Чугун

Объёмы производства

Чугун, отлитый в виде чушек

Выпуск чугуна из доменной печи

Мировое производство чугуна в 2015 году составило 898,261 млн тонн, что на 3,2 % ниже, чем в 2008 году (927,123 млн т). Мировая топ-десятка стран-производителей чугуна выглядит следующим образом:

1	Китай	543,748 млн т
2	Япония	66,943 млн т
3	Россия	43,945 млн т
4	Индия	29,646 млн т
5	Южная Корея	27,278 млн т
6	Украина	25,676 млн т
7	Бразилия	25,267 млн т
8	Германия	20,154 млн т
9	США	18,936 млн т
10	Франция	8,105 млн т

За четыре месяца 2010 года мировой выпуск чугуна составил 346,15 млн тонн. Этот результат на 28,51 % больше по сравнению с аналогичным периодом 2009 года.

Основные характеристики и параметры диодов

Uобр.макс.	—	максимально-допустимое постоянное обратное напряжение диода;
Uобр.и.макс.	—	максимально-допустимое импульсное обратное напряжение диода;
Iпр.макс.	—	максимальный средний прямой ток за период;
Iпр.и.макс.	—	максимальный импульсный прямой ток за период;
Iпрг.	—	ток перегрузки выпрямительного диода;
fмакс.	—	максимально-допустимая частота переключения диода;
fраб.	—	рабочая частота переключения диода;
Uпр. при Iпр.	—	постоянное прямое напряжения диода при токе Iпр;
Iобр.	—	постоянный обратный ток диода;
Тк.макс.	—	максимально-допустимая температура корпуса диода.
Тп.макс.	—	максимально-допустимая температура перехода диода.

Основная статья: Полупроводниковый диод

Лазерное упрочнение чугуна

Лазерные методы обработки материалов и покрытий относятся к новым перспективным технологиям, широкое внедрение в производство которых датируется началом 1980-х годов. Однако несмотря на то, что проведено достаточное количество исследований, способ лазерного упрочнения недостаточно изучен для конкретных материалов и условий изготовления деталей машин, особенно в области судостроения и автомобилестроения.

Лазерное облучение вызывает оплавление поверхности высокопрочного чугуна ВЧ60-2 при превышении критической мощности Wp = 30—32 Вт/мм². При лазерной обработке без оплавления поверхности установлена линейная зависимость между густотой энергии и глубиной закалённой зоны. При оплавлении с возрастанием густоты энергии наблюдается более интенсивное (чем при обработке без оплавления) увеличение глубины зоны лазерного взаимодействия при наличии значительного разброса в размерах закалённых зон, что обусловливается эффектом плавления вокруг графитовых включений.

Температура плавления чугуна, плавки стали

В промышленности, быту широкого используются изделия из чугуна. Металл представляет собой железо, в молекулярную структуру которого интегрировано 2 процента углерода. Сегодня получают большое величество марок металла, имеющего различные характеристики излома. Около ста видов.

Производство требует огромного количества тепловой энергии, поскольку температура плавления чугуна составляет свыше одной тысячи градусов по Цельсию. Плавка происходит при температуре 1150 — 1200 C° .

Помимо углерода, для получения необходимой марки, в замесы добавляют кремний, серу, марганец, фосфор. Повышения прочности добиваются вкраплением в замесы легирующих добавок.

Температура плавления стали

Прежде чем говорить о сталях, давайте определимся с физическим смыслом самой категории температура плавления. В научно-производственной сфере это понятие используется еще и как температура отвердевания. Физический смысл данной категории состоит в том, что эта температура показывает, при каком ее значении происходит смена агрегатного состояния вещества, то есть его переход из жидкого в твердое состояние. В самой же точке температурного перехода вещество может быть как в одном, так и в другом состоянии. При подаче дополнительного тепла предмет или вещество приобретает жидкое состояние, а при отведении тепла – отвердевает

Этот показатель считается одним из самых важных в системе физических свойств любого вещества, при этом необходимо учитывать (это особенно важно понимать применительно к сталям), что температура отвердевания численно равна температуре плавления лишь в том случае, когда мы говорим об идеально чистом веществе

Как известно из школьной программы, температура плавления стали для различных видов сплавов различна. Это определяется структурой сплава, входящими в него компонентами, характером технологического производства стали и другими факторами.

