Չուգունի տեսակները, դասակարգումը, կազմը, հատկությունները, մակնշումը և կիրառումը

2024 Հեղինակ: Howard Calhoun | [email protected]. Վերջին փոփոխված: 2023-12-17 10:30

Այսօր մարդկային կյանքի գրեթե ոչ մի բնագավառ չկա, որտեղ չուգուն չօգտագործվի: Այս նյութը մարդկությանը հայտնի է բավականին երկար ժամանակ և իրեն գերազանց է ապացուցել գործնական տեսանկյունից։ Չուգունը դետալների, հավաքների և մեխանիզմների մեծ բազմազանության հիմքն է, իսկ որոշ դեպքերում նույնիսկ ինքնաբավ արտադրանքը, որը կարող է կատարել իրեն վերապահված գործառույթները: Հետեւաբար, այս հոդվածում մենք մեծ ուշադրություն կդարձնենք երկաթ պարունակող այս միացությանը: Կպարզենք նաև, թե ինչ տեսակներ են թուջը, նրանց ֆիզիկական և քիմիական առանձնահատկությունները։

Սահմանում

Չուգունը երկաթի և ածխածնի իսկապես եզակի համաձուլվածք է, որում Fe-ն ավելի քան 90%, իսկ C-ն ոչ ավելի, քան 6,67%, բայց ոչ պակաս, քան 2,14%: Նաև ածխածինը կարելի է գտնել չուգունում՝ ցեմենտիտի կամ գրաֆիտի տեսքով։

Ածխածինը տալիս է խառնուրդին բավականաչափ բարձր կարծրություն, սակայն, միևնույն ժամանակ, այն նվազեցնում է ճկունությունը և ճկունությունը: Արդյունքում չուգունը փխրուն նյութ է։ Նաև հատուկ հավելումներ են ավելացվում չուգունի որոշակի դասերի, որոնք կարող են միացությանը տալ որոշակի հատկություններ: Լեգիրման տարրերի դերը կարող է լինել՝ նիկել, քրոմ, վանադիում, ալյումին։ Չուգունի խտության ինդեքսը 7200 կիլոգրամ է մեկ խորանարդ մետրի համար։ Որից կարելի է եզրակացնել, որչուգունի քաշը այն ցուցանիշն է, որը չի կարելի փոքր անվանել։

Պատմական նախապատմություն

Հալվող երկաթը վաղուց հայտնի է մարդուն: Համաձուլվածքի մասին առաջին հիշատակումը թվագրվում է մ.թ.ա վեցերորդ դարով:

Հին ժամանակներում Չինաստանը արտադրում էր չուգուն՝ բավականին ցածր հալման ջերմաստիճանով: Եվրոպայում չուգուն սկսեց արտադրվել մոտ 14-րդ դարում, երբ առաջին անգամ օգտագործվեցին պայթուցիկ վառարանները։ Այդ ժամանակ նման երկաթե ձուլվածքն օգտագործվում էր զենքի, պարկուճների, շինարարական մասերի արտադրության համար։

Ռուսաստանում չուգունի արտադրությունը ակտիվորեն սկսվել է 16-րդ դարում, այնուհետև արագորեն ընդլայնվել: Պետրոս I-ի օրոք Ռուսական կայսրությունը կարողացավ երկաթի արդյունահանման առումով շրջանցել աշխարհի բոլոր երկրները, սակայն հարյուր տարի անց կրկին սկսեց կորցնել իր դիրքերը սեւ մետալուրգիայի շուկայում։

Չուգուն օգտագործվել է արվեստի տարբեր գործեր ստեղծելու համար դեռ միջնադարից: Մասնավորապես, 10-րդ դարում չինացի վարպետները ձուլել են առյուծի իսկապես յուրահատուկ կերպարանք, որի քաշը գերազանցել է 100 տոննան։ 15-րդ դարից Գերմանիայում, իսկ դրանից հետո այլ երկրներում լայն տարածում գտավ թուջե ձուլումը։ Դրանից պատրաստվել են ցանկապատեր, վանդակաճաղեր, զբոսայգիների քանդակներ, այգու կահույք, տապանաքարեր։

18-րդ դարի վերջին տարիներին երկաթի ձուլումը առավելապես ներգրավված էր Ռուսաստանի ճարտարապետության մեջ: Իսկ 19-րդ դարը ընդհանուր առմամբ կոչվում էր «չուգունի դար», քանի որ համաձուլվածքը շատ ակտիվորեն օգտագործվում էր ճարտարապետության մեջ։

Հատկություններ

Կան տարբեր տեսակներչուգուն, սակայն այս մետաղական միացության միջին հալման կետը մոտ 1200 աստիճան Ցելսիուս է: Այս ցուցանիշը 250-300 աստիճանով պակաս է, քան պահանջվում է պողպատագործության համար։ Այս տարբերությունը կապված է ածխածնի բավականին բարձր պարունակության հետ, ինչը հանգեցնում է նրա ավելի քիչ սերտ կապերի երկաթի ատոմների հետ մոլեկուլային մակարդակում։

Հալման և հետագա բյուրեղացման ժամանակ թուջում պարունակվող ածխածինը ժամանակ չունի ամբողջությամբ ներթափանցելու երկաթի մոլեկուլային ցանցի մեջ, և, հետևաբար, չուգունը, ի վերջո, պարզվում է, որ բավականին փխրուն է: Այս առումով այն չի օգտագործվում այնտեղ, որտեղ կան մշտական դինամիկ բեռներ: Բայց միևնույն ժամանակ այն հիանալի է այն մասերի համար, որոնք ունեն ամրության պահանջներ։

Արտադրական տեխնոլոգիա

Բացարձակապես բոլոր տեսակի թուջը արտադրվում է դինամիկ վառարանում: Փաստորեն, ձուլման գործընթացն ինքնին բավականին աշխատատար գործունեություն է, որը պահանջում է լուրջ նյութական ներդրումներ։ Մեկ տոննա խոզի երկաթի համար պահանջվում է մոտ 550 կիլոգրամ կոքս և գրեթե մեկ տոննա ջուր։ Վառարանում բեռնված հանքաքարի ծավալը կախված կլինի երկաթի պարունակությունից: Առավել հաճախ օգտագործվում է հանքաքար, որի մեջ երկաթը կազմում է առնվազն 70%: Տարրի ավելի ցածր կոնցենտրացիան անցանկալի է, քանի որ այն օգտագործելը ոչ տնտեսական կլիներ:

Առաջին փուլի արտադրություն

Հալվող երկաթը հետևյալն է. Առաջին հերթին վառարանի մեջ թափվում է հանքաքար, ինչպես նաև ածուխի կոքսինգ, որոնք ծառայում են վառարանի լիսեռի ներսում ճնշելու և պահանջվող ջերմաստիճանի պահպանմանը: Բացի այդ, այս ապրանքները այրման գործընթացում ակտիվորեն մասնակցում են ընթացող քիմիական ռեակցիաներիներկաթը նվազեցնող նյութերի դերը.

Միևնույն ժամանակ վառարանի մեջ բեռնվում է հոսք, որը ծառայում է որպես կատալիզատոր: Այն օգնում է ապարներին ավելի արագ հալվել, ինչը նպաստում է երկաթի արտազատմանը:

Կարևոր է նշել, որ հանքաքարը նախքան վառարան բեռնելը անցնում է հատուկ նախնական մշակման: Մանրացված է ջարդող գործարանում (մանր մասնիկները ավելի արագ են հալչում)։ Այնուհետև այն լվանում են մետաղից զերծ մասնիկները հեռացնելու համար: Դրանից հետո հումքը թրծվում է, դրա շնորհիվ դրանից հանվում են ծծումբը և այլ օտար տարրեր։

