Разница между серым и белым чугуном

Виды чугуна и как они применяются

Если сравнивать содержание и состояние углерода в сплаве, то по этим признакам чугун делится на три вида:

Белый. Весь углерод сосредоточен в цементите (в связанном состоянии); место излома отливает белым (отсюда и название). Материал известен высокой твердостью и хрупкостью, из-за чего практически не поддается обработке. В составе есть легирующие добавки (никель, марганец, молибден). Использование: основа для ковких чугунов, литые износостойкие детали.

Серый чугун подходит для изготовления сложных отливокИсточник 105.su

• Серый. Графит в сплаве находится в свободном виде, поэтому излом приобретает серый цвет. Структура металла формируется при медленном охлаждении, поэтому он получает хорошую жидкотекучесть (качественно заполняет литейную форму и воспроизводит ее), не формирует усадочных дефектов. Поэтому из него изготавливают отливки сложной формы (в том числе и крупные).
• Половинчатый (отбеленный). Поверхностный слой отливок обладает структурой белого чугуна (слой толщиной 12-30 мм), внутренний – сплава с графитом. Сплав имеет высокую твердость на поверхности. Применение довольно широкое, но ограниченное там, где нужна высокая износостойкость: тормозные колодки, лемехи плугов, а также валки листовых прокатных станов.

Если брать во внимание цель использования, то чугун можно разделить на две группы:

Передельный (нужен для передела в сталь). Процесс двухэтапный. Сначала из железосодержащей руды получают чугун (так как его температура плавления ниже). Затем из него удаляют лишний углерод путем продувания кислородом или сжатым воздухом, и получают сталь. В процессе важен контроль содержания кремния, серы, марганца и фосфора.

Передельный чугун в порошкеИсточник ochv.ru

Форма графитовых включений в сплаве может быть разной, возможны, следующие варианты:

• С шаровидным графитом. В расплав добавляется чистый магний или другие модификаторы; в результате получается высокопрочный модифицированный чугун. Он нужен для производства износостойких деталей, способных работать при высоких температурах, больших нагрузках и в агрессивных средах.
• С хлопьевидным графитом. Его получают путем отжига белого чугуна; сплав получается не только прочным, но и пластичным. Существует две разновидности: черно- и белосердачный сплав; они идут на изготовление деталей ответственного назначения, способных работать в условиях ударных и вибрационных нагрузок.

Структура высокопрочного сплава с шаровидным графитомИсточник markmet.ru

С вермикулярным (уплотненным) графитом. Сплав отличается высокими физико-механическими свойствами (они выше, чем у серого чугуна). Его используют, когда нужна большая прочность при нагрузках, например, при изготовлении корпусов турбин, блоков дизельных двигателей, тормозных дисков для высокоскоростных поездов.

О том, как отличить чугун от стали, в следующем видео:

Специальные сплавы и присадки к ним

Для особых применений нужен чугун с определенными механическими свойствами: стойкий к износу, коррозии или высокой температуре, сплав с особыми электромагнитными свойствами, для художественного чугунного литья. Нужные характеристики достигаются разными способами, например, применяются специальные технологии отжига и охлаждения.

Также широко применяется легирование, то есть изменение структуры металла добавлением специальных присадок. Легирующими элементами служат следующие вещества:

Кремний. Вместе с углеродом он является основной легирующей добавкой. Кремний улучшает литейные свойства сплава, способствуя выделению графита.

Марки серого чугуна для отливокИсточник 90zavod.ru

• Хром. Он делает сплав жаро- и износостойким, увеличивает стойкость к коррозии.
• Алюминий. Сплав приобретает жаростойкие и износостойкие свойства, в том числе, и при высоких температурах.
• Марганец. Металл становится износостойким и маломагнитным.
• Никель. Низколегированные сплавы (содержание примесей не превышает 2,5 %) становятся коррозийно-стойкими в газовых средах двигателей внутреннего сгорания, получают повышенную прочность и износостойкость. Высоколегированные – становятся жаропрочными, износо- и хладостойкими, маломагнитными.

