чугунное литьё,стальное литьё,алюминиевое,художественное, серый чугун,хромистый,высокопрочный,антифрикционный,жаропрочный,отливки,металл,чугун,сталь,алюминий


Перейти к содержанию

литьё,чугунное,отливка из чугуна,стальное,алюминиевое,серый чугун,легированный,высокопрочный,хромистый

отливки из чугуна запасных частей к насосному оборудованию: ЦНС,ЦН,СД,СЭ,В,Д,К .

отливки из чугуна к различным видам насосов и оборудования по чертежам
заказчика (колеса рабочие,шкивы,втулки,выправляющий аппарат, корпуса подшипников,обтекатели,отводы и т.п.)

литьё из чугуна для нестандартного оборудования по эскизу и четежам заказчика.


литьё,отливки из чугуна для компрессорного оборудования(поршень, втулки различного диаметра, крейцкопф,гильзы, цилиндр,шкивы)

отливки из чугуна запасных частей для котельных: трубы с внешним и внутренним обребрением,сопла,улитки,решетки, заслонки


отливки из чугуна запасных частей грузоподъемных машин и механизмов: барабаны, колеса, шкивы


отливки из чугуна станкостроительной промышленности:корпус коробки передач,станина,колеса зубчаты,корпус редуктора,полумуфты,шкив


отливки из чугуна для железнодорожного транспорта


отливки из чугуна для вентиляторов и электротехнической промышленности


отливки из чугуна - к лифтовому оборудованию,решетка ограждений, водостоки,плитка для промышленных полов и т.п.


отливки из чугуна - художественное: фонари,лестницы, ограждение и т.п.


отливки из чугуна для машиностроения: отливки картера, корпуса редуктора,звездочки, литые шестерни,крышки


отливки из хромистого чугуна для предприятий и организаций цветной металлургии: тигли,обрамления печей,изложницы,ковши и другое


отливки из износостойкого чугуна и стали-шнеки, разъемные и цельнолитые,била,плиты


Развес отливок от 500г до 10000кг.Производственная мощность до 100тн годного литья в месяц.
масса отливоки из чугуна от 0,3кг до 10000тн
выплавляемые марки чугуна:
чугуны - серый СЧ 15-30;жаропрочный,чугун легированный никелем и хромом;чугун антифрикционный;чугун износостойкий ЧХ-16,ЧХ-25,ЧЮ7Х2 и т.д.;чугун высокопрочный ВЧ-40,ВЧ-50

Услуги:
изготовление деревянной модельной оснастки по чертежам заказчика и заказ на разработку чертежей.
Термическая обработка.
Механическая обработка.
Металлоконструкции.
Восстановление поврежденных деталей.


