7 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Как получают серый чугун

Технология получения высококачественного серого чугуна с пластинчатым графитом

Требования к жидкому чугуну.

Отливки, используемые в совре­менном машиностроении, должны обладать стабильно высокими механическими свойствами.

Так, например, в автомобилестроении в основном использу­ются отливки серого чугуна, временное сопротивление при рас­тяжении которого σΒ = 200. 300 МПа и твердость НВ 190. 240. Для значительной части ответственных автомобильных отливок технические условия предусматривают преимущественно перлит­ную структуру с максимальным содержанием феррита до 5 %. Меха­нические условия определяют также характер и размеры включе­ний пластинчатого графита.

Получение высококачественного чугуна связано с применени­ем внепечной обработки расплава — модифицирования. Однако для эффективного модифицирования выплавленный чугун должен удовлетворять определенным требованиям.

Как известно, для получения чугуна с высокими прочностью и твердостью необходимо выплавить металл с пониженным со­держанием углерода и кремния при некотором повышении со­держания марганца. Для получения чугунов марок СЧ40 и СЧ45 необходимо, кроме того, снизить содержание серы и фосфора.

На первый взгляд пониженное содержание углерода и крем­ния упрощает задачи плавки, так как для этого требуется меньше дорогостоящего ферросилиция, существенно уменьшается время на науглероживание металла. В этой связи существует присущий только плавке серого чугуна парадокс — чем выше марка чугуна, тем дешевле шихта для его выплавки.

Однако на практике получение отливок серого чугуна высо­ких марок сопряжено с опасностью получения отбела. Это объяс­няется тем, что структура таких отливок должна быть по пре­имуществу перлитная, на грани отбела. Поэтому даже небольшие отклонения в минус по содержанию углерода и кремния, свя­занные, например, с неточностью дозирования шихты или на­рушениями принятого режима плавки и модифицирования, при­водят к получению половинчатого или белого чугуна. Этот вид брака неизбежно вскрывается в процессе механической обработ­ки и никогда, в отличие от других видов брака, не остается неза­меченным. Очевиден в данном случае и виновник брака — пла­вильное отделение.

Из этих рассуждений следует важнейшее требование к жидкому металлу при получении отливок высококачественного серого чу­гуна — стабильность химического состава.

Кроме того, пониженный углеродный эквивалент приводит к понижению жидкотекучести и требует повышенной температуры заливки.

Содержание вредных примесей — серы и фосфора, допусти­мое для чугунов вплоть до СЧ35, составляет соответственно 0,12 и 0,3 %. Оно обеспечивается при плавке на обычной шихте в печах с кислой футеровкой. Для получения СЧ40 и СЧ45, содержащих серы и фосфора не более 0,02 % каждого, необходимы специальные приемы плавки и внепечной обработки.

Поэтому для получения серого чугуна высокого качества необ­ходимо:

о использовать шихту стабильного состава и обеспечить точ­ность дозирования ее компонентов;

• обеспечить оптимальные уровни перегрева и продолжитель­ности выдержки в условиях применения электроплавильных агре­гатов;

• обеспечить надежность контроля процесса плавки на всех его этапах и возможность оперативного воздействия на него;

• использовать внепечную обработку.

Технология модифицирования.

Модифицирование являет­ся наиболее простым, эффективным и, поэтому, самым распрос­траненным способом повышения прочностных свойств чугуна.

В качестве модификатора при производстве отливок серого чу­гуна чаще всего используют ферросилиций ФС75, обладающий одновременно раскисляющей и графитизирующей способностя­ми. За счет его свойств можно получить мелкозернистую структу­ру отливки, снизить отбел и повысить механические свойства металла. Количество модификатора зависит от различных произ­водственных условий и увеличивается от 0,2. 0,4 % для СЧ25 до 1,5. 2% для СЧ45.

Обычно модификатор вводят в ковш под струю металла, на желоб, в литниковую чашу или в форму. Размер зерен модифика­тора составляет 2. 5 мм при обработке жидкого металла массой до 2 τ и 5. 15 мм при обработке больших количеств.

В зависимости от способа ввода модификатора может усваи­ваться 70. 90% (кремния).

Перед употреблением модификатор прокаливают при 300. 400 °С в течение 1. 2 ч. Пылевидные фракции размером менее 0,5 мм отсеивают.

Температура металла при выпуске из печи составляет обычно 1420. 1460°С, она должна быть тем большей, чем выше марка чугуна. После ввода модификатора металл целесообразно переме­шать для равномерного распределения его в объеме ковша. Во из­бежание потери эффекта модифицирования выдержка чугуна после добавки модификатора не должна превышать его живучести. Эта величина для ферросилиция ФС75 в зависимости от емкости ков­ша составляет:

Масса металла в ковше, τ. До 0,5 0,5. 2 2. 10

Допустимая выдержка, мин. 3. 5 5. 8 8. 10

В настоящее время для получения высококачественного серого чугуна применяются разнообразные модификаторы и способы их ввода. Эффективность их применения в большой степени зависит от разнообразных условий производства, поэтому имеющиеся дан­ные позволяют лишь отметить наиболее характерные особенности различных модификаторов, не давая оснований для сравнитель­ной оценки эффективности их использования.

Силикокальций может использоваться самостоятельно в количестве 0,3 . 0,6 % от массы жидкого чугуна, а также в смеси с ферросилицием ФС75 в соотношении 1:1 или с ФС75 и графитом в зернах.

Алюминий в смеси с ферросилицием или с графитом эф­фективно предотвращает отбел чугуна.

Графит черный — наиболее простой и дешевый модифика­тор, предотвращающий отбел на тонкостенных отливках.

Силикобарий является комплексным модификатором с по­вышенной живучестью.

Важно отметить, что для достижения максимального эффекта модифицирования исходный чугун должен иметь пониженный углеродный эквивалент и при затвердевании без модифицирова­ния образовывать структуру белого или половинчатого чугуна. Модификатор вводится в таком количестве, что углеродный эк­вивалент модифицированного чугуна оказывается равным его ве­личине в немодифицированном чугуне, имеющем структуру на грани отбела для данной толщины стенки отливки.

Жидкое модифицирование.

При производстве крупных толстостенных отливок температура заливки обычно не превы­шает 1250 °С. Введение твердых модификаторов в такой «холод­ный» чугун не дает положительных результатов. В этих случаях ока­зывается эффективным жидкое модифицирование, которое осу­ществляют путем смешивания жидкого чугуна с расплавленным модификатором — расплавленной сталью или жидким чугуном с высоким углеродным эквивалентом. Такая операция не является Простым смешиванием и усреднением химического состава и тем­пературы расплава, при этом происходят процессы, по результа­там аналогичные модифицированию, — структура чугуна измель­чается.

Существенное влияние на результат жидкого модифицирова­ния оказывает продолжительность выдержки полученного метал­ла до его заливки в форму. Модифицирующее воздействие жидко­го модификатора так же, как и при введении твердого модифика­тора, спустя 20 мин исчезает.

Недостатком метода жидкого модифицирования является не­обходимость использования двух одновременно работающих пла­вильных печей.

Кроме модифицирования разработаны многочисленные мето­ды внепечной обработки, из которых для получения высококаче­ственного серого чугуна в настоящее время наибольшее практи­ческое значение имеет обρабоτка чугуна жидкими син­тетическими шлаками с целью снижения содержания серы, фосфора, неметаллических и газовых включений.

Синтетический шлак на основе извести (60. 70 %) и плавико­вого шпата (5. 10 %) приготовляют в специальной шлаковой печи, затем сливают в ковш и заливают в него жидкий чугун. При этом происходит эмульгирование мельчайших капель шлака в чугуне и существенно возрастает величина межфазной поверхности металл-шлак. В результате такой обработки содержание серы в чугуне сни­жается на 90 % от первоначального. Этот метод целесообразно ис­пользовать в тех случаях поставок шихты с повышенным содержа­нием серы, которые не носят систематического характера.

Источник:
Трухов А.П., Маляров А.И. Литейные сплавы и плавка М.: Академия, 2004.

Как получают чугун

Чугу́н — сплав железа с углеродом с содержанием более 2, 14 % ( точка предельной растворимости углерода в аустените на диаграмме состояний ).
Углерод в чугуне может содержаться в виде цементита и графита.
В зависимости от формы графита и количества цементита, выделяют : бледный, бесцветный, ковкий и высокопрочные чугуны.
Чугуны держат постоянные примеси ( Si, Mn, S, P ), а в отдельных событиях также легирующие элементы ( Cr, Ni, V, Al и др. ).
Обыкновенно, чугун хрупок.

Ковкий чугун получают длительным отжигом белого чугуна, в итоге которого образуется графит хлопьевидной формы.
Металлическая основа такого чугуна : феррит и реже перлит.
Ковкий чугун получил свое название из – за повышенной пластичности и вязкости ( при всем при том, что обработке давлением не подвергается ).
Ковкий чугун обладает повышенной крепостью при растяжении и рослым сопротивлением удару.
Из ковкого чугуна изготовляют детали непростой фигуры : картеры заднего моста машин, тормозные колодки, тройники, угольники и т. д.

Читать еще:  Как прозвонить ротор стартера

Включенная в действие доменная печь функционирует непрерыв­но в течение нескольких лет.
Руду, кокс и флюсы периодически до­бавляют через верхнее отверстие ( колошник ) печи.
Также периоди­чески производится выпуск из нее чугуна и шлака — через любые 4 — 6 ч.
При этом 99 — 99, 8% железа переходит в чугун и только 0, 2 — 1, 0% — в шлак.
Кроме углерода в составе чугуна присутствуют элементы кремния, марганца, серы, фосфора и пр.
По назначению доменные чугуны разделяют на литейный и передельный.
Литейный чугун переплавляют, и из него отливают чугунные изделия.
Из пере­дельного чугуна получают сталь.
Он составляет около 90% всей вы­плавки чугуна.
В нем содержится повышенное количество углерода, 0, 3 — 1, 2% Si, 0, 2 — 1, 0% Mn, 0, 2 — 1, 0% Р, 0, 02 — 0, 07% 5.

Белый Ч. представляет собой сплав, в котором избыточный углерод, не присутствующий в твёрдом растворе железа, присутствует в объединенном состоянии в виде карбидов железа Fe 3 C ( цементит ) или т. н. специальных карбидов ( в легированном Ч.
Кристаллизация белых Ч. происходит по метастабильной системе с образованием цементита и перлита.
Белый Ч. вследствие коротких механических характеристик и хрупкости располагает ограниченное применение для деталей простой конфигурации, действующих в обстановках повышенного абразивного износа.
Легирование белого Ч. карбидообразующими элементами ( Cr, W, Mo и др. ) повышает его износостойкость.

Белый чугун получают путем первичной кристаллизации из редкого сплава при быстрейшем охлаждении.
Представляет собой сплав, в котором избыточный углерод, не присутствующий в твёрдом растворе железа, присутствует в объединенном состоянии в виде карбидов железа Fe3C ( цементит ), который придает чугуну бело – неяркий тон.
Белый чугун обладает высокой твердостью, хрупкостью и дурно обрабатывается, поэтому для изготовления деталей он не используется и применяется как передельный, т.е. идет на производство стали и иных паспортов чугуна.
Половинчатый чугун держит часть углерода в пустом состоянии в виде графита, а часть — в объединенном в виде карбидов.
Применяется в качестве фрикционного материала, действующего в условиях сухого трения ( тормозные колодки ), а также для изготовления деталей повышенной износостойкости ( прокатные, бумагоделательные, мукомольные валки ).

Механические свойства и рекомендуемый химический состав ковкого чугуна регламентирует ГОСТ 1215 – 79.
Ковкие чугуны маркируют буквами « К » – – ковкий, « Ч » _ 效 угун и циферками.
Главная группа цифр показывает предел прочности чугуна при растяжении, другая – – сравнительное его удлинение при разрыве.
Например, КЧ 33 – 8 обозначает : ковкий чугун с лимитом крепости при растяжении 33 кг/мм 2 ( 330 МПа ) и относительным удлинением при разрыве 8 %.

В итоге длительной продувки воздухом из кусков руды получались почти без примесей кусочки настоящего железа, которые сваривались между собой кузнечным способом в зону, которые далее использовались для производства необходимых человеку изделий.
Это технически чистое железо держало весьма немного углерода и немного примесей ( настоящий древесный уголек и хорошая руда ), поэтому оно хорошо ковалось и сваривалось и практически не корродировало.
Процесс выступал при относительно низкой температуре ( до 1100…1350 ° С ), м еталл не плавился, т. е. восстановление металла выступало в решительной фазе.
В итоге получалось ковкое ( рев ) железо.
Просуществовал этот способ до XIV века, а в несколько усовершенствованном облике до начала XX века, но был помалу вытеснен кричным переделом.

