Чугуны. Виды чугунов. Алюминий и его сплавы

Чугун и его свойства
Чугун – сплав железа с углеродом, при концентрации углерода от 2,14 до 5%;
Чугуны плавятся при температурах на 150 – 300о ниже, чем стали.
Наименьшую температуру плавления имеет эвтектический чугун 1147о С (4,3% углерода)
В структуре чугуна всегда присутствует эвтектика –ледебурит;
Хорошие литейные свойства: низкая температура плавления, малая усадка, хорошая жидкотекучесть;

Положительные свойства чугуна
Хорошо работает на сжатие, как любой металл;
Хорошо работает на износ (за счет повышенного содержания карбидов в составе);
Хорошие демпфирующие свойства (поглощение шумов и вибрации за счет наличия в составе двух очень разных по свойствам фаз: железа и графита);
Хорошо обрабатывается резанием ( смазочные свойства графита, ломкая стружка);
Хорошие антифрикционные свойства;
Более дешев в сравнении со сталью.
Лучшие коррозионные свойства, чем у углеродистых сталей.

Отрицательные свойства чугуна
Значительно меньшая прочность, чем у стали.
Низкая ударная вязкость.
Неспособность к обработке деформацией.
Очень плохая свариваемость.

Классификация чугунов
Белый (передельный) чугун
Углерод в форме цементита (Fe3C),
Это химическое соединение - карбид железа).
Такой чугун очень хрупок и для изготовления изделий не используется, он весь идет на переделку в сталь.
Свойства чугуна во многом зависят от того в каком виде находится углерод в чугуне. В этом плане различают 3 основных вида чугуна:

Классификация чугунов
Графитизированный (машиностроительный)
Углерод в чугуне находится в форме графита. Прочностные его свойства лучше и именно этот чугун и является широко применяемым конструкционным материалом.
Половинчатый (отбелённый)
На поверхности углерод в форме цементита, а внутри – в форме графита. Используется редко, например, для изготовления валков прокатных станов.

Классификация графитизированных (машиностроительных) чугунов
Свойства машиностроительных чугунов зависят от того в какой форме находится графит в чугуне (пластинки, хлопья, шары и т.д.)
Фома графита определяет его поверхность, а она, в свою очередь. Определяет механические характеристики чугуна, прежде всего, его прочность.
Первый и наиболее распространенный чугун - это серый чугун. В сером чугун, графит находится в виде пластинок. (ГОСТ 1412 – 85.) На изломе за счет графита он приобретает серый цвет, откуда и возникло название.
Серый чугун обозначается : СЧ10, СЧ15,СЧ20… СЧ35, где буквы СЧ – аббривиатура серого чугуна; цифры: 10, 15, 20…- предел прочности при растяжении в кг/мм2

Чугун с вермикулярным графитом (червеобразный), ГОСТ 18394-89. Площадь червеобразного чугуна меньше, чем пластинчатого. По этому и прочность его выше.
Обозначение: ЧВГ30, ЧВГ35, ЧВГ 40, ЧВГ45.
Ковкий чугун, графит в виде хлопьев ГОСТ 1215-79
КЧ30-6, КЧ33-8, КЧ35-10, … КЧ 45-7 … КЧ63-2…
где 30, .. 35… -предел прочности при растяжении в кг/мм2,
6,8,10… - относительное удлинение в %.
Площадь хлопьевидного чугуна такая же или меньше вермикулярного, отсюда соответствующая прочность.
Обозначение чугунов

Классификация машиностроительных чугунов
Чугун с шаровидным графитом, высокопрочный чугун
ЧШГ55, ЧШГ80, ….ЧШГ100 (ВЧ55,…, ВЧ100).
Графит в виде шаровых глобул. У шаровидного графита самая маленькая поверхность, поэтому это самый прочный чугун.
Антифрикционный чугун ГОСТ 1585-85,
Обозначение АЧС1, АЧВ2, АЧК2. (АЧ- антифрикционный чугун; следующие буквы: С – серый; В – высокопрочный; К - ковкий).
Используется в отливках, работающих на трение, например, в тормозных колодках.

Легированные чугуны
В чугуны, также как в стали, часто вводятся легирующие элементы, что позволяет изменить как механические, так и коррозионные свойства чугунов и тогда получаются легированные чугуны.
Легирующие компоненты в чугунах обозначаются также как в сталях;
Наиболее часто для легирования чугунов используются кремний, алюминий, марганец, никель и хром.

Обозначение легированных чугунов
Кремнистые (жаростойкие и коррозионностойкие материалы): ЧС5, ЧС5Ш, ЧС13, ЧС15, ЧС17, ЧС15М4; ЧС17М3 ( коррозионная стойкость выше, чем у нержавеющих сталей)
Алюминиевые чугуны (жаростойкие и износостойкие) ЧЮХШ, ЧЮ6С5, ЧЮ7Х2, ЧЮ22Ш, ЧЮ30;
Марганцевые чугуны (немагнитные и износостойкие материалы) ЧГ6С3Ш, ЧГ7Х4, ЧГ8Д3;
Никелевые чугуны ( коррозионностойкие. износостойкие, жаропрочные, маломагнитные) ЧН3ХМДШ, ЧН4Х2,ЧН11Г7Ш,
ЧН15Д7 – нирезист, жаростойкий и жаропрочный материал.

Алюминий – металл серебристо белого цвета с решёткой ГЦК, плотность 2,7 г/см3, температура плавления 658 ̊С.
Высокая электропроводность (65% от Сu).
Высокая коррозионная стойкость при атмосферной коррозии и в чистой воде.
Чистый алюминий мягкий пластичный, не прочный материал: σВ = 50 МПа; σ0,2 = 15 МПа; δ = 50%
Поэтому чистый и технический алюминий используется только в электротехнике.
Алюминий как конструкционный материал

Сплавы алюминия
В практике при изготовлении конструкций используются сплавы алюминия т.к они значительно более прочны.
Алюминий образует с другими компонентами растворы с ограниченной растворимостью.
Легирующие компоненты:
Растворимость Cu в алюминии при 20оС 0.2 %, вводится в сплавы до 5%;
Si до 1,2%, твердый раствор, вводится до 13%;
Mg до 1,4% твердый раствор, вводится до 11%,
Mn до 1,6% твердый раствор.
При концентрациях легирующих элементов больше предела растворимости образуются эвтектики и интерметаллиды (соединения металл-металл)

Маркировка (обозначение) алюминиевых сплавов
В ГОСТах на сплавы алюминия используется два вида маркировки алюминиевых сплавов:
Буквенно-цифровая; (в маркировке используются буквы и цифры)
Цифровая ( в маркировке используются только цифры).
При цифровой маркировке сплав маркируется четырьмя цифрами, например: 1116,
где, первая цифра 1 – означает алюминиевый сплав,
вторая цифра группа легирующих компонентов; 1 – Cu, 2- Cu, Mg, 3 – Сu, Mg, Mn, Si, 4 – Mn, 5 – Mg.
последние две цифры № сплава, зависящий от концентрации компонентов в сплаве.

Обозначение сплавов алюминия.
Цифровое обозначение сплавов алюминия не очень удобно в запоминании и им обычно не пользуются. Оно создавалось для компьютерной обработки и складирования сплавов алюминия.
Буквенно-цифровое обозначение для человека более удобно и пользуются, в основном, именно им.
К сожалению, буквенно-цифровое обозначение сплавов алюминия не так четко унифицировано, как обозначение сталей.

Буквенно-цифровая маркировка сплавов Al
Первичный алюминий высокой чистоты и технический.
Поставляется в виде: отливок (чушек) и в виде проката (лист, стержень, уголок) т.е. в виде деформированного алюминия:
Обозначение алюминия, поставляемого в виде чушек: А995, А98, А95 (чистый алюминий); А8, А7, А5, А35, А0 (99% Аl) технический алюминий. (ГОСТ 11069-2001)
Обозначение деформированного алюминия, АД000, АД00, АДоч, АДч АД0, АД1 (ГОСТ 4784-97)

Деформируемые сплавы алюминия
Деформируемые сплавы ГОСТ 4784-97
а) упрочняемые термической обработкой (т.е. эти сплавы для получения окончательной прочности могут подвергаться закалке и старению, это многокомпонентные сплавы:
дюралюминий Д1, Д16, Д18, Д19;
ковочный алюминий АК4, АК4-1,… АК8;
Главный упрочняющий элемент в этих сплавах - медь
высокопрочный алюминий В95, В130, ВАД23
Главный упрочняющий элемент в этих сплавах - цинк
авиаль АВ; ( в сплаве магний? кремний и немного меди)
Обозначение этих сплавов не унифицированное, по нему нельзя ничего сказать о составе сплава. Обозначение нужно запоминать.

Деформируемые сплавы алюминия
б) не упрочняемые термической обработкой:
Сплавы не закаляются, их прочность меньше и определяется составом и деформационным наклепом.
сплав Al – Mg АМг2, АМг6, АМг8.
сплав Al – Mn АМц (1-1,6% Mn )
сплав Al – Mg- Mn ММ (Mn около 1% и Mg 0,5% )
В этих сплавах обозначение унифицированное и позволяет узнать основные элементы состава сплава

Обозначение легирующих элементов в сплавах алюминия
Легирующие элементы в сплавах алюминия и меди обозначаются прежде всего первой буквой русского названия:
М – Cu; А – Al; С –Pb; К – Si; Н – Ni; Ц – Zn; О – Sn.
(Обозначение элементов в этих сплавах часто не совпадает с обозначением элементов в сталях).
Если буква уже использована, тогда элемент обозначается двумя буквами русского названия.
Мг – Mg; Мц – Mn; Мш – As; Су- Sb; Кд – Cd и т.д.

Классификация сплавов алюминия
3. Литейные сплавы алюминия. ГОСТ 1583-93
Сплавы использующиеся для литья. Концентрация легирующих элементов в этих сплавах выше, чем в деформированных для создания эвтектик. Обозначение сплавов унифицированное.
а) Al – Si АК9, АК12
До АК8 – сплавы деформируемые, начина с АК9 –литейные, легирующий элемент кремний. В обозначении среднее его содержание.
б) Al – Si – Cu АК5М, АК5М2, АК8М
Литейные сплавы на основе других компонентов
в) Al – Mg АМг5К, АМг11

Старое обозначение литейных сплавов алюминия.
До 1993 года использовалось старое неунифицированное обозначение алюминиевых сплавов:
АЛ2, АЛ9, АЛ31, где АЛ –алюминий литейный, цифры означают № сплава.
С таким обозначением можно столкнутся в старых книгах и на старых чертежах.

Классификация сплавов алюминия
4. Антифрикционные сплавы ГОСТ 14113-78
а) сплав Al – Sn АО3-7, АО6-1, АО20-2
а) сплав Al – Ni АН2,5
5. СПЕЧЕННЫЕ АЛЮМИНИЕВЫЕ СПЛАВЫ
Композиционные материалы, получаемые спеканием порошков, которые в своем составе имею оксиды.
а) САС – спечённые алюминиевые сплавы; САС-1, САС-2 и т.д.
Получаются спеканием порошков металлов.
б) САП – спечённые алюминиевый порошок; САП-1, САП-2 и т.д.
Получаются спеканием окисленного с поверхности порошка алюминия..