Почему чугун не магнитится? - GazSnabStroy.ru
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд (пока оценок нет)
Загрузка...

Почему чугун не магнитится?

Характеристики и магнитные свойства чугуна

Чугун — это сочетание углерода (C) и железа (Fe), которое имеет ряд характерных признаков и определенное сходство со сталью. В состав стали также входит углерод и железо. Разбирая характеристики металла как химического элемента, стоит обратить внимание, чугун магнитится или нет? Что влияет на его характеристики и отчего они зависят?

Общие сведения

Представляет собой сплав железа и углерода, которого в составе лигатуры должно быть не менее 2 %. Имеет несколько разновидностей:

По своей природе железо очень мягкий, но прочный материал, чтобы справиться с его мягкостью и придать прочность, в лигатуру добавляют углерод. Ковкий чугун — название это не говорит о том, что металл можно ковать, а обозначает его пластичность.

Белый чугун на изломе имеет белый цвет. Он тяжелый, прочный и не подвержен влажной коррозии. Имеет несколько разновидностей и используется для изготовления ковких материалов.

Серый чугун содержит примеси, таким эпитетом обозначают сплав железа, углерода и кремния. Большая часть углерода в лигатуре находится в виде графита. На изломе имеет серый цвет.

Стоит обратить внимание на высокопрочный чугун, в составе которого находится шаровидный графит. Он не так сильно ослабляет металлическую сетку, а также не считается концентратором напряжения.

По объемам производства Россия входит в тройку лидеров, уступая только Китаю и Японии.

Углерод в сплаве содержится в форме:

Графит — минерал в виде самородков, считается модификацией углерода. Увидеть этот элемент можно при наличии в доме карандаша, там графит находится в виде стержня. Графит известен давно, его применение зависит от отрасли: относительно мягкий, в древности использовался при изготовлении посуды из глины. В сплаве с железом является источником углерода, при повышении температуры меняется, становясь более твердым, но хрупким.

В химии представляет собой атом углерода, который имеет связь с тремя другими атомами. При добавлении к железу влияет на его качества, повышая твердость сплава.

Цементит, или кардит железа, хрупкий, пластичный и слабо магнитится. Образуется в материале, в состав которого входит железо уже при малом количестве углерода. Считается фазовой и структурной составляющей сплава.

В процентном соотношении не превышает 2,14 %. Температура плавления — от 1150 до 1200 °C, ниже на 300 °C, чем у железа.

Стоит отметить, что чугун подвержен сухой коррозии. В сравнении со сталью может показаться, что он имеет определенное преимущество по антикоррозийным свойствам, но это не так. Сталь и чугун в равной степени подвержены коррозии.

Основные характеристики

Свойства чугуна можно классифицировать по следующим пунктам:

  1. Химические.
  2. Тепловые.
  3. Технологические.
  4. Гидродинамические.

Химические характеристики металла — это склонность к коррозии. Она зависит от состава сплава и элементов, которые входят в него, а также от факторов внешней среды. Элементы в составе лигатуры могут как снижать склонность металла к коррозии, так и повышать ее, все зависит от их влияния на структуру металла.

Теплопроводность железа уменьшается за счет увеличения в его составе примесей. Теплопроводность сплава изменяется за счет степени его графитизации.

Жидкотекучесть относят к технологическим свойствам, ее степень определяют различными способами. Свойство это увеличивается при уменьшении вязкости.

Вязкость металла уменьшается при увеличении содержания в составе марганца, а также при уменьшении в сплаве количества серы и других неметаллических включений. Вязкость также зависит от температуры. Она пропорциональна абсолютной температуре и опыту контакта с ней.

А также существуют и магнитные свойства чугуна, которые в основном зависят от структуры металла. Делятся на первичные и вторичные.

К первичным характеристикам относят:

  • температуру магнитного превращения;
  • насыщение;
  • индукцию;
  • проницаемость в сильных полях.

Эти характеристики не зависят от формы и распределения, но зависят от количества и свойства феноменальных фаз.

К вторичным характеристикам относят:

  • проницаемость в слабых и средних полях;
  • коэрцитивную силу;
  • индукцию;
  • насыщение;
  • остаточный магнетизм.

Вторичные свойства определяются главным образом формой и распределением структурных составляющих.

Существует парамагнитный, или немагнитный чугун. Это материал, который используют в том случае, если требуется снизить магнитные свойства металла, а заменить его на сплав из цветных металлов не представляется возможным.

