Помогнете на развитието на сайта, споделяйки статията с приятели!

Чугунът влезе в живота ни преди много векове и остава популярен и до днес . Широко се използва в много области. Въпреки това, за да се разбере какво е чугун, е важно да се познават неговите свойства и химичен състав, структура и характеристики на неговите сплави, предимства и недостатъци на този материал, както и неговото производство и сфери на приложение.

Химическият състав на чугуна

Чугунът е сплав от желязо и въглерод, в която процентът въглерод не е по-малък от 2, 14%, но не повече от 4, 5%. Въглеродът е част от чугун под формата на цимент или графит. Ако процентното съдържание на въглерод е по-малко от 2, 14%, такава сплав се нарича стомана.

Известно е, че чугунена сплав е произведена за първи път в Китай през VI век. В Европа, тайната на нейното производство дойде в XIV век, а в Русия неговият състав е доведен до съвършенство само през XVII. За всичко това за дълго време формулата от чугун не се е променила.

Най-висококачественият материал е произведен в леярната на братята Демидов, намираща се в Урал.

През вековете тя не само не загуби своята значимост, но и придоби още по-широк спектър от приложения.

Разнообразие от материали

Има такива видове чугун, като екстремни и леярски . Първият се използва в производството на стомана по пътя на кислород-конвертор. Силиконът и манганът в такава сплав се съдържат в много малко количество. Леярският тип материал е по-широко използван в промишлеността и производството. Той, от своя страна, е разделен на следните видове:

  • Бял чугун - въглерод в него е железен карбид. В същото време, по негова вина се вижда бяла отливка, откъдето идва нейното име. В чиста форма не се използва. Използва се в производствения процес на сферографитен чугун.
  • Сив чугун се характеризира със сребрист блясък на фрактура. Той има широк спектър от приложения и е перфектно обработен с резци.
  • Високоякостна сплав се използва за увеличаване на якостните характеристики на произведения материал. Тя се произвежда от сиво желязо чрез добавяне на магнезиева примес към неговата маса.
  • Дуктилното желязо също е вид сив чугун. Името му предполага, че той има висока пластичност и го извлича от бяло желязо чрез отгряване.
  • Половината притежава специални свойства. Част от въглерода в състава му е под формата на графит, а останалите - под формата на цимент.

Алуминиеви елементи

Основната характеристика на чугуна е скрита в процеса на нейното производство. Факт е, че при различните видове тази сплав точката на топене достига 1200ºС, докато в стоманата тя е 1500 ºС. Този фактор се влияе от твърде високото съдържание на въглерод. Атомите на желязото и въглерода между тях нямат много близки връзки.

Когато се случи топене, въглеродните атоми не могат напълно да проникнат в молекулната решетка на желязото, поради което чугунената сплав става крехка. В тази връзка, тя не се използва в производството на части, които ще бъдат постоянно подложени на стрес.

Този материал принадлежи на стоманодобивната промишленост и неговите характеристики са подобни на стоманата. Продуктите, изработени от желязо и стомана, се използват широко в ежедневието и е напълно оправдано.

Ако сравним характеристиките на тези метали, можем да направим следните изводи:

  1. Цената на стоманените продукти е по-висока от цената на чугуна.
  2. Разлики в цвета: чугунът е тъмен и матиран, а стоманата е лека и лъскава.
  3. Стоманата е по-лоша за отливане, но за разлика от чугуна е по-лесно да се изковава и заварява.
  4. Стомана има по-голяма якост от чугунена сплав.
  5. Стоманата е по-тежка.
  6. Въглеродното му съдържание е по-ниско от това на чугуна.

Силни и слаби страни

Този материал, както всеки друг, има своите силни и слаби страни.

