При выполнении сварочных работ, например, на металлических деталях, сначала необходимо осуществить предварительный нагрев. Далее выбираются соответствующие материалы и процесс. Это подразумевает использование специального газового оборудования, а также порошковых проволок или покрытых угольных электродов.
Характеристики, свойства, виды и применение чугуна
1) Чугун в первую очередь применяется в литейном производстве, благодаря своим уникальным свойствам. Он обладает низкой температурой плавления, которая составляет приблизительно 1200 градусов Цельсия. Это значение на 250-300 градусов ниже температуры плавления стали. Причина заключается в том, что углерод и железо образуют не слишком прочную связь между собой. Кроме того, благодаря значительной плотности чугуна, равной 7,2 г/см³, он превосходит большинство других материалов, за исключением некоторых видов стали.
2) Ещё одним весомым преимуществом чугуна является его высокая твердость, достигающая 7,5 по шкале Мооса. Это значение существенно превышает твердость кварца и всего лишь на 2,5 пункта ниже твердости алмаза, что делает чугун отличным материалом для различных применений, включая создание инструментов и машинных компонентов.
3) Чугунные изделия отличаются долговечностью, что делает их предпочтительным выбором в конструкциях, где требуется высокая износостойкость.
4) Чугун является экологически чистым материалом, что позволяет использовать его для производства посуды, в которой осуществляется приготовление пищевых продуктов. Отсутствие вредных веществ и безопасность для человеческого здоровья делают чугун невероятно ценным в пищевой промышленности.
5) Чугун способен поддерживать высокие температуры в течение продолжительных периодов, что делает его идеальным для использования в различных жаровнях и кастрюлях для готовки.
Процесс литья чугуна
Среди особенностей чугуна отметим:
- Одной из характерных особенностей чугуна является его более высокая масса по сравнению с другими материалами. Эта масса компенсируется впечатляющей прочностью и износостойкостью, что делает чугунные кастрюли и сковородки устойчивыми к скольжению по поверхности плиты. Это создает удобство в использовании, так как посуда не будет двигаться непредсказуемо.
- Несмотря на свои преимущества, чугун может подвержен коррозии, особенно в условиях повышенной влажности. Поэтому рекомендуется периодически «промасливать» чугунные изделия, чтобы предотвратить их ржавление.
- В чугунной посуде не рекомендуется хранить готовую еду продолжительное время. Хотя это может показаться несущественным, оставляя блюда на несколько часов или на ночь, вы рискуете, что поры чугуна впитают запахи, а сама еда может потемнеть и потерять свои вкусовые качества.
Таким образом, несмотря на небольшие недостатки, чугунная посуда действительно становится незаменимой в каждом доме. Чтобы сохранить богатство своих блюд и сэкономить средства, в Беларуси разработали широкий ассортимент чугунной посуды под брендом Мастер Смак.
Я уверен: ваши дети передадут такую сковороду своим детям, ведь такая посуда служит долго и качественно!
Вернуться к списку
Недостатки чугуна
1) Важно отметить, что из-за высокого содержания углерода в данном сплаве чугун способен быть довольно хрупким, что делает его не лучшим выбором для деталей, находящихся под значительным давлением.
2) При длительном контакте с влагой чугун подвержен ржавлению. Хотя изделие не теряет полностью своей функциональности, его внешний вид может значительно ухудшиться. Поэтому специальные покрытия, предназначенные для защиты от коррозии, становятся необходимостью.
3) Обратите внимание, что продукция из чугуна может быть довольно стабильной, что в некоторых случаях может быть минусом.
Чугун литейный, передельный
Чугун представляет собой сплав, в основном состоящий из железа и углерода (в дополнение к прочим элементам). Содержание углерода в чугуне составляет минимум 2,14%. Стоит отметить, что сплавы с содержанием углерода ниже этой отметки классифицируются как сталь. Углерод придаёт сплавам железа твердость, но уменьшает их пластичность и ковкость. В чугуне углерод может присутствовать в виде цементита и графита. В зависимости от формы графита и содержания цементита выделяют различные виды чугуна, такие как белый, серый, ковкий и вязкий чугун. Как правило, чугун обладает хрупкими свойствами.