Чаще других углерод и железо разбавляют:

Магнитомягкий материал обладает магнитными свойствами. За них отвечают феррит и цементит. От количества цементита зависят магнитные характеристики металла и степень их выраженности. Одинаковое количество графита в сплаве может определить различные его металлические свойства. Таким образом, магнитными свойствами обладают не все разновидности чугуна, а только ковкий и высокопрочный.

А вот серый чугун при той же матрице подобными свойствами не обладает. Поэтому его относят к парамагнитным материалам.

Похожим образом на материал влияет и уменьшение количества перлита, что нередко используется в металлургии при изготовлении деталей. Отпуск после закалки способен улучшить магнитные составляющие металла.

Металл может обладать магнитными свойствами, а может их вовсе не иметь, и причина тут не в углероде. Железо магнитится, и все сплавы, которые имеют в составе этот элемент, имеют схожие характеристики. Но не стоит забывать и о том, что на лигатуру влияет не только железо, но и углерод, а также другие элементы: никель, медь, марганец и др. Благодаря своим свойствам материал имеет различное применение.

Таким образом, чугун и магнитится, и нет, все зависит от сплава, а также от наличия в его составе цементита.

Как отличить чугун от стали, железа и алюминия в домашних условиях

Чугун – это сплав железа с достаточным содержанием углерода (от 2,14 до 6,67 %). Концентрация добавленного вещества влияет на ковкость, пластичность и твердость металла, поэтому из сплава железа и менее 2,14 % углерода получают сталь. Чугунный сплав очень тверд и хрупок, плохо поддается отливке и обработке режущими инструментами. Поэтому отличить чугун от стали достаточно просто по свойствам, внешнему виду и характеристикам.

Высокое содержание углерода придает высокоуглеродистому железному сплаву темный, практически черный цвет. Визуально отличить чугун от стали можно по отсутствию блеска. Также на его поверхности образуется спель – крупные включения пластинчатого графита, которые на изломе видны невооруженным глазом. Появляются они в результате кристаллизации высокоуглеродистых сплавов.

Основные характеристики

Помимо углерода, в состав сплава добавляют марганец, серу, фосфор, кремний, молибден и др. Углерод в нем находится в виде графита или цементита (карбида железа), а их количество определяет разновидность металла. Для всех видов сплава характерна высокая плотность – около 7200 кг/куб. м.

Отличить чугун от другого металла можно по плохой свариваемости. В процессе нагрева происходит окисление кремния в составе железного сплава. Из-за более высокой температуры плавления оксид кремния затрудняет процесс сварки, поэтому неразъемные соединения образуются с трудом. При этом у чугунных сплавов относительно низкая температура плавления (от 1150 до 1200 °C, что ниже по сравнению со сталью и чистым железом).

Виды сплавов

  • белый – металл с изломом светло-серого оттенка, который плохо поддается обработке, но обладает высокой твердостью;
  • серый – материал с высоким содержанием углерода в виде графита, который обладает хорошими литейными свойствами, легко обрабатываем и подходит для производства элементов станков, станин, крышек, шкивов и прессов;
  • ковкий – металла, полученный в результате термической обработки белого сплава с образованием хлопьевидного гранита (востребован в автомобильном производстве, при изготовлении сельскохозяйственной техники и запчастей для нее);
  • половинчатый – материал для производства износостойких фрикционных деталей;
  • высокопрочный – сплав с шаровидным графитом в составе для производства труб и элементов машин.

Чтобы понять, как отличить чугун, важно изучить характерные особенности и сферы применения его разновидностей.

Металлы, которые часто путают

Высокоуглеродистый сплав железа часто путают с другими металлами, используемыми для производства сантехники, фитингов, запорной арматуры, запчастей станков, радиаторов. Над тем, как определить чугун, задумываются при попытке сдать металлолом в пункт приема. Лом этого металла – один из самых дешевых, поскольку он плохо поддается переработке, хрупок, из него с трудом удаляются вредные примеси (фосфор и сера).

Поэтому перед поездкой в пункт приема важно определить, чугун или сталь перед вами. Также нередко путают его с чистым железом, алюминием и силумином – сплавом алюминия и кремния, применяемым для производства сковород, кастрюль, смесителей, кранов и др. Отличить чугун от железа и других металлов можно в домашних условиях: по цвету, магнитным свойствам, прочности и даже звуку!

Читайте также:  Как плавить чугун в домашних условиях

Отличия от железа

Чистое железо – материал, который можно увидеть только в лаборатории. В природе оно практически не встречается, а также не применимо для серийного производства запчастей, сантехнических изделий и предметов быта. Определить, чугун или железо перед вами, можно по внешнему виду: железо имеет светло-серебристый цвет, очень мягко и пластично, а также сильно подвержено коррозии.

