Серый чугун - Gray iron

Микрофотография серого чугуна

Серый чугун или серый чугун - это тип чугуна с графитовой микроструктурой. Он назван в честь серого цвета образовавшейся трещины из-за присутствия графита. Это самый распространенный чугун и наиболее широко используемый литой материал в зависимости от веса.

Он используется для корпусов, где жесткость компонента более важна, чем его прочность на разрыв , например, блоки цилиндров двигателя внутреннего сгорания , корпуса насосов, корпуса клапанов, электрические коробки и декоративные отливки . Высокая теплопроводность и удельная теплоемкость серого чугуна часто используются для изготовления чугунной посуды и роторов дисковых тормозов .

Структура

Типичный химический состав для получения графитовой микроструктуры составляет от 2,5 до 4,0% углерода и от 1 до 3% кремния по весу. Графит может занимать от 6 до 10% объема серого чугуна. Кремний важен для производства серого чугуна, в отличие от белого чугуна , потому что кремний является элементом, стабилизирующим графит в чугуне, что означает, что он помогает сплаву производить графит вместо карбидов железа ; при 3% кремния углерод почти не содержится в химической форме в виде карбида железа. Другой фактор, влияющий на графитизацию, - это скорость затвердевания; чем медленнее скорость, тем больше времени для диффузии углерода и его накопления в графит. При умеренной скорости охлаждения образуется более перлитная матрица, а при высокой скорости охлаждения - более ферритная матрица. Чтобы получить полностью ферритную матрицу, сплав необходимо отжечь . Быстрое охлаждение частично или полностью подавляет графитизацию и приводит к образованию цементита , который называют белым чугуном .

Графит приобретает форму трехмерной чешуи. В двух измерениях на полированной поверхности чешуйки графита выглядят как тонкие линии. Графит не имеет заметной прочности, поэтому их можно рассматривать как пустоты. Кончики чешуек действуют как ранее существовавшие выемки, в которых концентрируются напряжения, и поэтому они ведут себя хрупко . Наличие чешуек графита делает серый чугун легко обрабатываемым, поскольку они имеют тенденцию легко растрескиваться по чешуйкам графита. Серый чугун также имеет очень хорошую демпфирующую способность, поэтому его часто используют в качестве основы для крепления станков.

Классификации

В Соединенных Штатах Америки наиболее часто используемой классификацией серого чугуна является международный стандарт ASTM A48 . Это классифицирует серый чугун по классам, которые соответствуют его минимальной прочности на разрыв в тысячах фунтов на квадратный дюйм (ksi); например, серый чугун класса 20 имеет минимальную прочность на разрыв 20 000 фунтов на квадратный дюйм (140 МПа). Класс 20 имеет высокоуглеродный эквивалент и ферритовую матрицу. Серые чугуны повышенной прочности, до класса 40, имеют более низкий углеродный эквивалент и перлитную матрицу. Серый чугун выше класса 40 требует легирования для обеспечения упрочнения твердого раствора , а для модификации матрицы используется термическая обработка . Класс 80 - это наивысший доступный класс, но он чрезвычайно хрупкий. ASTM A247 также обычно используется для описания структуры графита. Другие стандарты ASTM , касающиеся серого чугуна, включают ASTM A126 , ASTM A278 и ASTM A319 .

В автомобильной промышленности для обозначения классов вместо классов используется стандарт SAE International (SAE) SAE J431 . Эти марки являются мерой отношения прочности на разрыв к твердости по Бринеллю . Изменение модуля упругости при растяжении различных марок является отражением процентного содержания графита в материале, поскольку такой материал не имеет ни прочности, ни жесткости, а пространство, занятое графитом, действует как пустота, тем самым создавая губчатый материал.

Свойства серого чугуна классов ASTM A48
Учебный класс
Прочность на растяжение (тыс. Фунтов / кв. Дюйм)

Прочность на сжатие (тыс. Фунтов / кв. Дюйм)
Модуль упругости при растяжении,
E ( Mpsi )
20 22 83 10
30 31 год 109 14
40 57 год 140 18
60 62,5 187,5 21 год
Свойства серого чугуна марок SAE J431
Оценка Твердость по Бринеллю т / ч Описание
G1800 120–187 135 Ферритно-перлитный
G2500 170–229 135 Перлитно-ферритный
G3000 187–241 150 Перлитный
G3500 207–255 165 Перлитный
G4000 217–269 175 Перлитный
t / h = предел прочности / твердость

Преимущества и недостатки

Серый чугун является обычным конструкционным сплавом из-за его относительно низкой стоимости и хорошей обрабатываемости , что является результатом смазки среза графита и дробления стружки. Он также обладает хорошей стойкостью к истиранию и износу, поскольку чешуйки графита самосмазываются. Графит также придает серому чугуну отличную демпфирующую способность, поскольку он поглощает энергию и преобразует ее в тепло. Серый чугун не поддается обработке (ковке, прессованию, прокатке и т. Д.) Даже при температуре.

Относительная демпфирующая способность различных металлов
Материалы Демпфирующая способность
Серый чугун ( высокоуглеродный эквивалент ) 100–500
Серый чугун (низкоуглеродный эквивалент) 20–100
Ковкий чугун 5–20
Ковкое железо 8–15
Белое железо 2–4
Стали 4
Алюминий 0,47
Натуральный логарифм отношения последовательных амплитуд

Серый чугун также испытывает меньшую усадку при затвердевании, чем другие чугуны, не образующие микроструктуры графита. Силикон способствует хорошей коррозионной стойкости и повышенной текучести при литье. Серый чугун обычно считается легко свариваемым. По сравнению с более современными сплавами железа серый чугун имеет низкую прочность на разрыв и пластичность ; поэтому его ударопрочность и ударопрочность практически отсутствуют.

Смотрите также

Примечания

использованная литература

дальнейшее чтение