Արտադրման երկրորդ փուլ

Բնական գազը վառարանին մատակարարվում է բեռնված և շահագործման պատրաստ հատուկ այրիչների միջոցով: Կոքսը տաքացնում է հումքը։ Այս դեպքում արտազատվում է ածխածին, որը միանում է թթվածնի հետ և ձևավորում օքսիդ։ Այս օքսիդը հետագայում մասնակցում է հանքաքարից երկաթի վերականգնմանը: Նկատի ունեցեք, որ վառարանում գազի քանակի ավելացման դեպքում քիմիական ռեակցիայի արագությունը նվազում է, և երբ հասնում է որոշակի հարաբերակցության, այն ընդհանրապես դադարում է։

Ավելորդ ածխածինը թափանցում է հալոցքը և միանում երկաթի հետ՝ ի վերջո ձևավորելով չուգուն։ Բոլոր այն տարրերը, որոնք չեն հալվել, գտնվում են մակերեսի վրա և ի վերջո հեռացվում են: Այս թափոնը կոչվում է խարամ: Այն կարող է օգտագործվել նաև այլ նյութեր արտադրելու համար։ Այս կերպ ստացված չուգունի տեսակները կոչվում են ձուլարան և խոզի երկաթ։

տարբերակում

Չուգունի ժամանակակից դասակարգումը նախատեսում է այս համաձուլվածքների բաժանումը հետևյալ տեսակների.

• Սպիտակ.
• Կես.
• Մոխրագույն շերտավոր գրաֆիտով։
• Բարձր ամրության նոդուլային գրաֆիտ։
• Ճկուն.

Եկեք նայենք յուրաքանչյուրին առանձին։

Սպիտակ չուգուն

Այս չուգունն այն է, որում գրեթե ամբողջ ածխածինը քիմիապես կապված է: Մեքենաշինության մեջ այս համաձուլվածքն այնքան էլ հաճախ չի օգտագործվում, քանի որ կոշտ է, բայց շատ փխրուն։ Նաև այն չի կարող մշակվել տարբեր կտրող գործիքներով և, հետևաբար, օգտագործվում է այն մասերի ձուլման համար, որոնք չեն պահանջում որևէ մշակում: Չնայած այս տեսակի թուջը թույլ է տալիս հղկող անիվներով մանրացնել: Սպիտակ չուգունը կարող է լինել և՛ սովորական, և՛ լեգիրված։ Միևնույն ժամանակ, եռակցումը դժվարություններ է առաջացնում, քանի որ այն ուղեկցվում է հովացման կամ տաքացման ժամանակ տարբեր ճաքերի առաջացմամբ, ինչպես նաև եռակցման կետում ձևավորվող կառուցվածքի տարասեռությամբ։

Սպիտակ մաշվածության դիմացկուն չուգուն ստացվում է հեղուկ խառնուրդի առաջնային բյուրեղացումից արագ սառեցման ժամանակ: Դրանք առավել հաճախ օգտագործվում են չոր շփման կիրառման համար (օրինակ՝ արգելակային բարձիկներ) կամ մաշվածության և ջերմակայունության բարձրացում ունեցող մասերի արտադրության համար (գլանաքարեր):

Ի դեպ, սպիտակ չուգունն իր անունը ստացել է այն պատճառով, որ նրա կոտրվածքի արտաքին տեսքը բաց բյուրեղային, շողացող մակերես է։ Այս չուգունի կառուցվածքը լեդեբուրիտի, պեռլիտի և երկրորդային ցեմենտիտի համակցություն է: Եթե այս չուգունը համաձուլված է, ապա մարգարիտը վերածվում էտրոստիտ, ավստենիտ կամ մարտենսիտ:

Կես չուգուն

Չուգունների դասակարգումը թերի կլիներ առանց մետաղական խառնուրդի այս բազմազանության հիշատակման:

Այս չուգունն իր կառուցվածքով բնութագրվում է կարբիդային էվեկտիկայի և գրաֆիտի համակցությամբ: Ընդհանուր առմամբ, լիարժեք կառուցվածքը ունի հետևյալ ձևը` գրաֆիտ, մարգարիտ, լեդեբուրիտ: Եթե թուջը ենթարկվում է ջերմային մշակման կամ համաձուլման, դա կհանգեցնի ավստենիտի, մարտենզիտի կամ ասեղնաձև տրոստիտի ձևավորմանը:

Չուգունի այս տեսակը բավականին փխրուն է, ուստի դրա օգտագործումը խիստ սահմանափակ է: Համաձուլվածքն ինքնին ստացել է իր անվանումը, քանի որ դրա կոտրվածքը բյուրեղային կառուցվածքի մութ և թեթև հատվածների համադրություն է։

Ամենատարածված ինժեներական նյութ

Մոխրագույն չուգուն ԳՕՍՏ 1412-85 պարունակում է մոտ 3,5% ածխածին, 1,9-ից մինչև 2,5% սիլիցիում, մինչև 0,8% մանգան, մինչև 0,3% ֆոսֆոր և 0-ից պակաս, 12% ծծումբ։

Գրաֆիտը նման թուջում ունի շերտավոր ձև: Այն հատուկ փոփոխության կարիք չունի:

Գրաֆիտային թիթեղներն ունեն ուժեղ թուլացնող ազդեցություն, և, հետևաբար, մոխրագույն չուգունը բնութագրվում է հարվածի շատ ցածր ուժով և երկարացման գրեթե լիակատար բացակայությամբ (0,5%-ից պակաս):

Գորշ չուգուն լավ մշակված է: Համաձուլվածքի կառուցվածքը կարող է լինել հետևյալը՝

• Ֆեռիտ-գրաֆիտ.
• Ֆերիտ-պերլիտ-գրաֆիտ.
• պեռլիտ-գրաֆիտ.

Մոխրագույն չուգուն սեղմման ժամանակ շատ ավելի լավ է աշխատում, քան լարման ժամանակ: Նա նույնպեսեռակցվում է բավականին լավ, բայց դա պահանջում է նախնական տաքացում, և որպես լցանյութ պետք է օգտագործվեն հատուկ թուջե ձողեր՝ սիլիցիումի և ածխածնի բարձր պարունակությամբ: Առանց նախնական տաքացման, եռակցումը դժվար կլինի, քանի որ չուգունը կսպիտակեցնի եռակցման տարածքում:

Գորշ չուգուն օգտագործվում է առանց հարվածային բեռնման (ճախարակներ, ծածկոցներ, մահճակալներ) աշխատող մասեր արտադրելու համար։

Այս չուգունի նշանակումը տեղի է ունենում հետևյալ սկզբունքով. SCH 25-52: Երկու տառ ցույց է տալիս, որ սա մոխրագույն չուգուն է, 25 թիվը առաձգական ուժի ցուցիչ է (MPa կամ kgf / մմ 2), 52 թիվը տվյալ պահին առաձգական ուժն է: կռում.

Ճկուն երկաթ

Նոդավոր չուգուն սկզբունքորեն տարբերվում է իր մյուս «եղբայրներից» նրանով, որ այն պարունակում է հանգույցային գրաֆիտ: Այն ստացվում է հեղուկ համաձուլվածքի մեջ հատուկ մոդիֆիկատորներ (Mg, Ce) ներմուծելով։ Գրաֆիտի ընդգրկումների քանակը և դրանց գծային չափերը կարող են տարբեր լինել։

Ի՞նչն է լավ սֆերոիդային գրաֆիտում: Այն փաստը, որ նման ձևը նվազագույն չափով թուլացնում է մետաղական հիմքը, որն իր հերթին կարող է լինել մարգարիտ, ֆերիտիկ կամ մարգարիտ-ֆերիտիկ։

Ջերմային մշակման կամ համաձուլման օգտագործման շնորհիվ չուգունի հիմքը կարող է լինել ասեղնաձև-տրոստիտ, մարտենզիտ, ավստենիտիկ:

Ճկուն երկաթի դասակարգերը տարբեր են, բայց ընդհանուր առմամբ դրա անվանումը հետևյալն է. VCh 40-5: Հեշտ է կռահել, որ HF-ը բարձր ամրության թուջ է, 40 թիվը ցուցիչ էառաձգական ուժ (kgf/mm2), 5 թիվը հարաբերական է երկարացմանը՝ արտահայտված որպես տոկոս։

Ճկուն երկաթ

Ճկուն երկաթի կառուցվածքը նրանում գրաֆիտի առկայությունն է շերտավոր կամ գնդաձև տեսքով: Միևնույն ժամանակ շերտավոր գրաֆիտը կարող է ունենալ տարբեր նուրբ և կոմպակտություն, ինչը, իր հերթին, ուղղակիորեն ազդում է չուգունի մեխանիկական հատկությունների վրա։

Արդյունաբերական ճկուն երկաթը հաճախ արտադրվում է ֆերիտիկ հիմքով, որն ապահովում է ավելի մեծ ճկունություն:

Ֆերիտիկ ճկուն երկաթի կոտրվածքային տեսքն ունի սև թավշյա տեսք: Որքան մեծ է պեռլիտի քանակությունը կառուցվածքում, այնքան կոտրվածքը կթեթևանա։

Ընդհանուր առմամբ, ճկուն երկաթը ձեռք է բերվում սպիտակ երկաթի ձուլվածքներից՝ 800-950 աստիճան տաքացվող վառարաններում երկարատև մնալու պատճառով:

Այսօր ճկուն երկաթ պատրաստելու երկու եղանակ կա՝ եվրոպական և ամերիկյան:

Ամերիկյան մեթոդը համաձուլվածքը ավազի մեջ 800-850 աստիճան ջերմաստիճանում թուլացնելն է։ Այս գործընթացում գրաֆիտը գտնվում է ամենամաքուր երկաթի հատիկների միջև: Արդյունքում չուգունը դառնում է մածուցիկ։

Եվրոպական մեթոդով ձուլվածքները թուլանում են երկաթի հանքաքարում։ Ջերմաստիճանը միաժամանակ կազմում է մոտ 850-950 աստիճան Ցելսիուս։ Ածխածինը անցնում է երկաթի հանքաքարի մեջ, որի պատճառով ձուլվածքների մակերեսային շերտը ածխաթթվացվում է և դառնում փափուկ։ Չուգունը դառնում է ճկուն, մինչդեռ միջուկը մնում է փխրուն։

Ճկուն երկաթի մակնշում. KCh 40-6, որտեղ KCh, իհարկե, ճկուն երկաթ է; 40 - առաձգական ուժի ինդեքս;6 – երկարացում, %.

Այլ ցուցանիշներ

Ինչ վերաբերում է չուգունների ըստ ամրության բաժանմանը, ապա այստեղ կիրառվում է հետևյալ դասակարգումը.

• Բնորոշ ուժ՝ σv մինչև 20 կգ/մմ2.
• Ավելացել է ուժը՝ σv=20 - 38 կգ/մմ2.
• Բարձր ուժ՝ σv=40 կգ/մմ2 և ավելի բարձր։

Ըստ ճկունության՝ չուգունները բաժանվում են՝.

• Անճկուն՝ 1%-ից պակաս երկարացում։
• Ցածր պլաստիկ - 1%-ից մինչև 5%.
• Պլաստիկ՝ 5%-ից մինչև 10%.
• Ավելացել է պլաստիկությունը՝ ավելի քան 10%.

Եզրափակելով, ես կցանկանայի նաև նշել, որ ցանկացած չուգունի հատկությունների վրա բավականին էապես ազդում է նույնիսկ թափման ձևն ու բնույթը: