Производство чугуна

1. ПРОИЗВОДСТВО Чугуна

ПРОИЗВОДСТВО
ЧУГУНА

2. Содержание:

СОДЕРЖАНИЕ:
• 1. СОСТАВ ЧУГУНОВ
• 2. ПОЛУЧЕНИЕ ЧУГУНА
• 3. КЛАССИФИКАЦИЯ, МАРКИРОВКА И ПРИМЕНЕНИЕ
ЧУГУНОВ
• 4. ОТЛИВКА ИЗДЕЛИЙ ИЗ ЧУГУНА

3. 1. Состав чугунов

1. СОСТАВ ЧУГУНОВ
Чугун — сплав железа с углеродом, содержащий углерода более 2,14 %.
В отличие от стали чугун является более хрупким материалом.
Кроме основы (железа) и углерода в чугунах содержатся:
Марганец — повышает твердость чугуна.
Кремний — повышает прочность и вязкость чугуна, улучшает литейные
свойства.
Сера — понижает прочность, ухудшает литейные свойства чугуна.
Фосфор — повышает хрупкость.

4.

• Железо (Fe ) – основа чугуна.
• Углерод (С)
1 - 4,5%
• Кремний ( Si)
0,2 – 3,75 %
• Марганец (Mn)
0,2 - 1,75 %
• Фосфор (P)
0,1 – 1,2 %
• Сера (S)
0,02- 0,08 %
Вредные примеси
• Хром (Cr)
• Никель(Ni)
• Молибден(Mo)
Легирующие компоненты

5. 2. ПОЛУЧЕНИЕ ЧУГУНА

Технология производства чугуна состоит из следующих стадий:
• Подготовка руды. Суть ее заключается в пересортировке руды по
размеру кусков и химическому составу. Руду крупных размеров
дробят на более мелкие части, а фракции в виде пыли или мелких
частиц, наоборот, окусковывают. В основе процессе окускования
лежит агломерация, в процессе которой происходит спекание шихты
и образование пористого продукта. Так же на этом этапе проводят
процедуру обогащения бедных руд. В процессе переработки большая
часть пустой породы удаляется, содержание железа увеличивается.
• Подготовка топлива. Кокс подвергают грохочению. В результате
этого процесса удаляется ненужная мелочь, которая может привести
к потери тепла в процессе плавки.

6.

• Подготовка флюсов. Флюс так же измельчают и отсеивают
мелочь. После этого все материалы загружаются в печь.
• Доменный процесс производства. Доменную печь заправляют
коксом, затем агломератором (руда спеченная с флюсом) и снова
коксом. Температура для выплавки поддерживается благодаря
вдуванию подогретого воздуха. В горне сгорает кокс и образуется
углекислый газ. СО2 проходит через кокс и образует СО. Окись
углерода восстанавливает основную часть руды.
• При восстановлении железо становится твердым. Оно постепенно
переходит в более горячую часть доменной печи, где растворяет
внутри себя углерод. В результате образуется чугун. Жидкий чугун
вытекает в специальные ковши, откуда его выливают в
предназначенные для него формы или сборники-смесители.

7. Схема доменной печи

СХЕМА ДОМЕННОЙ ПЕЧИ
1 – чугунная летка;
2 – горн;
3 – заплечики;
4 – распар;
5 – шахта;
6 – колошник;
7 – засыпной аппарат;
8 – горизонт образования чугуна;
9 – горизонт образования шлака;
10 – зона горения кокса;
11 – слой шлака;
12 – шлаковая летка;
13 – слой чугуна.

8. Сырье

СЫРЬЕ
Железные руды, бывают нескольких видов:
•Бурый железняк. Общее процентное содержание железа
составляет 25-50 %.
•Красный железняк. В таком железняке очень мало вредных
примесей, а самого железа содержится 45-55 %.
•Магнитный железняк. Железо представлено в форме закисиокиси и составляет от общего количества 30-37 %.
•Шпатовый железняк. Общее процентное содержание железа
составляет 40-48 % железа
Кокс - искусственное твёрдое топливо, получаемое при
нагревании до высоких температур (950—1150 °C) без доступа
воздуха природных топлив или продуктов их переработки.
Флюсы - материалы, загружаемые в плавильную печь для
образования легкоплавкого соединения с пустой породой или
концентратом и золой топлива (шлака).