Чугунные изделия в бытуИсточник stroy-podskazka.ru

О чугуне в популярной форме в следующем видео:

Что такое чугун

Итак, давайте узнаем, какие железоуглеродистые сплавы называют чугунами.

Понятие

Чугуном называется железоуглеродистый сплав с содержанием углерода, то есть под ним понимается материал, который состоит из сплава железа и углерода. Процентное содержание углерода в чугуне составляет более 2,14%. Последний элемент может входить в чугун в виде графита или цементита.

Данное видео рассказывает об особенностях чугуна:

Разновидности

Различают белый и серый чугун.

• Углерод в белом чугуне представлен в виде карбида железа. Если переломить его, то можно увидеть белый отлив. В чистом виде белый чугун не используют. Его добавляют к процессу производства ковкого чугуна.
• На изломе серый чугун имеет серебристый отлив. У этого вида чугуна большая сфера использования. Он хорошо поддается обработке резцами.

Кроме этого, чугуны бывают высокопрочные, ковкие и со специальными свойствами.

• Высокопрочный чугун используют в целях повышения прочности изделия. Механические свойства такого чугуна позволяют это сделать на отлично. Высокопрочный чугун получают из серого в результате добавление к массе примеси магния.
• Ковкий чугун — это разновидность серого. Название не означает, что этот чугун легко подвергают ковке. Он обладает повышенными свойствами пластичности. Его получают помощью отжига из белого чугуна.
• Различают так же половинчатый чугун. В нем некоторая часть углерода находится виде графита, а оставшиеся часть в форме цементита.

Особенные черты

Особенность чугуна кроется в процессе его производства. Средняя температура плавления разных видов чугуна составляет 1200ºС. Это значение на 300 градусов меньше, чем у стали. Связано это с очень высоким содержанием углерода. Углерод и атомы железа имеют между собой не очень тесную связь.

Когда идет процесс выплавки, углерод не может полностью внедриться в решетку железа. В результате чугун принимает свойство хрупкости. Его нельзя использовать для изготовления деталей, на которых будет постоянно действовать нагрузка.

Чугун относится к материалам черной металлургии. Его характеристики часто сравнивают со сталью. Изделия из стали или чугуна широко используются в нашей жизни. Их применение является оправданным. Проведя сравнение характеристик, можно сказать следующее об этих двух материалах:

• Стоимость чугунных изделий ниже стоимости стальных.
• Материалы отличаются по цвету. Чугун – это темный матовый материал, а сталь – светлый и блестящий.
• Чугун легче, чем сталь поддается литью. Но сталь легче сваривается и куется.
• Чугун менее прочный, чем сталь.
• По весу чугун легче стали.
• В стали содержание углерода, выше чем в стали.

Плюсы и минусы

Чугун, как и любой материал, имеет положительные и отрицательные стороны.

К плюсам чугуна относят:

• Углерод в чугуне может находиться в разном состоянии. Поэтому этот материал может быть двух видов (серый и белый).
• Определенные виды чугуна обладают повышенной прочностью, поэтому чугун иногда ставят на одну линию со сталью.
• Чугун может достаточно долго сохранять температуру. То есть при нагреве тепло равномерно распределяется по материалу и остается в нем длительное время.
• По экологичности чугун является чистым материалом. Поэтому его часто используют для изготовления посуды, в которой впоследствии готовится пища.
• Чугун стоек в кислотно-щелочной среде.
• Чугун обладает хорошей гигиеничностью.
• Материал отличается достаточно долгим сроком службы. Замечено, что чем продолжительнее используется чугун, тем его качество лучше.
• Чугун – долговечный материал.
• Чугун – это безвредный материал. Он не способен нанести организму даже маленького вреда.

К минусам чугуна относят:

• Чугун покроется ржавчиной, если на нем непродолжительное время будет находиться вода.
• Чугун – дорогостоящий материал. Однако этот минус оправдан. Чугун очень качественный, практичный и надежный. Предметы, изготовленные из него, так же получаются качественными и долговечными.
• Для серого чугуна характерна маленькая пластичность.
• Для белого чугуна характерна хрупкость. Он в основном идет на переплавку.