Серый чугун — наиболее широко применяемый вид чугуна ( машиностроение, сантехника, строительные конструкции ) — имеет включения графита пластинчатой формы.
Для подробностей из серого чугуна характерны небольшая чувствительность к действию внешних концентраторов напряжений при циклических нагружениях и более высокий коэффициент поглощения колебаний при вибрациях подробностей ( в 2 – 4 раза выше, чем у стали ).
Важная конструкционная особенность серого чугуна — выше, чем у стали, отношение предела текучести к пределу прочности на растяжение.
Наличие графита улучшает условия смазки при трении, что повышает антифрикционные свойства чугуна.
Свойства серого чугуна зависят от структуры металлической основы, фигуры, величины, числа и характера распределения включений графита.
Перлитный серый чугун имеет высокие прочностные свойства и применяется для цилиндров, втулок и др. нагруженных деталей двигателей, лафетов и т.д.
Для менее ответственных деталей используют серый чугун с ферритно – перлитной металлической основой.

Структура отливок определяется химическим составом чугуна и технологическими особенностями его термообработки.
Механические свойства серого чугуна зависят от свойств металлической матрицы, фигуры и размеров графитовых включений.
Свойства металлической матрицы чугунов близки к свойствам стали.
, который нельзя отменить невысокую прочность, снижает прочность чугуна.
Чем меньше графитовых включений и выше их дисперсность, тем больше прочность чугуна.
Графитовые включения вызывают сокращение предела прочности чугуна при растяжении.
На крепость при сжатии и твердость чугуна частицы графита почти не оказывают воздействия.
Свойство графита образовывать смазочные пленки обусловливает падение коэффициента трения и увеличение износостойкости изделий из серого чугуна.
Графит улучшает обрабатываемость резанием.

Великое значение для практики имеет свойство модификации γ – Fе растворять до 2, 14% углерода при температуре 1147°С с образо­ванием твердого раствора и с внедрением атомов углерода в крис­таллическую решетку.
При повышении и снижении температуры растворимость углерода в модификации γ – Fе уменьшается.
Крепкий раствор углерода и прочих элементов ( азот, водород ) в модифика­ции γ – Fе называется аустенитом ( по имени ученого Р. Аустена ), почти в 100 раз меньше углерода может открыться в модифика­ции α – Fе, причем крепкие растворы углерода и прочих элементов в модификации α – Fе называют ферритом.

Химический состав и свойства высокопрочных чугунов регламентируются ГОСТ 7293 – 85 и маркируются буквами « В » – – высокопрочный, « Ч » – – чугун и количеством, означающим обыкновенное значение предела прочности чугуна при растяжении.
Например, ВЧ 100 – – высокопрочный чугун, лимит крепости при растяжении 1000 МПа ( или 100 кг/мм 2 ).

Что такое чугун? Свойства, состав, получение и применение

Многие знают о таком материале как чугун и его прочностных характеристиках. Сегодня мы с вами углубим эти знания и выясним, что такое чугун, из чего он состоит, каких видов бывает и как производится.

Состав

Что такое чугун? Это сплав из железа, углерода и разнообразных примесей, благодаря которым он обретает необходимые свойства. Материал должен иметь в своем составе не менее 2,14% углерода. В противном случае, это будет сталь, а не чугун. Именно благодаря углероду чугун обладает повышенной твердостью. Вместе с тем, данный элемент снижает пластичность и ковкость материала, придавая ему хрупкость.

Кроме углерода, в состав чугуна в обязательном порядке входят: марганец, кремний, фосфор и сера. В некоторые марки также вносят дополнительные присадки, для придания материалу специфических свойств. Среди часто используемых легирующих элементов можно отметить: хром, ванадий, никель и алюминий.

Свойства чугуна

Материал имеет плотность 7,2 г/см 3 . Для металлов и их сплавов это достаточно высокий показатель. Чугун хорошо подходит для производства всяческих изделий путем литья. В этом плане он превосходит все сплавы железа кроме некоторых марок стали.

Температура плавления чугуна равна 1200 градусам. У стали данный показатель выше на 250-300 градусов. Причина тому кроется в повышенном содержании в чугуне углерода, которое обуславливает менее тесные связи между атомами железа. Во время выплавки чугуна и его последующей кристаллизации, углерод в полной мере не успевает внедриться в структуру железа. Поэтому материал получается хрупким. Структура чугуна не позволяет использовать его для производства продукции, которая постоянно подвержена динамическим нагрузкам. А вот для чего чугун подходит идеально, так это для деталей, которые должны обладать повышенной прочностью.