Ковкий и легированный чугун, Свойства специального и конструкционного легированного чугуна
ВЛИЯНИЕ ЛЕГИРУЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ НА СВОЙСТВА ЧУГУНА
Легированные чугуны содержат значительное количество специальных элементов - никеля, хрома, марганца, титана, ванадия, меди и др., которые способствуют измельчению структуры и повышению физико-механических свойств отливок. Легированные чугуны получаются присадкой специальных элементов в обыкновенный жидкий чугун или применением в качестве шихтовых материалов природно-легированных чугунов. Природно-легированные чугуны выплавляются в доменных печах из руд Орско-Халиловского, Елизаветинского и Уфалейского месторождений. В последнее время организована выплавка легированных чугунов типа елизаветинских из кимперсайских руд, а также титановых и титаномедных чугунов, нашедших широкое применение для производства антифрикционных отливок и особенно поршневых колец способом индивидуального литья.
Легирующие элементы оказывают существенное влияние на свойства и структуру чугуна. При этом их влияние тем выше, чем меньше свободного графита в составе чугуна. Поэтому при выплавке легированного чугуна необходимо стремиться к тому, чтобы, отливки имели минимальное содержание графита. Из всех легирующих элементов наибольшее влияние на прочность и твердость чугуна оказывают хром, титан, ванадий, никель и медь. Первые три элемента повышают прочность и твердость отливок, а никель и медь, не снижая твердости, улучшают их обрабатываемость.
Хром, образуя карбиды, увеличивает твердость и прочность чугуна и особенно его сопротивление износу, но вызывая отбел, затрудняет обрабатываемость отливок. Одновременно хром способствует выделению мелкораздробленного графита и образованию зернистого перлита, в результате чего сильно повышается прочность
металлической основы чугуна.
Никель, наоборот, является графитизатором и способствует распаду цементита, препятствует отбелу и улучшает обрабатываемость чугуна. Никель, кроме того, измельчает перлит и графит и увеличивает прочность и износостойкость отливок. Добавка природно-легированного никелевого чугуна до 10-15% в обычную ваграночную шихту делает графит мелким, а перлиту придает очень тонкое строение. Механические свойства и износостойкость чугуна при этом резко возрастают. Никель способствует также выравниванию твердости по сечению отливки. При наличии никеля в чугуне содержание кремния можно несколько уменьшить, так как оба они способствуют графитизации. Для получения мелкого графита и одинаковой твердости в разных сечениях отливки часто применяют присадку никеля и феррохрома. Получающийся в результате этого хромоникелевый чугун обладает хорошей прокаливаемостью и имеет равномерное падение твердости от поверхности к сердцевине.
Ванадий способствует получению мелкозернистой структуры в чугуне, одновременно уменьшая в нем количество графита и упрочняя его металлическую основу. Ванадий в количестве до 0,2% увеличивает общую прочность чугуна без заметного снижения его вязкости.
Титан благоприятно действует на структуру и свойства отливок, способствуя получению мелких включений графита и увеличению прочности металлической основы чугуна. Являясь хорошим раскислителем, титан обеспечивает получение чугуна, свободного от газовых раковин и вредных примесей.
Медь оказывает действие на свойства чугуна подобно никелю и часто применяется в качестве его заменителя. Медистые чугуны обладают достаточной твердостью, высокой вязкостью и хорошей обрабатываемостью. Особенно благоприятное влияние оказывает медь на чугун, содержащий до 2% кремния.
Применение легированного чугуна дало возможность отечественному машиностроению освоить жаростойкие, жаропрочные, износостойкие, кислотостойкие и конструкционные классы чугунных отливок. В настоящее время автомобильная, тракторная, дизельная, станкостроительная и другие отрасли промышленности резко увеличили срок службы литых деталей благодаря применению легированного чугуна, физико-механические свойства которого значительно превосходят свойства обыкновенного серого чугуна.
ПОЛУЧЕНИЕ И СВОЙСТВА СПЕЦИАЛЬНОГО И КОНСТРУКЦИОННОГО ЛЕГИРОВАННОГО ЧУГУНА
Жаропрочный и износостойкий чугун выплавляется, главным образом, на основе хрома, высокое содержание которого обеспечивает в отливках наряду с жаростойкостью и износостойкостью высо-кую твердость и значительную кислотостойкость. Химический состав и механические свойства наиболее употребительного хромистого чугуна приведены в таблице.
Чугун Х28 применяется для химически стойкой аппаратуры, чугун ХЗО для седел клапанов дизелей, а чугун Х34 - для печной арматуры, рольгангов печей, поддонов, отжигательных горшков, Цементационных ящиков и др. изделий. Чугун ХЗО с целью увеличения прочности металлической основы изготовляют с добавкой от 2 до 4% никеля. Благодаря высокой твердости чугун Х34 хорошо сопротивляется износу и является жаростойким до температуры 1100°. Чугун марки Х32 применяется для литых нагревательных элементов, так как значительно превосходит стойкость нихромовых нагревателей из катаной проволоки при рабочей температуре нагревателя около 1050°. Этот чугун, имеющий высокую твердость вследствие наличия большого количества первичных железохромистых карбидов, обладает также хорошими наплавочными свойствами и применяется для наплавки штампов, штоков клапанов и других сильно изнашивающихся деталей. Для этого чугун Х32 отливается в виде сварочных прутков диаметром 5-7 мм.
В результате высокой твердости детали из хромистого чугуна с трудом поддаются механической обработке, вследствие чего к чистоте и точности размеров отливок предъявляются повышенные требования. Выполнение этих требований обеспечивается благодаря применению облицовочной формовочной смеси следующего состава (в %):
Кварцевый песок 70/140 70-75
Маршалит o . 15-20
Бентонит 10
Вода 4- 5
Предел прочности при сжатии этой смеси должен быть не менее 0,5 кг/см2, а газопроницаемость - не менее 200.