9. 3.Классификация чугунов: (по структуре)

3.КЛАССИФИКАЦИЯ ЧУГУНОВ:
(ПО СТРУКТУРЕ)
ЧУГУНЫ
БЕЛЫЙ
Углерод в виде
цементита
После термической
обработки белого чугуна
СЕРЫЙ
Углерод в виде
пластинчатого
графита2
Шаровидная форма
графита
Высокопрочные
чугуны
Ковкие чугуны (углерод в виде
хлопьев)
Структура зависит от количества углерода, находящегося в химически
связанном состоянии.

10. Белый чугун

БЕЛЫЙ ЧУГУН
• Белые чугуны характеризуются наличием углерода в виде
цементита (Fe3C).
Белый чугун отличается:
• высокой твердостью
• хрупкостью
• высокой износостойкостью
• Обычно белый чугун не подвергается механической
обработке и используется для переделки в ковкий чугун.

11. Ковкий чугун

КОВКИЙ ЧУГУН
• Ковкими называют чугуны, в которых графит имеет
хлопьевидную форму.
• Их получают термической обработкой белых чугунов.
Ковкие чугуны содержат:
– углерод
2,2 – 3,1 % С
– кремний
0,7 – 1,5 % Si
– марганец
0,3 – 0,6 % Mn
– фосфор
до 0,18 % P
– серу
до 0,12 % S
– хром
до 0,2 % Cr

12. Маркировка ковких чугунов

МАРКИРОВКА КОВКИХ
ЧУГУНОВ
• Обозначение марки ковкого чугуна включает:
• буквы КЧ (обозначают «ковкий чугун»);
• цифры (первое число показывает предел прочности
при растяжении ; второе число — относительное
удлинение).
КЧ
35 – 10
Относительное удлинение – 10 %
Предел прочности на растяжение – 35 кгс/мм2
Ковкий чугун

13. Свойства ковкого чугуна

СВОЙСТВА КОВКОГО ЧУГУНА
• Ковкий чугун обладает высокой прочностью и пластичностью, хорошо
обрабатывается резанием
• Ковкие чугуны широко применяются в машиностроении для
изготовления деталей высокой прочности
Механические свойства ковкого чугуна
Марка
чугуна
Предел
прочности при
растяжении, МПа
Относительное
удлинение
КЧ 30 – 6
294
КЧ 35 – 10
Твердость по Бринелю,
НВ
МПа
кгс/мм2
6
1000 – 1630
102 – 166
343
10
1000 – 1630
102 – 166
КЧ 37 – 12
363
12
1100 – 1630
112 – 166
КЧ 455 – 7
441
7
1500 – 2070
153 – 211
КЧ 60 – 3
588
3
2000 – 2690
204 – 274
КЧ 80 – 1,5
784
1,5
2700 – 3200
275 – 326

14. Серый чугун

СЕРЫЙ ЧУГУН
• Серый чугун характеризуется тем, что в его структуру
входит пластинчатый графит
Серые чугуны содержат:
– углерод
2,5 – 3,6 % С
– кремний
1,1 – 2,9 % Si
– марганец
0,2 – 1,4 % Mn
– фосфор
до 0,02 – 0,4 % P
– серу
до 0,02 – 0,15 % S
– хром
до 0,15 – 0,3 % Cr
– никель
до 0,5 % Ni

15. Маркировка серых чугунов

МАРКИРОВКА СЕРЫХ ЧУГУНОВ
• Обозначение марки серого чугуна включает:
• буквы СЧ (обозначают «серый чугун»);
• Цифры (показывают предел прочности при растяжении)
СЧ
18
Предел прочности на растяжение – 18 кгс/мм2
Серый чугун

16. Свойства серого чугуна

СВОЙСТВА СЕРОГО ЧУГУНА
• Серый
чугун
обладает
высокими
литейными
свойствами, хорошо обрабатывается резанием.
• Широко применяется в машиностроении.
• Для повышения механических свойств производится
модифицирование серого чугуна путем добавления
алюминия или кальция.
Механические свойства серого чугуна
Марка
чугуна
Предел
Твердость по Бринеллю,
прочности при
НВ
растяжении, МПа
МПа
кгс/мм2
СЧ 15
150
1630 – 2290
166 – 234
СЧ 25
250
1800 – 2500
183 – 255
СЧ 40
400
2070 – 2850
211 – 290
СЧ 45
450
2290 – 2890
234 – 294

17.