Получение

Получение чугуна – весьма затратный и материалоемкий процесс. Чтобы получить одну тонну сплава, необходимо 550 кг кокса и 900 л воды. Что касается руды, то ее количество зависит от содержания в ней железа. Как правило, используется руда с массовой долей железа не менее 70%. Обработка менее богатых руд нецелесообразна с экономической точки зрения.

Читать еще:  Как пользоваться краскопультом с компрессором

Прежде чем отправиться на переплавку, материал обогащается. Производство чугуна в 98% случае происходит в доменных печах.

Технологический процесс включает в себя несколько этапов. Сначала в доменную печь загружается руда, в состав которой входит магнитный железняк (соединение двух- и трехвалентного оксида железа). Также могут использоваться руды, в которых содержатся водная окись железа или его солей. Кроме сырья, в печь кладут коксующиеся угли, необходимые для создания и поддержания высокой температуры. Продукты горения углей как восстановители железа также участвуют в химических реакциях.

Дополнительно в топку подается флюс, играющий роль катализатора. Он ускоряет процесс плавления пород и освобождения железа. Важно отметить, что прежде чем попасть в топку, руда должна пройти специальную обработку. Так как мелкие части лучше плавятся, ее предварительно измельчают на дробильной установке. Затем руду промывают, чтобы избавиться от примесей, не содержащих металла. Затем сырье высушивается и проходит обжиг в печах. Благодаря обжигу из него удаляется сера и прочие чужеродные элементы.

После полной загрузки печи начинается второй этап производства. Когда горелки запущены, кокс постепенно разогревает сырье. При этом выделяется углерод, который реагирует с кислородом и образует оксид. Последний принимает активное участие в восстановлении железа из находящихся в руде соединений. Чем больше газа накапливается в печи, тем медленнее протекает реакция. Когда нужная пропорция достигнута, реакция и вовсе останавливается. Избыток газов в дальнейшем служит топливом для поддержания необходимой температуры в печи. У этого метода есть несколько сильных сторон. Во-первых, он позволяет снизить затраты горючего, что удешевляет производственный процесс. И, во-вторых, продукты горения не попадают в атмосферу, загрязняя ее, а продолжают участвовать в производстве.

Избыток углерода перемешивается с расплавом и поглощается железом. Так и получается чугун. Примеси, которые не расплавились, всплывают на поверхность смеси и удаляются. Их называют шлаком. Шлак находит применение в производстве некоторых материалов. Когда из расплава удалены все лишние частицы, в него добавляют специальные присадки.

Разновидности

Что такое чугун и как его получают, мы уже выяснили, теперь разберемся с классификацией этого материала. Описанным выше путем получают передельный и литейный чугун.

Передельный чугун используется в производстве стали по кислородно-конвертерному пути. Этот вид отличается низким содержанием кремния и марганца в сплаве. Литейный чугун применяют в производстве всяческой продукции. Он делится на пять видов, каждый из которых рассмотрим отдельно.

Белый

Это сплав отличается содержанием избыточной части углерода в виде карбида или цементита. Название этому виду было дано за белый цвет в месте разлома. Содержание углерода в таком чугуне обычно превышает 3%. Белый чугун отличается высокой хрупкостью и ломкостью, поэтому его применяют ограниченно. Данный вид используют для производства деталей простой конфигурации, которые выполняют статические функции и не несут больших нагрузок.

Благодаря добавлению в состав белого чугуна легирующих присадок, можно повысить технические параметры материала. С этой целью чаще всего используют хром или никель, реже – ванадий или алюминий. Марка с подобного рода присадками получила название «сормайт». Она используется в различных устройствах как нагревательный элемент. «Сормайт» обладает высоким удельным сопротивлением, и хорошо работает при температурах не выше 900 градусов. Самое распространенное применение белого чугуна – производство бытовых ванн.

Серый

Это наиболее распространенная разновидность чугуна. Она нашла применение в разных областях народного хозяйства. В сером чугуне углерод представлен в виде перлита, графита или же феррито-перлита. В таком сплаве содержание углерода составляет порядка 2,5%. Как для чугуна, этот материал обладает высокой прочностью, поэтому его используют в производстве деталей, которые получают циклическую нагрузку. Из серого чугуна делают втулки, кронштейны, зубчатые шестеренки и корпуса промышленного оборудования.