Плавку хромистого чугуна в большинстве случаев ведут в индукционных высокочастотных печах с кислой футеровкой на шихте, состоящей из стального лома, высокоуглеродистого феррохрома, фер-росилиция и ферромарганца. В случае необходимости в шихту добавляют никель и с целью повышения содержания углерода - электродный бой. После расплавления шихты в печь вводят половину расчетного количества ферросилиция и ферромарганца и перегревают металл до температуры 1450-1500°. Затем присаживают оставшуюся половину ферросплавов и приступают к разливке металла по формам. Шлак, который наводят кварцевым песком или битым стеклом, с целью лучшей дегазации металла должен быть жидким и легко удаляемым с поверхности металла во время разливки. Температуру разливки в зависимости от толщины стен.ок деталей выбирают в пределах 1400-1450°.Теплостойкий аустенитный чугун вследствие своих высоких антифрикционных свойств при одновременной теплостойкости и коррозионной стойкости применяется для гильз автомашин, шаровых соединений выхлопов и для деталей, работающих при низких температурах. Из этого чугуна отливают также различного рода сложные фасонные детали для кислотостойкой аппаратуры, так как он хорошо сопротивляется разъедающему действию серной и соляной кислоты. Кроме того, из него отливают котлы, краны, пробки и другие детали, являющиеся принадлежностью аппаратуры, применяемой для синтеза органических соединений.Теплостойкий аустенитный чугун, применяемый в промышленности, имеет следующий химический состав: 1,4-2,0% углерода, 1,9- 2,2% кремния, 0,6-0,9% марганца, 1,7-2,2% хрома, 12,5-20% никеля, 4,0-7,5% меди, до 0,15% фосфора и до 0,1% серы. Предел прочности при растяжении чугуна указанного химического состава при нормальной температуре составляет 15-20 кг/мм2, а при температуре 800° - 7-8 кг/мм2. Чугун обладает умеренной твердостью, не превышающей 170-220 ед. по Бринеллю, и удовлетворительными значениями удлинения и сужения, которые соответственно равны 2-5% и 8-20%.Азотируемый серый чугун, кроме обыкновенных примесей, содержит около 1% алюминия, около 1,2% хрома и около 0,3% молибдена. Такой состав чугуна необходим для получения высокой поверхностной твердости, большой глубины азотированного слоя, сокращения времени азотирования и высоких механических свойств. Азотируемый чугун применяется для гильз цилиндров автомобилей, для стаканов насосов, плунжеров и других быстроизнашивающихся деталей. Он обладает исключительно высокой сопротивляемостью износу, более высокой, чем азотированная сталь 38ХМЮА, благодаря наличию графита, являющегося хорошим смазочным материалом.
Конструкционный легированный чугун применяется для изготовления рубашек цилиндров двигателей внутреннего сгорания, коленчатых валов компрессоров, кулачковых валов и других частей машин, подвергающихся вибрации, износу, трению и нагреву. Обыкновенные серые чугуны, удовлетворительно работающие на износ, вследствие крупнозернистое™ не дают хорошо обработанных поверхностей, особенно в массивных деталях. Кроме того, дета,-ли из серого чугуна, подвергающиеся резким переменам температуры и внезапным расширениям, крошатся и дают поверхностные трещины. Присадка никеля, молибдена и хрома придает этим чугунам более мелкозернистое строение, что значительно повышает их механические свойства. Так, предел прочности при растяжении хромомолиб-денового чугуна составляет-30-40 кг/мм2, предел прочности при изгибе - 45-60 кг/мм2, стрела прогиба - 5-6 мм при твердости 260- 320 Нв.
Конструкционный легированный чугун обычно выплавляется следующего химического состава: 3,5-3,8% углерода, 1,4-2,0% кремния, 0,5-0,9% марганца, до 0,12% серы, до 0,1% фосфора, 1,5- 2,5% никеля, 1,0-2,0% хрома и 0,7-0,9% молибдена.
Для получения отливок из легированного чугуна с максимальной плотностью и отсутствием рыхлости и усадочных раковин необходимо придерживаться следующих правил:
а) подвод металла в форме должен производиться большим чис
лом тонких питателей от сифонного стояка;
б) на утолщенных местах должны ставиться глухие круговые при
были подобно отливкам из ковкого чугуна и стали;
в) сечения литниковой системы должны выбираться согласно тре
бованиям, предъявляемым к стальным отливкам;
г) для устранения усадки в местах скопления'металла должны
устанавливаться холодильники;
д) если формовка производится в сырой смеси, то необходима
подсушка форм газовой или керосиновой горелкой в течение 5-
6 мин.
Конструкционный легированный чугун легко поддается термической обработке, проводимой для уменьшения или уничтожения внутренних напряжений, снижения твердости и улучшения механических свойств. Для устранения внутренних напряжений применяют высокий отпуск, заключающийся в нагреве отливок до 500-550° с последующим медленным охлаждением после соответствующей выдержки. Для снижения поверхностной твердости отливок применяют отжиг при 750-950° с выдержкой при этой температуре в течение 2-5 час. С целью увеличения твердости и прочности, а также повышения сопротивления износу производят закалку чугуна, заключающуюся в нагреве до 900° и быстром охлаждении в воде или масле. Так, например, феррито-графитный чугун после подобной закалки приобретает перлито-графитную структуру со значительным увеличением механической прочности. На фиг. 146 показана структура хромомолибденового чугуна после закалки от 950°. Структура характеризуется игольчатым строением перлито-ферритной металлической основы и мелкопластинчатым графитом. Твердость такого чугуна после закалки очень высока и составляет 400-450 ед. по Бринеллю. Для снижения внутренних напряжений и увеличения пластичности закаленные отливки подвергают отпуску при темпе-ратуре 300-400°. Более высокий отпуск не рекомендуется, так как при температуре 400-600° начинается уже частичное разложение цементита, в результате чего понижаются механические свойства
чугуна.
Для повышения твердости и прочности чугунных отливок сложной конфигурации, закалка которых сопровождается трещинообра-зованием, применяют нормализацию при 850-900°.
Следует помнить, что улучшение механических свойств после того или иного вида термической обработки возможно лишь в чугунах, содержащих небольшое количество мелких графитных включений.
Присутствие же в чугуне крупных включений графита требует сложной многократной термической обработки, которая не всегда приводит к желаемым результатам.

