Міністерство освіти та науки України
Дрогобицький фаховий коледж нафти і газу
РЕФЕРАТ
на тему : Чавуни спеціального призначення
Виконав студент 2 курсу групи 22-Б-1
Костів Дмитро
2023
ЗМІСТ … … … … … … … … … … … … … … … … … … …… … … …2
ВСТУП … … … … … … … … … … … … … … … … … …… … … … 3
РОЗДІЛ I. Особливості та класифікація чавунів… … … … … … … … … 3
РОЗДІЛ II. Чавуни спеціального призначення … … … … … … … … … 4
ВИСНОВОК … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … 8
СПИСОК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ … … … … … … … … … … 8
ВСТУП
Чавуни спеціального призначення - це чавуни, які виготовляються для використання в певних галузях промисловості або для виробництва конкретних продуктів. Ці чавуни можуть мати особливі властивості, такі як висока міцність, стійкість до корозії, термостійкість або електропровідність. Наприклад, чавуни спеціального призначення використовуються в автомобільній промисловості для виготовлення двигунів, у суднобудуванні для створення корпусів суден, у виробництві літаків для створення крил і двигунів, а також у виробництві електронної техніки для створення компонентів і деталей.
РОЗДІЛ I. Особливості та класифікація чавунів
Характеристики сплаву формуються ще на стадії виробництва. Залежно від параметрів протікання евтектичного перетворення чавуни бувають сірими (вуглець у вигляді графіту), білими (вуглець у вигляді цементиту) і половинчастими. Розмір й конфігурація графітових вкраплень визначають марки чавуну та їх застосування. За формою графітних включень вони поділяються на чавуни з пластинчастим, кулястим, вермікулярним і пластівчастим графітом, а за видом металевої основи – на перлітні, перліто-феритні, феритні, аустенітні, бейнітні та мартенситні. Крім вуглецю в чавуні присутні:
- сірка – 0,02-0,2%;
- кремній – 0,5-3,6%;
- марганець – 0,2-1,5%; фосфор – 0,04-1,5%. Залежно від змісту додаткових добавок чавуни поділяють на нелеговані та леговані. До легованих відносяться сплави, в які для створення специфічних властивостей додані такі елементи, як нікель, хром, мідь, алюміній, титан, ванадій, вольфрам, молібден та ін. В свою чергу леговані чавуни класифікують відповідно до основного легируючого на хромисті, алюмінієві, нікелеві й т.д.
РОЗДІЛ II. Чавуни спеціального призначення
Чавун — це залізовуглецевий сплав, який має вуглецю від 2,14 до 6,67%.
Від сталі чавун відрізняється як за хімічним складом, так і за будовою.
Суттєвою відмінністю чавуну від сталі є те, що в чавунах переважна більшість вуглецю знаходиться у вигляді графіту (за винятком білого чавуну). У чавунах не виділяється в графіт до 0,8% вуглецю. Таким чином, чавун має стальну основу (доевтектоїдної або евтектоїдної сталі) й графіт.
Наявність графіту в чавуні визначає його властивості. У залежності від стану вуглецю чавуни розділяють на білі та сірі. У білих чавунах ввесь вуглець знаходиться у зв’язаному стані у вигляді карбіду. Вони дуже тверді та крихкі, погано обробляються різанням. Використовуються білі чавуни для виготовлення окремих деталей та ковкого чавуну.
Білими вони називаються тому, що на зламі мають білий колір і характерний металічний блиск. Зовні він схожий на сталь.
У сірих чавунах переважна більшість вуглецю знаходиться у вигляді графіту. У зв’язаному стані в сірих чавунах вуглецю знаходиться не більше 0,8%. Це обумовлене тим, що при кристалізації розплавленого чавуну створюються сприятливі умови для утворення графіту. Розплав чавуну має дуже малі частинки різних включень, у тому числі графіту. На цих частинках починається кристалізація графіту. Робота утворення зародків графіту може і не більше роботи утворення цементиту, але остання обставина спонукає вуглець об'єднуватись у графіт навіть після лінії солідус.
