоначальные размеры в процессе циклических нагревов до высокой температуры в него, кроме хрома, добавляют:
При этом металл относится к группе нержавеющих белых чугунов и может использоваться во многих отраслях деятельности.
Сплавы с высоким удельным сопротивлением
Такие виды белого чугуна применяют для изготовления литых нагревателей электрических печей и сушек, работающих при температуре до 900°C. Для получения сплава в него добавляют:
Такой белый чугун с высоким удельным сопротивлением называют сормайт и используют для изготовления электронагревателей различной мощности.
Белый чугун нельзя назвать слишком распространенным сплавом из-за технических трудностей при его механической и термической обработке. Однако создание легированных сплавов значительно расширяет сферу применения этого материала в результате кардинального изменения его физических и химических свойств.
При этом процесс легирования не требует использования редких и очень дорогих добавок. Поэтому применение белого чугуна для изготовления изделий и заготовок будут расширяться.
Белый чугун
Белый чугун характеризуется высоким содержанием углерода, который находится в связанном состоянии. Присутствие малых количеств графита в нем визуально не определяется, его можно обнаружить лишь методом спектрального или химического анализа. Мелкозернистая структура сплава дает на изломе белый цвет.
Состав и виды 
Углерод в составе белого чугуна образует цементитную структуру. В зависимости от его содержания, различают сплавы:
Классификация по кристаллической структуре дает следующие виды:
В качестве легирующих элементов используются карбидообразующие элементы:
При введении в доэвтектическую структуру этих элементов повышаются прочность и устойчивость аустенита и ледебурита. Степень легированности и физико-механические свойства зависят также от размеров отливок и условий охлаждения.
Особенности получения
При получении белого чугуна важно во время кристаллизации расплава исключить процесс графитизации, что делается:
Степень износостойкости отливок в большей мере определяется природой и составом карбидов. Легирование металла никелем, марганцем и хромом дает мартенситно-карбидную структуру. При их суммарной концентрации, равной содержанию углерода, образуется максимально твердая структура.
Чаще всего в качестве главной легирующей добавки используется хром. Он придает сплаву высокую коррозионную устойчивость, которая сохраняется даже в агрессивных средах. После нормализации эти заготовки устойчивы к действию кислот при температуре до 1000 градусов. Дополнительное легирование никелем (0,1%), титаном (0,5%) и медью (0,5-2,0%) придает деталям способность сохранять геометрическую форму и первоначальные размеры в условиях длительного нагрева.
Изделия из высокохромистого белого чугуна, который называют сормайт, способны работать при температурах 800-900 градусов. В его составе:
Предварительно заготовки подвергают обжигу для снятия внутренних напряжений. В процессе отжига температура медленно повышается до 850 градусов, после чего следует постепенное охлаждение. Полученные детали характеризуются:
Механические свойства
Благодаря тому, что белый чугун содержит углерод в виде карбидов, он демонстрирует хорошие прочностные характеристики:
Сплавы с пониженным содержанием углерода более устойчивы к интенсивному тепловому воздействию. Эту особенность используют для уменьшения числа трещин в металле. При легировании никелем, хромом, ванадием образуется жаропрочный сплав, обладающий высокой износоустойчивостью.
Особенности состава определяют отрицательные свойства белого чугуна:
Материал очень плохо поддается сварке даже при нагреве – в месте шва образуются микротрещины, которые при остывании еще больше увеличиваются.
Расшифровка маркировки
Сплав маркируется буквенно-цифровым кодом, который указывает на его основные свойства и легирующие добавки:
Расшифровка марки белого чугуна ЧН20Д2ХШ дает следующую информацию – это высоколегированный жаропрочный материал, наряду с железом и углеродом содержащий:
Марки Х28, Х34 представляют нержавеющий чугун с высоким удельным электросопротивлением.
Область применения
Высокие прочностные характеристики сплава и способность сохранять заданную форму при тепловом воздействии нашли применение:
Высокая твердость в сочетании с хрупкостью затрудняет механическую обработку методами резания или фрезерования и требует применения инструментов из специальных марок сталей. Поэтому в качестве конструкционного материала применение белого чугуна ограничено. Специальные передельные виды с пониженным содержанием кремния используют для выплавки стали и в литейном производстве.
Половинчатые или отбеленные разновидности содержат углерод в виде карбидов и в свободном состоянии. Они обладают высокой износоустойчивостью и применяются для изготовления фрикционных механизмов, подвергающихся сухому трению:
Для некоторых изделий требуется высокая поверхностная твердость структуры цементита. Ее создают искусственно путем быстрого охлаждения заготовки до глубины 5 мм. Эта операция называется отбеливанием. Она необходима:
Получение ковкого чугуна
Белый чугун служит сырьем для получения других видов металлургической продукции. Его используют для производства ковкого чугуна с помощью термической обработки, во время которой происходит процесс графитизации и обезуглероживания заготовок. Соотношение в сырье исходных элементов составляет:
В нем присутствует структура ледебурита, представляющего механическую смесь цементита и перлита. Заготовки на специальных поддонах медленно пропускают через камеры с заданным температурным режимом. Скорость движения рассчитывается таким образом, чтобы металл подвергался тепловому воздействию в течение определенного времени.
Отжиг проходит в несколько этапов с разными температурными режимами:
Время отжига можно сократить предварительной закалкой отливок и в дальнейшем применить более высокий температурный режим. Но при этом в структуре металла образуются напряжения и трещины. Поэтому метод используется ограниченно – только для небольших деталей простой формы.