Температура плавления чугуна варьируется от 1150 до 1200 °C (примерно 2100-2190 °F), что на 300 °C (572 °F) ниже температуры плавления чистого железа.
Литье чугуна передельного
Переплавленный чугун предназначен для дальнейшей переработки в сталь, а также для производства литых изделий в цехах. Чугун марки PL1 и PL2 производится с содержанием углерода от 4,0 до 4,5% включительно.
Процесс риформинга заключается в том, что сталь производится из руды в два этапа: сначала чугун получают из руды, а затем «реформируют» в сталь.
Расплавленный чугун используется для дальнейшей переработки в сталь и для изготовления литых изделий в чугунолитейных цехах.
Чугун марки ПЛ1 и ПЛ2 производится с массовым содержанием углерода в диапазоне от 4,0 до 4,5% включительно. На поверхности чугуна не допускаются остатки шлака. Разрешается добавление извести, графита и других составных частей в расплавленный металл, которые не влияют на его качество.
Восстановленный чугун включает марки: P1, P2; восстановленный чугун для литья — PL1, PL2; восстановленный фосфатный чугун — PF1, PF2, PF3; высококачественный чугун — PVK1, PVK2, PVK3; чугун с пластинчатым графитом — F. Цифры после букв «F» обозначают значение предела прочности на растяжение в кгс/мм. Серый чугун марки АЧС обозначается как скользкий серый, АЧВ — высокопрочный скользкий серый, АЧК — скользкий пружинистый; чугун с шаровидным графитом для литья обозначается HF, где цифры обозначают предел прочности на разрыв в кгс/мм. Легированный чугун со специальными свойствами обозначается буквой Ch, где буквы после Ch указывают на легирующие элементы: X — хром, S — кремний, G — марганец, N — никель, D — медь, M — молибден, T — титан, P — фосфор, U — алюминий. Цифры после букв обозначают среднее процентное содержание этих легирующих элементов. Ковкий чугун марки КЧ, цифры после букв «КЧ» указывают предел прочности на растяжение в кгс/мм и относительное удлинение в %.
Чугун, как правило, применяется для дальнейшей переработки в сталь или для переплавки в чугунолитейных цехах для производства отливок.
В зависимости от массовой доли кремния и назначения производится:
- передельный чугун для сталеплавильного производства (П1 и П2);
- передельный чугун для литейного производства (ПЛ1 и ПЛ2);
- передельный фосфористый чугун (ПФ1, ПФ2, ПФ3);
- передельный высококачественный чугун (ПВК1, ПВК2, ПВК3).
Переплавленный чугун поставляется в виде прутков без фальцев, с одним или двумя фальцами. Толщина слитка в области отбортовки не должна превышать 50 мм. Вес одного слитка не должен превышать 18, 30, 45, или 55 кг. Количество металлических отходов не должно превышать 2% от массы партии, а куски, не превышающие 2 кг, считаются отходами.
Что касается низкокремнистого кованого чугуна: для категорий P2, PF3 и PVK3, а также для чугуна категорий PL1 и PL2 в мелких прутках, количество лома не должно превышать 4% от массы партии.
Литейный чугун
Доменный чугун, содержащий значительное количество углерода в виде свободного графита и до 3,75% кремния, является основным компонентом шихты, используемой для производства серого ковкого отбеленного чугуна, включая легированный и модифицированный чугун в литейном производстве.
Производство чугуна осуществляется из кокса, угля и в специализированных литейных цехах. Для изготовления изделий методом литья в глиняные формы чугун должен соответствовать следующим требованиям: легкость плавления для точного выполнения формы при относительно низких температурах, плотная отливка без пузырьков, а также минимальное изменение объема при затвердевании. Кроме того, отливки должны иметь заданную твердость, прочность и упругость в соответствии с их назначением.