Чугун

Чугун по составу отличается от стали более высоким содержанием углерода,по технологическим свойствам-лучшими литейными качествами,главным образом вследствие более низкой температуры плавления,и малой способностью к пластической деформации,нековкостью в обычных условиях.В зависимости от состояния углерода в чугуне различают:
Белые чугуны, в которых весь углерод находится в связанном состоянии.
Серые чугуны, в которых углерод в значительной степени или полностью находится в свободном состоянии в форме пластинчатого графита.
Высокопрочные чугуны, в которых углерод в значительной степени или полностью находится в свободном состоянии в форме шаровидного графита.
Ковкие чугуны, получающиеся путем отжига отливок из белого чугуна. В ковких чугунах весь углерод или значительная часть его находится в свободном состоянии в форме хлопьевидного графита (углерода отжига).
Таким образом, отличительной структурной особенностью чугунов (кроме белых) является наличие графитовых включений.
В связи с этим естественно, что важнейшим вопросом теорий чугуна является выяснение условий образования графита, так называемый процесс графитизации.
Структура чугуна. Формы графита
Существует два вида чугуна, резко отличающихся по структуре, - белый и серый.
Белый чугун. Такое название он получил по виду излома, который имеет матово-белый цвет. Структура его (при нормальной температуре) состоит из цементита и перлита. Следовательно, в белом чугуне весь углерод находится в форме цементита, степень графитизации равна нулю. Белый чугун обладает высокой твердостью и хрупкостью; практически не поддается обработке режущим инструментом.
Структуры белых чугунов, а также и условия их образования были подробно рассмотрены выше.
Серый чугун. Такое название чугун получил по виду излома, который имеет серый вид. В структуре серого чугуна имеется графит, количество, форма и размеры которого изменяются в широких пределах. Таким образом, в сером чугуне имеется графит, а в белом его нет .
В микроструктуре чугуна следует различать металлическую основу и графитные включения.
По строению металлической основы чугун разделяют на:
Серый перлитный чугун. Структура его состоит из перлита с включениями графита. Мы знаем, что перлит содержит 0,8% С, следовательно, количество углерода в сером перлитном чугуне находится в; состоянии связанном (т. е. в Fe3C), остальное количество находится в свободном виде, т. е. в форме графита.
Серый феррито-перлитный чугун. Структура этого чугуна феррит -f- перлит и включения графита. В этом чугуне количество связанного углерода меньше 0,8% С.