Белый чугун — структура, состав, свойства, маркировка
Металлические сплавы железа и углерода, где содержание второго элемента превышает 2,14%, называют чугунами. К белым чугунам относят такие сплавы, в которых углерод представлен в виде карбида железа Fe3C (цементита). Именно из-за светлого цвета на изломе их и называют белым.
Условия изготовления отливок из белой марки приведены в ГОСТ 1215-79 и ГОСТ 26358-84. В них указаны технические требования, порядок приемки, испытаний, транспортирования и хранения чугунных сплавов. Маркируется буквами БЧ.
Виды выпускаемого белого чугуна
В зависимости кристаллической структуры, а так же наличия и соотношения составляющих элементов белые чугуны подразделяют на:
Отдельным видом выделяют чугунные сплавы с высоким удельным электрическим сопротивлением.
Внутренняя структура обыкновенного белого чугуна содержит углерод в виде цементитных зерен. Количество углерода влияет на температуру плавления и в зависимости от этого чугуны подразделяют на:
Эффекта отбеливания чугуна достигают путем быстрого охлаждения отливки, которая в результате получается неоднородной по своему составу. Верхний слой, толщиной до 30 мм, становится белым, а остальная сердцевина представляет собой обычный серый чугун.
Особенности получения белого чугуна
В процессе получения белого чугуна заданной структуры необходимо подавить процесс графитизации в течение всего времени кристаллизации жидкой массы. В данном случае имеет значение как грамотный подбор исходных материалов, так и соблюдение технологии охлаждения чугуна в форме.
Когда отливки производят из нелегированного чугуна в сырых песчаных формах, существует необходимость соблюдать пропорцию углерода и кремния: С (Si + lg R) Достоинства и недостатки
Как и все чугунные сплавы, белые отличаются большой прочностью в сочетании с хрупкостью при сильных механических ударах. В числе основных положительных качеств белого чугуна следует назвать:
Важным качеством белых чугунов считается очень хорошая устойчивость к воздействию высоких температур, которая используется для снижения количества трещин в первоначальных отливках.
К основным недостаткам относят такие качества, как:
Образование дефектов при сваривании из-за быстрого выгорания углерода и образования пор.
СЕРЫЙ ЧУГУН
В сплаве такого чугуна углерод – весь или частично – находится в виде пластинчатого графита. По примеру светлого чугуна, серый получил свое название из-за цвета излома. В состав серого чугуна входит также кремний, иногда – магний. Количество углерода в сером чугуне – от 2,9 до 3,7%.
Серый чугун, как и белый, отличается хрупкостью, но при этом он обладает высокими литейными свойствами, текучестью и малой усадкой. Из серого чугуна делают основы станков, цилиндры различных механизмов, поршни.
Область применения
Обыкновенный белый чугун используют весьма ограниченно, поскольку он плохо применим к механической и термической обработке. Для производства изделий он часто применяется в виде необработанных или частично обработанных отливок.
Самое широкое применение сплав получил при изготовлении крупных деталей простой конфигурации. Это корпуса и детали станков и прокатных станов, шары для мельниц, приводные и опорные колеса. Кроме этого белый чугун используют для изготовления узлов агрегатов, которые испытывают на себе постоянное воздействие абразивных материалов.
Важным моментом является использование обычного чугуна в качестве сырья для изготовления ковких сортов железоуглеродистых чугунных и стальных сплавов.
ВЫСОКОПРОЧНЫЙ ЧУГУН
Ковкий чугун содержит углерод в виде графита в форме изолированных друг от друга хлопьев. Благодаря этому материал обладает большей пластичностью и вязкостью, чем остальные виды чугунов. Изготавливают ковкий чугун из белого чугуна, обрабатывая его длительным воздействием высокими температурами. В результате такой обработки в сплаве происходят процессы графитизации – распадается цементит, образуя графит.
Помимо своих высоких ковких характеристик, благодаря которым он и получил свое название, данный вид чугуна отличается также повышенными прочностью при растяжении и сопротивлением удару. Податливость ковкого чугуна механической обработке позволяют делать из него изделия сложной формы. Из него изготавливают тормозные колодки, угольники и прочие детали для машин и механизмов.
МАРКИРОВКА ЧУГУНА И ЕЕ РАСШИФРОВКА
По цифровым и буквенным кодам марок чугуна можно определить состав сплава, узнать его свойства и предназначение. Существуют следующие марки чугунов:
П1 и 2 — передельный чугун разной чистоты сплава
ПЛ1 и ПЛ2 – передельно-литейный чугун
ПФ1, ПФ2 и ПФ3 — передельный фосфористый чугун
ПВК1, ПВК2 и ПВК3 — передельный высококачественный чугун
СЧ — чугун с пластинчатым графитом
АЧ — антифрикционный чугун
АЧС — антифрикционный серый чугун
АЧВ — антифрикционный чугун высокопрочный
АЧК — антифрикционный чугун ковкий
ВЧ — чугун с шаровидным графитом для отливок
Ч — чугун легированный
Цифры после данных обозначений могут указывать на величину временного сопротивления разрывам в кгс/мм (у чугунов с пластинчатым графитом), или обозначать относительное удлинение (у чугуна с шаровидным графитом для отливок). В маркировке ковких чугунов первая цифра после буквенного сочетания КЧ означает предел прочности на разрыв в МПа, а вторая — относительное удлинение в процентах. Стоит еще пояснить, что словом «передельный» называют чугун, который прошел два этапа обработки: на первом этапе из руды получают чугун, а на втором – чугун перегоняют в сталь.
Остались еще вопросы?
Оставьте заявку и мы Вам перезвоним.