Индивидуальные свойства металла

Материал характеризуется определенными характеристиками. К ним относятся:

• Физические. Такие величины, как удельный вес или коэффициент расширения зависят от того, сколько составляет в металле содержание углерода. Материал тяжелый, поэтому из него можно делать чугунные ванны.

• Тепловые. Теплопроводность позволяет аккумулировать тепло и удерживать, распространяя его равномерно во все стороны. Это используется при изготовлении сковородок или батарей для отопления.
• Механические. Эти характеристики меняются в зависимости от графитовой основы. Наиболее прочный — серый чугун, имеющий перлитовую основу. Материал с ферритовой составляющей более ковкий.

К таким элементам относятся сера, фосфор, кремний, марганец:

• Сера уменьшает текучесть металла.
• Фосфор понижает прочность, но позволяет изготавливать изделия сложной формы.
• Кремний увеличивает текучесть материала, снижая его температуру плавления.
• Марганец дает прочность, но понижает текучесть.

Маркировка

По Гостам, все существующие марки обозначаются 2 буквами и 2 числами, при этом числа отражают значения временного сопротивления (кгс/мм2) и относительного удлинения (%). К примеру, цифры в марке КЧ-30-6, показывают временное сопротивление — 30 кгс/мм2 и относительное удлинение — 6 %.

Путем введения в состав специальных добавок, модифицируют состав сплава. Тогда к названию марки прибавляется буква М.

Разновидности чугуна

Существует довольно большое количество разновидностей рассматриваемого материала. Классификация чугунов во многом зависит от структуры и химического состава. Выделяют следующие виды чугуна:

1. Серый. Эта разновидность материала характеризуется низкой пластичностью и высокой вязкостью, а также хорошей обрабатываемостью резанием. В составе углерод содержится в виде графита. Область применения – машиностроение; производство деталей, работающих на износ. Как показывает практика, концентрация фосфора может варьироваться в достаточно большом диапазоне: от 0,3 до 1,2%. За счет особого химического состава материал обладает высокой текучестью и часто применяется в художественном литье. Антифрикционный чугун обходится в относительно невысокую стоимость, что также определяет его широкое распространение.
2. Белый. За счет того, что в этом составе углерод представлен в качестве цементита, структура характеризуется чрезвычайной хрупкостью и повышенной твердостью, а также низкими литейными свойствами и плохой обрабатываемостью резанием. Стоит учитывать, что белый чугун применяется для переделки в сталь или изготовлении ковкого. Очень часто его называют предельным.
3. Половинчатый характеризуется повышенной устойчивостью к износу, что связано с распределением углерода на цементитную и свободную основу. Часто эта разновидность материала применяется в машиностроении и станкостроении.
4. Легированный. Для того чтобы придать особые свойства чугуну также проводится его легирование. Легированный чугун обладает повышенной износостойкостью, коррозионной стойкостью за счет включения в состав никеля и хрома, а также меди. Подобные варианты исполнения чугуна получают свое название в зависимости от того, как легирующий элемент использовался при их изготовлении.
5. Высокопрочный чугун производится путем введения в состав жидкого серого чугуна различных элементов, к примеру, магния и кальция. В результате легирования меняется форма графита – он напоминает шар и при этом не меняет кристаллическую решетку. Стоит учитывать, что по своим свойствам этот металл напоминает углеродистую сталь, применяется, в основном, при изготовлении различных износостойких деталей.
6. Ковкий. Получают его при переплавке белого чугуна, который следует нагреть до высокой температуры и выдерживать в подобном состоянии. В некоторых случаях для придания составу особых качеств проводится добавление легирующих элементов. Основными свойствами можно назвать высокую вязкость и повышенную степень пластичности. Получил широкое распространение в машиностроительной промышленности.
7. Специальный. Представляет собой сплав, в который входит большое количество марганца и кремния. Зачастую применяется для удаления кислорода из стали при его производстве или переплавке, за счет чего понижается температура плавления.

Каждая разновидность чугуна обладает своей особой структурой и химическим составом, которые и определяют область применения.

