Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Стали
FagerstaRAÄ2.jpg
Фазы
Микроструктуры
Классы
Другие материалы на основе железа
Микрофотография серого чугуна.

Серый чугун или серый чугун - это тип чугуна с графитовой микроструктурой. Он назван в честь серого цвета образовавшейся трещины из-за присутствия графита. [1] Это самый распространенный чугун и наиболее широко используемый литой материал в зависимости от веса. [2]

Он используется для корпусов, где жесткость компонента более важна, чем его прочность на разрыв , например, блоки цилиндров двигателя внутреннего сгорания , корпуса насосов, корпуса клапанов, электрические коробки и декоративные отливки . Высокая теплопроводность и удельная теплоемкость серого чугуна часто используются для изготовления чугунной посуды и роторов дисковых тормозов . [3]

Структура [ править ]

Типичный химический состав для получения графитовой микроструктуры составляет от 2,5 до 4,0% углерода и от 1 до 3% кремния по весу. Графит может занимать от 6 до 10% объема серого чугуна. Кремний важен для производства серого чугуна, в отличие от белого чугуна , потому что кремний является элементом, стабилизирующим графит в чугуне, что означает, что он помогает сплаву производить графит вместо карбидов железа ; при 3% кремния углерод почти не содержится в химической форме в виде карбида железа. Другой фактор, влияющий на графитизацию, - это скорость затвердевания; чем медленнее скорость, тем больше времени для диффузии углерода и его накопления в графит. При умеренной скорости охлаждения образуется более перлитныйматрица, тогда как высокая скорость охлаждения формирует более ферритную матрицу. Чтобы получить полностью ферритную матрицу, сплав необходимо отжечь . [1] [4] Быстрое охлаждение частично или полностью подавляет графитизацию и приводит к образованию цементита , который называют белым чугуном . [5]

Графит приобретает форму трехмерной чешуи. В двух измерениях на полированной поверхности чешуйки графита выглядят как тонкие линии. Графит не имеет заметной прочности, поэтому их можно рассматривать как пустоты. Кончики чешуек действуют как ранее существовавшие выемки, в которых концентрируются напряжения, и поэтому они ведут себя хрупко . [5] [6] Наличие чешуек графита делает серый чугун легко обрабатываемым, поскольку они имеют тенденцию легко растрескиваться по чешуйкам графита. Серый чугун также имеет очень хорошую демпфирующую способность, поэтому его часто используют в качестве основы для крепления станков.

Классификации [ править ]

В Соединенных Штатах Америки наиболее часто используемой классификацией серого чугуна является международный стандарт ASTM A48 . [2] Серый чугун классифицируется по классам, которые соответствуют его минимальной прочности на разрыв в тысячах фунтов на квадратный дюйм (ksi); например, серый чугун класса 20 имеет минимальную прочность на разрыв 20 000 фунтов на квадратный дюйм (140 МПа). Класс 20 имеет высокоуглеродный эквивалент и ферритовую матрицу. Серые чугуны повышенной прочности, до класса 40, имеют более низкий углеродный эквивалент и перлитную матрицу. Серый чугун класса выше 40 требует легирования для упрочнения твердого раствора и термообработки.используется для модификации матрицы. Класс 80 - это наивысший доступный класс, но он чрезвычайно хрупкий. [5] ASTM A247 также обычно используется для описания структуры графита. Другие стандарты ASTM , касающиеся серого чугуна, включают ASTM A126 , ASTM A278 и ASTM A319 . [2]

В автомобильной промышленности стандарт SAE International (SAE) SAE J431 используется для обозначения классов вместо классов. Эти марки являются мерой отношения прочности на разрыв к твердости по Бринеллю . [2] Изменение модуля упругости при растяжении различных марок является отражением процентного содержания графита в материале, поскольку такой материал не имеет ни прочности, ни жесткости, а пространство, занятое графитом, действует как пустота, создавая таким образом губчатый материал. .

Свойства серого чугуна классов ASTM A48 [7]
Учебный класс
Прочность на растяжение (тыс. Фунтов на квадратный дюйм)
Прочность на сжатие (тыс. Фунтов / кв. Дюйм)		Модуль упругости при растяжении,
E ( Mpsi )
20228310
3031 год10914
405714018
6062,5187,521 год
Свойства серого чугуна марок SAE J431 [7]
ОценкаТвердость по Бринеллют / ч †Описание
G1800120–187135Ферритно-перлитный
G2500170–229135Перлитно-ферритный
G3000187–241150Перлитный
G3500207–255165Перлитный
G4000217–269175Перлитный
† t / h = предел прочности / твердость

Преимущества и недостатки [ править ]

Серый чугун является обычным техническим сплавом из-за его относительно низкой стоимости и хорошей обрабатываемости , что является результатом того, что графит смазывает рез и разрушает стружку. Он также обладает хорошей стойкостью к истиранию и износу, поскольку чешуйки графита самосмазываются. Графит также придает серому чугуну отличную демпфирующую способность, поскольку он поглощает энергию и преобразует ее в тепло. [3] Серый чугун нельзя обрабатывать (ковку, прессование, прокатку и т. Д.) Даже при температуре.

Относительная демпфирующая способность различных металлов
МатериалыДемпфирующая способность †
Серый чугун ( высокоуглеродный эквивалент )100–500
Серый чугун (низкоуглеродный эквивалент)20–100
Ковкий чугун5–20
Ковкое железо8–15
Белое железо2–4
Стали4
Алюминий0,47
† Натуральный логарифм отношения последовательных амплитуд

Серый чугун также испытывает меньшую усадку при затвердевании, чем другие чугуны, не образующие микроструктуры графита. Силикон способствует хорошей коррозионной стойкости и повышенной текучести при литье. [5] Серый чугун обычно считается легко свариваемым. [8] По сравнению с более современными сплавами железа, серый чугун имеет низкий предел прочности и пластичность ; поэтому его ударопрочность и ударопрочность практически отсутствует. [8]

См. Также [ править ]

  • Meehanite
  • Хнычущее железо (и утюг для плетения)

Заметки [ править ]

  1. ^ a b Смит и Хашеми 2006 , стр. 431.
  2. ^ а б в г Швейцер 2003 , стр. 72.
  3. ^ a b «Введение в металлургию тормозных роторов из серого чугуна» (PDF) . SAE . Проверено 24 мая 2011 .
  4. ^ Смит и Хашеми 2006 , стр. 432.
  5. ^ a b c d Degarmo, Black & Kohser 2003 , стр. 77.
  6. ^ ДеГармо, Black & Kohser 2003 , стр. 76.
  7. ^ a b Schweitzer 2003 , стр. 73.
  8. ^ a b Миллер, Марк Р. (2007), Учебное пособие по экзамену на получение лицензии на сварку , McGraw-Hill Professional, стр. 191, ISBN 9780071709972.

Ссылки [ править ]

  • Дегармо, Э. Пол; Black, J T .; Козер, Рональд А. (2003), Материалы и процессы в производстве (9-е изд.), Wiley, ISBN 9780471033066.
  • Швейцер, Филип А. (2003), Металлические материалы , CRC Press, ISBN 9780203912423.
  • Смит, Уильям Ф .; Хашеми, Джавад (2006), Основы материаловедения и инженерии (4-е изд.), McGraw-Hill, ISBN 9780072921946.

Дальнейшее чтение [ править ]

  • Стефанеску, Дору Майкл (2002), Наука и техника затвердевания отливок , Springer, ISBN 978-0-306-46750-9.