Серый ферритный чугун. В этом чугуне металлической основой является феррит и весь углерод, имеющийся в сплаве, присутствует в форме графита.
Из рассмотрения структур указанных трех видов чугуна мы можем заключить, что их металлическая основа похожа на структуру эвтектоидной стали, доэвтектоидной стали и железа. Следовательно, по структуре чугуны отличаются от стали тем, что в чугунах имеются графитовые включения, что предопределяет и специфические свойства чугунов.
Графит в чугунах может быть трех основных форм:
Пластинчатый графит. В обычном сером чугуне графит образуется в виде прожилок, лепестков; такой графит называется пластинчатым. На рис., показана структура обычного ферритного чугуна с прожилками графита; пространственный вид таких графитных включений показан на рис.(на микроструктуре,а мы видим пересечение пластинчатых включений плоскостью шлифа).
Шаровидный графит. В современных, так называемых высокопрочных, чугунах, выплавленных с присадкой небольшого количества магния, графит приобретает форму шара. На рис., показана микроструктура серого ферритного чугуна с шаровидным графитом, а на рис.-фотография выделенного из такого чугуна графитного включения.
Хлопьевидный графит. Если при отливке получить белый чугун, а затем, используя неустойчивость цементита, путем отжига его разложить, то образующийся графит приобретает компактную почти равносоосную, но не округлую форму. Такой гра-фит называется хлопьевидным, или углеродом, отжига. Микроструктура ферритного чугуна с хлопьевидным графитом показана на рис, а отдельные включения хлопьевидного графита - на рис.
На практике чугун с хлопьевидным графитом называют ковким чугуном.Таким образом, чугун с пластинчатым графитом называют обычным серым чугуном, чугун с шаровидным графитом - высокопрочным чугуном и чугун с хлопьевидным графитом - ковким чугуном.
Такова классификация чугуна по структуре - по строению металлической основы и форме графита.
Структура и свойства чугуна
Поскольку, как указывалось выше, структура чугуна состоит из металлической основы и графита, то и свойства чугуна будут зависеть or двух основных показателей - свойств металлической основы и количества и характера графитных включений.
Графит обладает по сравнению со сталью ничтожно низкими механическими свойствами и поэтому графитные включения можно считать в первом приближении просто за пустоты, трещины. Отсюда следует, что чугун можно рассматривать как сталь, но испещренную большим количеством пустот и трещин. Если мы встанем на такую точку зрения, то мы сможем правильно оценить свойства чугуна.
Естественно, что чем больший объем занимают эти пустоты, тем ниже будут свойства чугуна. При том же объеме пустот (т. е. количестве графита) свойства чугуна будут зависеть от их формы и расположения. Следовательно, чем больше в чугуне графита, тем ниже его механические свойства; чем грубее включения графита, чем больше они разобщают металлическую основу, тем хуже свойства чугуна. Наиболее низкие механические свойства получаются тогда, когда графитовые включения образуют замкнутый скелет.
На какие же свойства особенно сильно влияют графитные включения пластинчатой формы, играющие роль трещин, острых надрезов внутри металла.
При растягивающих нагрузках облегчается образование очагов разрушения по концам графитных включений. По механическим свойствам чугун характеризуется весьма низким сопротивлением отрыву и, следовательно, обнаруживает низкие механические свойства при испытании, где превалируют нормальные растягивающие напряжения (т. е. при испытании на растяжение).
В том случае если растягивающие напряжения имеют минимальные значения, как, например, при сжатии, свойства чугуна оказываются достаточно высокими и практически очень близки к свойствам стали того же состава и структуры, что и металлическая основа чугуна.
Поэтому предел прочности при сжатии, твердость, зависящие главным образом от строения металлической основы, у чугуна мало отличаются от стали.
Такие же свойства чугуна, как сопротивление разрыву, а также изгибу, кручению, в основном обусловливаются количеством, формой и размерами графитных включений; здесь свойства чугуна сильно отличаются от свойств стали.
Сказанное выше относится главным образом к серому чугуну с пластинчатыми включениями графита. По мере скругления графитных включений указанное отрицательное влияние графитных включений уменьшается.
Округлые включения шаровидного графита не создают резкой концентрации напряжений, такие включения не являются "трещинами" и чугун с шаровидным графитом показывает значительно более высокую прочность при растяжении и изгибе, чем чугун с пластинчатым графитом (отсюда и название чугуна с шаровидным графитом - высокопрочный чугун). Ковкий чугун с хлопьевидным графитом занимает промежуточное положение по прочности между обычным серым и высокопрочным чугуном.
Таким образом, прочность чугуна (в отношении нормальных напряжений) определяется строением металлической основы и формой графитных включений.
Табл. 10 показывает примерные механические свойства трех основных видов чугуна у каждого с ферритной или с перлитной основой. Как видно из таблицы, твердость (равно как и некоторые другие показатели, как например, сопротивление сжатию, сопротивление износу и др.) для всех трех видов чугуна примерно одинакова и зависит только от строения металлической основы. Прочность у перлитного чугуна выше, чем у ферритного, а пластичность меньше, но главным образом эти свойства зависят от формы графита.
Кроме структуры феррит и перлит, путем термической обработки можно получить у чугуна и другие структуры (с этими структурами мы познакомимся ниже, в разделе "Термическая обработка"), обладающие лучшими прочностными свойствами, чем феррит и перлит. Однако поскольку свойства обычного серого чугуна в основном определяются формой графита, а при термической обработке она у этого чугуна существенно не изменяется, то термообработка обычного серого чугуна с целью повышения прочности практически применяется редко.
Для чугуна с шаровидным графитом мы имеем другое положение: в нем нет острых надрезов, так как нет пластинчатых графитных включений, и изменение структуры металлической основы путем термической обработки заметно отражается на его свойствах. Для чугуна с шаровидным графитом принципиально возможны все виды термической обработки, применяемые для стали, и они начинают использоваться для улучшения свойств этого чугуна.
Мы отметили вредную роль графитных включений. Однако такое рассмотрение односторонне и не всегда правильно. То, что в одних конкретных условиях можно рассматривать как вредное и нежелательное явление, в других условиях может быть полезным и нужным.
В ряде случаев именно благодаря наличию графита чугун имеет преимущества перед сталью.
Во-первых, наличие графита облегчает обрабатываемость резанием, делает стружку ломкой, стружка ломается, когда резец дойдет до графитного включения; во-вторых, чугун обладает хорошими антифрикционными свойствами благодаря смазывающему действию графита, в-третьих, наличие графитных выделений быстро гасит вибрации и резонансные колебания; в-четвертых, чугун почти нечувствителен к дефектам поверхности, надрезам и т. д. Действительно, поскольку в чугуне имеется огромное количество графитных включений, играющих роль надрезов и пустот, то совершенно очевидно, что дополнительные дефекты на поверхности уже не могут иметь влияния, хотя бы в отдаленной степени напоминающего то колоссальное влияние, которое имеют эти дефекты поверхности на свойства чистой от неметаллических включений высокопрочной стали.
Влияние примесей
Обычный промышленный чугун не является двойным железоуглеродистым сплавом, а содержит те же примеси, что и углеродистая сталь, т. е. марганец, кремний, серу и фосфор, но в большем количестве, чем сталь. Эти примеси существенно влияют главным образом на условия графитизации и, следовательно, на структуру и свойства чугуна.
Кремний особенно сильно влияет на структуру чугуна, усиливая графитизацию. Содержание кремния в чугунах колеблется в широких пределах от 0,3-0,5% до 3-5%. Изменяя содержание кремния, можно получать чугуны, совершенно различные по свойствам и структуре, от белого до ферритного (серого с пластинчатым графитом или высокопрочного с шаровидным графитом).
Марганец в отличие от кремния препятствует графитизации или, как говорят, способствует отбеливанию чугуна.
Сера также способствует отбеливанию чугуна. Но одновременно сера ухудшает литейные свойства, в частности, снижает жидкотекучесть. Поэтому содержание серы в чугуне лимитируется: для мелкого литья верхний предел устанавливается в 0,08 %, для более крупного, когда можно допустить несколько худшую жидкотекучесть, - до 0,1-0,12%.
Фосфор практически не влияет на процесс графитизации. Но фосфор является полезной примесью в чугуне, так как улучшает жидкотекучесть. Это объясняется образованием относительно легкоплавкой тройной эвтектики, плавящейся при 950°. Эта эвтектика состоит в момент затвердевания из аустенита, обогащенного фосфором, цементита и фосфида железа (Fe3P).
Наличие твердых участков фосфидной эвтектики повышает общую твердость и износоустойчивость чугуна.
Кроме этих постоянных примесей, в чугун часто вводят и другие элементы. Такие чугуны называются легированными. Если эти примеси содержались в рудах, из которых в доменной печи выплавлялся чугун, то такие чугуны называются природно-легированными. Наиболее часто чугун легируют хромом, никелем, медью. Хром препятствует графитизации чугуна, а медь и никель способствуют.
В настоящее время еще нет удовлетворительно разработанной теории, объясняющей влияние легирующих элементов на графитизацию.
Во всяком случае растворение в цементите таких элементов, как хром, марганец, вольфрам, молибден, ванадий, препятствует графитизации. Большинство остальных элементов, встречающихся в чугунах, не растворимо в цементите и способствует гра-фитизации.
Для определения структуры чугуна в зависимости от содержания примесей пользуются так называемыми структурными диаграммами, одна из которых приведена на рис; она показывает, какой будет структура у отливок с толщиной стенок 50 мм в зависимости от содержания в чугуне углерода и кремния.
При содержании 3% С чугун с содержанием до 0,5 Si будет белым, от 1 до 2% -серым перлитным, а свыше 3% - серым ферритным. В промежуточных областях сочетание кремния и углерода таково, что образуются либо половинчатые, либо феррито-перлитные чугуны.
При меньшем содержании углерода надо иметь большее содержание кремния, чтобы получить те же структуры. Следовательно, мы можем заключить, что при большем содержании углерода графитизация идет легче и что углерод является тоже как бы графитизирующим элементом.
Влияние скорости охлаждения
Практикой было подмечено, что в одной отливке чугун может иметь разную структуру. В тонких частях отливки, в поверхности отливки, чугун имеет меньшую степень графитизации, чем в более массивных частях отливки и в сердцевине. Другими словами, там, где скорость охлаждения была больше, образуется больше цементита, а там, где чугун охлаждается медленнее, образуется больше графита. Следовательно, замедление охлаждения способствует графитизации.
Таким образом, мы видим, что основными факторами, определяющими степень графитизации в чугуне, является содержание углерода и кремния и скорость охлаждения. Для того чтобы практически приблизительно определить, какая получится структура у чугуна в зависимости от состава (содержание углерода и кремния) и скорости охлаждения (толщина стенки отливки), можно воспользоваться другой структурной диаграммой (фиг.), которая*показывает, какую следует ожидать структуру в чугуне в зависимости от суммарного содержания углерода и кремния и толщины стенки.
Марки серых и высокопрочных чугунов
Серый чугун маркируется в зависимости от тех механических свойств, которые он получает под влиянием всех многочисленных факторов, перечисленных выше. Испытание производится над специально отливаемыми образцами на разрыв, изгиб, сжатие и твердость, причем пластической характеристикой является стрела прогиба при испытании на изгиб, так как деформация при сжатии и растяжении получается весьма незначительной.
* Диаграмма показывает, какая структура получается сразу после отливки в земляные формы. Отливки из серого чугуна термически' не обрабатываются, поэтому диаграмма показывает структуру чугуна в готовых деталях. Если при производстве серого чугуна получается половинчатый чугун, то это является литейным браком, который может в случае необходимости быть исправлен термической обработкой (графитизирующим отжигом). Для высокопрочных чугунов, структура металлической основы у которых весьма часто формируется термообработкой, диаграммы, подобные фиг., имеют меньшее значение.
Из табл. 1 видно, что серый чугун маркируется буквами СЧ (серый чугун) и двумя двухзначными цифрами. Первая цифра показывает минимальное значение предела прочности чугуна на разрыв, вторая - минимальные значения предела прочности чугуна на изгиб.
Механические свойства чугуна СЧ-00 не гарантируются, и он идет :на изготовление деталей, подверженных незначительным механическим нагрузкам.
Повышение прочностных характеристик не вызывает существенного повышения твердости и даже повышает пластичность. Это показывает, что улучшение механических свойств чугуна достигается главным образом путем улучшения (измельчения) графитных включений, а не путем изменения структуры металлической основы.
Предел прочности чугуна при сжатии в 3-5 раз больше предела прочности при растяжении, тогда как в стали эти пределы приблизительно равны. Это свидетельствует в первую очередь о низком значении сопротивления отрыву у чугуна.
Как видно из табл.1, наилучшим по всем свойствам (прочности, твердости, пластичности) является серый чугун марки СЧ32-52 (а также СЧ28-48 и СЧ24-44). Такой чугун называется высококачественным, он имеет- структуру перлита с мелкими пластинчатыми включениями графита.
Обладая вследствие наличия мелкораздробленного графита хорошими механическими свойствами, он одновременно имеет повышенную твердость и износоустойчивость, обусловленную перлитной структурой металлической основы. Из такого чугуна изготовляются такие ответственные детали, как поршневые кольца двигателей внутреннего сгорания и многие другие.
В табл. 1 приведены также механические свойства высокопрочного чугуна с шаровидным графитом, он маркируется буквами ВЧ, а следующие цифры показывают предел прочности при растяжении и относительное удлинение.
Нетрудно видеть, что высокопрочный чугун обладает не только более высокой прочностью, в особенности при растяжении, но и определенной пластичностью (выражаемой величиной относительного удлинения) по сравнению с серым чугуном при близких значениях твердости. Эта разница в свойствах в первую очередь является следствием различной формы графита, о чем уже говорилось выше.
Модифицированный чугун
Выше говорилось о том, какое большое значение для качества чугуна имеют форма и размер графитных включений.
Естественно, что техника стремится разработать такие способы ведения плавки и отливки, чтобы уверенно получать в отливках мелкие и равномерно распределенные графитные включения.
Степень графитизации зависит, как мы видели, от содержания графитизирующих примесей и скорости охлаждения.
Размер и форма графитных включений зависят от этих факторов, а также и от наличия в жидком чугуне центров кристаллизации. Наличие большого числа центров кристаллизации в виде различных мелких не растворимых в жидком чугуне частичек способствует образованию структуры мелкого графита. Для этого в жидкий чугун перед разливкой ого по формам вводят небольшое количество веществ, образующих не растворимые в чугуне частицы, которые при затвердевании служат центрами кристаллизации, обеспечивая получение мелкого графита.
Добавление в жидкий металл элементов, образующих дополнительные центры кристаллизации, называется модифицированием, а сами элементы - модификаторами1.
Модификаторами служат элементы: кальций, алюминий, кремний и др., образующие при добавке в чугун соответствующие окислы СаО; А120з; Si02 путем соединения с растворенным в чугуне кислородом, и находятся в жидком чугуне первое время во взвешенном состоянии.
В результате модифицирования чугун приобретает более высокие механические свойства.
Модифицирование не только ведет к измельчению графитных включений, но этим путем, подбирая соответствующие модификаторы, можно изменить форму графитных включений. Присадка небольшого количества магния (а также>и церия) в жидкий чугун (так что его в металле остается менее 0,1%; значительный процент магния при введении его в жидкий чугун сгорает) изменяет форму образующегося графита, который вместо пластинчатого приобретает шаровидную форму.
Наука еще не располагает надежными данными, объясняющими природу подобного модифицирующего действия магния на чугун, но практика, опережая в данном случае теорию, уже широко использует это явление, и производство высокопрочного чугуна с шаровидным графитом достигается модифицированием жидкого чугуна магнием.
§ 8. Ковкий чугун2
Ковким чугуном называется чугун с хлопьевидным графитом, который получается из белого чугуна путем специального графитизирующего отжига, томления.
При производстве ковкого чугуна весьма существенно получить при отливке чисто белый чугун, так как частичная графитизация при литье и образование, следовательно, пластинчатого графита вызовут при последующей графитизации отложение графита на этих пластинках. Такой чугун будет иметь пониженные свойства, близкие к свойствам простого серого чугуна.
Несмотря на стремление получить в отливке белый чугун, не следует чрезмерно увеличивать содержание в чугуне элементов, препятствующих графитизации (например, марганца), так как в этом случае трудно будет провести графитизирующий отжиг.
Поэтому состав ковкого чугуна ограничивается сравнительно узкими пределами по содержанию элементов.
Обычный состав ковкого чугуна следующий: 2,2-2,8% С; 0,6- 1,4% Si; Mn<0,4%, S<i0,l:%; Р><0,2%.
Из-за низкого содержания углерода получается малое количество графитных образований и улучшается качество чугуна. Однако чугун с таким низким содержанием углерода нельзя приготовить в вагранке, и для расплавления ковкого чугуна пользуются специальными печами, что, естественно, повышает стоимость изделия.
Однако основная стоимость приготовления изделия из ковкого чугуна падает на отжиг, который является длительной и дорогой операцией.
Рассмотрим структурные изменения, совершающиеся при отжиге белого чугуна при получении из него ковкого.
1 Модифицирование как метод получения мелкозернистой структуры в литом металле применяется не только при изготовлении чугунных деталей, но и при изготовлении отливок из других металлов.
2 Не следует думать, что ковкий чугун действительно "ковкий", что его можно обычным образом ковать. Ковкий чугун-старое название, которое подчеркивает его большую пластичность по сравнению с обычным серым чугуном

Обратимся к схеме диаграммы Fe-С
При нагреве белого чугуна состава вертикали выше линии PSK графитизируется избыточный цементит (эвтектический и вторичный). Количество цементита при этих температурах характеризуется отрезком от вертикали до линии SE. После графитизации цементита получится структура: аустенит и углерод отжига (хлопьевидный графит).
Если охлаждение от температуры нагрева до линии PSK производить медленно как до температуры перлитного превращения, так и в районе перлитного превращения, так, чтобы кристаллизация шла по стабильной системе (Fe-С), то из аустенита будет выделяться не цементит, а графит.
При таком охлаждении весь углерод выделится в свободном состоянии, и структура чугуна будет состоять из углерода и округлых включений хлопьевидного углерода отжига.
Такой чугун называется ферритным ковким чугуном.
Полная графитизация с получением ферритного ковкого чугуна часто осуществляется и другим путем. В районе перлитного превращения чугун охлаждается сравнительно ускоренно и аустенит превращается в перлит, но при температуре ниже критической (720-700°) дается длительная выдержка, при которой цементит в перлите графитизируется (Fe3C->Fee-f-Fe3C) и конечная структура состоит из феррита и углерода отжига (хлопьевидный графит).
Если сломать изделие из ферритного ковкого чугуна, то вследствие большого числа графитных включений в ферритной основе получается матовый темный излом 1. Из-за такого вида излома ферритный ковкий чугун называется черносердечным.
Если после графитизации при температуре выше PSK и установлении структуры аустенит -f- графит (углерод отжига), охлаждение до района температур перлитного превращения было достаточно медленное, чтобы из аустенита выделялся не цементит, а графит, а в районе перлитного превращения охлаждение ускоренное и аустенит превращается в перлит, то после перехода чугуна ниже критической температуры чугун имеет структуру перлит + углерод отжига.
Конечная структура зависит от условий дальнейшего охлаждения.
Здесь возможно три варианта:
а) При температуре ниже критической (720-700°) дается, как указано выше, длительная выдержка, обеспечивающая распад цементита во всем перлите, и получается ферритный ковкий чугун со структурой феррит -f- углерод отжига.
б) При температуре ниже критической (720-700°) дается выдержка,достаточная только для графитизации части перлита. Тогда получается структура: феррит -f- перлит ~\- углерод отжига, т. е. феррито-перлитный ковкий чугун.Соотношение количества феррита и перлита в металлической основе такого чугуна зависит от длительности выдержки при данной температуре.
Чем меньше выдержка, тем меньше феррита и больше перлита в структуре феррито-перлитного ковкого чугуна.
в) При температуре ниже критической не дается выдержки для графитизации перлита, тогда структура остается перлит+углерод отжига, т. е. получается перлитный ковкий чугун.
1 По краям излома ферритного ковкого чугуна получается светлая каемка, так как в поверхностном слое имеет место частичное обезуглероживание и металлическая основа в этом тонком слое перлитная.
Имеется также, правда, теперь очень мало применяемый способ получения ковкого чугуна путем отжига в обезуглероживающей среде (в руде, окалине, отжиг в специальных атмосферах).
При таком отжиге значительная часть углерода выгорает, а в поверхностном слое глубиной до 1,5-2,0 мм получается полное обезуглероживание. Обычно при таком отжиге выдержка ниже критической температуры не дается и в металлической основе сердцевины получается много перлита.
Вследствие обезуглероживания излом получается светлым и чугун называется светлосердечным. Из-за большого количества перлита в сердцевине этот чугун также часто называют перлитным ковким чугуном Поскольку отжиг такого чугуна должен обеспечить значительное обеднение его углеродом, то процесс отжига является очень длительной операцией. Однако эти особенности процесса позволяют использовать ваграночный чугун с более высоким содержанием углерода.
Следует еще раз подчеркнуть, что почти исключительное применение имеет ферритный ковкий чугун. Режим отжига на ферритный ковкий чугун предусматривает две стадии графитизации при температуре выше Ах (первая стадия графитизации) и ниже А± (вторая стадия графитизации).
На рис., приведен примерный график отжига для получения ковкого ферритного чугуна в больших печах.
Как это видно из графика, в начале отливки из белого чугуна медленно нагреваются в течение 20-25 час. до температуры 950-1000°; при этой температуре происходит графитизация избыточного цементита, что успевает произойти за 15 час, затем печь выключается и детали в ней охлаждаются до 700°. Ввиду больших размеров печи это охлаждение, как и нагрев до 950-1000°, происходят медленно. По достижении температуры 700° дается вторая выдержка, которая длится около 30 час, или медленное охлаждение в течение примерно 30 час. от 750 до 600°; в первом случае графитизируется цементит перлита, во втором случае обеспечивается кристаллизация по стабильной системе с выделением всего углерода в свободном состоянии.
Структура состоит из феррита и гнезд хлопьевидного графита. После выдержки при 700° следует выдача отливок из печи и охлаждение их на воздухе; структура уже сформировалась, и способ охлаждения -уже не отразится на получаемой структуре. Общее время всей операции составляет 70-80 час, из них лишь 45 час занимает собственно процесс графитизации, а остальное время "подъем" и "спуск" температуры печи. Разработан и применен метод ускоренного отжига ковкого чугуна, заключающийся в том, что отливки из белого чугуна перед графитизирующим отжигом предварительно закаливаются. Мелкозернистая структура отливки и внутренние напряжения создают многочисленные центры кристаллизации графита. Это существенно ускоряет I и II стадии графитизации. Процесс графитизации сокращается до 10-15 час. Характерной особенностью структуры ковкого чугуна после ускоренного отжига является его мелкозернистость - мелкие зерна феррита и мелкие включения графита. Сравним структуру ковкого чугуна после ускоренного отжига со структурой ковкого чугуна после обычного отжига.
В табл. 2 приведены данные по ГОСТ о свойствах ковкого чугуна. Ковкий чугун маркируется следующим образом:КЧ - означает - ковкий чугун. Затем ставится число, показывающее в кг/мм2, и число, показывающее в %.
Из таблицы видно, что ферритный чугун обладает лучшими свойствами, главным образом более высокой пластичностью, чем перлитный, Более высокая твердость перлитного чугуна иногда имеет преимущество, так как обеспечивает лучшую стойкость против износа.
А.П.Гуляев








Rambler's Top100 Яндекс цитирования

главная страница | чугунные отливки,литьё | стальные отливки,литьё | алюминиевое литьё | Вопрос-ответ | контакты | лит-ра,чугун,сталь,алюминий | Карта сайта


Назад к содержанию | Назад к главному меню