«Белый» чугун

Белый чугун – железоуглеродный сплав, в котором весь углерод будет в связанном состоянии (в виде цементита Fe3C).

Содержание данного неметалла – до 3,8%.

И это существенно изменяет эксплуатационные характеристики материала. Иных примесей, к слову, фактически нет.

Белый чугун отличается твёрдостью – и он при этом очень непрочный.

Разрушение или дефармация сделанного из него изделия может случиться вследствие как механических, так и термических внешних факторов. Более того, этот сплав почти не обладает важными для изготовления конечных продуктов качествами.

Так, он не пластичный, плохо подаётся литью, стоек к резанию и ковке. Благодаря этому сделать из него предметы сложной геометрии или малых размеров возможным не представляется.

Производство серого чугуна марок СЧ20, 21, 25, 30 ГОСТ 1412-85

Да и сам по себе «белый материал» как правило не применяется в производстве.

Он служит основой для остальных сплавов – включая высокой прочности и ковкий. Также, его всё чаще переделывают в сталь – соединения железа с углеродом в малых количествах (до 0,6%) и остальными регулярными либо легирующими примесями.

Хорошие качества

Чистота материала (небольшое содержание посторонних примесей);
Надёжность, не подаётся резанию и иным деформирующим влияниям;

Минусы

Очень невысокие рабочие качества, почти не подаётся отделке;
Небольшая текучесть, благодаря чему сложен в литье;

Хрупкость, легко потрескается и рушиться даже при несущественных ударных воздействиях.

Все такие недостатки делают белый чугун непригодным для применения ни в автомобилестроении, ни в прочих областях. Благодаря этому он фактически нигде и не используется.

Зато на его основе с легированием посторонними примесями или, напротив, очисткой получают прочие удобные и широко использующими сплавы.

Из истории чугуна:

Первые сведения о чугуне относятся к VI веку до нашей эры. В Китае из высокофосфористых железных руд получали чугун, содержащий
до 7% Р, с низкой температурой плавления, из которого отливали различные изделия. Чугун стал известен античным металлургам
в IV – V веках до нашей эры, Западной Европе – в XIV веке с появлением первых доменных печей (штюкофенов).

В России производство чугуна началось в XVI веке. В дальнейшем оно непрерывно расширялось, и при Петре I Россия по выпуску
чугуна превзошла все страны, но через столетие отстала от западно-европейских стран.

Появление во 2-й половине XVIII веке вагранок позволило литейным цехам отделиться от доменных, т. е. положило начало
независимому существованию чугунолитейного производства (при машиностроительных заводах). В начале XIX века возникает
производство ковкого чугуна.

Во 2-й четверти XX века начинают применять легирование чугуна,
что даёт возможность существенно повысить его свойства и получать специальные чугуны (износостойкие, коррозионностойкие,
жаростойкие и т.д.). К этому же периоду относится также разработка способов модифицирования
чугуна. В конце 40-х гг. был получен модифицированный чугун с включениями графита шаровидной
формы вместо обычной пластинчатой, что обусловливало значительно более высокую
прочность металла. Такой материал получил название
высокопрочного чугуна. В 60-х гг. в электрических печах начали получать из стальных
отходов с добавлением карбюризаторов так называемый синтетический чугун
с высокими механическими свойствами при пластинчатой форме графита.

Высокопрочный чугун с шаровидным графитом (ВЧШГ) – ценный и перспективный конструкционный
материал. Он характеризуется сочетанием высоких технологических, физикомеханических и эксплуатационных свойств, широко
применяется взамен стального литья, поковок, штамповок, ковкого и серого чугунов, обеспечивая надежность и долговечность
в различных режимах эксплуатации.