Введення в чавун різних домішок може привести до виникнення додаткових центрів кристалізації графіту. Наявність графіту в чавуні зумовлює його колір. Сірий чавун на зламі має темно-сірий колір.
Залежно від умов кристалізації графіт може об’єднуватись в області різної форми. Якщо розплавлений чавун охолоджувати повільно, то графіт розташовується пластинами, пелюстками.
Такий чавун називається пластинчатим. Пластини графіту порушують суцільність чавуну, утворюють своєрідні тріщини. Чим більше графіту і чим він у більших пластах залягає, тим нижчі механічні характеристики чавуну. Знижується майже до нуля пластичність та міцність на розрив. Якщо подробити графіт у чавуні, він стає більш міцним. Твердість і міцність на стискування такого чавуну визначається стальною основою. За структурою металічної основи чавуни розділяються на феритні, феритно-перлітні та перлітні. Тип стальної основи визначає міцність сірого чавуну. Найбільш міцними є перлітні чавуни. Із них виготовляють станини потужних верстатів, гільзи двигунів внутрішнього згорання, поршні, кільця, блоки двигунів тощо. Феритні та феритно-перлітні чавуни використовують для виготовлення невідповідальних деталей – фундаментних плит, корпусів редукторів та насосів, ступиць тощо.
Для поліпшення механічних властивостей чавуну графіт треба закруглити, найкраще об'єднати у формі кульок. Такий чавун називають високоміцним. Щоб об'єднати графіт у кульки в чавун добавляють марганець. Одночасно з ним, або дещо пізніше, в рідкий чавун уводять феросіліцій. Кулькоподібний графіт менше послаблює металічну основу, ніж пластинчатий. Як і сірі пластинчаті, високоміцні чавуни можуть мати феритну, феритно-перлітну і перлітну основи.
Механічні властивості високоміцного чавуну дозволяють застосовувати його для виготовлення деталей машин, які працюють у важких умовах, замість стальних. Із них виготовляють деталі прокатних станів, ковальсько-пресового обладнання, парових турбін, тракторів, автомобілів. Так, наприклад, колінчатий вал легкового автомобіля «Волга» виготовляється з високоміцного чавуну з певними легуючими компонентами
Низький вміст сірки й фосфору та невеликий вміст інших хімічних елементів забезпечується тим, що такий чавун виплавляють не у вагранках, а в електричних печах. Після термічної обробки механічні властивості чавуну отримуються дуже високими.
Проміжним станом графіту між пластами та кульками може бути графіт у вигляді пластівців. Такий чавун називають ковкий. Цю назву він має не тому, що його можна ковати, а тому, що він пластичніший, ніж пластинчатий. Ковкий чавун отримують з білого чавуну з перлітно-цементитною структурою.
У залежності від структури металічної основи розділяють ковкий феритний чавун і ковкий перлітний чавун. Феритні ковкі чавуни отримують з білих чавунів, які виплавлені дуплікс-процесом і вміщують 2,4 – 2,8% вуглецю; 0,8 – 1,4% кремнію; 0,4 – 0,3% марганцю. Для захисту від окислення при відпалу відливки із білого чавуну укладують в спеціальні металічні ящики та засипають піском, стальними стружками або шамотом. Відпал білого чавуну (рис. 3.5) полягає в повільному нагріві (20 – 25 годин) до температури 950 – 1000°С і тривалій витримці (10 – 15 годин) при цій температурі.
У процесі витримки відбувається перша стадія графітизації, яка полягає в розпаді евтектичного і надлишкового вторинного цементиту, який у невеликій кількості є при цій температурі. У кінці витримки закінчується перша стадія графітизації й чавун складається з аустеніту та включень вуглецю відпалу. Потім температура знижується до 720 – 740°С і знову чавун витримується протягом 25 – 30 годин. У цей час відбувається друга стадія графітизації, яка полягає в тому, що розпадається цементит з перліту.
Перлітні ковкі чавуни отримуються з білих чавунів, які виплавлені у вагранках. Для зменшення вмісту вуглецю відпал проводять в окислюючому середовищі. Для цього відливки засипають окалиною або подрібненою залізною рудою, нагрівають до температури близько 1000°С , тривалий час витримують (перша стадія графіцізації) і повільно охолоджують до кімнатної температури.
Перлітні ковкі чавуни мають менше застосування, ніж феритні. З ковкого чавуну виготовляють деталі високої міцності, здатні витримати ударні навантаження і які працюють в умовах підвищеного зносу – картер заднього мосту, гальмівні колодки, ступиці, шестерні тощо.
У випадках, коли крім міцності чавун повинен мати ті чи інші специфічні властивості (зносостійкість, жаростійкість, хімічну стійкість тощо), виготовляють спеціальні чавуни. Наприклад, магнітний чавун, який використовують для виготовлення корпусів електричних машин, рам, щитів тощо. До такого чавуну відносять феритний з кулькоподібним графітом. Немагнітний чавун, який використовують для виготовлення кожухів і бандажів різних електричних машин. Це нікеле-марганцевий чавун. Аустенітний чавун – кислотостійкий, лугостійкий та жаростійкий. Це нірезіл (2% хрому, 14% нікелю, 7% міді) та нікросілал (5% кремнію, 18% нікелю, 2% хрому). Жаростійкий чавун включає 20 – 25% алюмінію.
Значні перспективи у використанні високоміцного чавуну виникають у зв'язку з останніми дослідженнями українських учених. Відкриття «карбідного ефекту» дозволяє крім магнію в якості модифікатора використовувати ітрій, гадоліній, церій, лантан, скандій, тербій, ітербій, стронцій та деякі інші сфероїдизатори графіту. Для практики особливий інтерес має кальцій. В природі його майже стільки ж, як і заліза. Кальцій, як і магній, також дає «карбідний ефект», зі своїми особливостями, які необхідно враховувати. Як тільки було визначено умови, за яких кальцій стає сфероїдизатором графіту, стало очевидним, що необхідно для модифікування чавуну застосовувати лише кальцієвмісні комплексні модифікатори.
Суть «карбідного ефекту» зводиться до того, що в усіх випадках утворенню кулястого графіту передує утворення карбідів магнію, церію, ітрію у нікель-вуглецевих та кобальт-вуглецевих сплавах карбідів нікелю, кобальту та їх подальший розпад із зародженням та ростом графіту.
За допомогою таких модифікаторів розроблені технології отримання зносостійких гальмівних колодок для залізничного транспорту, гальмівних барабанів для автомобільного транспорту, тонкостінних відливок з високоміцного чавуну з кулястим графітом, надійних і довговічних робочих органів нафтодобувних та інших насосів, а також багато інших виробів.
Високоміцний чавун за багатьма показниками не лише не поступається перед вуглецевими та легованими марками сталі, але й у багатьох випадках значно перевищує їх. Наприклад, труби вантажної системи танкера, що виготовлені з цього матеріалу, знаходяться в експлуатації без заміни 20 – 25 років, а вантажна система із сталевих труб виходить з ладу в умовах морського агресивного середовища за 2 – 3 роки експлуатації.
Висновок
Отже, чавуни спеціального призначення є важливими матеріалами для різних галузей промисловості. Вони дозволяють створювати продукти з певними властивостями, які не можуть бути досягнуті звичайними чавунами. Це дає можливість підвищити якість і ефективність виробництва, а також забезпечити безпеку та надійність використання продуктів. Тому розробка нових видів чавунів спеціального призначення є актуальною та перспективною галуззю науки та технологій.
СПИСОК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ
1. Актуальні проблеми матеріалознавства. Вип. 1 / Пер с англ. Е.И.Гиваргизова, М.М.Колтуна. – М.:Мир, 1982. – 271 с.
2. Гетта В.Г. Технологія конструкційних матеріалів. – Чернігів: 2001. – 330 с.
3. Бялік та ін. Металознавство. – К: Політехніка, - 2002. – 383 с.
4. Гуляев А. П. Металознавство. – М.: Металургія, 1987. – 456 с.
5. Лахтин Ю. М., Леонтьева В. П. Матеріалознавство. – М.: Машинобудування, 1990. – 528 с.
6. Попович В. та ін. Технологія конструкційних матеріалів і матеріалознавство. – Львів: Видавництво «Світ», 2006. – 610 с.