• Отливки из чугуна СЧ 40, СЧ 45 относятся к особо качественным,
получаемым специальным способом производства.
• Применяются для наиболее ответственного литья.

18. Высокопрочный чугун

ВЫСОКОПРОЧНЫЙ ЧУГУН
• Высокопрочный чугун от остальных марок отличается
тем, что в структуре имеет шаровидную форму графита.
Высокопрочные чугуны содержат:
Ковкие чугуны содержат:
– углерод
2,7 – 3,6 % С
– кремний
1,0 – 3,8 % Si
– марганец
0,4 – 0,9 % Mn
– фосфор
до 0,1 % P
– серу
до 0,14 % S
– хром
до 0,1 % Cr
– никель
0,2 – 0,8 % Ni

19. Маркировка высокопрочных чугунов

МАРКИРОВКА
ВЫСОКОПРОЧНЫХ ЧУГУНОВ
• Обозначение марки высокопрочного чугуна включает:
• буквы ВЧ (обозначают «высокопрочный чугун»);
• цифры (первое число показывает предел прочности
при растяжении; второе число — относительное
удлинение).
ВЧ 42 – 12
Относительное удлинение – 12 %
Предел прочности на растяжение – 42 кгс/мм2
Высокопрочный чугун

20. Свойства высокопрочного чугуна

СВОЙСТВА ВЫСОКОПРОЧНОГО
ЧУГУНА
• Высокопрочный чугун обладает высокой прочностью и
удовлетворительной пластичностью
Механические свойства высокопрочного чугуна
Марка
чугуна
Предел
прочности при
растяжении, МПа
Относительное
удлинение
ВЧ 38 – 17
380
ВЧ 42 – 12
Твердость по Бринеллю,
НВ
МПа
кгс/мм2
17
1400 – 1700
142 – 173
420
12
1400 – 2000
142 – 204
ВЧ 50 – 7
500
7
1710 – 2410
174 – 246
ВЧ 60 – 2
600
2
2000 – 2800
204 – 285
ВЧ 80 – 2
800
2
2500 – 3300
255 – 336
ВЧ 120 – 2
1200
2
3020 – 3800
308 – 388

21.

• Высокопрочный чугун применяется в различных отраслях
техники при изготовлении прокатных станов, кузнечнопрессового
оборудования, деталей турбин и
других ответственных деталей.
Коленчатый вал из
высокопрочного чугуна

22. По химическому составу ( нелегированные и легированные)

ПО ХИМИЧЕСКОМУ СОСТАВУ
( НЕЛЕГИРОВАННЫЕ И
ЛЕГИРОВАННЫЕ)
Легированные чугуны
Mg
Mg
Al
Al
Ni
Cr
Cu
Cu
Cr
Si
Ni
Cr
Антифрикционные
Ni
Жаропрочные
Ti
Жаростойкие
Mo
Cr
Коррозионностойкие

23. Маркировка антифрикционных чугунов

МАРКИРОВКА АНТИФРИКЦИОННЫХ
ЧУГУНОВ
• Обозначение марки антифрикционного чугуна включает:
• буквы АЧ (обозначают «антифрикционный чугун»),
С — серый, В — высокопрочный, К — ковкий;
• цифры (указывают номер марки).

24. Антифрикционный чугун

АНТИФРИКЦИОННЫЙ ЧУГУН
• Антифрикционные чугуны получают на основе серых,
высокопрочных и ковких чугунов.
• Чугуны АЧС легированы: хромом (0,2-0,4 %), никелем (0,20,4 %), медью (0,3-2,0 %), алюминием (0,4-0,8 %).
• Чугуны АЧВ легированы: медью ( 0,7 %), магнием (0,03 %).
• Чугуны АЧК легированы: медью (1,0-1,5 %).