Так, например, температура плавления стали, состоящей из медноникелевого сплава равна примерно 1150 °С. Если мы будем в таком сплаве увеличивать содержание никеля, то температура будет повышаться, так как температура плавления самого никеля гораздо выше, чем у меди. Как правило, в зависимости от химического состава сплава и соотношения присутствующих в нем компонентов температура плавления стали может находиться в границах 1420-1525 °С, если такая сталь подлежит разливке в формы в процессе металлургического производства, то температуру необходимо поддерживать еще на 100-150 градусов выше. Важным фактором, который влияет на температуру плавления, является уровень содержания в сплаве углерода. Если его содержание высоко, то температура будет ниже, и, соответственно, наоборот – при понижении количества углерода температура повышается.

Более сложным с точки зрения определения величины является процесс измерения температуры плавления в нержавеющих сталях. Причиной этого является их сложный химический состав. Например, стали марки 1X18H9, широко используемые в стоматологии и электротехнике, имеют в своем составе, кроме собственно железа, еще углерод, никель, хром, марганец, титан и кремний. Естественно, температура плавления нержавеющей стали такого состава будет определяться свойствами каждого компонента, входящего в нее. Из такой стали изготавливаются литые зубы, коронки, различного типа зубные протезы, электродетали и другое. Можно привести перечень некоторых свойств, которыми обладает эта нержавеющая сталь, температура плавления ее составляет 1460-1500 °С, поэтому, исходя из данного параметра и химического состава сплава, для его пайки применяются специальные серебряные припои.

Одними из самых высокотехнологичных в современном производстве видов сплавов являются различные стали с включением в их состав элементов титана. Это обусловлено тем, что эти стали имеют практически стопроцентную биологическую инертность, а температура плавления стали на основе титана – одна их самых высоких.

Большинство сталей содержит в своем составе железо в качестве основного компонента. Это объясняется не только тем, что этот металл – один из распространенных в природной среде, а еще и тем, что железо представляет собой практически универсальный элемент для производства сталей различных марок и сплавов, в состав которых он входит. Эта широта применения объясняется тем, что показатель температуры плавления этого металла, равный 1539 градусам, в сочетании с иными уникальными химическими свойствами делает железо подходящим компонентом для широкого перечня марок сталей различного назначения.

загрузка…

Удельная теплоемкость чугуна

В таблице представлены значения средней удельной теплоемкости чугуна и энтальпия (теплосодержание) серых чугунов различного состава в зависимости от температуры.Теплоемкость чугуна выражена в кДж/(кг·град) и указана в диапазоне от 100 до 1350°С. Из таблицы видно, что с повышением температуры значения массовой теплоемкости чугуна и его энтальпия возрастают.

То же можно сказать и про энтальпию серых чугунов. Значения удельной теплоемкости чугунов и их энтальпия имеют различие в зависимости от состава чугуна. Например, при температуре 200°С теплоемкость чугуна в зависимости от состава изменяется от 290,1 до 460,5 Дж/(кг·град). При нагревании чугуна до температуры 1300°С эта величина увеличивается и становится равной 800…900 Дж/(кг·град).

Отличия стали от чугуна

Разница материалов выражается в следующем:

• Чугун менее тверд и прочен, чем сталь.
• Сталь тяжелее и имеет более высокую температуру плавления.
• Так как в стали более низкое содержание углерода, она лучше поддается обработке (ковке, резке, сварке, прокатке). По этой причине изделия из чугуна делают способом литья.
• Чугунные изделия пористые (из-за литья), поэтому теплопроводность их ниже.
• Художественные изделия из стали обладают блеском и блестят, из чугуна они черные и матовые.
• Чугун — это первичный продукт черной металлургии, а сталь — конечный.
• Сталь, как правило, подвергают процедуре закалки.
• Изделия из чугуна получаются в процессе литья, а стальные изделия бывают коваными и сварными.

Коррозионностойкие чугуны

Короозионностойкие чугуны обладают высокой стойкостью в газовой, воздушной и щелочных средах.Их применяют для изготовления деталей узлов трения, работающих при повышенных температурах.

Примеры обозначения и расшифровки чугунов:

1. СЧ15 — серый чугун, временное сопротивление при растяжении 150Мпа.
2. КЧ45-7 — ковкий чугун, временное сопротивление при растяжении 450Мпа, относительное удлинение 7%.
3. ВЧ70 — высокопрочный чугун, временное сопротивление при растяжении 700 МПА
4. АЧВ — 2 — антифрикционный высокопрочный чугун, номер 2.
5. ЧН20Д2ХШ — жаропрочный высоколегированный чугун, содержащий никеля 20%, 2% меди, 1% хрома, остальное — железо, углерод, форма графита — шаровидная
6. ЧС17 — коррозионностойкий кремниевый чугун, содержащий 17% кремния, остальное -железо, углерод.

Плавление чугуна

Материал обладает отличными литейными свойствами, имеет неплохую жидкотекучесть, и температура его плавления существенно ниже, если сравнивать со сталью и ковким чугуном. Такие свойства учитываются при придании формы.

Для соединения материала с латунью в большинстве случаев используют газообразный флюс. Также могут применяться чугунные прутки с медным напылением, что хорошо отражается на смачиваемости окантовки наплавляемым металлом. Для прутков берут эвтектический чугун, диапазон температуры плавления которого находится в пределах 1050−1200 градусов.

Сварка может происходить и посредством пастообразных флюсов. Когда нет специальных прутков из чугуна либо латуни Л-62, то трещины в элементах из данного материала можно устранить, воспользовавшись проволокой, главный компонент которой — электролитическая красная медь.

Существенно выше температуры плавления перегрев материала, что приводит к растворению взвешенных частиц. Они не всегда растворяются полностью, но графит все равно образовывается с затруднениями. В отдельных случаях возникает, если в чугун добавляются дополнительные вещества, влияющие на образование дополнительных центров кристаллизации графита.

У чугуна отличные литейные качества, если сравнивать со сталью, что делает работу с ним удобной. Хорошая жидкотекучесть и заполняемость форм обеспечивает более низкая температура плавления и завершающий процесс кристаллизации при постоянных температурах.

Указанные преимущества позволяют утверждать, что чугун является ценным конструктивным материалом, который активно применяют при производстве деталей машин (если отсутствуют значительные растягивающие и ударные нагрузки).

Полусинтетический чугун расплавляют при помощи плавления шихты, температурный диапазон составляет 1400−1450 градусов. После окончания плавления шихты материал хранится в тигле печей при небольшом перегреве (температура плавления не должна быть превышена более чем на сто градусов). Что следует сделать для создания шлакового покрова? Когда шихта постепенно плавится, на зеркало металла необходимо подавать стеклобой или раскаленный кварцевый песок.

Разновидности сварки

Реализация газовой сварки проходит оплавлением пламенем частиц соединяемых элементов и прутков из присадочных металлов.

Данную сварку используют для соединения металлических деталей, неметаллических компонентов и сплавов с неодинаковой температурой плавления. Их толщина не должна превышать 30 мм. Для устройства не понадобится электроэнергия.

Широко применяют и электродуговую сварку. Электрическая дуга способствует активному взаимодействию оплавленного металла с металлом электрода и образованию прочного шва. Чтобы избежать окисления, на шов наносят специальный защитный слой.

С помощью электродуговой сварки соединяются чугунные детали, конструкционные стали, медные, алюминиевые и другие сплавы.

https://youtube.com/watch?v=qr72k7UjqPU

Мытье сковороды после использования

Чугун — неприхотливый материал, но за ним важно правильно ухаживать. Чтобы избежать сильных загрязнений сковородки после использования и облегчить последующую очистку, соблюдают следующие правила:

1. Хорошо разогревают сковородку перед эксплуатацией: на холодной поверхности пища пригорает чаще всего.
2. Внутри изделие не очищают агрессивными веществами: они разрушают естественное покрытие и приводят к постоянному пригоранию пищи.
3. Не применяют для чистки скребки из металла: любая малейшая царапина способна спровоцировать появление ржавчины.
4. Обязательно прокаливают посуду перед первым применением и далее для восстановления антипригарных свойств.
5. Очищают сковороду сразу после приготовления пищи, чтобы остатки еды не превратились в застывшую корку.