Благодаря графиту серый чугун снижает силу трения и улучшает действие смазок. Поэтому детали из серого чугуна имеют высокую стойкость к данному виду износа. При эксплуатации в особо агрессивных средах в материал вводятся дополнительные присадки, позволяющие нивелировать негативное воздействие. К таковым относятся: молибден, никель, хром, бор, медь и сурьма. Эти элементы защищают серый чугун от коррозии. Кроме того, некоторые из них повышают графитизацию свободного углерода в сплаве. Благодаря этому создается защитный барьер, предотвращающий попадание на поверхность чугуна разрушающих элементов.

Половинчатый

Промежуточным материалом между двумя первыми разновидностями является половинчатый чугун. Содержащийся в нем углерод представлен в виде графита и карбида приблизительно в равных долях. Кроме того, в таком сплаве могут присутствовать в незначительных количествах лидебурит (не более 3%) и цементит (не более 1%). Общее содержание углерода в половинчатом чугуне колеблется 3,5 до 4,2%. Данная разновидность применяется для производства деталей, которые эксплуатируются в условиях постоянного трения. К таковым можно отнести автомобильные тормозные колодки, а также валки для измельчительных станков. Для еще большего повышения износостойкости в сплав добавляют всяческие присадки.

Ковкий

Этот сплав представляет собой разновидность белого чугуна, который с целью графитизации свободного углерода подвергается специальному обжигу. По сравнению со сталью, такой чугун имеет улучшенные демпфированные свойства. Кроме того, он не столь чувствителен к надрезам и хорошо работает в условиях низких температур. В таком чугуне массовая доля углерода составляет не более 3,5%. В сплаве он представлен в виде феррита, зернистого перлита, содержащего вкрапления графита или феррито-перлита. Ковкий чугун, как и половинчатый, используют в основном в производстве деталей, эксплуатирующихся в условиях непрерывного трения. Для повышения эксплуатационных характеристик материала в сплав добавляют магний, теллур и бор.

Высокопрочный

Данный вид чугуна получается вследствие образования в металлической решетке включений графита шаровидной формы. Из-за этого металлическая основа кристаллической решетки ослабевает, и сплав обретает улучшенные механические свойства. Образование шаровидного графита происходит благодаря введению в материал магния, иттрия, кальция и церия. Высокопрочный чугун близок по своим параметрам к высокоуглеродистой стали. Он неплохо поддается литью и может полностью заменить стальные детали механизмов. Благодаря высокой теплопроводности данный материал может быть использован для изготовления трубопроводов и отопительных приспособлений.

Трудности промышленности

На сегодняшний день литье чугуна имеет сомнительные перспективы. Дело в том, что из-за высокого уровня затрат и большого количества отходов промышленники все чаще отказываются от чугуна в пользу дешевых заменителей. Благодаря быстрому развитию науки уже давно стало возможным получение более качественных материалов при меньших затратах. Серьезную роль в этом вопросе играет защита окружающей среды, которая не приемлет использование доменных печей. Чтобы полностью перевести выплавку чугуна на электрические печи, нужны годы, если не десятилетия. Почему так долго? Потому что это очень дорого, и далеко не каждое государство может себе это позволить. Поэтому остается лишь ждать, пока наладится массовый выпуск новых сплавов. Конечно же, полностью прекратить промышленное применение чугуна в ближайшее время не получится. Но очевидно, что масштабы его производства будут падать с каждым годом. Эта тенденция началась еще 5-7 лет тому назад.

Заключение

Разобравшись с вопросом: «Что такое чугун?», можно сделать несколько выводов. Во-первых, чугун представляет собой сплав из железа, углерода и присадок. Во-вторых, он имеет шесть видов. В-третьих, чугун весьма полезный и универсальный материал, поэтому долгое время его дорогостоящее производство было целесообразно. В-четвертых, на сегодняшний день чугун уже считается пережитком прошлого, и планомерно уступает свои позиции более надежным и дешевым материалам.

Чугун серый ковкий высокопрочный

Надежность и долговечность изделия в современном машиностроении, в значительной мере зависит от свойств применяемых конструкционных материалов. Свыше 80% машиностроительных деталей различной массы и сложности изготавливают из сплавов на основе железа. В зависимости от содержания углерода сплавы на основе железа разделяют на стали и чугуны.

Читать еще:  Как обозначают фазу и ноль в электрике

В отличие от стали в чугуне при определенных условиях часть углерода выделяется в виде розеток графита. В сечении такой розетки видны лишь отдельные пластины. Поэтому, на полированном шлифе чугуна заметны изолированные включения графита. Структура матрицы, чаще всего, бывает феррито-перлитной или перлитной. Такой чугун называют серым.

Обычно, в сером чугуне содержится от 2,5% до 3,6% углерода. В определенных количествах в него входят кремний и марганец. Как примеси, постоянно присутствует сера и фосфор.

Прочность чугуна определяется наличием в его структуре графита пластинчатой формы. Такие графитовые включения значительно ослабляют матрицу. Под действием нагрузки возникает напряжение в металле с наибольшей концентрацией у концов у графитовых включений. В этих местах появляются микротрещины. Серый чугун имеет относительно невысокую прочность и разрушается без пластической деформации.

Чугун – литейный сплав.

Условия охлаждения чугуна после заполнения литейной формы оказывает решающее влияние на формирование его структуры. В тонких сечениях отливки, где скорость охлаждения в период кристаллизации высокая, образуется структура белого чугуна. Углерод в нем находится в виде цементита, графит отсутствует. В остальных сечениях образуется структура серого чугуна. Химический состав также оказывает влияние на структуру. С повышением содержания марганца и серы увеличивается зона отбела. Увеличение содержания графитизирующих элементов – углерода и кремния, уменьшает склонность чугуна к отбелу. Для получения отливок с заданными свойствами, необходимо в каждом конкретном случае учитывать как химический состав, так и скорость охлаждения чугуна в литейной форме.

Серый чугун

Несмотря на относительно невысокие механические свойства, серый чугун нашел широкое применение. Потому что легко обрабатывается, обладает повышенной демпфирующей способностью, а так же антифрикационными свойствами. Поскольку графит чугуна удерживает смазку и сам служит смазочным материалом. Сопряженные детали из чугуна легко перемещаются относительно друг друга.

Серый чугун с небольшими добавками хрома и никеля приобретает хорошие упругие свойства. Поршневое кольцо из такого чугуна после снятия нагрузки вновь принимает первоначальные размеры.

Серый чугун обладает высокой жидкотекучестью. При реальных температурах заливки длина спиральной пробы из чугуна почти вдвое больше стальной, что позволяет изготавливать отливки сложной конфигурации.

Серый чугун отличается малой объемной усадкой при кристаллизации, позволяющей во многих случаях обходиться без установки и прибыли. Наиболее распространенный агрегат для выплавки серого чугуна – вагранка с капельником, в котором происходит накапливание металла, а также усреднение его состава и температуры. Для уменьшения склонности чугуна к отбелу, его модифицируют, вводя в жидкий металл кремнийсодержащие добавки. Модифицирование позволяет выравнивать свойства металла в различных сечениях отливки. Что видно на примере измерения твердости чугунов. Не модифицированного и модифицированного.

Глубина отбела на клиновой пробе модифицированного чугуна значительно меньше, чем не модифицированного. Форма графитовых включений в результате модифицирования также изменяется.

Кроме вагранок для выплавки серого чугуна используют электрические печи. Они позволяют выплавлять металл с более высокой температурой, что имеет важное значение для последующей, внепечной обработки чугуна. Формы для получения отливок из серого чугуна изготавливают уплотнением формовочной смеси в опоках. В полость литейной формы для выполнения внутренней конфигурации отливки устанавливают стержни.

В массовом производстве для мелких чугунных отливок широко применяют автоматические линии безопочной формовки, в том числе с установкой стержней при помощи стержнеукладчика.

Металл формы также заливается автоматически. Отливки из серого чугуна изготавливают не только в песчаных формах, но и металлических. Для получения отливок, имеющих форму тел вращения, широко применяют центробежный способ литья. При этом, повышается производительность труда, не расходуются формовочные материалы, отсутствует литниковая система.

Серый чугун – общепризнанный конструкционный материал. Его применяют для изготовления различных деталей, работающих в условиях статичных нагрузок, вибрации, повышенного трения.

Ковкий чугун

Известно, что такие детали автомобиля, как ступицы колеса, корпус дифференциала, испытывают динамические нагрузки. Можно ли использовать для их изготовления чугун? Можно, если значительно повысить его пластичность. Таким свойством обладает ковкий чугун, в котором графит имеет не пластинчатую, а хлопьевидную форму. По сравнению с серым чугуном в ковком, концентрация графитизирующих элементов – углерода и кремния ниже.