Разница между серым чугуном и белым чугуном

Различия между серым чугуном и белым чугуном проявляются в составе и цвете поверхности материала после разрушения. Оба этих сплава для литья чугуна в основном содержат углерод и кремний, но в разных п

Ключевое отличие —Серый чугун против белого чугуна

Различия между серым чугуном и белым чугуном проявляются в составе и цвете поверхности материала после разрушения. Оба этих сплава для литья чугуна в основном содержат углерод и кремний, но в разных пропорциях. А ключевое отличие между серым чугунным и белым чугунным после разрушения белый чугун дает поверхность трещины белого цвета, а серый чугун дает поверхность трещины серого цвета. В основном это связано с их составляющими в сплаве.

Что такое серый чугун?

Наиболее часто используемая категория литейных сплавов — серый чугун. В состав входит около От 2,5% до 4% углерода и От 1% до 3% кремния. В процессе производства серого чугуна надлежащий контроль содержания углерода и кремния и поддержание надлежащей скорости охлаждения предотвращает образование карбида железа во время затвердевания, что помогает осаждать графит непосредственно из расплава в виде регулярных, обычно удлиненных и изогнутых чешуек. матрица железа, насыщенная углеродом. Когда он разрушается, путь трещины проходит через чешуйки, и изломанная поверхность отображается серым цветом из-за присутствия графита в материале.

Что такое белый чугун?

Белый чугун получил свое название из-за белой кристаллической поверхности трещин, которую он оставляет после разрушения. Как правило, большинство материалов из белого чугуна содержат менее 4,3% углерода и меньше кремния. Это препятствует осаждению углерода в виде графита. Белый чугун чаще всего используется в приложениях, где важна стойкость к истиранию и не очень важна пластичность. Примерами являются футеровки для бетономешалок, в некоторых волочильных штампах, шаровых мельницах и экструзионных соплах. Белый чугун нельзя сваривать, потому что очень трудно выдержать напряжение, вызванное сваркой, при отсутствии каких-либо пластичных свойств основного металла. Кроме того, зона термического влияния, прилегающая к сварному шву, может растрескаться во время охлаждения после сварки.

Сочинение:

Серый чугун: Преимущественно в составе серого чугуна; примерно от 2,5% до 4,0% углерода, от 1% до 3% кремния, а остальное — с использованием железа.

Белый чугун: Как правило, белый чугун в основном содержит углерод и кремний; от 1,7% до 4,5% углерода и от 0,5% до 3% кремния. Кроме того, он может содержать следовые количества серы, марганца и фосфора.

Свойства:

Серый чугун: Серый чугун имеет более высокую прочность на сжатие и высокую устойчивость к деформации. Его температура плавления относительно низкая, от 1140 ºC до 1200 ºC. Он также обладает большей устойчивостью к окислению; поэтому он очень медленно ржавеет, и это дает постоянное решение проблемы коррозии.

Белый чугун: В белом чугуне углерод присутствует в виде карбида железа. Он твердый и хрупкий, обладает большей прочностью на разрыв и чрезвычайно пластичен (способность постоянно терять форму молотком или давить без разрушения или растрескивания). Он также обладает высокой прочностью на сжатие и отличной износостойкостью. Он может сохранять свою твердость в течение ограниченного периода времени даже до красного каления. Его нелегко лить, как другие чугуны, потому что он имеет относительно высокую температуру затвердевания.

Использует:

Серый чугун: Наиболее часто используемые области серого чугуна: в цилиндрах двигателей внутреннего сгорания, корпусах насосов, электрических коробках, корпусах клапанов и декоративных отливках. Он также используется в кухонном оборудовании и тормозных дисках.

Белый чугун: Белый чугун наиболее широко используется при дроблении, шлифовании, фрезеровании и обработке абразивных материалов.

1. «Чугун-Сковорода» Эвана-Амоса — Собственная работа. через Commons

Классификация чугунов

По назначению в металлургии выпускаются два вида чугунов:

• передельный – используемый для технологической переплавки в сталь
• литейный – используемый для отливки готовых деталей, который в свою очередь подразделяется на конструкционный и специальный

Содержанием углерода в сплаве чугуны делятся на следующие типы:

• Доэвтектические с содержанием углерода 2.14 – 4.3%
• Эвтектические  с содержанием — 4.3%
• Заэвтектические с содержанием — 4.3 — 6.67%

По составу сплавов чугуны делятся на легированные и нелегированные

В зависимости от состояния углерода в структуре сплавы отличаются цветом на плоскости излома, где различают серый и белый виды чугунов. Структура белого чугуна характеризуется наличием углерода только в сформированном цементите. Углерод в структуре серых чугунов находится в виде графита сформированных в виде отдельных включений.

По структуре, а конкретно по форме и распределению включений углерода (графита) в массе сплава чугуны делятся на четыре группы:

• Сплавы с графитом в виде пластинок в своей структуре. Данный вид чугунов не подаётся легированию.
• Чугуны с включениям шаровидного графита. Такая структура характерна высокопрочным чугунам.
• Сплавы с включениями вермикулярного (червеобразного) графита в своей структуре.
• Хлопьевидные включения графита в структуре сплава характерны ковким маркам чугуна.

Выделение графита в структуре

По структуре металлической основы сплава различают:

• Перлитные
• Ферритные
• Перлито-ферритные
• Аустенитные
• Бейнитные
• Мартенситные

Все перечисленные определения отражают строение структуры в соответствии с диаграммой превращения при плавлении стали и чугуна в зависимости от содержания углерода и режимов его кристаллизации в общем объёме сплава.

Как отличить алюминий от чугуна?

1 кубический метр алюминия весит 2 700 кг, а чугуна – более 7 000 кг. Первый менее плотный, а потому изделия из него должны быть значительно легче по сравнению с чугунными. Но следует учесть, что алюминий менее прочен, поэтому предметы из него делают толстостенными, что сказывается на весе.

Алюминиевые изделия светлее, имеют слегка блестящую поверхность. В атмосферных условиях металл сразу покрывается прозрачной газопроницаемой оксидной пленкой. Алюминий – гладкий и ровный, а чугун – темный, пористый и шершавый. Существенное отличие металлов – твердость: алюминий легко согнуть, а от ударов на его поверхности образуются вмятины. Чугун невозможно согнуть: под действием больших нагрузок он расколется, но не деформируется.

Производственные технологии

Как известно, чугун производится в специальных доменных печах. Основным сырьем для его получения служит железная руда. Технологический процесс изготовления состоит в восстановлении оксидов железной руды и получении в результате этого иного материала — чугуна. Для его изготовления используются такие виды топлива, как кокс, термоантрацит, природный газ.

Для производства одной тонны чугуна требуется около 550 килограмм кокса и приблизительно тонна воды. Объемы загружаемой в печь руды будут зависеть от содержания в ней железа. Как правило используют руду, в составе которой содержится железа не менее 70%. Все дело в том, что экономически нецелесообразно использовать меньшую его концентрацию.

Первым этапом производства чугуна является его выплавка. В доменную печь засыпается руда, а затем — коксующийся уголь, который необходим для нагнетания и поддержания требуемой температуры внутри шахты печи. Эти составляющие во время горения принимают активное участие в протекающих химических реакциях в качестве восстановителей железа.

Тем временем в печь погружается флюс, который выступает в роли катализатора. Ускоряя плавку пород, он тем самым поддерживает скорейшее высвобождение железа

Немаловажно знать, что перед загрузкой в печь руда проходит необходимую предварительную обработку. Она измельчается на дробильной установке, поскольку более мелкие частицы плавятся быстрее

Затем ее промывают, чтобы удалить частицы, не содержащие металл. Далее сырье подвергается обжигу, вследствие чего из него извлекается сера и другие инородные компоненты.

На втором этапе производства в заполненную и готовую к эксплуатации печь подается через специальные горелки природный газ. Кокс участвует в разогреве сырья. Происходит выделение углерода, который, соединяясь с кислородом, образует оксид. Он, в свою очередь, способствует восстановлению железа из руды.

При увеличении объема газа в печи снижается скорость протекания химической реакции. Она может и совсем остановиться при достижении определённого соотношения газа. Углерод проникает в сплав и соединяется с железом, при этом образуя чугун. Нерасплавленные элементы остаются на поверхности и вскоре удаляются. Такие отходы называются шлаком. Его используют для изготовления других материалов.