Что такое ковкий чугун?
Ковкий чугун, также известный как чугун с шаровидным графитом или узловатый чугун, - это сплав чугуна, известный своими превосходными механическими свойствами. Его основное преимущество заключается в уникальном шаровидный графит микроструктура.
Состав ковкого чугуна точен и сложен, включая:
-
Углерод (C): 3.0% – 4.0%
-
Кремний (Si): 1.8% – 2.8%
-
Марганец (Mn): 0.1% – 0.5%
-
Сера (S): < 0,02%
-
Фосфор (P): < 0,08%
-
Магний (Mg): 0.03% – 0.06%
-
Редкоземельные элементы (RE): 0.01% – 0.05%
В отличие от чешуйчатого графита в традиционном сером чугуне, графит в ковком чугуне существует в виде узелковая форма. Это фундаментальное изменение микроструктуры резко улучшает свойства материала, делая его намного лучше обычного чугуна.
Происхождение ковкого чугуна
Ковкий чугун - это не материал, который был открыт случайно. Это знаковое современное изобретение, которое появилось в конце 1940s.
До своего создания чугун был печально известен своей хрупкостью. Это объяснялось тем, что содержащийся в нем графит формировался в острые чешуйки, которые создавали слабые места, делающие материал склонным к разрушению.
Настоящий прорыв произошел в 1943 когда Доктор Х. Моррог Британской ассоциации по исследованию чугуна обнаружил, что добавление церий расплавленного железа может изменить форму графита. Почти в то же самое время, Кит Миллис Американская международная никелевая компания самостоятельно обнаружила подобный эффект, используя магний.
Именно неустанная работа этих ученых привела к появлению ковкого чугуна. Инновация полностью изменила свойства материала, превратив внутренний графит в прочные, жесткие сферы вместо хрупких хлопьев. Это придало ковкому чугуну прочность и вязкость стали, что позволило широко использовать его в современной промышленности.
Микроструктура ковкого чугуна
Характеристики ковкого чугуна определяются его уникальной микроструктурой, которая состоит из шаровидный графит диспергированные в металлической матрице. Это металлическая матрица это кристаллическая структура, образованная железом и карбидами при различных температурах, и ее тип напрямую определяет конечные механические свойства материала.
Вот основные типы матриц:
-
Ферритная матрица:
-
Что это такое: Мягкая и вязкая кристаллическая структура чистого железа с небольшим количеством растворенного углерода.
-
Свойства: Обладает высокой пластичностью и отличной вязкостью, но при этом имеет относительно низкую прочность.
-
Приложения: Обычно используется для изготовления деталей, требующих высокой ударопрочности и пластичности.
-
-
Перлитная матрица:
-
Что это такое: Слоистая кристаллическая структура феррита и карбида железа (цементита).
-
Свойства: Характеризуется высокой прочностью, высокой твердостью и хорошей износостойкостью, но менее пластична, чем ферритная матрица.
-
Приложения: Идеально подходит для изготовления деталей, требующих одновременно высокой прочности и хорошей износостойкости, таких как коленчатые валы и шестерни.
-
-
Ферритно-перлитная матрица (смешанная матрица):
-
Что это такое: Смесь феррита и перлита.
-
Свойства: Обеспечивает сбалансированное сочетание прочности и жесткости.
-
Приложения: Наиболее распространенный тип матрицы, подходящий для широкого спектра деталей общего машиностроения.
-
-
Аустенитная матрица:
-
Что это такое: Твердый раствор углерода в железе, образующийся при высоких температурах.
-
Свойства: Обладает отличной коррозионной стойкостью, жаропрочностью и высокой вязкостью.
-
Приложения: Используется в специализированных средах для таких применений, как термостойкие клапаны и корпуса насосов.
-
Идеальное сочетание шаровидного графита и подходящей металлической матрицы - вот что придает ковкому чугуну превосходную литейную способность, свойственную чугуну, и превосходные механические свойства, свойственные стали.
Преимущества ковкого чугуна
Ковкий чугун - это революционный материал, который сочетает в себе лучшие свойства традиционного чугуна и стали.
- Превосходная прочность и выносливость: Сферическая структура графита придает ковкому чугуну очень высокую прочность на разрыв и отличную ударопрочность.