По прочности и пластичности ковкий чугун превосходит серый. Изменения химического состава привело к снижению жидкотекучести и росту усадки при затвердевании, что требует установки прибылей даже на мелких отливках. При производстве ковкого чугуна обычно используют дуплекс-процесс.

Выплавляют чугун в огранке, затем транспортируют в раздаточном ковше и переливают в электрическую индукционную печь, где его прогревают перед заливкой для повышения жидкотекучести.

Технологический процесс получения отливок из ковкого чугуна аналогичен получению отливок из серого чугуна. Все большее распространение получают автоматические формовочные линии. Металл в формы заливается на конвейере. Изготовленные отливки должны иметь структуру белого чугуна по всему сечению. Для получения структуры ковкого чугуна их подвергают графитизирующему отжигу в термических печах. В период выдержки происходит разложение цементита белого чугуна и образуется включение графита хлопьевидной формы. После термической обработки отливки правят на специальных прессах.

Необходимость использования длительной термической обработки и правки значительно повышает трудоемкость изготовления деталей из ковкого чугуна. Кованая стальная заготовка распределительного вала двигателя заметно отличается от готовой детали.

Литая заготовка по своей конфигурации к ней значительно ближе, что намного снижает трудоемкость механической обработки. То же относится и к коленчатым валам, деталям ответственного назначения. Для замены кованых заготовок литыми, нужен сплав, который совмещал бы механические свойства стали с технологическими и эксплуатационными свойствами чугуна.

Высокопрочный чугун

Такими свойствами обладает высокопрочный чугун, в котором при кристаллизации образуются включения графита шаровидной формы.По сравнению с серым чугуном, высокопрочный, характеризуется повышенным содержанием углерода и кремния. А так же низкой концентрацией серы.Механические свойства чугуна определяют при испытании образцов, специально изготовленных в соответствии с ГОСТом.

В высокопрочном чугуне шаровидная форма графита, в меньшей степени, чем пластинчатый графит в сером, ослабляет матрицу и значительно снижает концентрацию напряжения при воздействии нагрузки.

По прочности чугун с шаровидной формой графита приближается к стали. Отливки из высокопрочного чугуна подаются обработке так же хорошо, как и из серого. При этом, достигается требуемая точность и чистота поверхности.

Высокопрочный чугун обладает высокой герметичностью. Из него изготавливают цилиндры газомотокомпрессоров, выдерживающие при испытаниях давление до 100 атмосфер.

Вместе с тем, высокопрочный чугун склонен к образованию усадочных раковин, что требует установки прибылей для питания массивных частей отливок.

Для выплавки высокопрочного чугуна широко применяют индукционные тигельные печи, в которых получают чугун нужного состава и температуры, достаточной для последующего модифицирования. В качестве модификаторов используют магний, церий, иттрий, в виде чистых металлов или легатов. Для предотвращения быстрого всплывания и увеличения времени контакта с расплавом, модификатор накрывают стальными листами. Затем из печи выпускают металл в ковш. Такая технология повышает усвоение модификаторов в чугуне и обеспечивает стабильность процесса.

Для снижения склонности чугуна к отбелу, его дополнительно модифицируют ферросилицием. Формы для отливок большой массы, в основном, изготавливают на крупных встряхивающих столах.

Сборку форм и их заливку производят на специальном плацу. В процессе кристаллизации высокопрочного чугуна под воздействием модификаторов в расплаве происходит многократное ветвление пластин графита и образование его включений шаровидной формы. При недостаточном количестве модификатора или неравномерном его распределении в чугуне может образоваться обычный пластинчатый графит.

Для стабилизации структуры и обеспечении однородности физикомеханических свойств высокопрочного чугуна крупные отливки сложной формы подвергают термической обработке. Например, нормализации.

После механической обработки детали поступают на участок контроля. Детали ответственного назначения проходят дефектоскопию. Замена ряда стальных деталей, испытывающих при эксплуатации большие ударные нагрузки и давление, деталями из высокопрочного чугуна, существенно удешевляет производство некоторых видов машиностроительной продукции.

Из высокопрочного чугуна изготавливают около 50% коленчатых валов для двигателей различного назначения. Эксплуатационные и литейные свойства чугунов обеспечили их широкое применение в различных отраслях машиностроения. Из них получают выше двух третей литых заготовок, используемых промышленностью нашей страны.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector