Білий чавун: властивості, застосування, структура та особливості

Спочатку технологія лиття чавуну була вперше освоєна в Китаї ще в Х столітті, після чого знайшла широке поширення в інших країнах світу. Основа чавуну – це сплав заліза з вуглецем та іншими компонентами. Відмінною особливістю є те, що в своєму складі чавун містить більше 2 % вуглецю у вигляді цементиту, чого немає в інших металах. Яскравим представником такого сплаву можна назвати білий чавун, який використовується в машинобудуванні для виготовлення деталей, в промисловості і в побуті.

Зовнішній вид

Сплав має білим кольором на зламі і характерним металевим блиском. Структура білого чавуну – дрібнозерниста.

Властивості

У порівнянні з іншими металами, железоуглеродистый сплав має такі характеристики та властивості:

висока крихкість;

підвищена твердість;

високий питомий опір;

низькі ливарні властивості;

низька оброблюваність;

хороша теплова стійкість;

велика усадка (до 2 %) і погане заповнення ливарних форм;

низька ударна стійкість;

висока зносостійкість.

Металева маса володіє високою корозійною стійкістю в соляній або азотній кислоті. Якщо в структурі є вільні карбіди, то при приміщенні чавуну в сірчану кислоту буде спостерігатися корозія. Білі чавуни, в складі яких є менший відсоток вуглецю, вважаються більш стійкими сплавами до високих температур. За рахунок підвищеної механічної міцності та в'язкості, що з'являються при впливі високих температур, мінімізується утворення тріщин у виливках.

Склад

Железоуглеродистый сплав вважається більш дешевим матеріалом, у порівнянні зі сталлю. Білий чавун містить у собі залізо і вуглець, що знаходяться в хімічно зв'язаному стані. Надлишковий вуглець, який не присутній в твердому розчині заліза, що міститься в об'єднаному стані у вигляді карбідів заліза (цементит), а в легованому чавуні у вигляді спеціальних карбідів.

Види

В залежності від кількості вмісту вуглецю в білий чавун поділяється на такі види:

Доэвтектический містить від 214 % до 43 % вуглецю і після повного охолодження набуває структуру перліту, вторинного цементиту і ледебуриту.

Евтектический містить 43 % вуглецю і володіє структурою у вигляді світлого фону цементиту, який усіяний темними зернами перліту.

Заэвтектический має від 43 % до 667 % вуглецю у своєму складі.

Застосування

Виходячи з перерахованих вище властивостей, можна зробити висновок, що практикувати термічну і механічну обробку білого чавуну не має сенсу. Своє основне застосування сплав знайшов тільки у вигляді виливки. Отже, найкращі властивості білий чавун отримує тільки при дотриманні всіх умов виливки. Даний спосіб обробки активно застосовується, якщо необхідно виготовити масивні вироби, які повинні володіти високою поверхневою твердістю. Крім цього, проводиться відпал білого чавуну, в результаті чого отримують ковкие чавуни, що служать для виготовлення тонкостінного лиття, наприклад:

автомобільних деталей;

виробів для сільського господарства;

деталей для тракторів, комбайнів та ін.

Сплав також використовують для виготовлення плит з ребристою або гладкою поверхнею, а також активно застосовують для виробництва сталі та сірого чавуну.
Застосування білих чавунів у сільському господарстві у вигляді конструктивного металу досить обмежена. Найчастіше железоуглеродистый сплав використовується для виготовлення деталей гідромашин, пескометов та інших механізмів, які можуть функціонувати в умовах абразивного зношування.

Вибілені чавуни

Даний сплав вважається різновидом білих чавунів. Домогтися отбела на 12-30 мм можливо з допомогою швидкого охолодження поверхні железоуглеродистого сплаву. Будова матеріалу: поверхнева частина виконана з білого, сірий чавун в серцевині. З такого матеріалу виготовляють колеса, кулі для млинів, прокатні валки, які кріпляться у верстатах для обробки листового прокату.

Легуючі елементи сплаву

Спеціально введені легуючі речовини, додані до складу білого чавуну, здатні надати велику зносостійкість і міцність, корозійну стійкість і жароупорность. У залежності від кількості доданих речовин, розрізняють такі види чавуну:

нізколегированний сплав (до 25 % допоміжних речовин);

среднелегированный (від 25 % до 10 %);

высоколегированный (більше 10 %).

У сплав можуть додавати легуючі елементи:

хром;

сірка;

нікель;

мідь;

молібден;

титан;

ванадій,

кремній;

алюміній;

марганець.

Легований білий чавун володіє поліпшеними властивостями і часто використовується для відливання турбін, лопаток, млинів, деталей для цементних і звичайних печей, лопатей перекачувальних машин та ін. Обробляється железоуглеродистый сплав в двох печах, що дозволяє довести матеріал до певного хімічного складу:

у вагранке;

в електроплавильних печах.

Виливки, виконані з білого чавуну, піддаються в печах відпалу для стабілізації необхідних розмірів і зняття внутрішнього напруження. Температура відпалу може підвищуватися до 850 градусів. Процес нагрівання й охолодження в обов'язковому порядку повинен проводитися повільно. Маркування або позначення білого чавуну з домішками починається з літери Ч. Які саме легуючі елементи вміщуються в складі сплаву, можна визначити за наступним буквах маркування. У назві можуть бути цифри, які позначають кількість у процентному вираженні додаткових речовин, що вміщуються в білому чавуні. Якщо в маркуванні є позначення Ш, то це означає, що в структурі сплаву є графіт кулястої форми.

Види відпалу

Для утворення білого чавуну в промисловості застосовується швидке охолодження сплаву. На сьогодні активно застосовуються такі основні види відпалу вуглецевого сплаву:

пом'якшувальний відпал застосовується переважно для збільшення в складі чавуну фериту;

відпал для зняття внутрішніх напружень і мінімізації фазових перетворень;

графитизирующий відпал, за підсумком чого можливо отримати ковкий чавун;

нормалізація при температурному режимі 850-960 градусів, в результаті чого отримують графіт і перліт, а також збільшується зносостійкість і міцність.

Додаткова інформація

На сьогодні доведено, що прямої залежності не існує між зносостійкістю і твердістю вуглецевого сплаву. Тільки за рахунок побудови, а саме розташування карбідів і фосфидов у вигляді правильної сітки або у вигляді рівномірних включень, досягається підвищена зносостійкість. На міцність білого чавуну найбільш інтенсивно впливає кількість вуглецю, а твердість залежить від карбідів. Найбільш великою міцністю і твердістю відрізняються ті чавуни, які мають мартенситною структурою.