Чугун: сив и бял — свойства, видове и приложения

Чугун: сив и бял — подробен гид за свойства, видове и приложения. Научете разликите в състава, структурата, топлопроводимостта и ключовите области на приложение.

Чугунът е сплав от желязо, богата на въглерод и силиций. Терминът най-често се свързва със сив чугун, но общият термин „чугун“ обхваща няколко вида, като двата основни са сив чугун и бял чугун. Основните разлики между тях идват от химичния състав — особено от съдържанието на силиций и начина, по който въглеродът е свързан в микроструктурата. Обикновено чугуни съдържат около 90–96 % желязо и значителни количества въглерод (типично 2–4,5 %) и силиций (често 1–3 %), като в практиката стойностите варират в зависимост от определената сплав и приложение.

Микроструктура и химия

В присъствието на достатъчно силиций, въглеродът се отделя под формата на графит, което характеризира сивия чугун. Графитните пластинки придават тъмен, сив до почти черен външен вид и влияят силно на механичните и технологичните свойства. При по-ниски нива на силиций и при по-бързо охлаждане въглеродът остава свързан като циментит (железен карбид), известен като Fe₃C, което е характерно за белия чугун и поражда характерни светли, бели повърхности и крехка структура.

Свойства

• Сив чугун: добър проводник на топлина, отлична демпфираща способност (поглъща вибрации), лесен за отливане и обработка поради наличието на графит. Има добра устойчивост на компресия, но относително ниска якост на опън и крехкост при удар.
• Бял чугун: твърд, износоустойчив и много крехък поради наличието на циментит; трудно се обработва механично. Използва се там, където е нужна висока устойчивост на абразия.
• Топлопроводимост и плътност: сивият чугун се характеризира с по-висока топлопроводност от белия; плътността на чугуна е висока (приблизително 7,0–7,8 g/cm³ в зависимост от състава).
• Обработваемост и леене: сивият чугун е лесен за леене и механична обработка; бялото често се използва там, където се изисква износоустойчиво покритие или последваща термична обработка за получаване на желани свойства.
• Корозия: чугуна корозира като другите желязни материали; защитни покрития, бои или пасивация се използват за удължаване на експлоатационния му живот.

Видове чугуни (основни и специални)

Освен класическите сив и бял чугун, в практиката се използват и други модификации:

• Дактили (нюдърни/чугун с топчест графит) — графитът е под формата на сферични възли, което прави материала значително по-еластичен и с по-добри механични свойства (по-висока якост и пластичност).
• Малове (малък чугун) — получава се чрез специална топлинна обработка на бял чугун и има добра пластичност и устойчивост.
• Легирани чугуни — добавят се елементи като хром, никел, манган и др. за подобряване на твърдостта, износоустойчивостта и корозионната устойчивост.

Производство и влияние на охлаждането

Начинът на охлаждане и наличието на елементи като силиций, манган и сяра определят дали въглеродът ще се утаи като графит или ще образува циментит. Бавното охлаждане и по-високото съдържание на силиций благоприятстват образуването на графит (сив чугун). Бързото охлаждане и по-ниският силиций водят до белия чугун. Контролът на химичния състав и термичните режими при леене са ключови за постигане на желаните свойства.

Области на приложение

Чугунът се използва широко в промишлеността и бита, като различните видове намират подходящи приложения според своите свойства:

• Сив чугун: корпуси и блокове на двигатели, цилиндрови глави, машинни основи и рамки (защото гасят вибрации), печки и съдове за готвене, радиатори, тръбопроводи, кухненски съдове и декоративни елементи.
• Бял чугун: елементи, подложени на силно износване — облицовки на мелници и дробилки, челюсти за скрап, износни облицовки.
• Дактили и легирани чугуни: използват се там, където са нужни по-добра якост и издръжливост — авточасти, мостове, тежко оборудване.

Предимства и недостатъци

• Предимства: добра леемост, добра демпфираща способност (особено сивият чугун), износоустойчивост при белия чугун, относително ниска цена и лесна рециклируемост.
• Недостатъци: крехкост (при някои видове), ограничена пластичност и трудности при заваряване и ремонти на бял чугун; голямо тегло.

Обработка, термична и повърхностна обработка

Сивият чугун е сравнително лесен за механична обработка заради графита, който намалява триенето. Белият чугун е труден за рязане и изисква специални инструменти или предварително омекотяване чрез топлинна обработка. За подобряване на износоустойчивостта и корозионната устойчивост често се прилагат повърхностни обработки като хромиране, нитриране, термична обработка или нанасяне на защитни покрития.

Безопасност и екология

Чугунът е тежък материал — при манипулация се изисква внимание и подходящо оборудване. Отпадъците и стружките от чугун се рециклират лесно и индустрията използва големи количества рециклирано желязо, което намалява екологичния отпечатък на производството.

В заключение: изборът между сив и бял чугун зависи от изискванията за износоустойчивост, якост, обработваемост и демпфиране. Сивият чугун е предпочитан за общи конструкции, където са важни топлопроводимостта, демпферирането и обработваемостта, докато белият чугун се прилага при силно абразивни условия.

Въпроси и отговори

В: Какво представлява чугунът?

В: Колко основни вида чугун има?

В: На какво се основават разликите между сивия и белия чугун?

В: Колко желязо има във всички видове чугун?

В: Какво е количеството силиций в сивия чугун?

В: Какво причинява превръщането на въглерода в сивия чугун в графит?

В: Защо сивият чугун често се използва за направата на съдове за готвене?

Търсене по буква