В зависимости от содержания кремния, чугун производится различных марок. Чугун, соответствующий определенной категории по массовой доле кремния, но не по массовой доле серы, классифицируется в ближайшую категорию по кремнию с учётом соответствующей категории по сере.
Для производства предоставляются прутки без отбортовки, с одной или двумя отбортовками. Поверхность слитков должна быть свободна от остатков шлака. Разрешается наличие извести, графита и других компонентов расплавленного металла, которые не ухудшают его качество.
Классификация чугуна
В металлургической промышленности существует множество марок чугуна. Они классифицируются по формам графита или цементита, содержащихся в сплаве, а также по ряду других характеристик.
Серый чугун (СЧ)
Эти марки обозначаются буквами СЧ. При разрезе они имеют серо-черный цвет, что обусловлено наличием графита. В состав серого чугуна также входят различные примеси, включая кремний. Этот вид чугуна, обладая свободно режущими свойствами, часто применяется в машиностроении для «второстепенных компонентов». Он становится жидким при добавлении фосфора, что делает его подходящим для всех видов литья, включая художественное.
Белый чугун
Этот вид чугуна отличается светлым цветом при разрезе, что связано с наличием карбида железа. Он может быть переработан во кованое железо и сталь. Из-за своих хрупких и твердых свойств, белый чугун плохо поддается механической обработке и не подходит для самостоятельного использования. Учитывая его свойства, его можно считать тем, что отлично подходит для дальнейшей переплавки.
Ковкий чугун
Он обозначается буквами Cr. Белый чугун становится ковким благодаря длительному отпуску. Он отличается высокой ударной прочностью и прочностью на разрыв, но не поддается обработке давлением. Ковкий чугун отлично подходит для создания композитных деталей, требующих гибкости и достаточной прочности.
Высокопрочный
Эта категория обозначается буквами HF. Высокопрочный чугун производится путём добавления специальных добавок в серый чугун для формирования графита в виде сфер. Такой чугун используется для изготовления деталей, подверженных высоким нагрузкам, таких как шестерни, коленчатые валы и поршни, где высокая износостойкость является критически важной.
Формы, используемые для создания переплавленных и литых типов чугуна, обычно являются специальными и требуют применения порошков. Современные технологии позволяют производить полуфабрикаты в виде квадратных листов, плит и прутков из чугуна, что открывает многие возможности для дальнейшего использования материала.
В зависимости от назначения и химического состава выделяют следующие виды чугуна:
Названия этих сплавов зачастую ассоциируются с добавляемыми металлами:
- циркониевые;
- хромистые;
- ванадиевые;
- медные;
- титановые.
Эти сплавы наиболее востребованы в производстве агрегатов, механизмов, узлов и деталей, функционирующих в экстремальных условиях и средах.
Чугун, обладающий повышенным содержанием ферромарганца или ферросилиция, классифицируется как специальный ферросплав, который добавляется в сталелитейной промышленности для проведения процессов окисления и высвобождения кислорода.
Категории сплавов могут включать:
- Антифрикционные;
- Жаростойкие;
- Жаропрочные;
- Коррозионностойкие.
Классы абразивности обозначаются начальными буквами ACh. Например, AChS представляет собой тугоплавкий материал из серого чугуна. Также можно встретить маркировку AChV — высокоабразивостойкий чугун и AChK — ковкий прокатный чугун.
Жаропрочный тип обозначается буквами ZHF, за которыми следует буква легирующего элемента. Например, ZHCH-2.5 указывает на жаропрочный чугун с добавлением 2,5% хрома.
Следующие марки считаются термостойкими: Cr19ChXZhSH, что указывает на их способность сохранять прочность и структурную целостность при высоких температурах.
Также существую специальныe чугуны, обладающие устойчивостью к коррозии, такие как ЧНХТ и ЧН1МХД.