При этом важно не путать железо и его производную – сталь. Эти понятия не взаимозаменяемы. Сталь – сплав железа, незначительного количества углерода, марганца, кремния, серы и фосфора. Этот железоуглеродистый сплав является эластичным, деформируемым, ковким. Отличить сталь от чугуна на глаз также бывает непросто: похожий состав придает им схожие оттенки, но совершенно разные свойства и характеристики. Сталь проще в обработке, прочнее, не боится ударов и механических воздействий.

Как отличить чугун от стали?

Сталь – высокопрочный материал с температурой плавления примерно 1300–1500 °C. Из нее производят:

  • слесарные инструменты (молотки, зубила, отвертки, косы, пилы, ножницы и т.д.);
  • детали машин (толкатели, зубчатые колеса);
  • пружины и рессоры;
  • кузнечные инструменты;
  • изделия для обработки камня и древесины;
  • трубы и радиаторы;
  • хирургическое оборудование;
  • стройматериалы;
  • посуду, столовые приборы и предметы быта.

Распространено мнение, что отличить чугун от стали можно магнитом. Утверждение верно отчасти, поскольку магнитные свойства металла зависят от состава. Не магнитят аусетнитные и аустенитно-ферритные сплавы с высоким содержанием хрома (до 20 %) и никеля (до 15 %). Включение в состав титана, молибдена, ниобия также снижает магнитные свойства металла.

Отличия стали и чугуна

Высокоуглеродистый сплав магнитится всегда, а сталь – в зависимости от состава. Также чугун определяют по цвету и состоянию поверхности: изделия из него имеют темный, почти черный матовый цвет, а на изломе металл – темно-серый. Также чугунные предметы более массивны и больше весят по сравнению со стальными аналогами, хотя плотность стали значительно выше – до 7900 кг/куб. м.

Сталь лучше поддается обработке, поэтому предметы из нее производят методом штамповки. Непрочный, непластичный чугун пригоден для изготовления литых изделий. Он не выдерживает сильные удары и может расколоться, поэтому отличить его поможет сильный удар молотком. При этом он пористый и дольше удерживает тепло, а потому еще один вариант проверки – сильный нагрев. Чугунные изделия прогреваются медленно, но равномерно, а остывают в течение минимум 10 минут.

Отличия от алюминия

Магнитом отличить чугун можно не только от стали, но и от алюминия – серебристо-белого легкого металла. Это вещество является парамагнетиком, поэтому обладает внешней магнитной восприимчивостью (при отсутствии внешнего магнитного поля магнитные моменты атомов отличны от нуля). Относительная магнитная проницаемость металла незначительно больше единицы, а магнитное поле в нем возрастает несущественно. Соответственно, алюминий магнитится, но очень слабо. Визуально это не различимо, поэтому принято считать, что он не магнитит. Помимо магнитных свойств, у металлов есть и другие различия: цвет, масса, плотность, твердость и гибкость. Поэтому отличить их друг от друга можно и другими способами.

Как отличить алюминий от чугуна?

1 кубический метр алюминия весит 2 700 кг, а чугуна – более 7 000 кг. Первый менее плотный, а потому изделия из него должны быть значительно легче по сравнению с чугунными. Но следует учесть, что алюминий менее прочен, поэтому предметы из него делают толстостенными, что сказывается на весе.

Алюминиевые изделия светлее, имеют слегка блестящую поверхность. В атмосферных условиях металл сразу покрывается прозрачной газопроницаемой оксидной пленкой. Алюминий – гладкий и ровный, а чугун – темный, пористый и шершавый. Существенное отличие металлов – твердость: алюминий легко согнуть, а от ударов на его поверхности образуются вмятины. Чугун невозможно согнуть: под действием больших нагрузок он расколется, но не деформируется.

Особенности сдачи чугунного лома

Этот вид черного металлолома наиболее востребован, а относят его к металлическому мусору. Его утилизируют, переплавляют на металлургических предприятиях и даже перерабатывают, превращая в сталь путем снижения концентрации углерода. Большая часть чугунного лома – промышленного происхождения.

На металлолом сдают устаревшие станки, оборудование, демонтированные металлоконструкции. Стоимость такого лома относительно невысока, но ввиду большой массы за эти предметы можно выручить хорошие деньги.

Отличить чугун от алюминия, стали, железа можно по цвету, массе и даже звучанию (чугунные изделия – самые звонкие, поэтому при ударах издают громкие, резкие звуки). Но наиболее надежный способ – отдать образец металла в нашу лабораторию, оборудованную спектрометром. Мы точно определим состав сплава и предложим лучшую стоимость металлолома!

Какие металлы не магнитятся и почему?

Любой ребенок знает, что металлы притягиваются к магнитам. Ведь они не раз вешали магнитики на металлическую дверцу холодильника или буквы с магнитиками на специальную доску. Однако, если приложить ложку к магниту, притяжения не будет. Но ведь ложка тоже металлическая, почему тогда так происходит? Итак, давайте выясним, какие металлы не магнитятся.

Научная точка зрения

Чтобы определить, какие металлы не магнитятся, нужно выяснить, как все металлы вообще могут относиться к магнитам и магнитному полю. По отношению к внесенному магнитному полю все вещества делят на диамагнетики, парамагнетики и ферромагнетики.

Каждый атом состоит из положительно заряженного ядра и отрицательно заряженных электронов. Они непрерывно движутся, что создает магнитное поле. Магнитные поля электронов одного атома могут усиливать друг друга или уничтожать, что зависит от направления их движения. Причем скомпенсированы могут быть:

  • Магнитные моменты, вызванные движением электронов относительно ядра – орбитальные.
  • Магнитные моменты, вызванные вращением электронов вокруг своей оси – спиновые.

Если все магнитные моменты равны нулю, вещество относят к диамагнетикам. Если скомпенсированы только спиновые моменты – к парамагнетикам. Если поля не скомпенсированы – к ферромагнетикам.

Парамагнетики и ферромагнетики

Рассмотрим вариант, когда у каждого атома вещества есть свое магнитное поле. Эти поля разнонаправлены и компенсируют друг друга. Если же рядом с таким веществом положить магнит, то поля сориентируются в одном направлении. У вещества появится магнитное поле, положительный и отрицательный полюс. Тогда вещество притянется к магниту и само может намагнититься, то есть будет притягивать другие металлические предметы. Так, например, можно намагнитить дома стальные скрепки. У каждой появится отрицательный и положительный полюс и можно будет даже подвесить целую цепочку из скрепок на магнит. Такие вещества называют парамагнитными.

Ферромагнетики – небольшая группа веществ, которые притягиваются к магнитам и легко намагничиваются даже в слабом поле.

Диамагнетики

У диамагнетиков магнитные поля внутри каждого атома скомпенсированы. В этом случае при внесении вещества в магнитное поле к собственному движению электронов добавится движение электронов под действием поля. Это движение электронов вызовет дополнительный ток, магнитное поле которого будет направлено против внешнего поля. Поэтому диамагнетик будет слабо отталкиваться от расположенного рядом магнита.

Итак, если подойти с научной точки зрения к вопросу, какие металлы не магнитятся, ответ будет – диамагнитные.

Распределение парамагнетиков и диамагнетиков в периодической системе элементов Менделеева

Магнитные свойства простых веществ периодично изменяются с увеличением порядкового номера элемента.

Вещества, не притягивающиеся к магнитам (диамагнетики), располагаются преимущественно в коротких периодах – 1, 2, 3. Какие металлы не магнитятся? Это литий и бериллий, а натрий, магний и алюминий уже относят к парамагнетикам.

Вещества, притягивающиеся к магнитам (парамагнетики), расположены преимущественно в длинных периодах периодической системы Менделеева – 4, 5, 6, 7.

Однако последние 8 элементов в каждом длинном периоде также являются диамагнетиками.

Кроме того, выделяют три элемента – углерод, кислород и олово, магнитные свойства которых различны у разных аллотропных модификаций.

К тому же называют еще 25 химических элементов, магнитные свойства которых установить не удалось вследствие их радиоактивности и быстрого распада или сложности синтеза.

Магнитные свойства лантаноидов и актиноидов (все они являются металлами) меняются незакономерно. Среди них есть и пара- и диамагнетики.

Выделяют особые магнитоупорядоченные вещества – хром, марганец, железо, кобальт, никель, свойства которых изменяются незакономерно.

Какие металлы не магнитятся: список

Ферромагнетиков, то есть металлов, которые хорошо магнитятся, в природе существует всего 9. Это железо, кобальт, никель, их сплавы и соединения, а также шесть металлов- лантаноидов: гадолиний, тербий, диспрозий, гольмий, эрбий и тулий.

Читайте также:  Как отличить чугун от металла?

Металлы, притягивающиеся только к очень сильным магнитам (парамагнетики): алюминий, медь, платина, уран.

Поскольку в быту не встречаются настолько большие магниты, которые бы притянули парамагнетик, а также не встречаются металлы-лантаноиды, можно смело утверждать, что все металлы, кроме железа, кобальта, никеля и их сплавов не будут притягиваться к магнитам.

Итак, какие металлы не магнитятся к магниту:

  • парамагнетики: алюминий, платина, хром, магний, вольфрам;
  • диамагнетики: медь, золото, серебро, цинк, ртуть, кадмий, цирконий.

В целом можно сказать, что черные металлы притягиваются к магниту, цветные – не притягиваются.

Если говорить о сплавах, то сплавы железа магнитятся. К ним относят в первую очередь сталь и чугун. К магниту могут притянуться и драгоценные монеты, поскольку они изготовлены не из чистого цветного металла, а из сплава, который может содержать небольшое количество ферромагнетика. А вот украшения из чистого цветного металла к магниту не притянутся.

Какие металлы не ржавеют и не магнитятся? Это обычная пищевая нержавейка, золотые и серебряные изделия.

Как отличить чугун от стали в домашних условиях без специальных приборов

Развитие промышленности и создание синтетических материалов не способно умалить достоинства и преимущества традиционных материалов. К таким можно отнести чугун и сталь. Это одни из самых старых знакомых сплавов для человеческой цивилизации.

Технология ремонтных и конструкторских работ зачастую включает в себя различные виды обработки. Это может быть:

  • механическая
  • химическая
  • термическая
  • электролитическая
  • плазменная и другие виды обработки.

Несмотря на тот факт, что чугун и сталь отличаются друг от друга мизерной разницей содержания углерода, способы и методы воздействия факторов на эти сплавы разнятся и требуют разных способов одного и того же метода влияния на форму и структуру металла.

Факторы, влияющие на обработку стали и чугуна

Для того что бы не потратить деньги и ресурсы на ветер, очень важно знать как определить чугун или сталь.

  • Выбор сварочного электрода
  • угол заточки сверла
  • режим сверления и фрезерования

Это не все факторы, которые способны усложнить жизнь и труд человека, неправильно определившего тип металла. Снижение механических, прочностных и нарушение гарантированных межремонтных интервалов куда большее зло, способное нанести ущерб производству и бюджету в случае ошибки.

Визуальное определение

Как же можно отличить чугун от стали визуально, не прибегая к разрушающим методам контроля. Если стоит вопрос о сварке треснутого участка детали или даже отвалившегося куска, то есть возможность исследовать слом или структуру трещины. Металл на сломе чугунной детали наверняка будет темно-серого цвета с матовой поверхностью. При тех же условиях излом стали будет иметь светло-серый, практически белый цвет, с глянцевым блеском.

Характер трещин на поверхности высокоуглеродистых сплавов похожи на раскол на глиняной посуде, низкоуглеродистые сплавы склонны к пластическим деформациям и по этой причине трещина имеет форму разрыва пластичного материала.

По поверхностным дефектам можно выделить только чугун, который заливался в форму при низкой температуре, не обрабатывался позже и не наносился декоративный лакокрасочный слой. На таком изделии заметны полусферические мелкие зерна, образованные вследствие не пролива из-за низкой температуры.

Не забывайте о правильном визуальном методе определения материала. Советские, современные и зарубежные ГОСТы предполагают наличие маркировки материалов на всех литых изделиях. На отечественном литье значки СЧ, ВЧ, КЧ – перед вами чугунное литье. Л45, 45ХЛ, 110Г2С – говорит об использовании стального литья для данного элемента.

Механическое определение с помощью сверления

Высокопрочный чугун с шаровидным графитом по качеству и визуально очень напоминает стальные изделия. Осуществить проверку изделия разорвав его на разрывной машине, не совсем оправдано и разумно. Для этого можно выбрать не работающий, незаметный участок на изделии и просверлить его не на всю глубину сверлом минимального диаметра. Структура чугуна такова, что стружка не способна сформироваться в витой вьюн. Вкрапления графита, даже если они не видны, крошат стружку на этапе ее формирования. Такая стружка в руках растирается в пыль, оставляет на руках черный след, как от грифеля простого карандаша.

Стальная стружка способна образовывать вьюн больше длины самого сверла, не рассыпается в руках. При быстрых оборотах она имеет цвет побежалости на поверхности.

Механическое определение с помощью шлифования

Можно подойти к вопросу определения материала используя болгарку (угловую шлифовальную машинку). Как и предыдущем способе выбираем участок который не является плоскостью трения, контактной площадкой или другим важным конструкторским элементом. Включенной машинкой соприкасаемся с исследуемой поверхностью и следим за формой и цветом искр.

В чугунных изделиях это будет короткая искра с красноватым оттенком на звездочке в конце трека.

В металлических изделиях сноп искр будет сравнительно больший, треки длиннее, а искры ослепительно белого или желтого цвета.

Если существует неопределенность и неуверенность в методе и вашей оценке, то можно взять заведомо известный материал, например, чугунный казан в углу гаража и проверить какие искры летят при обработке шлифовальной машинкой. При этом не стоит забывать, что ряд сталей специального назначения, особенно жаропрочные, дают искру минимального размера, с коротким треком и вишнево красного цвета.

В данном материале не рассматриваются экзотические для домашнего пользования методы:

  • спектрального анализа
  • микроскопического анализа
  • взвешивания и определения объема.

Но для домашних нужд вышеуказанных способов более чем достаточно. Независимо от метода и способа определения материала старайтесь использовать схемы, чертежи и прочую информацию к вашему агрегату или изделию. Количество информации во всемирной паутине зашкаливает и способно добраться в самый отдаленный уголок цеха или гаража.

Магнитные свойства чугуна

В соответствии с требованиями, предъявляемыми к деталям, чугун может применяться как ферромагнитный (магнитно-мягкий) или парамагнитный материал. В первом случае, когда материал должен обладать большой магнитной восприимчивостью, применяют ферритный или перлитный чугун, во втором случае при необходимости обеспечить малую магнитную восприимчивость применяют главным образом аустенитный чугун, хотя некоторые ферритные чугуны (например, алюминиевые) тоже парамагнитны.

Как ферромагнитный материал магнитно-мягкий чугун должен иметь узкую петлю гистерезиса (рис. 270), высокие значения индукции (В) и насыщения (4пI) при сильных и слабых полях, высокую магнитную проницаемость (р.) и малую коэрцитивную силу (Hc). В случае переменного тока он должен отличаться также малыми ваттными потерями (на гистерезис и токи Фуко), что имеет место при небольшой площади гистерезисной петли (Wh) и высоком электросопротивлении.

Уступая мягкой и специальной стали как магнитно-мягкий материал, чугун вместе с тем имеет ряд преимуществ: его магнитные свойства меньше зависят от напряжений в отливках, влияние температуры и сотрясений на магнитные свойства у него меньше; чугунным отливкам можно легче придать выгодную для магнитных свойств конфигурацию.

Магнитные свойства в большей степени, чем какие-либо другие зависят от структуры металла. Эта зависимость определяет классификацию магнитных свойств на первичные и вторичные. К первичным магнитным свойствам относятся индукция, насыщение и проницаемость в сильных полях (Вмакс, 4пIмакс, uмакс) и температура магнитного превращения. Эти свойства зависят главным образом от количества ферромагнитных составляющих и их состава и не зависят от формы и распределения фаз, т. е. являются структурно нечувствительными. К вторичным свойствам относятся гистерезисные характеристики: индукция, насыщение и проницаемость в слабых и средних полях, коэрцитивная сила, остаточный магнетизм и площадь гистерезисной петли, характеризующая соответствующие потери:

где k1 и k — коэффициенты пропорциональности.

Эти свойства зависят главным образом от формы и распределения структурных составляющих и определяются в основном внутренними напряжениями вследствие искажения кристаллической решетки металла. В противоположность первичным свойствам, вторичные (гистерезисные) свойства мало зависят от состава фаз.

Основными ферромагнитными составляющими чугуна являются феррит и цементит, характеризующиеся следующими данными:

Влияние элементов на магнитные свойства чугуна определяется соответствующими изменениями графитизации, дисперсности перлита и состава основных структурных составляющих. В частности, влияние на вторичные свойства, зависящее от формы и распределения структурных составляющих, определяется главным образом графитизацией и сорбитизацией структуры. Состав же фаз имеет при этом ограниченное значение, хотя принципиально все примеси, за исключением кобальта, искажая кристаллическую решетку, повышают магнитную жесткость чугуна. Поэтому все элементы, тормозящие графитизацию, увеличивают магнитную жесткость чугуна. Элементы же, способствующие графитизации, могут оказать в этом отношении различное влияние. Так, например, кремний, образуя твердый раствор с ферритом, понижает только первичные свойства. Повышение содержания кремния в отожженном чугуне приводит поэтому к уменьшению насыщения и максимальной проницаемости без особого влияния на коэрцитивную силу и потери при гистерезисе. В сыром же состоянии чугуна кремний вследствие своего графитизирующего влияния понижает коэрцитивную силу. При этом падают также остаточный магнетизм, насыщение и проницаемость.

Читайте также:  Сварка выпускного коллектора из чугуна

Таким образом, с точки зрения максимального понижения магнитной твердости следовало бы выбирать чугун с минимальным содержанием кремния, обеспечив при этом полную графитизацию структуры. Однако потери на гистерезис, а также полные потерн понижаются с увеличением содержания кремния вследствие увеличения электросопротивления. Поэтому повышение содержания кремния в магнитно-мягком чугуне является полезным. Точно так же и углерод, увеличивая количество графита, понижает магнитную проницаемость чугуна, но вместе с тем может и повысить ее, если при этом увеличивается степень графитизации.

Повышение содержания фосфора в чугуне мало отражается на его магнитных свойствах, так как фосфор в слабой степени влияет на графитизацию. Влияние никеля выражается в том, что насыщение сначала едва заметно повышается, а затем резко падает в связи с образованием сорбитной и мартенситной структур. Вместе с тем падает проницаемость и сильно повышаются коэрцитивная сила и потери на гистерезис. В отожженном состоянии, благодаря распаду мартенсита и дифференциации перлита, магнитные свойства чугуна мало меняются. При большом же содержании никеля проницаемость падает до величины, близкой к единице, вследствие образования аустенитной структуры. Примерно так же проявляется влияние меди. С увеличением содержания меди проницаемость падает, а коэрцитивная сила, остаточный магнетизм и потери повышаются, чему, кроме размельчения перлита, способствуют еще выделения немагнитной меди в дисперсном состоянии. Поэтому при низком содержании меди, когда она находится в растворе, коэрцитивная сила меняется мало. При большом же содержании меди коэрцитивная сила и остаточный магнетизм заметно повышаются вследствие образования дисперсных включений. При дальнейшей коалесценции включений меди остаточный магнетизм начинает уже уменьшаться в результате образования немагнитной составляющей.

Общая характеристика магнитных свойств разных чугунов представлена в табл. 37. Данные ее подтверждаются положением, что ферритные высокопрочные и ковкие чугуны действительно являются наиболее мягкими в магнитном отношении материалами, часто превосходящими даже сталь. Наиболее жесткими являются белые чугуны.

Перегрев чугуна сравнительно мало влияет на магнитные свойства, так как увеличение содержания связанного углерода и размельчение графита при, перегреве действуют в противоположных направлениях. Наоборот, модифицирование, способствуя раскислению и графитизации, понижает магнитную твердость чугуна. Происхождение и структура исходных материалов, определяющие в некоторой мере степень графитизации чугуна, форму графита и газосодержание, оказывают определенное влияние и на магнитные свойства. Исходя из этого, следует считать, что для получения магнитно-мягкого чугуна полезно вести плавку на сырых материалах с крупным графитом и с низким газосодержанием, а при самой плавке принимать все необходимые меры для минимального окисления металла и насыщения его газами.

Интересно также отметить влияние температуры на магнитные свойства чугуна. Как видно из кривых намагничивания ферритного серого чугуна (рис. 273, б), повышение температуры приводит сначала к медленному, затем к более быстрому понижению насыщения, стремящемуся к нулю вблизи точки Кюри. Аналогично с повышением температуры отмечается понижение коэрцитивной силы, потерь на гистерезис и остаточной индукции, а также увеличение начальной и максимальной проницаемости.

Так же, как магнитно-мягкие чугуны, большой практический интерес представляют и немагнитные (парамагнитные) чугуны. Они применяются в тех случаях, когда требуется свести к минимуму ваттные потери (крышки масляных выключателей, концевые коробки трансформаторов, нажимные кольца на электромашинах и т. д.) или когда требуется минимальное искажение магнитного поля (детали подводных лодок, стойки для магнитов и т. д.). В первом случае, наряду с низкой магнитной проницаемостью, требуется высокое электросопротивление, чему чугун удовлетворяет по своим свойствам даже в большей степени, чем цветные сплавы. Во втором случае не требуются малые ваттные потерн, но зато необходима особо низкая магнитная проницаемость, что трудно достижимо в чугуне. Поэтому в ряде случаев и не удается заменить цветные сплавы аустеннтным чугуном для второй группы отливок. Однако до сих пор, собственно, не установлен предел магнитной проницаемости, определяющий границу между магнитными и немагнитными чугунами. Условно таким пределом иногда считают значение u = 1,05 при H = 200 э (160 а/см). Однако во многих случаях допустимы и большие значения.

Как указывалось ранее, аустенитные чугуны могут быть получены при легировании никелем, марганцем, медью. Для этого требуется, чтобы в обычных условиях охлаждения состав металла удовлетворял неравенству

Из неравенства следует, что элементом, наиболее интенсивно стабилизирующим аустенит, является марганец и, следовательно, замена им никеля выгодна не только экономически, но и технически. В зависимости от состава аустенитные чугуны могут быть классифицированы следующим образом:

1) группа никелевых чугунов типа нирезист с тем или иным количеством меди и хрома, отличающаяся не только низким уровнем магнитной проницаемости, но и высокой жаропрочностью и сопротивлением коррозии;

2) группа никельмарганцевых чугунов типа номаг с тем или иным содержанием меди и алюминия, часто превосходящая чугуны первой группы с точки зрения немагнитности, но уступающая нм по жаропрочности, жаростойкости и сопротивлению коррозии;

3) группа марганцевых чугунов с тем или иным содержанием меди и алюминия, являющаяся наиболее экономичной но ,составу, но характеризующаяся более низкими прочностными и физическими свойствами, чем чугуны первых групп.

При этом следует иметь в виду, что наличие антиграфитизирующих элементов может вызвать выделение карбидов, повышающих магнитную проницаемость. Поэтому концентрация этих элементов должна быть ограничена, иначе содержание углерода и кремния придется повысить, что, естественно, понизит механические свойства и без того сравнительно низкопрочных аустенитных чугунов. При применении низкоуглеродистых чугунов следует рекомендовать эффективное модифицирование, в частности двойное, для предотвращения образования карбидов.

Значительный интерес представляют также ферритные высоколегированные алюминиевые чугуны, характеризующиеся особенно низкой магнитной проницаемостью. Эти чугуны являются парамагнитными вследствие резкого понижения алюминием точки Кюри. К сожалению, они обладают сравнительно низкой прочностью, что в значительной степени устраняется обработкой металла церием для сфероидизации графита, как это было предложено впервые Б.С. Мильманом и др. Такая обработка, причем не только церием, но и магнием, применима также для никелевых чугунов. Свойства немагнитных чугунов, в том числе и механические, в зависимости от состава металла и формы включений графита колеблются в широком диапазоне (табл. 38).


Преимущества чугунов с шаровидным графитом выражаются не только в более высокой прочности, но, что еще важнее, в высокой вязкости и пластичности. Так, например, удлинение чугунов типа нирезист доходит до 40%, в то время как при пластинчатом графите оно обычно не превосходит 2%. Как видно из табл. 38, наиболее низкой магнитной проницаемостью отличаются алюминиевые чу гуны. В никелевых чугунах частичная замена никеля марганцем понижает магнитную проницаемость, если при этом не выделяются карбиды в структуре. Поэтому чугуны типа номаг характеризуются, как хороший немагнитный материал. Исследования этих чугунов с разным соотношением Ni:Mn показали, что для сравнительно тонкостенных отливок (5—10 мм), когда требуется только немагнитность, могут быть рекомендованы составы: С > 3,1%; Si = 2,0—2,4%; Mn = 5,2—6% и Ni — 6—6,8%, т. е. с примерным отношением Ni : Mn = 1; безникелевые чугуны уступают номагу по технологическим свойствам и магнитной проницаемости, но являются наиболее экономичными.

Значение меди в аустенитных чугунах заключается не только в замене более дорогого никеля, но и в повышении устойчивости аустенита против отпуска, что имеет значение при нагревании отливок в процессе работы машины. Так же действует и алюминий, что при концентрациях до 3—5%, с учетом его графитизирующего действия, делает его весьма полезным. Легирование кремнием, напротив, целесообразно только с точки зрения графитизации и повышения электросопротивления, магнитную проницаемость он увеличивает. Фосфор же влияет неблагоприятно, поэтому его содержание должно определяться только жидкотекучестью чугуна.

Кроме состава чугуна большое влияние на его структуру и магнитную проницаемость оказывает термическая обработка с целью устранения мартенсита и распада карбидов, что особенно важно при нестабильном аустените и наличии карбидообразующих элементов. Чем медленнее охлаждение отливки в форме, тем больше опасность образования мартенсита или других продуктов превращения, если аустенит является недостаточно стабильным. Поэтому содержание аустенизирующих элементов (Ni, Mn, Cu) должно быть тем выше, чем больше толщина отливки:

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector