Белый чугун: структура, разновидности, использование

О чем речь? Белый чугун отличается от других металлов содержанием углерода и особой устойчивостью к коррозии. Производство этого материала зародилось в Китае в X столетии. С тех пор появилось много разновидностей данного сплава, которые отличаются своими свойствами.

На что обратить внимание? Для производства мелких деталей и изделий такой чугун не подходит из-за высокой термоустойчивости. Однако он пользуется популярностью при изготовлении деталей для машино- и судостроения.

Характеристики белого чугуна

Любой чугун, включая белый, представленный на фото, отличается от других железосодержащих сплавов (сталей) содержанием углерода – от 2,14% (точки предельной растворимости в аустените) и выше.

Высокое содержание углерода, представленного графитом или цементитом, в белом чугуне обуславливает его специфические характеристики. Благодаря значительной углеродистости этот железный сплав отличается твердостью, но уступает стали по пластичности и вязкости. В зависимости от того, в какой форме содержится в сплаве углерод, чугун делят на:

• белый;
• серый;
• ковкий;
• высокопрочный.

Белый чугун содержит в своем составе не только углерод. Помимо этого элемента, он включает ряд других примесей: кремний, марганец, серу, фосфор. Все эти компоненты делают сплав прочным и хрупким одновременно. Сочетание свойств такого металла обуславливает его широкое применение в самых разных областях промышленности.

Популярность белого чугуна обусловлена уникальностью его структуры. Своим названием сплав обязан особому цвету и блеску, которые можно видеть на изломе образцов. Чугунные сплавы, входящие в эту группу, практически не содержат графит, что существенно повышает их прочность. Максимальная концентрация этой формы углеродсодержащих соединений в белых видах чугуна не превышает трех десятых долей процента, а значит, обнаружить в них графит можно только при применении профессиональных лабораторных методов химического или спектрального анализа.

Уникальные физико-химические свойства белого чугуна делают его широко востребованным в различных областях промышленного производства.

От других железосодержащих сплавов он отличается

• высокой твердостью и значительным удельным сопротивлением, делающими белый чугун оптимальным материалом для изготовления изделий, эксплуатация которых связана с высокими нагрузками и истиранием;
• хорошими литейными характеристиками и минимальной тепловой стойкостью;
• усадкой, не превышающей 2%;
• высокой износостойкостью – детали из белого чугуна на протяжении долгого времени сопротивляются изнашиванию даже при эксплуатации в экстремально сложных условиях.

Белый чугун отличается от других железосодержащих сплавов повышенной коррозионной стойкостью, а благодаря наличию карбидов такие сплавы устойчивы даже к воздействию сред, содержащих серную кислоту.

Структура и виды белого чугуна

В основе структуры белого чугуна лежит так называемая цементитная эвтектика.

По структурным особенностям все типы белого чугуна принято делить на три вида

• Доэвтектический белый чугун – так называют группу сплавов, у которых углеродистость после полного охлаждения расплава составляет не более 4,3%, что обуславливает наличие в структуре перлита, вторичного цементита и ледебурита.
• Эвтектический белый чугун – углеродистость такого сплава равна 4,3%.
• Заэвтектический белый чугун – так принято называть сплавы с содержанием углерода от 4,35 до 6,67%.

Внутреннюю структуру всех типов белого чугуна формируют два элемента – железо и углерод. Процесс выплавки происходит при очень высокой температуре, однако металл обладает мелкой зернистостью и на изломе отличается характерным белым цветом.

Помимо перлита и цементита, структура доэвтектических, в частности, твердых сплавов, содержит очень большую долю цементита, доходящую порой до 100%. В заэвтектических типах белого чугуна структура формируется эвтектикой и первичным цементитом.

К таким сплавам относят чугун, который принято называть отбеленным. В основе (в сердцевине отливок) такого металла преобладает серый чугун повышенной прочности, а ближе к поверхности очень высоко содержание ледебурита и перлита. Чтобы достичь эффекта отбеливания глубиной до 30 мм, расплав необходимо быстро охладить, что приведет к формированию поверхностного слоя, имеющего характерный белый цвет. В сердцевине такой болванки или изделия находится обычный серый чугун.

Виды белого чугуна

Сплавы классифицируются в зависимости от особенностей кристаллической структуры:

1. обыкновенные – в них преобладает мелкозернистая структура, не меняющаяся под действием высокой температуры;
2. отбеленные – сердцевину отливок образует высокопрочный серый чугун, а поверхностный слой до 30 мм глубиной представлен перлитом и ледебуритом;
3. легированные – такие типы чугуна в зависимости от процентной доли легирующих элементов в свою очередь бывают:
   • низколегированными (содержание легирующих добавок до 2,5%);
   • среднелегированными (содержание легирующих добавок до 10%);
   • высоколегированными (содержание легирующих добавок свыше 10%).

Для легирования чугунных сплавов пользуются карбидообразующими элементами:

• марганцем, который образует углеродсодержащие соединения, стабилизирует цементит и аустенит, а также снижает вредное воздействие серы;
• хромом, при процентной доле которого от 9 до 14% способность металла сопротивляться растяжению возрастает с изначальных 160–260 МПа до 340–450 МПа;
• кремнием, который в процентных долях от 0,6 до 0,9% предотвращает формирование графита.

Включение в состав белого чугуна хрома позволяет существенно повысить его коррозионную стойкость. Поверхность металла покрывается защитной пленкой из оксидов, которая выполняет функцию барьера, препятствуя контакту входящего в состав сплава железа с кислородом из окружающего воздуха. Помимо этого, высокохромистые типы белого чугуна устойчивы к воздействию щелочных растворов, а также серной и азотной кислот.

Помимо описанных преимуществ, использование хрома в качестве легирующей добавки при выплавке белых чугунов помогает коагулировать карбиды, что в свою очередь придает металлу отличную свариваемость с получением высококачественных сварных швов. Когда при получении чугунных сплавов наряду с хромом для легирования применяются добавки никеля и молибдена, прочность выплавляемого нержавеющего металла становится сопоставимой с характеристиками лучших марок жаропрочной стали (при значительно более низкой стоимости белого чугуна).

Легированный хромом белый чугун применяется при изготовлении деталей, эксплуатация которых связана с воздействием щелочных и кислотных сред, а также там, где требуется высокое электрическое сопротивление металла.

Недостатки белого чугуна

По мнению специалистов, к основным недостаткам белого чугуна относятся:

• низкие литейные свойства – расплавленный металл плохо заполняет формы при литье и растрескивается при остывании;
• повышенная хрупкость;
• плохая обрабатываемость как заготовок, так и изделий из белого чугуна;
• низкая стойкость к ударным нагрузкам.

Еще один важный минус белого чугуна – его плохая свариваемость, которая проявляется как в холодном, так и в горячем растрескивании металла в валике сварных швов и в металле околошовного пространства.

Маркировка белого чугуна

Буквенные и цифровые обозначения, используемые в маркировке белого чугуна, указывают на его основные характеристики, наличие и количество легирующих элементов:

• буквой «Ч» принято обозначать чугунные сплавы;
• следующие затем буквы «П», «ПЛ» или «ПВК» обозначают наличие определенных легирующих элементов в составе сплава;
• если сплав обладает повышенной износостойкостью, в маркировку добавляется обозначение «И»;
• присутствие в составе белого чугуна графита сфероидальной формы обозначается в маркировке буквой «Ш»;
• следующие дальше цифровые обозначения указывают на процентные доли легирующих добавок.

К примеру, маркировка ЧН20Д2ХШ означает высоколегированный жаропрочный белый чугун, в состав которого входит:

• никель – 20%;
• медь – 2%;
• хром – 1%;
• сфероидальный графит.

Нержавеющие типы белого чугуна марок Х20 и Х34 представляют собой сплавы с повышенным удельным электрическим сопротивлением.

Где используется белый чугун

Ограниченная область применения белого чугуна связана в основном с его плохой обрабатываемостью с помощью механических и термических методов. Чаще всего для производства деталей из такого металла используются необработанные или не полностью обработанные отливки.

Как правило, из белого чугуна изготавливают габаритные изделия, имеющие несложную геометрию, а также узлы и агрегаты, эксплуатация которых связана с воздействием различных абразивов. Прочность и способность сохранять конфигурацию деталей при воздействии высокой температуры обусловили широкое применение сплавов в таких областях, как:

• станко- и судостроение;
• изготовление станин для тяжелого оборудования;
• двигателестроение;
• тяжелое и среднее машиностроение.

Из белого чугуна изготавливают отдельные детали для легкового и грузового автомобильного транспорта, специальной и сельскохозяйственной техники. Благодаря легирующим добавкам удается при выплавке значительно улучшить физические, химические и механические свойства сплавов, придавая требуемые для тех или иных изделий характеристики. Такой металл широко применяется для изготовления плит с различным рисунком на поверхностях.

При отжиге из белого чугуна получают ковкий металл, который широко применяется при производстве тонкостенных литых деталей в таких областях производства, как:

• автомобильная промышленность;
• изготовление сельскохозяйственных орудий;
• тракторо- и комбайностроение и т. п.

Из различных видов белого чугуна также отливают плиты различного назначения, которые могут иметь как гладкую, так и ребристую поверхность. Кроме того, такие сплавы применяются в металлургии при производстве стали и серого чугуна. В ограниченном виде такой металл может использоваться для изготовления конструкций, эксплуатирующихся в сельскохозяйственной промышленности.

Содержание углерода (в виде соединений и свободного) свойственно половинчатым и отбеленным разновидностям белого чугуна, обладающего высокой сопротивляемостью к механическому изнашиванию, что стало причиной их широкого применения в производстве различных фрикционных деталей, эксплуатация которых связана с сухим трением. К их числу относятся:

• тормозные колодки;
• валки прокатных станов и т. д.

Условия эксплуатации некоторых чугунных деталей требуют от их поверхностных слоев высокой твердости, которая достигается формированием цементита. Этого можно добиться, быстро охлаждая металл на глубину до 5 мм. Уже упоминавшееся выше отбеливание применяется при производстве таких изделий, как:

• шары мельниц;
• лемехи для плугов;
• валки прокатных станов;
• коленвалы дизельных ДВС.

Белый чугун, имеющий высокое удельное электрическое сопротивление, применяется в производстве таких деталей, как литые нагреватели в электропечах и сушках, работа которых сопровождается нагреванием до +900°C. Такие сплавы получают, вводя в расплав:

• никель – от 3,0 до 5,0%;
• углерод – от 2,5 до 3,5%;
• кремний – от 2,0 до 2,5%;
• марганец – от 1,0 до 1,5%.

Такие разновидности белого чугуна относятся к группе так называемых сормайтов (собирательное название ряда литых твердых высокоуглеродистых и высокохромистых сплавов на основе железа с высоким содержанием никеля и кремния) и применяются в производстве различных нагревательных элементов.

Почему следует обращаться именно к нам

Мы с уважением относимся ко всем клиентам и одинаково скрупулезно выполняем задания любого объема.

Наши производственные мощности позволяют обрабатывать различные материалы:

• цветные металлы;
• чугун;
• нержавеющую сталь.

При выполнении заказа наши специалисты применяют все известные способы механической обработки металла. Современное оборудование последнего поколения дает возможность добиваться максимального соответствия изначальным чертежам.

Для того чтобы приблизить заготовку к предъявленному заказчиком эскизу, наши специалисты используют универсальное оборудование, предназначенное для ювелирной заточки инструмента для особо сложных операций. В наших производственных цехах металл становится пластичным материалом, из которого можно выполнить любую заготовку.

Преимуществом обращения к нашим специалистам является соблюдение ими ГОСТа и всех технологических нормативов. На каждом этапе работы ведется жесткий контроль качества, поэтому мы гарантируем клиентам добросовестно выполненный продукт.

Благодаря опыту наших мастеров на выходе получается образцовое изделие, отвечающее самым взыскательным требованиям. При этом мы отталкиваемся от мощной материальной базы и ориентируемся на инновационные технологические наработки.

Мы работаем с заказчиками со всех регионов России. Если вы хотите сделать заказ на металлообработку, наши менеджеры готовы выслушать все условия. В случае необходимости клиенту предоставляется бесплатная профильная консультация.