Производство
Процесс промышленного получения железа из черных сырьев и производства чугуна является довольно сложным и трудоемким. Внимание к деталям в химикато-технологических процессах здесь играет важную роль. При желании, вы можете более подробно изучить эту тему в специализированных ресурсах по металлургии.
Чугун выплавляют из железной руды: как магнитной, так и бурой, на металлургических заводах и специализированных доменных печах. В качестве топлива обычно используется кокс, хотя в некоторых случаях его можно заменять мазутом или газом.
Перед тем как попасть в доменную печь, руда проходит обработку. Кроме руды и топлива, в процессе плавления активно задействуются и флюсы, такие как известь. Они необходимы для образования шлака и удаления серы из расплавленного металла, что улучшает общее качество конечного продукта.
Методы переработки зависят от свойств исходной руды — дробление, грохочение, окускование и другие методы позволяют эффективно подготовить материал перед плавлением.
После этих процедур руда превращается в шихту, которая затем непрерывно подается в доменную печь.
В нижней части печи подается раскаленный воздух, обогащенный кислородом и природным газом, который сгорает на высокой температуре с образованием диоксида углерода. По своему восходящему пути этот газ соединяется с кислородом и несгоревшим углеродом, образуя угарный газ (CO), который взаимодействует с оксидами железа, удаляя из них кислород.
Как результат — получается практически чистый металл. Расплавленное железо стекает на дно печи, в то время как несгоревшие остатки также собираются в этом месте.
Готовое железо заливается в специальные ковши через определенные промежутки времени, что значительно оптимизирует производственный процесс.
Во время плавления в печи отверстие, через которое выходит чугун, закрывается при помощи специальной пробки из высокоплавкой массы. Для возможности выведения металла в пробке сверлится отверстие, через которое свершится отсечение. Струя расплавленного металла стекает по заранее созданным каналам, образуя «красный сгусток» на полу лаборатории.
Жидкий шлак также выводится с печи через другой поставляемый канал.
Из каждого плавления обязательно берется образец, который заливается в форму для анализа. Все процессы на данном этапе полностью автоматизированы и контролируются опытными операторами.
Если вы посмотрите на доменную печь с улицы, то это величественное сооружение напоминает крупную пробирку, внутри которой происходит волшебство — превращение железной руды в чугун.
Преимущества «железного литья»
Как и любой другой материал, чугун обладает как определёнными преимуществами, так и недостатками, что важно учитывать при использовании различных изделий из него — автомобилях, деталях станков, сантехническом оборудовании и других продуктах.
- экологичность, благодаря своей природной основе;
- способность поддерживать и сохранять высокую температуру;
- высокая теплоотдача, что делает его эффективным для приготовления пищи;
- устойчивость к перепадам температур, что позволяет использовать в сложных условиях;
- стойкость к воздействию кислот и щелочей;
- коррозионная устойчивость, что минимизирует степень повреждений;
- определённые виды чугуна обладают повышенной прочностью, что позволяет сравнивать их со сталью;
- износостойкость, что подтверждает длительный срок службы;
- долговечность, что делает чугунные изделия высокоэффективными в долгосрочной перспективе.
Однако, важно учитывать и некоторые недостатки:
- хрупкость, поэтому необходимо соблюдать осторожность при монтаже;
- большой вес изделий, что может усложнить их транспортировку;
- изделия склонны к ржавлению при длительном контакте с водой, что требует особых мероприятий по уходу.
Основа черной металлургии в нашей стране состоит из чугуна, стали и проката. Основные потребители чугуна включают стратегически важные отрасли, такие как металлообработка, машиностроение, строительство, транспорт, легкая и химическая промышленность, и многие другие.
Чугун также широко используется для производства потребительских товаров, таких как чайники, сковороды, утятницы и заборы. Квалифицированные мастера применяют этот металл для создания художественных изделий — каминных решеток, заборов, скамеек и перил, украшенных высококачесственными чугунными наконечниками, которые подчеркивают их уникальность и стиль.
