Белый чугун – необычный вид привычного материала
Чугуны представляют собой сплавы с высоким содержанием углеродов. Белый чугун получил свое название за светлый цвет на изломах. Углерод в таком сплаве может быть частично или весь связан в виде цементитов (Fe3C). Эти соединения, в свою очередь, могут быть в разных эвтектоидных (перлитах), эвтектических (ледебуритах) смесях цементитов (в этих случаях чугуны имеют различную решетку и фазовый состав) или чисто цементитами. Это показывает, насколько состав чугуна сложен для людей, не специализирующихся в химии сплавов.
Структура белого чугуна – в чем принципиальное отличие?
Растворимость цементитов (Fe3C, где содержание С около 6,5%) в аустенитах (не химическое соединение железа и углерода, а раствор включения, где свободный углерод внедрен в кристаллическую решетку железа) на классической диаграмме состояния железоцементитных сплавов (по таким диаграммам вычисляют состав фазы сплава в тот или иной температурный момент) составляет чуть более двух процентов.
В чугунах углероды могут присутствовать как цементит и графит. Формы зерен графитов и соотношение их количества с цементитами (также количеством и формой) определяют виды чугунов.
По составу они могут иметь добавки кремния, фосфора, серы, марганца. Кроме того, в виду хрупкости, иногда применяется легирование алюминием, никелем, хромом или ванадием. Очевидно, что с изменением характеристик и составов, в спектре сплавов чугунов, углероды могут содержаться в большем количестве, как пластинчатые графиты. И цвет изломов будет серым. Поэтому принято называть такие разновидности серыми.
В таких сплавах железа, углеродов и кремния, присутствуют также сера, марганец и фосфор. В отличие от белого сплава, в сером углерод содержится в свободном виде. В то время как структура белого чугуна содержит углероды в виде карбидов железа.
Как уже говорилось, белым называется чугун, в котором преобладающими связанными углеродными структурами являются ледебуриты (как род состояния цементитов точки плавления), перлиты и собственно цементиты. Такое сочетание придает материалу высокую твердость и хрупкость, что затрудняет прямое его применение. Из такого применения можно назвать его использование для изготовления великолепных шаров и цильпебсов (цилиндров) для измельчения рудных материалов, пород, шлаков, клинкеров, других материалов.
Белый и отбеленный чугун – применение
Описанный выше состав белого чугуна определяет его высокую твердость, сочетающуюся с хрупкостью, затрудняющими в целом обработку заготовок механическими способами (резание, фрезерование и т.д.) и требующими применения специальных приемов такой обработки (инструменты из марок быстрорежущих сталей). В чистом виде применение белых чугунов довольно ограничено.
Промышленностью выпускается специальный, называемый передельным, белый чугун, применение которого специализировано для переплавки в различные стали. Нормирование ГОСТами определяет пониженность содержания в его составе кремниевых добавок и более высокую концентрацию марганцев. Такие заготовки получают литьевыми способами.
В зависимости от степени графитизации при выплавке могут получаться половинчатые, переходные стадии чугунов, эти сплавы принято называть отбеленный чугун. Такой сплав содержит наряду с карбидами железа (химически связанный углерод – Fe3C) графитовый углерод (свободный углерод – C).
И этот чугун используется в качестве фрикционных деталей механизмов сухого трения, таких как всем известные тормозные колодки. Наряду с тем, таким сплавам также свойственна высокая износоустойчивость, поэтому из них выполняют валы и валки на прокатном оборудовании широкого назначения.
Добавки и маркировка белого чугуна
Дополнительное легирование белого чугуна хромом и никелем позволяет получать жаростойкие материалы, обладающие фантастически высокой устойчивостью к износу. Их так и называют: износостойкими. Такой легированный белохромистый чугун применяется для отливки деталей (например, лопаток и лопастей различных перекачивающих машин и турбин).
После литья полученные заготовки путем термообработки нормализуют. Получаемые изделия отличаются очень высокой твердостью поверхности, удивительной устойчивостью к действию кислот (даже при температурах в одну тысячу градусов Цельсия).
Кроме легирования хромом и никелем, в износостойких чугунах специальными добавками (в меньшем количестве) могут быть медь, титан, молибден, ванадий. Такие добавки придают ожидаемую износостойкость. Внесение таких элементов в структуру позволяет несколько менять эти свойства в зависимости от назначения, для применения в механизмах с повышенной абразивностью (мельницы, пескометы или дробометы, детали и арматура для обычных и цементных печей).
При этом маркировка белого чугуна может вестись от предельного (П, ПЛ, ПФ или ПВК), что показывает массовую долю кремния. Для чугунов износостойких (ИЧ и ИЧХ) маркировка будет с соответствующими буквенными и цифровыми индексами.
Как видно, белый доэвтектический чугун служит исходным материалом для многих видов продукции металлургии. Так, путем отжига из него получают ковкие чугуны. Опять же получение многочисленных легированных износоустойчивых и жаростойких материалов также ведется благодаря его свойствам и близости микроструктуры легирующим добавкам.