Мытье в посудомоечной машине

Современные хозяйки стараются по максимуму использовать бытовую технику при выполнении домашних дел. На многих кухнях есть посудомоечные машины, но подходят ли они для сковородок из чугуна?

Чугун — материал с особыми свойствами. Поэтому такую посуду нежелательно помещать в посудомоечную машину.

Поверхность сковородки пористая, имеет неровности. При нагревании она впитывает масло, которое полимеризуется под воздействием кислорода. В результате образуется пленка, делающая дно посуды более гладким и ровным. В посудомоечной машине защитная пленка смывается чистящими веществами — дно становится шершавым. Поэтому при приготовлении еда прилипает к поверхности, а прямое попадание в поры углерода, кислорода и азота активизирует процессы ржавления.

Ботаническое описание

Влияние химических элементов на свойства металла

Какой он бывает

Структура чугуна – это железная основа с графитовыми (углеродными) вкраплениями. Этот материал различают не по составу, а по форме углерода в нем:

• Белый чугун (БЧ). Содержит карбид (цементит) – это форма углерода, такая же, как в стали. Имеет на сломе беловатый цвет. Очень твердый и хрупкий. В чистом виде почти не используется.
• Серый чугун (СЧ). Содержит углерод в форме пластинчатого графита. Такие включения плохо влияют на качество материала. Для изменения формы зерен графита существуют специальные методы плавки и дальнейшей обработки. Графит в СЧ может быть и в форме волокон («червеобразная» форма) – так называемый вермикулярный графит (от латинского слова vermiculus – червь, как вермишель).
• Высокопрочный. Шаровидная форма графитовых зерен. Получают введением в сплав магния.
• Ковкий чугун. Для получения отжигают БЧ. Графитные зерна в виде хлопьев.

В итоге главное отличие его (кроме белого) от стали — наличие структуре графита. А разная форма графита определяет свойства разных марок.

Условно графитные зерна – это пустоты, трещины, а чугун – это сталь, испещренная микроскопическими трещинами.

Соответственно, чем больше пустот, тем хуже качество металла. Имеет значение также форма и взаиморасположение включений.

Однако нельзя принимать графитные зерна как исключительно вредные. Из-за присутствия графита данный материал легче обрабатывать резанием, стружка становится более ломкой. Кроме того, он хорошо противостоит трению также из-за графита.

Этимология

В русском языке слово чугун имеет тюркское происхождение, в тюркских же языках термин, вероятно, от кит. 鑄, пиньинь: zhù, палл.: чжу, буквально: «лить; отливать (металл)» и кит. 工, пиньинь: gōng, палл.: гун, буквально: «дело». Это связано с тем, что чугун представлял собой железный сплав низкой плавки. В финском языке чугун обозначается словом Valurauta, которое имеет два корня и переводится как литое железо (rauta).

Классификация

В зависимости от содержания углерода серый чугун называется доэвтектическим (2,14—4,3 % углерода), эвтектическим (4,3 %) или заэвтектическим (4,3—6,67 %). Состав сплава влияет на структуру материала.

В зависимости от состояния и содержания углерода в чугуне различают: белые и серые (по цвету излома, который обуславливается структурой углерода в чугуне в виде карбида железа или свободного графита), высокопрочные с шаровидным графитом, ковкие чугуны, чугуны с вермикулярным графитом. В белом чугуне углерод присутствует в виде цементита, в сером — в основном в виде графита.

В промышленности разновидности чугуна маркируются следующим образом:

• передельный чугун — П1, П2;
• передельный чугун для отливок (передельно-литейный) — ПЛ1, ПЛ2;
• передельный фосфористый чугун — ПФ1, ПФ2, ПФ3;
• передельный высококачественный чугун — ПВК1, ПВК2, ПВК3;
• чугун с пластинчатым графитом — СЧ (цифры после букв «СЧ», обозначают величину временного сопротивления разрыву в кгс/мм).

Антифрикционный чугун:

• антифрикционный серый — АЧС;
• антифрикционный высокопрочный — АЧВ;
• антифрикционный ковкий — АЧК;
• чугун с шаровидным графитом для отливок — ВЧ (цифры после букв «ВЧ» означают временное сопротивление разрыву в кгс/мм и относительное удлинение (%);
• чугун легированный со специальными свойствами — Ч.

