Чугун

Чугун

Свойства.

Белый чугун, серый чугун, 
ковкий чугун, высокопрочный чугун.
Чугун является сплавом железа с углеродом (причем содержание углерода должно быть более 2% ),относится к группе металлов, которые плохо поддаются свариванию. Это свойство объясняется не только достаточно высоким процентным содержанием углерода, но и содержанием серы и фосфора. В чугуне cодержание фосфора доходит до 0,5 %, а серы до 0,15%. Два вида  сплава железа и углерода - серый чугун и белый чугун - различают в зависимости от состояния, в котором находится углерод. 

Серый цвет имеет в изломе серый чугун. Из серого чугуна изготавливают большинство отливок. Серый чугун относительно хорошо поддается обработке резкой. 

В белом чугуне (или отбеленном) углерод проявляется в виде соединения, называемого цементитом, его формула Fe3C. Цементит, химически соединяясь с железом становится достаточно твердым и хрупким, как следствие, белый чугун, благодаря цементиту, имеет значительно высокую и хрупкость, и твердость, поэтому белый чугун трудно обработать обычным режущим инструментом в отличие от серого чугуна. 
Чугун белый в изломе проявляет белый цвет. В случае, если белый чугун подвергнуть томлению ( длительному отжигу) , то Fe3C (цементит) в белом чугуне распадется и выделится углерод в свободном состоянии. 

Чугун, получаемый путем отжига из обычного белого чугуна, называется ковкий чугун. В ковком чугуне, в отличие от серого чугуна, углерод содержится в виде хлопьевидного графита, а не в виде пластинчатого, 
Ковкий чугун, в отличие от серого чугуна, прекрасно обрабатывается любым режущим инструментом, к тому же ковкий чугун обладает повышенными механическими свойствами, в частности, вязкостью и пластичностью. 
В мировой и Российской промышленности легированный и высокопрочный чугун больше распространен, чем остальные виды чугуна, например, серого или ковкого чугуна. В высокопрочном или легированном чугуне сам углерод проявляется в состоянии шаровидного графита. Данный вид высокопрочного чугуна или легированного чугуна имеет достаточно высокий запас прочности (от 399 до 601 МПа), а также обладает высокой пластичностью. В свою очередь, легированный чугун, в отличие от других видов чугуна, в том числе высокопрочного или ковкого чугуна, имеет в своем составе или один, или множество легирующих химических элементов. Сам высокопрочный чугун или легированный чугун обычно сваривают только при восстановительно-ремонтных работах, а также при исправлении различных дефектов в чугунных отливках. 

Главными факторами, затрудняющими сварку чугуна, являются: 

- образование трещин в зонах непосредственно рядом со швами при охлаждении после сварки и в процессе самой сварки. Причиной этого являются низкие пластичные свойства и возникновение больших внутренних напряжений непосредственно в процессе сварки; 

- при сваривании происходит такое явление, как выгорание кремния, которое сопровождается появлением отбеленных зон и в самом шве, и в прилегающем к металлу шву. Достаточно высокая твердость всех этих отбеленных зон сильно затрудняет дальнейшую последующую механическую обработку и, помимо этого, является причиной быстрого образования различных трещин; 

- при нагреве чугун достаточно быстро переходит из простого твердого состояния в жидкое, и наоборот. Это свойство затрудняет его сварку в различных пространственных положениях и практически исключает его сварку в пространстве - в потолочном положении. Сварной шов в высокопрочном (или ином) чугуне получается пористым из-за интенсивного выгорания углерода из чугуна. Быстрый переход самого чугуна из простого жидкого состояния в твердое также влияет на образование пористости, главным фактором при этом является то, что газы никак не успевают полностью удалиться из сварочной ванны; 

-сам процесс сварки затрудняется, так как при сварке происходит быстрое окисление элемента кремния, а окислы этого элемента всегда имеют температуру плавки значительно выше, чем непосредственно свариваемый металл; 

Множественное Разнообразие хим состава и самой структуры иногда наблюдается на разных участках одного и того же изделия, чугунные детали имеют очень различный хим состав и структуру. Это является следствием того, что есть тонкие части свариваемых чугунных отливок – они остывают несколько быстрее и в них частично наблюдается отбел чугуна, а есть более толстые части- они остывают немного медленнее, поэтому имеют структуру так называемого серого чугуна (серый чугун). Из всех видов чугуна хуже всего сваривается чугун, имеющий крупнозернистую структуру. 
Мелкозернистая структура чугуна позволяет сваривать даже высокопрочный чугун с наименьшими усилиями. Как уже говорилось, на структуру чугуна более всего остального влияет его химический состав. Отливки чугунные или детали, которые работают длительное время (в производстве, в автомобилях и т. д.) при высоких температурах, практически не поддаются сварке. Это следствие того, что под воздействием достаточно высоких температур (выше, чем 300-400 °С ) кремний и углерод окисляются, а сам чугун становится достаточно хрупким. Чугун, если в нем углерод и кремний окислились, называется горелым. Также очень плохо варятся те чугунные детали, которые работают долгое время в контакте с керосином и маслом. В подобных случаях масло и керосин как бы пропитывают поверхность (высокопрочного)  чугуна, а при сварке выгорают и образуют газы, что приводит к появлению различных пор непосредственно в сварном шве.

ps: формулы чугуна в природе не существует! Чугун - это СПЛАВ железа с углеродом с примесью серы и фосфора.


Возврат к списку