25. Свойства антифрикционного чугуна

СВОЙСТВА
АНТИФРИКЦИОННОГО ЧУГУНА
• Антифрикционный чугун обладает хорошей износостойкостью.
Механические свойства антифрикционного чугуна
Марка чугуна
Твердость по Бринеллю, НВ
МПа
кгс/мм2
АЧС – 1
1766 – 2364
180 – 262
АЧС – 2
1766 – 2246
180 – 229
АЧС – 3
1570 – 1864
160 – 190
АЧС – 4
1766 – 2246
180 – 229
АЧС – 5
1766 – 2246
180 – 229
АЧС – 6
981 – 1177
100 – 120
АЧВ – 1
2058 – 2550
210 – 260
АЧВ – 2
1638 – 1933
167 – 197
АЧК – 1
1834 – 2573
187 – 262
АЧК – 2
1638 – 1933
167 – 197

26.

• Антифрикционные
чугуны используются
для изготовления
деталей, работающих в
условиях
трения скольжения
Подшипник скольжения из
антифрикционного чугуна

27. Жаропрочный чугун

ЖАРОПРОЧНЫЙ ЧУГУН
• Путем введения легирующих элементов создаются чугуны
со специальными физическими и химическими свойствами.
• Жаропрочный чугун предназначен для эксплуатации
при температуре до 600 °С.
• Легирован никелем, хромом, марганцем.
• Жаропрочный чугун применяется для изготовления
деталей газовых турбин, насосов, двигателей внутреннего
сгорания.

28. Маркировка жаропрочных чугунов

МАРКИРОВКА ЖАРОПРОЧНЫХ
ЧУГУНОВ
• Обозначение марки жаропрочного чугуна включает:
• букву Ч (обозначает «чугун»);
• буквы Н, X, Г (обозначают легирующие элементы никель, хром,
марганец);
• букву Ш (обозначает, что графит имеет шаровидную форму);
• цифры за буквой (указывают процентное содержание легирующих
элементов).
Пример маркировки жаропрочного чугуна
Ч
Н
11
Г
7
Х 2 Ш
Шаровидная форма графита
Содержание хрома – 2 %
Хром
Содержание марганца – 7 %
Марганец
Содержание никеля – 11 %
Никель
Чугун

29. Жаростойкий чугун

ЖАРОСТОЙКИЙ ЧУГУН
• Жаростойкий чугун обладает способностью противостоять
окислению при повышенных температурах.
• Легирован хромом, кремнием, алюминием.
• Жаростойкий чугун сохраняет свойства при температуре
до 600-1100 °С.

30. Маркировка жаростойких чугунов

МАРКИРОВКА ЖАРОСТОЙКИХ
ЧУГУНОВ
• Обозначение марки жаростойкого чугуна включает:
• буквы ЖЧ (обозначают «жаростойкий чугун»);
• буквы X, С, Ю (обозначают легирующие элементы – хром,
кремний, алюминий);
• букву Ш (обозначает, что графит имеет шаровидную форму);
• цифры (указывают процентное содержание легирующих
элементов).
ЖЧ Ю
Ш – 1,5
Содержание алюминия – 22 %
Шаровидная форма графита
Алюминий
Жаропрочный чугун

31. Коррозионно-стойкий чугун

КОРРОЗИОННО-СТОЙКИЙ ЧУГУН
• В состав чугуна вводится хром, титан, молибден, медь,
никель с целью повышения его коррозионной стойкости.
• Коррозионно-стойкий чугун сохраняет свойства при
работе в газовых средах, водных pастворах.

32. Маркировка коррозионно-стойких чугунов

МАРКИРОВКА КОРРОЗИОННОСТОЙКИХ ЧУГУНОВ
• Обозначение включает:
• букву Ч (обозначает «чугун»);
• буквы X, Т, М, Д, Н (обозначают легирующие элементы – хром,
титан, молибден, медь, никель);
• букву Ш (обозначает, что графит имеет шаровидную форму);
• цифры (указывают процентное содержание легирующих
элементов).
Ч Н 15 Д 3 Х Ш
Шаровидная форма графита
Хром
Содержание меди – 3 %
Медь
Содержание никеля – 15 %
Никель
Чугун

33. 4. ОТЛИВКА ИЗДЕЛИЙ ИЗ ЧУГУНА

34. Список использованных источников

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ
ИСТОЧНИКОВ
1.
Общая металургия: Учебник для вузов. — 6-изд., перераб. и
доп. — М.: Академкнига, 2002. — 768 с.
2.
Теория и технология доменного процесса: Учебное пособие.
— Магнитогорск: Мгту, 2009. — 257 с.
3.
Основы металлургического производства: Учебное пособие.
— М.: Металлургия, 1988. — 272 с.