Серый чугун: универсальный материал для промышленности

Серый чугун — широко распространенный инженерный материал, который предпочитают за его хорошую литейную способность, низкую стоимость и отличные механические свойства. В этой статье мы подробно расскажем об основных свойствах серый чугун, процессе производства, распространенных областях применения и механических свойствах при различных температурах.

1. основные свойства серый чугун

(1) химический состав и структура

Основной химический состав серый чугун — это углерод и кремний, из которых содержание углерода обычно составляет от 2,5 до 4,0 %, а содержание кремния — от 1,0 до 3,0 %. Свое название этот материал получил благодаря наличию в нем графита в виде чешуек, которые распределены по всей матрице чугуна и придают ему уникальные свойства. Форма, в которой находится графит, оказывает значительное влияние на его механические и физические свойства.

(2) физические и механические свойства

Серый чугун имеет относительно низкую прочность и вязкость, но обладает хорошей твердостью и износостойкостью, что делает его превосходным во многих областях применения, где он должен противостоять износу. Он обладает хорошей теплопроводностью и низким коэффициентом теплового расширения, что делает серый чугун устойчивым в средах с большими перепадами температур. Кроме того, он обладает хорошими вибродемпфирующими свойствами и способен поглощать вибрацию и шум, что позволяет широко использовать его в машиностроении.

2. Процесс производства серый чугун

(1) Процесс плавления

Производство серый чугун начинается с тщательного отбора сырья, основное сырье включает в себя чугун, стальной лом и материал печи. В качестве плавильного оборудования обычно используется индукционная или электродуговая печь, это оборудование позволяет точно контролировать температуру и химический состав, чтобы обеспечить качество чугуна. В процессе плавки также необходимо добавлять кремний, железо, марганец и другие легирующие элементы, чтобы регулировать производительность чугуна.

(2) Технология литья

Методы литья серый чугун в основном включают литье в песчаные формы и литье в металлические формы. Литье в песок является наиболее часто используемым методом, он использует песчаную форму для формирования формы отливки. Металлическое литье использует металлические формы, которые могут улучшить точность и качество поверхности отливок. В процессе литья подготовка песка и изготовление форм являются ключевыми этапами, на которых необходимо строго контролировать состав песка и температуру форм для обеспечения качества отливок.

(3) Охлаждение и термообработка

Скорость охлаждения отливок оказывает значительное влияние на характеристики серый чугун. Более медленная скорость охлаждения способствует образованию крупных графитовых хлопьев, что улучшает вязкость и виброгасящие свойства чугуна. Термообработка — важный этап улучшения характеристик серый чугун. Благодаря термообработке, такой как отжиг, нормализация или закалка, твердость, прочность и вязкость чугуна могут быть изменены в соответствии с требованиями различных областей применения.

3. Общие области применения серый чугун

(1) в автомобильной промышленности

В автомобильной промышленности в основном используется для изготовления блока двигателя, головки блока цилиндров, коленчатого вала и других ключевых компонентов. Эти детали должны выдерживать высокую температуру, высокое давление и трение, поэтому хорошая износостойкость и теплопроводность серый чугун делают его идеальным выбором. Кроме того, он также используется в производстве автомобильных тормозных дисков и барабанов, используя свою хорошую термическую стабильность и фрикционные свойства для повышения безопасности и надежности автомобилей.

(2) Применение в машиностроении

Благодаря хорошей жесткости и виброгасящим свойствам, он широко используется в производстве станин и оснований станков. Эти детали должны обладать высокой стабильностью и точностью, и он может удовлетворить эти требования. Кроме того, он также используется в производстве насосов, клапанов и других компонентов, используя преимущества своей хорошей износостойкости и коррозионной стойкости для повышения срока службы и надежности оборудования.

(3) Применение в энергетической промышленности

В энергетической промышленности она может быть использована для изготовления лопаток турбин, роторов генераторов и других ключевых компонентов, которые работают в экстремальных условиях, таких как высокоскоростное вращение, высокая температура и давление, а ее высокая прочность и износостойкость могут обеспечить эффективную и безопасную работу оборудования.

(4) Применение в химической промышленности

В химической промышленности может использоваться в производстве реакторов, резервуаров и другого оборудования, это оборудование в процессе химического производства должно выдерживать высокую температуру, высокое давление, коррозию и другие суровые условия, его высокая коррозионная стойкость может обеспечить долгосрочную стабильную работу оборудования.

(5) в строительной отрасли

Строительная промышленность также является одной из важных областей применения серого чугуна. Обычно его используют в производстве оконных и дверных рам, опор для труб и других конструктивных элементов. Эти структурные части должны обладать хорошей несущей способностью и стабильностью, отличные характеристики серого чугуна могут обеспечить безопасность и стабильность здания.

4. серый чугун при различных температурах под воздействием механических свойств изменяется

(1) Влияние температуры отжига:

Исследования показали, что температура отжига оказывает значительное влияние на микроструктуру и морфологические изменения перлита, феррита и графита в сером чугуне. Например, когда HT250 отжигают от комнатной температуры до 760°C, количество феррита увеличивается, количество перлита уменьшается, а твердость HV снижается. При температуре 760°C количество феррита достигает 85%, а значение твердости HV минимально. И от 760 ℃ до 930 ℃, количество феррита постепенно увеличивается, HV твердость восстанавливается.

(2) Изменения механических свойств:

Механические свойства серый чугун, такие как прочность на разрыв, твердость и пластичность и т.д., изменяются с температурой. Например, при отжиге при 760 ℃ HT250 может получить лучшие комплексные механические свойства для удовлетворения требований вибрации и ударов.

(3) Разница в эксплуатационных характеристиках различных марок:

Различные марки серый чугун при разных температурах демонстрируют разные механические свойства. Например, у марок HT100, HT150, HT200, HT250, HT300 и HT350 значения прочности на разрыв и твердости при разных температурах различаются, эти показатели при выборе материалов необходимо определять в соответствии с конкретными сценариями применения.

5. Преимущества и недостатки деталей из серого чугуна

Преимущества:

(1) хорошие литейные характеристики:

Химический состав близок к эвтектической точке, текучесть чугуна хорошая, можно отливать сложные детали.

(2) Хорошая износостойкость и амортизация:

Присутствие графита способствует смазке и хранению масла, поэтому серый чугун обладает хорошей износостойкостью, а амортизация лучше, чем у стали.

(3) Хорошие технологические характеристики:

Высокое содержание углерода, низкая температура плавления, усадка мала, подходит для литья сложной структуры или тонкостенных отливок, а резка и механическая обработка лучше, чем у стали.

(4) Низкая чувствительность к надрезу:

Наличие графита делает серый чугун на поверхности дефектов и насечек нечувствительным, усталостная прочность имеет меньшее влияние.

(5) Хорошая теплопроводность:

Хорошая теплопроводность, подходит для изготовления деталей, требующих быстрого отвода тепла, таких как блок цилиндров двигателя внутреннего сгорания.

(6) Низкая стоимость:

Простота производства, высокая производительность, низкая стоимость, в 0,6-0,7 раза выше, чем у литой стали.

Недостатки:

(1) более низкие механические свойства:

Прочность на растяжение, пластичность и вязкость гораздо ниже, чем у стали, прочность на сжатие сравнима со сталью, широко используются чугунные детали в худших механических свойствах чугуна.

(2) Проблемы со свариваемостью:

Сварка подвержена образованию белых устьев и растрескиванию, в сварном шве и зоне термического влияния может образоваться большое количество эвтектического карбурита и вторичного карбурита, что приводит к наличию твердого и хрупкого карбурита, затрудняющего механическую обработку и резку вблизи сварного шва.

(3) Ограничения по термической обработке:

Термическая обработка может изменить только организацию матрицы, не может изменить морфологию графита, невозможно значительно улучшить механические свойства чугунных деталей.

(4) Проблемы с устранением дефектов:

Дефекты литья трудно проявляются, например, водородные отверстия могут быть обнаружены только после механической обработки, что влияет на качество отливок.

6.Резюме

Будучи традиционным материалом для машиностроения, серый чугун по-прежнему играет незаменимую роль в современной промышленности благодаря своим отличным эксплуатационным характеристикам и низкой стоимости.