- Исключительная пластичность: В отличие от хрупкого чугуна, он может подвергаться пластической деформации, подобно стали, прежде чем сломается, что очень важно для безопасности и долговечности.
- Отличная литейная способность: Он обладает высокой текучестью и малой усадкой, что позволяет с высокой точностью изготавливать сложные, замысловатые детали.
- Долговечность: Унаследовав износостойкость и коррозионную стойкость чугуна, он обеспечивает надежную работу изделий в суровых условиях в течение длительного времени.
Характеристики ковкого чугуна
Специфические характеристики ковкого чугуна определяются его сортчто напрямую отражает его основные механические свойства.
- Прочность на разрыв: Этот материал обладает широким диапазоном прочности на разрыв, обычно от От 400 МПа до более 900 МПа.
- Пример: Сайт QT500-7 Марка имеет прочность на разрыв более 500 МПачто в несколько раз выше, чем у обычного серого чугуна.
- Удлинение: Этот показатель измеряет пластичность материала и может варьироваться от От 2% до более чем 25%.
- Пример: Сайт QT400-18 Сорт имеет впечатляющее удлинение 18%а высокопрочный QT800-2 Марка имеет более низкое удлинение - около 2%.
- Прочность на разрыв: Этот показатель указывает на напряжение, которое может выдержать материал, прежде чем произойдет необратимая деформация.
- Пример: Сайт QT500-7 Предел текучести марки составляет примерно 320 МПачто обеспечивает его надежность при нагрузках.
Степени ковкого чугуна
Марки ковкого чугуна являются наиболее прямым способом измерения его характеристик, причем каждая марка представляет собой определенный уровень механических свойств. В следующей таблице приведено сравнение распространенных марок.
Источник: Международный стандарт ISO 1083
Из чего делают ковкий чугун?
Ковкий чугун производится в результате процесса, называемого лечение сфероидизации. Для этого необходимо добавить небольшое количество сфероидизирующее вещество (например, магний или редкоземельные элементы) в расплавленное железо. Эта химическая реакция заставляет углерод кристаллизоваться в виде шарообразного графита во время застывания, что является решающим шагом для достижения его уникальных свойств.
Как используется ковкий чугун?
Ковкий чугун - это универсальный материал, используемый в различных отраслях промышленности, включая:
- Автомобильная промышленность: Коленчатые валы, шатуны, блоки цилиндров и корпуса дифференциалов.
- Машиностроение: Клапаны, корпуса насосов, шестерни и корпуса подшипников.
- Сельскохозяйственная техника: Запчасти для тракторов и другого сельскохозяйственного инвентаря.
Часто задаваемые вопросы
В чем разница между ковким и литым чугуном?
Основное различие между ковким и обычным чугуном (серым чугуном) заключается в их микроструктуре. Нодулярный графит в ковком чугуне делает его прочным и вязким, а чешуйчатый графит в сером чугуне - хрупким и слабым на растяжение. Для более детального сравнения этих двух материалов, читайте нашу полную статью здесь.
Ковкий чугун против стали
Хотя некоторые стали более прочные, ковкий чугун предлагает превосходное сочетание прочности, литейных свойств и более низкой стоимости, что делает его реальной альтернативой литой стали и поковкам во многих областях применения.
Что такое трубы из ковкого чугуна?
Трубы из ковкого чугуна (DI Pipe или DICL Pipe) являются одним из ведущих видов применения этого материала благодаря своим исключительным свойствам. Благодаря высокой прочности на разрыв, устойчивости к коррозии и долговечности трубы из ковкого чугуна широко используются для трубопроводов воды, природного газа и сточных вод.
Свяжитесь с нами, чтобы получить профессиональные решения по литью
Мы надеемся, что эта статья помогла вам лучше понять, что такое ковкий чугун.
Если у вас есть вопросы по выбору материала, оптимизации процесса или любому проекту по литью, обращайтесь к нам. можете связаться с нами. Опираясь на глубокие металлургические знания и обширный опыт реализации проектов, мы предоставим профессиональные решения и надежную техническую поддержку для обеспечения успеха вашего проекта.