Основные характеристики чугунных изделий

Теперь следует рассмотреть, чем отличается чугун от стали по составу и свойствам. Беря в руки чугунную сковороду, наверняка каждая хозяйка задавалась вопросом: «Чугун – это металл или нет?». Это металл, причем состоящий все из того же Fe и C. Только доля углерода в нем превышает 2,14%.

То есть чугун – это сплав железа с углеродом, который в нем содержится в виде цементита (карбида железа) или графита (минерала, являющегося одной из модификаций C). Именно эти вещества и определяют цвет готового изделия.

Температура плавления варьируется в пределах 1160°С-1250°С и находится в прямой зависимости от содержания C – чем больше этого вещества, тем ниже температура. Сравнительно низкая температура плавления повышает текучесть, ухудшая пластичность, повышая хрупкость и делая невозможной дальнейшую обработку.

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

Разновидности

В зависимости от формы и количества этих веществ, данное соединение подразделяется на несколько подвидов.

Белый. В состав этого материала входит цементит, который на изломе белый. Поэтому такой сплав имеет светлый цвет. Углерод в нем находится в связанном виде. А в зависимости от его количества данный материал делят на эвтектический (C не превышает 4,3%) и заэвтектический (C не превышаете 6,67%)

Из белых подтипов в основном изготавливают ковкие чугунные сплавы, получаемые путем отжига.

Серый. Здесь практически весь углеродистый компонент содержится в виде пластинчатого графита, придающего ему серый оттенок. В состав входит кремний и постоянные примеси в виде магния, фосфора и серы.

Ковкий. Получают в результате длительного отжига белого вида материала. В процессе данных манипуляций образуется графит. А свое название материал получил благодаря повышенной пластичности и вязкости. Ковкая разновидность очень прочная с высоким ударным сопротивлением. Из такого материала изготавливают детали для автотехники.

Высокопрочный. В структуре данного вида присутствует шаровидный графит, образующийся в процессе кристаллизации. В отличие от пластинчатого, шаровидный графит не сильно ослабляет металлическую основу, что улучшает прочность металла.

Предельный. Этот вид подвергается дальнейшей переработке и не используется в качестве самостоятельного металла.

Подведение итогов

Рассмотрев свойства чугуна и стали, можно приступать к подведению итогов. Различие заключается в содержании углерода в стали и чугуне (в первом сплаве его меньше, во втором – больше).

Стальные изделия обладают следующими характеристиками:

• повышенной твердостью и прочностью;
• высокой температурой плавления;
• более высоким удельным весом;
• легкостью обработки;
• высокой теплопроводностью.

Теперь следует рассмотреть, какой металл чугун, и каковы его характеристики. К их числу относятся:

• хрупкость;
• более низкая температура плавления и удельный вес;
• низкая теплопроводность;
• невозможность обработки.

За счет высокого содержания углерода, все чугунные изделия изготавливаются методом литья. Этот металл не поддается сварке и ковке. В отличие от стальных предметов, они имеют серый цвет, а их поверхность матовая.

Стальные изделия светлые и блестящие. Стальные конструкции быстро нагреваются и остывают. Чугунные нагреваются очень медленно и долго сохраняют тепло.

Хотя в состав стали и чугуна входят аналогичные компоненты, их отличия очевидны. Это два разных металла, имеющие различные свойства и характеристики.

От чего зависит температура плавления металла в градусах?

снижению твердости

Твердое и жидкое состояние металла

Многие знакомы с металлами и сплавами по их твердому состоянию. Они встречаются практически во всех сферах деятельности. Только в металлургии и в производственных цехах металл встречается в жидком состоянии. Это связано с тем, что для преобразования кристаллической решетки приходится проводить нагрев сырья до рекордных температур.

Твердое состояние характеризуется следующими качествами:

1. Структура держит свою форму. Сталь известна тем, что может выдерживать серьезную нагрузку в течение длительного периода.
2. Каждому материалу свойственны свои показатели прочности и твердости, вязкости.
3. Постоянный химический состав. Поверхность стали или других сплавов может реагировать на воздействие химических веществ, окисляться или покрываться коррозий, но вот химический состав остается неизменным.
4. Возможность обработки резанием. При повышении пластичности не образуется стружка на момент механической обработки, что существенно усложняет процесс.

В жидком или вязком состоянии металл приобретает совсем другие свойства:

1. Высокая пластичность позволяет выполнять литье по форме, ковку или проводить другую обработку, связанную с пластической деформацией заготовок.
2. Есть возможность изменить химический состав путем добавления легирующих элементов. За счет подвижной кристаллической решетки можно проводить насыщение структуры стали хромом, никелем, титаном и многими другими веществами.
3. Термическая обработка проводится также при температуре, которая приводит к перестроению кристаллической решетки. Однако при закалке металл сохраняет свою форму, то есть структура остается твердой.

Существуют сплавы, которые можно разогреть до жидкого состояния и в домашних условиях. Примером можно назвать олово, применяемое при изготовлении припоя. Температура плавления олова находится в пределах 250 градусов Цельсия. Этот показатель нагрева можно достигнуть при применении обычного паяльника.

От чего может зависеть температура плавления

Для различных материалов температура, при которой происходит полное перестроение структуры до текучего состояния, разная. Если рассматривать сталь и различные сплавы, то отметим следующие зависимости:

В чистом виде металлы встречаются довольно редко. Во многом показатель температуры кипения зависит от химического состава. Примером назовем олово, в которое могут добавлять цинки, серебро и другие элементы. Примеси могут делать материал более или менее устойчивым к нагреву.
Существуют сплавы, которые из-за своего химического состава могут переходить в жидкое состояние при температуре выше 150 градусов Цельсия. Кроме этого, встречаются сплавы, структура которых может выдерживать нагрев до 3 000 градусов Цельсия и более

С учетом того, что при перестроении кристаллической решетки изменяются все физико-механические качества, а условия эксплуатации могут характеризоваться температурой нагрева, можно сказать: точка плавления металла — важное физическое свойство вещества. Примером можно назвать изготовление деталей для авиационного оборудования.

Термическая обработка, как правило, практически не изменяет устойчивость структуры к нагреву. Единственным способом повышения устойчивости к нагреву можно назвать изменение химического состава, для чего и проводится легирование стали.

https://youtube.com/watch?v=cIlonSuReH0

Важность рассматриваемого показателя

Температура плавления материалов учитывается практически во всех сферах их применения. Примером можно назвать то, что на момент рождения авиации не могли использовать обычный алюминий, так как он быстро нагревался из-за трения и терял свои линейные размеры. Появление дюралюминия существенно изменило мир авиации. После его открытия все дирижабли и самолеты стали изготавливать при обширном применении этого сплава.

ответственные детали

Существует довольно большое количество справочников, в которых указывается температура плавления для всех металлов и иных сплавов. При рассмотрении этого показателя следует учитывать химический состав. Даже незначительное изменение концентрации одного из элементов приведет к повышению или понижению температуры перестроения кристаллической решетки.

Текучесть металла

Знание механических свойств материала чрезвычайно важно для конструктора, который использует их в своей работе. Он определяет максимальную нагрузку на ту или иную деталь или конструкцию в целом, при превышении которой начнется пластическая деформация, и конструкция потеряет с вою прочность, форму и может быть разрушена

Разрушение или серьезная деформация строительных конструкций или элементов транспортных систем может привести к масштабным разрушениям, материальным потерям и даже к человеческим жертвам.

Предел текучести — это максимальная нагрузка, которую можно приложить к конструкции без ее деформации и последующего разрушения. Чем выше его значения, тем большие нагрузки конструкция сможет выдержать.

Текучесть металла

На практике предел текучести металла определяет работоспособность самого материала и изделий, изготовленных из него, под предельными нагрузками. Люди всегда прогнозировали предельные нагрузки, которые могут выдержать возводимые ими строения или создаваемые механизмы. На ранних этапах развития индустрии это определялось опытным путем, и лишь в XIX веке было положено начало созданию теории сопротивления материалов. Вопрос надежности решался созданием многократного запаса по прочности, что вело к утяжелению и удорожанию конструкций. Сегодня необязательно создавать макет изделия определенного масштаба или в натуральную величину и проводить на нем опыты по разрушению под нагрузкой — компьютерные программы семейства CAE (инженерных расчетов) могут с точностью рассчитать прочностные параметры готового изделия и предсказать предельные значения нагрузок.