Чугун и способы его изготовления
Анализ объемов производства чугуна в мире. Общая характеристика и свойства белого, серого, ковкого, высокопрочного и половинчатого чугунов, их маркировка в промышленном производстве. Теоретические аспекты технологии производства и переработки сплава.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | реферат |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 18.10.2011 |
| Размер файла | 19,2 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Реферат
На тему: Чугун и способы его изготовления
Ученика 10-Ф класса
Ришельевского лицея
Кандибы Сергея
СОДЕРЖАНИЕ
Введение
1 Объемы производства чугуна
2 Виды чугуна и их производство
3 Классификация
4 Сведения по технологии производства
Литература
ВВЕДЕНИЕ
Чугун - сплав железа с углеродом с содержанием более 2,14% (точка эвтектического превращения на диаграмме состояний). Углерод в чугуне может содержаться в виде цементита и графита. В зависимости от формы графита и количества цементита, выделяют: белый, серый, ковкий и высокопрочные чугуны. Чугуны содержат постоянные примеси (Si, Mn, S, P), а в некоторых случаях также легирующие элементы (Cr, Ni, V, Al и др.). Как правило, чугун хрупок.
1 ОБЪЕМЫ ПРОИЗВОДСТВА ЧУГУНА
Мировое производство чугуна в 2009 составило 898,261 млн. тонн, что на 3,2% ниже, чем в 2008 году (927,123 млн. т) [1]. Мировая топ-десятка стран-производителей чугуна выглядит следующим образом:
|
1 |
Китай |
543,748 млн. т |
|
|
2 |
Япония |
66,943 млн. т |
|
|
3 |
Россия |
43,945 млн. т |
|
|
4 |
Индия |
29,646 млн. т |
|
|
5 |
Южная Корея |
27,278 млн. т |
|
|
6 |
Украина |
25,676 млн. т |
|
|
7 |
Бразилия |
25,267 млн. т |
|
|
8 |
Германия |
20,154 млн. т |
|
|
9 |
США |
18,936 млн. т |
|
|
10 |
Франция |
8,105 млн. т |
За четыре месяца 2010 года мировой выпуск чугуна составил 346,15 млн. тонн. Этот результат на 28,51% больше по сравнению с аналогичным периодом 2009 года.
2 ВИДЫ ЧУГУНА И ИХ ПРОИЗВОДСТВО
Белый чугун - вид чугуна, в котором углерод в связанном состоянии в виде цементита, в изломе имеет белый цвет и металлический блеск. В структуре такого чугуна отсутствуют видимые включения графита и лишь незначительная его часть (0,03-0,30%) обнаруживается тонкими методами химического анализа или визуально при больших увеличениях. Основная металлическая масса белого чугуна состоит из цементитной эвтектики, вторичного и эвтектоидного цементита, а легированного белого чугуна - из сложных карбидов и легированного феррита.
Чугун серый - сплав железа с углеродом, в котором присутствует графит в виде крабовидных, пластинчатых или волокнистых включений. Отдельной разновидностью (группой марок) серого чугуна является высокопрочный чугун с графитом глобулярной формы, что достигается путем его модифицирования магнием (Mg), церием (Ce) или другими элементами. В зависимости от скорости дальнейшего охлаждения после затвердевания (а значит и от размера отливки) чугун может иметь ферритную, феррито-перлитную и чисто перлитную металлическую основу. С ростом скорости охлаждения возрастает доля перлита, а, следовательно, и прочность чугуна, но падает его пластичность. Для каждой области применения выбирают марку чугуна с оптимальным для этого случая сочетанием свойств. Маркируется серый чугун буквами СЧ, после которых указывают гарантированное значение предела прочности в кг/мм2, например СЧ30. Высокопрочные чугуны маркируются буквам ВЧ, после которых указывают прочность и, через тире, относительное удлинение в %, например ВЧ60-2. Серый чугун характеризуется высокими литейными свойствами (низкая температура кристаллизации, текучесть в жидком состоянии, малая усадка) и служит основным материалом для литья. Он широко применяется в машиностроении для отливки станин станков и механизмов, поршней, цилиндров. Высокая хрупкость, свойственная серым чугунам вследствие наличие в их структуре графита, делает невозможным их применение для деталей, работающих в основном «на растяжение» или «на изгиб»; чугуны используются лишь при работе «на сжатие». Кроме углерода, серый чугун всегда содержит другие элементы, в первую очередь кремний, способствующий образованию графита. В большинстве марок серого чугуна содержание углерода до 1,4%, но при сумме содержания кремния и углерода выше 2%.
Ковкий чугун - условное название мягкого и вязкого чугуна, получаемого из белого чугуна отливкой и дальнейшей термической обработкой. Используется длительный отжиг, в результате которого происходит распад цементита с образованием графита, то есть процесс графитизации, и поэтому такой отжиг называют графитизирующим. Ковкий чугун, как и серый, состоит из сталистой основы и содержит углерод в виде графита, однако графитовые включения в ковком чугуне иные, чем в обычном сером чугуне. Разница в том, что включения графита в ковком чугуне расположены в форме хлопьев, которые получаются при отжиге, и изолированы друг от друга, в результате чего металлическая основа менее разобщена, и чугун обладает некоторой вязкостью и пластичностью. Из-за своей хлопьевидной формы и способа получения (отжиг) графит в ковком чугуне часто называют углеродом отжига. По составу белый чугун, подвергающийся отжигу на ковкий чугун, является доэвтектическим и имеет структуру ледебурит + цементит (вторичный) + перлит. Для получения структуры феррит + углерод отжига в процессе отжига должен быть разложен цементит ледебурита, вторичный цементит и цементит эвтектоидный, то есть входящий в перлит. Разложение цементита ледебурита и цементита вторичного (частично) происходит на первой стадии графитизации, которую проводят при температуре выше критической (950-1000° С); разложение эвтектоидного цементита происходит на второй стадии графитизации, которую проводят путём выдержки при температуре ниже критической (740-720° C), или при медленном охлаждении в интервале критических температур (760-720° C).
Высокопрочный чугун имеет в своей структуре шаровидный графит, который образуется в процессе кристаллизации. Шаровидный графит ослабляет металлическую основу не так сильно как пластинчатый, и не является концентратором напряжений.
В половинчатом чугуне часть углерода (более 0,8%) содержится в виде цементита. Структурные составляющие такого чугуна - перлит, ледебурит и пластинчатый графит.
3 КЛАССИФИКАЦИЯ
В зависимости от содержания углерода серый чугун называется доэвтектическим (2,14-4,3% углерода), эвтектическим (4,3%) или заэвтектическим (4,3-6,67%). Состав сплава влияет на структуру материала.
В зависимости от состояния и содержания углерода в чугуне различают: белые и серые (по цвету излома, который обуславливается структурой углерода в чугуне в виде карбида железа или свободного графита), высокопрочные с шаровидным графитом, ковкие чугуны, чугуны с вермикулярным графитом. В белом чугуне углерод присутствует в виде цементита, в сером - в основном в виде графита.
В промышленности разновидности чугуна маркируются следующим образом:
- передельный чугун - П1, П2;
- передельный чугун для отливок - ПЛ1, ПЛ2,
- передельный фосфористый чугун - ПФ1, ПФ2, ПФ3,
- передельный высококачественный чугун - ПВК1, ПВК2, ПВК3;
- чугун с пластинчатым графитом - СЧ (цифры после букв «СЧ», обозначают величину временного сопротивления разрыву в кгс/мм);
- антифрикционный чугун:
а) антифрикционный серый - АЧС,
б) антифрикционный высокопрочный - АЧВ,
в) антифрикционный ковкий - АЧК;
- чугун с шаровидным графитом для отливок - ВЧ (цифры после букв «ВЧ» означают временное сопротивление разрыву в кгс/мм и относительное удлинение (%);
- чугун легированный со специальными свойствами - Ч.
4 СВЕДЕНИЯ ПО ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА ЧУГУНА
Исходным сырьем для получения чугуна являются железные руды, металлический лом и флюсы. Железная руда - порода, содержащая различные количества железа в виде химических соединений с кислородом, серой и другими веществами.
Чаще всего чугун получают из магнитного железняка Fe304, содержащего до 72% железа, и красного железняка 2Fe203-3H20, содержащего до 70% железа в виде Fе2О3. Кроме того, чугун получают также из руд, содержащих, помимо железа, легирующие примеси - хром, никель, титан, марганец и др. К руде в процессе плавки для понижения температуры плавления пустой породы с целью отделения ее от металла прибавляют флюсы или плавни.
Флюсы бывают основными и кислыми. В качестве флюсующих материалов, образующих сплав с кремнеземом и глиноземом, служат породы, содержащие СаС03 и MgC03, Если пустой породой в руде является известняк, флюсом служат кремнеземистые породы (кислый флюс). Введенные в шихту доменной печи флюсы, образуя с пустой породой руды сплав, отделяются от металла в виде шлаков. В среднем выход шлаков составляет 60-80% от выплавленного чугуна.
При производстве чугуна топливом служат в основном кокс, термоантрацит, природный газ. Чугун представляет собой сплав железа с углеродом (более 2%). В чугун входят полезные (Si, Мл) и вредные (Р, S) примеси. Выплавляют чугун в доменных печах, представляющих собой вертикальную металлическую шахту, футерованную внутри огнеупорным кирпичом с высоким содержанием глинозема.
Доменная печь состоит из колошника, шахты, распара, горна с подом. Внизу горна имеется летка для выпуска чугуна, над ней - отверстие для выпуска шлаков. Топливо горит у фурм, подающих воздух, нагретый в воздухонагревателях. В начале горения выделяется С02, который затем переходит в СО, расходуемый частично на восстановление железа. Выйдя из домны, СО проходит газоочиститель и используется в качестве горючего газа для нужд завода и для подогрева воздуха, поступающего в фурмы через специальные воздухонагреватели (кауперы).
Загружают домну шихтой (рудой, флюсом, топливом) чередующимися слоями - колошами. В настоящее время шихта доменных печей на три четверти состоит из агломерата, а на некоторых заводах в домны загружают офлюсованный агломерат. Применение офлюсованного агломерата вместо обычного - важное средство увеличения производительности домен и снижения удельного расхода кокса. В процессе работы шихта внутри печи опускается вниз, а домну сверху наполняют новыми порциями шихты. Горячие газы из горна движутся по шахте вверх, нагревают сырье и удаляют из него влагу. Руда, опускаясь вниз, восстанавливается окисью углерода и твердым углеродом до закиси железа FeO, а в дальнейшем - в железо. Железо, насыщаясь углеродом, переходит в карбид железа, который, растворяясь в железе, понижает температуру сплава.
Одновременно с восстановлением железа восстанавливаются кремний, фосфор, марганец и другие примеси, которые частично входят в состав чугуна. Шлак, благодаря тому, что он легче чугуна (плотность чугуна (7,8)103 кг/м3, шлаков от 2,3 o 103 до 3 o 103 кг/м3), образует слой над чугуном, предохраняющий его от окисления и охлаждения, так как он нагрет до более высокой температуры, чем металл.
Жидкий чугун выпускают в ковши, откуда его выливают в формы или миксеры (сборники-смесители, где сплав сохраняется некоторое время в жидком состоянии). Полученные в печах чугуны разделяют на литейные и передельные. Литейные чугуны применяют для производства чугунных отливок, передельные - для производства стали.
Помимо обычных чугунов, в доменных печах выплавляют также ферросплавы. К доменным ферросплавам относят: ферросилиций, ферромарганец и др.
Для отливки изделий чугун плавят в вагранках, пламенных и электрических печах. Вагранка представляет собой печь шахтного типа, футерованную огнеупорным кирпичом. Она состоит из колошника для загрузки шихты, шахты, формы для дутья, горна, копильника (в некоторых типах печей). В вагранку подают чушковый чугун, а также частично чугунный и стальной лом. Топливом служит кокс, который слоями загружают в вагранку. Чтобы часть серы не перешла в чугун, в шихту добавляют известняк, связывающий серу в CaS.
Расплавленный при температуре 1380-1420° С жидкий чугун выпускают через летку в футерованные огнеупором литейные ковши для разливки чугуна по формам, изготовляемым из формовочного песка со связками.
В последние годы применяют прогрессивные способы литья чугуна: под давлением, центробежным способом в оболочковые формы. Залитый в форму чугун находится в ней до момента полного перехода в твердое состояние, вначале расширяясь, а впоследствии давая усадку около 1%.
Отливку под давлением производят на специальных установках, состоящих из котла с расплавленным металлом, разъемных форм, механизма давления и раскрытия форм.
Центробежный способ литья основан на принципе действия центробежных сил на металл, залитый во вращающуюся форму. Таким способом можно отливать различные изделия - трубы, кольца, втулки, сплошные и биметаллические.
Отечественными учеными и практиками разработан способ бесслитковой прокатки тонкого чугунного листа. Чугун, расплавленный в вагранках, прокатывают в ленту между валками с последующим отжигом в течение 2-3 ч при температуре 980-1050° С. При этих условиях чугунный лист приобретает некоторую пластичность, позволяющую пробивать в нем отверстия, разрезать ножницами, загибать и др.
ЛИТЕРАТУРА
чугун маркировка сплав
1. Ю.М. Лахтин, В.П. Леонтьева Материаловедение. - М.: Машиностроение, 1990. - 528 с.
2. Кузьмин Б.А. и др. Металлургия. Металловедения и конструкционные материалы. М: «Высшая школа», 1977, С.190.
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Характеристика чугуна как железоуглеродистого сплава, содержащего 2 % углерода. Классификация чугуна по металлической основе и форме графитовых включений. Физические особенности структура разновидностей чугуна: белого, серого, высокопрочного, ковкого.
реферат [1,0 M], добавлен 13.06.2012Чугун - сплав железа с углеродом. Его распространение в промышленности. Классификация чугунов, его особенности, признаки, структура и свойства. Скорость охлаждения отливки. Характеристика серого, высокопрочного, легированного, белого и ковкого чугуна.
реферат [507,9 K], добавлен 03.08.2009Характеристика высокопрочного и ковкого чугуна, специфические свойства, особенности строения и применение. Признаки классификации, маркировка, строение, свойства и область применения легированных сталей, требования для разных отраслей использования.
контрольная работа [110,2 K], добавлен 17.08.2009Микроструктура и углеродистых сталей в отожженном состоянии, зависимость между их строением и механическими свойствами. Изучение диаграммы состояния железо - углерод. Кривая охлаждения сплавов. Структура белого, серого, высокопрочного и ковкого чугуна.
презентация [1,5 M], добавлен 21.12.2010Чугун и его свойства, управления свойствами серого чугуна. Возможные методы получения заготовки из чугуна. Понятие и виды метода литья. Совокупность операций по выполнению детали. Комплекс операций нагрева и охлаждения для термической обработки сплава.
курсовая работа [2,4 M], добавлен 01.10.2014К чугунам относятся сплавы железа с углеродом, содержание которого превышает 2,14%. Описание составов и свойств чугуна, а также структуры серых и ковких чугунов, область их применения. Процесс графитизации. Процесс получения ковкого чугуна, маркировка.
реферат [1,3 M], добавлен 18.01.2011Чугун - сплав железа с углеродом, дешевый машиностроительный материал. Основные физические и химические свойства серого чугуна. Применение в машиностроении для отливок деталей. Влияние на свойства чугуна примесей: кремния, марганца, серы и фосфора.
реферат [15,5 K], добавлен 07.03.2011Расшифровка серого чугуна, характеризующегося пределом прочности в 20 МПа. Способ получения и термическая обработка материала. Схема доменной печи. Схема отливки чугуна методом литья в кокиль. Характеристика станка, инструментов и приспособлений.
курсовая работа [4,2 M], добавлен 08.04.2011Маркировка, химический состав и механические свойства хромистых чугунов. Основные легирующие элементы, стойкость чугунов в коррозии. Литая структура чугунов с карбидами. Строение евтектик белых износостойких чугунов, области применения деталей из них.
курсовая работа [435,0 K], добавлен 30.01.2014Описание технологии производства чугуна и стали: характеристика исходных материалов, обогащение руд, выплавка и способы получения. Медь, медные руды и пути их переработки. Технология производства алюминия, титана, магния и их сплавов. Обработка металлов.
реферат [101,6 K], добавлен 17.01.2011
