Виды чугунных отливок, применяемых в строительстве, их марки, механические и технологические свойства.

Изготовление отливок из серого чугуна. Серый чугун является наиболее распространенным материалом для изготов­ления различных отливок. В сером чугуне углерод содержится в виде графита, кото­рый имеет пластинчатую форму. Серый чугун маркируют СЧ10... СЧ25 и т.д. Бу­квы обозначают принадлежность данного сплава к серым чугунам, цифры показы­вают временное сопротивление

Серый чугун обладает высоким временным сопротивлением (100... 450 МПа) малым относительным удлинением (0,2... 0,5%), повышенной твердостью (НВ 140 ... 283), хорошо работает при сжимающих нагрузках, не чувствителен к внешним надрезам, гасит вибрации, имеет высокие антифрикционные свойства, легко обрабатывается резанием.

По составу металлической массы се­рый Чугун может быть ферритным, перлитно-ферритным и перлитным.

Ферритный серый чугун (рис 3, а) состоит из феррита и крупных пластинок графита, что обусловливает его низкую прочность. Его применяют для отливок неответственного назначения.

Перлитно-ферритный серый чугун (рис. 3. б)в своей структуре содержит перлит, феррит и графит, обладает повы­шенной прочностью. Его применяют для деталей, работающих при статических нагрузках.

Рис. 3. Микроструктуры серого чугуна

а) ферритного, б) перлитно-ферритного, в) перлитного,

1 - перлит: 2 - пластинчатый графит. 3- перлит

Перлитный серый чугун (рис. 3. в) обладает высокой прочностью, которая обусловлена присутствием в его структуре перлита и мелких пластинок графита. Этот чугун используют для получения деталей ответственного назначения

На структуру и свойства серого чугуна существенное влияние оказывают его химический состав и скорость охлаждении отливок в форме. Углерод, кремний и мар­ганец улучшают механические и литейные свойства чугуна. Сера вызывает отбел в тонких частях отливок и снижает жидко-текучесть. Фосфор придает чугуну хрупкость. Поэтому содержание серы, и фос­фора в сером чугуне должно быть минимальным. Увеличение скорости охлажде­ния достигаете путем уменьшения толщины отливки и увеличения теплопровод­ности литейной формы. В тонких частях отливки образуется более мелкая структу­ра с повышенным содержанием перлита и мелкими включениями графита, что обеспечивает высокие механические свойства. В толстых частях отливки образуется крупнозернистая структура с малым со­держанием перлита и крупными включе­ниями графита. Механические свойства этих зон низкие.

Механические свойства серого чугуна повышают легированием, модифицированием, термической обработкой.

При легировании в расплавленный чу­гун вводят твердые или расплавленные легирующие элементы, (никель, хром, титан и др.) в целях получения заданного химического состава и придании ему требуемых механических и эксплуатацион­ных свойств.

При модифицировании в чугун вводят модификаторы (ферросилиции, силико-кальций и др.) для измельчения структур­ных составляющих и равномерного их распределения по всему объему, что по­вышает механические свойства отливок.

Серый чугун имеет высокую жидкотекучестъ, позволяющую получать отливки с толщиной стенки 3... 4 мм; малую усад­ку (0,9 … 1,3 %), обеспечивающую изготовление отливок без усадочных раковин, пористости и трещин.

В настоящее время до 90 % серого чу­гуна выплавляют в вагранках. На рис. 4. показана вагранка накрытого типа, пред­ставляющая собой шахту З в которую через загрузочное устройство 1 опреде­ленными порциями (колошами) в течение всего периода плавки загружают шихту попеременно с коксом и флюсами (известняком). Для горения топлива (кокса, природного газа) в вагранку через фурменный пояс 4 и фурмы 7 подается подогретая до температуры 450 ... 550 °С воз­душно-кислородная смесь. За счет тепло­ты, выделяющейся при горении топлива, металлическая шихта расплавляется. Расплавленный чугун по желобу 5 выпуска­ется в разливочный ковш и далее поступа­ет на разливку в формы. Ваграночные га­зы через узел отбора 2 отсасываются для их дальнейшей очистки, дожигания и ис­пользования в воздухонагревателях. Вагранку устанавливают на опорном устрой­стве 6. Процесс плавки в таких вагранках полностью автоматизирован.

Рис. 4. Вагранка закрытого типа с очисткой газа и подогревом дутья

В качестве металлической шихты используютлитейные ипередельные доменные чугуны, отходы собственного производства, чугунный и стальной лом, ферро­сплавы.

Для выплавки серого чугуна повышен­ного качества применяют луговые и индукционные печи.

Преобладающее количество отливок из серого чугуна изготовляют в песчаных формах.

При изготовлении отливок из серого чугунав кокилях в связи с повышенной скоростью охлаждении отливок при затверденании начинает выделяться цементит и появляется отбел. Для предупреждения отбела на рабочую поверхность коки­ля наносят малотеплопроводные защит­ные покрытия, копили перед работой нагревают, а чугун подвергают модифици­рованию. Кроме этого, для устранения атбела отливкиподвергают отжигу.

Отливки типа тел вращения (трубы, гильзы, втулки и др.)изготавливают центро­бежным литьем.

Отливки из серого чугуна нашли ши­рокое применение в станкостроении, ста­нины станков, стойки, салазки, планшай­бы, корпуса шпиндельных бабок и коро­бок передач, корпуса насосов, втулки, вкладыши и др.

Изготовление отливок из высокопрочного чугуна. В высокопрочном чугунеграфит имеет шаровидную форму. Для получения графита шаровидной формы чугун модифицируют магнием или церием с последующим модифицированием ферросилицием. Высокопрочный чугунмаркируют ВЧ35, ВЧ40 и т.д Буквы обозначают принад­лежность данною сплава к высокопроч­ным чугунан, цифры показывают времен­ное сопротивление.

Высокопрочный чугун обладает высо­кими временным сопротивлением (350... 1000 МПа), относительным удлинением (2... 22 %),твердостью (НВ 140... 360),износостойкостью, хорошей коррозионной стойкостью, жаростойкостью, хладостойкостью и т.д.

По составу металлической массы вы­сокопрочный чугун может быть ферритным (рис. 5. а), перлитно-ферритным (рис. 5. б) и перлитным (рис. 5. в).

Свойства высокопрочного чугуна оп­ределяются химическим составом. Содержание углерода не влияет на механиче­ские свойства этого чугуна. Кремнии, мар­ганец и фосфор снижают пластичность, поэтому их содержание: 2.0... 2,4 % Si не более 0,4 % Мn и не более0,1 % Р. Сера затрудняет получение шаровидного графита, поэтому ее содержание не должно превышать 0,02 %.

Жидкотекучесть высокопрочного чу­гуна такая же, как серого чугуна, что позволяет получать отливки с толщиной сте­нок 3...4 мм сложной конфигурации. Линейная усадка высокопрочного чугуна составляет 1,25... 1,7 %. Это затрудняет изготовление отливок без усадочных де­фектов.

Для плавки высокопрочного чугуна применяют воцоохлаждаемые вагранки с основной футеровкой и с подогревом ду­тья, что позволяет получать высокую температуру чугуна при выпуске; дуговые печи вместимостью 6... 50 т; индукцион­ные печи вместимостью 1... 60т.

Отливки из этого чугуна преимущест­венно изготовляют впесчаных формах, в оболочковых формах, литьем в кокиль, центробежным литьем.

Высокая усадка чугуна вызывает необ­ходимость создания условий направленного затвердевания отливок для преду­преждения образования усадочных рако­вин и пористости в массивных частях от­ливки путем установки прибылей и использования холодильников.

Для предупреждения трещин в отлив­ках применяют формовочные смеси повышенной податливости. Расплавленный чугун вполость формы подводят через сужающуюся литниковую систему и, как правило, через прибыль. Температуру заливкичугуна при изготовлении отливок назначают на100 … 150°C выше температуры ликвидуса.

Рис. 5.Микроструктура высокопрочного чугуна:

а - ферритного, б - перлитно-ферритного, в - перлитного,

1 - феррит. 2 - шаровидный графит.3 –перлит

Отливки из высокопрочного чугуна применяют в тяжелом и энергетическом машиностроении, в металлургической про­мышленности при работе в условиях больших статических и динамических нагрузок. Это детали прокатного, кузнечнопрессового и горнорудного оборудования, а также дизелей, паровых газовых и гидравличе­ских турбин (прокатные валки, коленчатые валы, корпуса вентилей паровые турбин и др.) массой от нескольких килограммов до нескольких десятков тонн.

Высокопрочный чугун является перспективным литейным сплавом, который позволяет решать проблему снижения массы отливок при сохранении ими высоких эксплуатационных свойств.

Изготовление отливок из чугуна с вермикулярным графитом. Чугун с вермикулярным графитом (ЧВГ) - сравнительно новый конструкцион­ный материал, обладающий высоким вре­менным сопротивлением (300.. 450 МПа), относительным удлинением 0,9 … 3,0 % исравнительно невысокой твердостью (НВ 130... 290). Этот чугун обладает бо­лее высокими служебными свойствами по сравнению с серым чугуном. По своим физико-механическим характеристикам чугун с вермикулярным графитом близок к высокопрочному с шаровидным графи­том с ферритной металлической основой. Чугун с вермивулярным графитом обозна­чают ЧВГ30, ЧВГ35,ЧВГ40, ЧВГ45. Бук­вы в обозначении показывают принадлежность данного материала и чугунам с вермикулярным графитом, цифры - времен­ное сопротивление.

В чугуне с верннкуляркым графитам графит имеет червеобразную извилистую форму (рис. 6) сравномерным его расположением и стабильными размерами графитовых включений по сравнению с графитовыми включениями в сером чугуне. Особенностью структуры этого чугуна является наличие в металлической основе значительного (до 70... 90) количества феррита.

Этот чугун обладает высокой жидкотекучестью, как и серый чугун. Линейная усадка его практически равна усадке серо­го чугуна и составляет 1,1 %.Объемная усадка в 2 раза меньше, чем у высоко­прочного чугуна с шаровидным графитом. У чугуна с вермикулярным графитом вы­сокая теплопроводность и малая чувстви­тельность к скорости охлаждения, что обеспечивает получение однородной структуры вотливках. Склонность к отбелу у чугуна с вермикулярньм графитом ниже, чем у серого и высокопрочного чугунов.

Рис.6 Микроструктура ферритного чугуна с вермикулярным графитом.

1 – вермикулярный графит 2- феррит

Изготовление отливок из ковкого чугуна. Ковкий чугун получают путем дли­тельного отжига отливок из белого чугуна. При отжиге образующийся графит приоб­ретает компактную хлопьевидную форму. На рис. 7 показаны схемы микрострук­тур белого (а) и ковкого (б, в) чугунов.

Рис. 7 Микрострук­тура белого (а) и ковкого (б,в) чугуна.

1 - перлит, 2 – графит отжига, 3 – феррит, 4 – цементит.

Ковкий чугун маркируют КЧ30-6, КЧЗ3-8, КЧ35-10, КЧ37-12 и т.д., (всего девять марок). Буквы бозначают принад­лежность данного сплава кковкому чугуну, первые две цифры показывают вре­менное сопротивление, вторые - одна или две - относительное удлинение.

Ковкий чугун обладает высоким 1г вре­менным сопротивлением (300... 630МПа), относительным удлинением (2... 12 %) и твердостью (НВ 149... 269); высокими износостойкостью и сопротивлением ударным нагрузкам, хорошо обрабатывается резанием.

По составу металлической массы ковкий чугун может быть ферритным (рис. 7. б)или перлитным (рис. 7. в).По­следний обладает высоким временным сопротивлением, но меньшей пластичностью.

Одной из особенностей технологии по­лучения отливок из ковкого чугуна является то, что исходный материал - белый чугун - имеет пониженную жидкотекучесть, это требует повышенной температуры заливки при изготовлении тонкостен­ных отливок. Усадка белого чугуна значи­тельно больше, чем серого, поэтому в от­ливках из белого чугуна образуется больше усадочных раковин, пористости и трещин.

При производстве отливок чугун плавят дуплекс-процессом (вагранка + дуговая или индукционная печь), что позволя­ет нагревать чугун до температуры 1500... 1550ºС и доводить его химиче­ский состав. Для сокращения отжига бе­лый чугун модифицируют алюминием, бором, висмутом.

Отливки из белого чугуна преимуще­ственно изготовляют в песчаных формах, а также в оболочковых формах и кокилях.

Для предупреждения образования усадочных раковин расплавленный белый

чугун подводят к толстым местам отливки через прибыли. Прибыли устанавливают как можно ближе к питаемому узлу, соединяют с ним коротким, но дос­таточно широким, каналом. Часто используют холодильники. Для удержания шлака в литниковых системах устанавливают фильтровальные сетки.

Для предотвращения образования трещин в отливках используют формовочные и стержневые смеси с высокой податливостью.

Низкая жидкотекучесть белого чугуна требует высокой температуры заливки (1390... 1450ºС),поэтому формовочная смесь должна обладать повышенными огнеупорностью и газопроницаемостью.

Конечную структуру чугуна без струк­турно-свободного цементита получают после отжига чугуна. Из ковкого чугуна изготовляют отливки массой от нескольких граммов до 250 кг с толщиной стенок 3... 50 мм.

Дата добавления: 2015-07-25