Номер 3, страница 154 - гдз по химии 11 класс учебник Рудзитис, Фельдман

Подумайте, ответьте, выполните.... Параграф 33. Сплавы металлов. Глава VI. Металлы - номер 3, страница 154.

Условие.

3. Охарактеризуйте состав и свойства чугунов.

Решение.

Решение 2.

Чугун — это сплав железа (Fe) с углеродом (C), в котором содержание углерода превышает 2,14%. На практике содержание углерода в чугунах обычно составляет от 2,14% до 4,5%. Чугуны являются одними из самых распространенных конструкционных материалов благодаря своим хорошим литейным свойствам и относительно низкой стоимости.

Состав чугунов

Кроме железа и углерода, в состав чугуна всегда входят постоянные примеси, а также могут вводиться легирующие элементы для придания особых свойств.

• Углерод (C): основной элемент, определяющий структуру и свойства чугуна. Его содержание составляет от 2,14% до 6,67% (эвтектика цементита), но в промышленных чугунах обычно не превышает 4,5%. Углерод может находиться в чугуне в виде химического соединения — цементита ($Fe_3C$) или в свободном состоянии в виде графита.
• Кремний (Si): содержание обычно 0,5–4,0%. Является графитизирующим элементом, то есть способствует распаду цементита и выделению углерода в виде графита. Повышает жидкотекучесть чугуна.
• Марганец (Mn): содержание обычно 0,2–1,5%. Препятствует графитизации, отбеливает чугун (способствует образованию цементита), повышает его твердость и прочность. Также нейтрализует вредное влияние серы.
• Сера (S): вредная примесь (содержание до 0,12%). Ухудшает литейные свойства, придает чугуну хрупкость при высоких температурах (красноломкость). Является сильным отбеливающим элементом.
• Фосфор (P): вредная примесь (содержание до 1,2%). Повышает жидкотекучесть, но придает чугуну хрупкость при низких температурах (хладноломкость).
• Легирующие элементы: никель (Ni), хром (Cr), молибден (Mo), медь (Cu), ванадий (V) и др. вводятся для получения специальных свойств: повышенной прочности, износостойкости, жаростойкости, коррозионной стойкости.

Свойства чугунов

Свойства чугунов в значительной степени определяются формой и количеством углерода (графита) в его структуре.

• Хорошие литейные свойства: низкая температура плавления (1150–1250°C), высокая жидкотекучесть, малая усадка при затвердевании. Это делает чугун идеальным материалом для производства сложных отливок.
• Высокая прочность на сжатие: чугун хорошо сопротивляется сжимающим нагрузкам, что позволяет использовать его для изготовления станин станков, фундаментных плит.
• Низкая пластичность и ударная вязкость: чугуны (за исключением ковких и высокопрочных) являются хрупкими материалами и плохо переносят ударные и растягивающие нагрузки.
• Хорошая износостойкость: особенно у белых чугунов и серых с фосфором. В серых чугунах графит играет роль смазки.
• Способность гасить вибрации: благодаря наличию графитовых включений, которые поглощают энергию колебаний.
• Хорошая обрабатываемость резанием (для серых чугунов): стружка легко ломается, что упрощает процесс обработки.

Классификация и виды чугунов

В зависимости от того, в какой форме находится углерод в сплаве, чугуны подразделяются на несколько основных видов.

Белый чугун
В этом чугуне весь углерод находится в связанном состоянии в виде карбида железа — цементита ($Fe_3C$). Излом такого чугуна имеет белый блестящий цвет.
Свойства: очень высокая твердость (HB 450-550), высокая износостойкость, но при этом чрезвычайная хрупкость. Практически не поддается обработке резанием.
Применение: используется как передельный чугун для производства стали и ковкого чугуна, а также для изготовления деталей, работающих в условиях интенсивного абразивного износа (мелющие шары, детали дробилок).

Серый чугун
Наиболее распространенный вид. В нем углерод находится в свободном состоянии в виде пластинчатого графита. Излом имеет серый матовый цвет.
Свойства: хорошие литейные качества, отличная обрабатываемость резанием, высокая способность гасить вибрации. Обладает невысокой прочностью на растяжение и пластичностью из-за того, что пластинки графита действуют как внутренние надрезы-концентраторы напряжений.
Применение: станины станков, блоки цилиндров двигателей, картеры, тормозные барабаны, трубы, радиаторы отопления.

Высокопрочный чугун (с шаровидным графитом)
Получают путем модифицирования жидкого серого чугуна магнием (Mg) или церием (Ce), в результате чего графит кристаллизуется в форме шариков (сфероидов).
Свойства: обладает значительно более высокими механическими свойствами по сравнению с серым чугуном — прочностью, пластичностью и ударной вязкостью. Шаровидная форма графита минимизирует концентрацию напряжений. По своим свойствам приближается к литой стали.
Применение: ответственные детали, работающие при высоких статических и динамических нагрузках: коленчатые валы, поршни, шестерни, детали прокатных станов.

Ковкий чугун
Получают путем длительного отжига (томления) отливок из белого чугуна. В процессе отжига цементит распадается с образованием железа и графита хлопьевидной формы (углерод отжига).
Свойства: обладает повышенной пластичностью (отсюда название "ковкий", хотя ковать его нельзя) и ударной вязкостью по сравнению с серым чугуном при хорошей прочности.
Применение: детали, работающие в условиях ударных и вибрационных нагрузок в автомобилестроении и сельхозмашиностроении (картеры редукторов, ступицы, тормозные колодки).

Ответ:Чугуны — это сплавы железа с углеродом (содержание С > 2,14%), а также с постоянными примесями (Si, Mn, S, P) и иногда легирующими элементами. Ключевые свойства чугунов определяются формой, в которой находится углерод: в виде цементита ($Fe_3C$) или свободного графита (пластинчатого, шаровидного, хлопьевидного). Основные общие свойства чугунов — превосходные литейные качества, высокая прочность на сжатие, хорошая износостойкость и способность гасить вибрации, но при этом хрупкость и низкая прочность на растяжение (за исключением высокопрочных и ковких марок). В зависимости от структуры выделяют белый (твердый и хрупкий), серый (хорошо обрабатываемый, виброгасящий), высокопрочный (прочный и пластичный) и ковкий (пластичный и вязкий) чугуны, каждый из которых имеет свою область применения.