Предимствата на чугуна включват такива фактори:

  • Понякога дори се сравнява по характеристики със стомана, тъй като някои от тях се отличават с повишена здравина.
  • Дълго време тя запазва температурата: при нагряване топлината се разпределя равномерно в нея и остава непроменена дълго време.
  • Това е екологично чист материал, поради което се използва често при производството на ястия, в които храната ще се приготвя директно.
  • Не реагира на киселинно-алкалната среда.
  • Това е траен материал.
  • Колкото по-дълго се използва продуктът от този материал, толкова по-добре става неговото качество.
  • Този материал е абсолютно безвреден за човешкото тяло.

Недостатъците включват следните фактори:

  • Тя може да стане ръждясала, дори ако водата се съхранява в нея за кратко време.
  • Това е много скъп материал, но въпреки това, той напълно оправдава себе си. Качеството, практичността и надеждността са основните характеристики на продуктите, произведени от тази сплав.
  • Сив чугун се характеризира с ниска пластичност.
  • Бялото е много крехко и най-често отива при топилната пещ.

Характеристики и свойства на чугуна

Тази метална сплав има следните свойства:

  1. Физически свойства: специфично тегло, действително свиване, коефициент на линейно разширение. Например, съдържанието на въглерод в чугуна влияе директно върху теглото му.
  2. Термични свойства. Термичната проводимост обикновено се изчислява съгласно правилото за изместване. За твърдото състояние на метала обемният топлинен капацитет е 1 кал / см3 * оС. Ако металът е в течно състояние, то той е приблизително равен на 1, 5 кал / см3 * ° С.
  3. Механични свойства. Трябва да се отбележи, че тези свойства са повлияни както от самата основа, така и от формата и размера на графита. Сивият чугун с перлитна основа е най-издръжлив и с феритни - най-пластични. Ламелната форма на графита се характеризира с максимално намаляване на якостта, докато при сферична форма това намаление е минимално.
  4. Хидродинамични свойства. Наличието на манган и сяра влияе върху вискозитета на материала. Той също така има тенденция да се увеличава, когато температурата на сплавта премине точката на настъпване на втвърдяване.
  5. Технологични свойства. Този метал се характеризира с отлични отливки, устойчивост на износване и вибрации.
  6. Химични свойства С намаляването на електродния потенциал структурните компоненти на сплавта са подредени в следния ред: цементит - фосфид евтектик - ферит.

Свойствата на сплавта също се влияят от специални примеси:

  • Добавянето на сяра значително намалява течливостта и намалява огнеупорността.
  • Фосфорът ви позволява да правите продукти с различни форми, но в същото време намалява неговата здравина.
  • Добавянето на силиций намалява точката на топене на материала и също така значително подобрява свойствата на леене. Съдържанието на силиций в различни проценти дава възможност да се получат сплави с различни цветове: от феритни до чисто бели.
  • Наличието на манган в сплавта значително повишава твърдостта и здравината на материала, но в същото време неговите отливки и технологични качества се влошават.
  • В допълнение към тези примеси, съставът на сплавта може да включва и други компоненти. В този случай материалите се наричат легирани. Най-често титан, алуминий, хром, мед и никел се смесват с чугун.

Съставът и структурата на метала

Чугунът като структурен материал е представен от метална кухина с графитни включвания. Неговите основни компоненти са перлит, ледебурит и пластмасов графит. Интересното е, че при различните видове сплави тези елементи присъстват в неравномерни пропорции или могат напълно да липсват.

Със своята структура чугунената сплав е разделена на следните типове:

  • Перлит.
  • Ферит.
  • Ферит-перлит.

В този случай графитът може да присъства в него в една от следните форми:

  1. Сферичен: Графитът приема тази форма, когато се добавя магнезий. Обикновено е характерно за продуктите от чугун с висока якост.
  2. Пластмаса: графитът прилича на формата на венчелистчетата (в тази форма той присъства в обикновения чугун). Този материал се характеризира с висока пластичност.
  3. Люспеста: тази форма се получава в процеса на отгряване на бялото желязо. Флокулент графит се намира в сферографитен чугун.
  4. Вермикуларен: графитът в тази форма присъства в сив чугун. Той е проектиран специално за подобряване на неговите пластмасови свойства.

Технология на производството

Както е известно, чугунът се произвежда в специални доменни пещи. Основната суровина за неговото производство е желязната руда. Технологичният процес на производство се състои в редуцирането на железни руди и в резултат на този друг материал - чугун. За неговото производство се използват такива горива като кокс, термоантрацит, природен газ.

Отнема около 550 килограма кокс и около тон вода, за да се произведе един тон чугун. Обемът на заредената в пещта руда ще зависи от съдържанието на желязо. Като правило се използва руда, която съдържа не по-малко от 70% желязо. Работата е там, че не е икономически целесъобразно да се използва по-ниска концентрация.

Първият етап от производството на желязо е топене. Рудата се излива в доменната пещ, а след това в коксуващите се въглища, което е необходимо за инжектиране и поддържане на необходимата температура вътре в пещния вал. По време на горенето тези компоненти вземат активно участие в протичащите химически реакции като редуктори на желязо.

Междувременно потокът се потапя в пещта, която действа като катализатор. Ускорявайки топенето на скалите, той по този начин подкрепя ранното освобождаване на желязото. Важно е да се знае, че преди зареждането в пещта рудата преминава необходимата предварителна обработка. Раздробява се в трошачно растение, тъй като по-малките частици се стопят по-бързо. След това се промива за отстраняване на неметални частици. След това суровината се подлага на изпичане, в резултат на което се извличат сяра и други чужди компоненти.

На втория етап на производството природният газ се подава през специална горелка в пещ, която е пълна и готова за работа. Коксът участва в отоплението на суровини. Има освобождаване на въглерод, който, комбинирайки се с кислород, образува оксид. Той, от своя страна, допринася за възстановяването на желязо от руда.

С увеличаване на обема на газа в пещта намалява скоростта на протичане на химическа реакция. Тя може да спре напълно, когато се достигне определено съотношение на газ. Въглеродът прониква в сплавта и се комбинира с желязо, като по този начин образува чугун. Разтопените елементи остават на повърхността и скоро се отстраняват. Такива отпадъци се наричат шлака. Използва се за производство на други материали.

Обхват на употреба

Този метал се използва в различни индустрии. Например, тя се използва широко в машиностроенето за производството на различни части.

Най-често този материал се използва при производството на блокове за двигатели и колянови валове. За производството на последната е необходима подобрена сплав с добавяне на специални примеси от графит. Този метал е устойчив на триене, така че се произвеждат висококачествени спирачни накладки.

В тежки климатични условия чугунената сплав е незаменима, тъй като позволява машинни части, изработени от нея, да работят гладко дори при най-ниските температури.

В металургичната индустрия той също се оказа отличен. Неговите отлични леярски свойства и сравнително ниска цена са високо ценени. Продуктите от него се отличават с много висока якост и износоустойчивост.

Чугунена сплав се произвежда голямо разнообразие от санитарни продукти. Това са батерии, мивки, различни мивки и тръби. Широко популярни са чугунените вани и радиатори. Техният експлоатационен живот е много дълъг. В много апартаменти тези продукти все още се използват и днес, тъй като запазват първоначалния си вид за дълго време и рядко се нуждаят от възстановяване.

Важно е и това, че отличните леярски свойства на чугуна дават възможност да се направят цялостни произведения на изкуството от него: като ажурна кована портичка и всякакви архитектурни паметници.

Трябва да се отбележи, че цената на 1 килограм чугун се дължи на количеството въглерод в неговия състав, както и на наличието на различни примеси и легиращи компоненти. Цена на тон желязо е около 8000 рубли.

Към днешна дата няма област, в която да се използва този метал. Леенето и сплавите са в основата на много компоненти, механизми и части. Понякога се използва като независим продукт, който се справя добре с възложените му функции. Това желязосъдържащо съединение е уникално по вид. Днес той остава незаменим.

Помогнете на развитието на сайта, споделяйки статията с приятели!

Категория:

Полезни съвети