Отливки из ковкого чугуна

Категория:
Литейное производство


Отливки из ковкого чугуна

Ковкий чугун в основном является конструкционным материалом, используемым для изготовления мелких, тонкостенных отливок для сельскохозяйственных машин, автомобилей, тракторов, арматуры, фитингов и других деталей массового производства.

Благодаря компактной форме графита (углерод отжига) чугун отличается высокими механическими свойствами и пластичностью, занимая в этом отношении промежуточное положение между серым чугуном и сталью. Механические свойства чугуна, зависящие от металлической основы, приведены в Госте 1215-59.

Ферритный ковкий чугун обладает высокой пластичностью, сопротивлением ударным нагрузкам (до 10-15 кгс-м/см) и однородностью механических свойств по сечению отливок.

Второй особенностью феррит-ного ковкого чугуна является возможность одновременного повышения прочности и пластичности, тогда как в других железоуглеродистых сплавах повышение прочности всегда сопровождается снижением пластичности. Это объясняется тем, что при уменьшении размера и сфероидизации графитовых включений уменьшается концентрация напряжений, что способствует повышению пластичности и одновременно положительно влияет на прочность.

Перлитный ковкий чугун обладает высокой прочностью и средней пластичностью, хорошими антифрикционными свойствами и высокой износостойкостью, которая значительно повышается при легировании.

Основной особенностью технологии ковкого чугуна является изготовление отливок из белого чугуна без включений пластинчатого графита, который ухудшает механические свойства. Увеличение толщины стенок и массы отливки значительно затрудняет

чение чисто белого излома, поэтому область использования П°*> Чугуна ограничивается тонкостенными (до 40-50 мм) К°ливками массой в несколько десятков килограмм.

В зависимости от химического состава чугуна и режима отжига можно получить металлическую основу — ферритную, перлитную или перлитно-ферритную.

В зависимости от процессов, протекающих при отжиге, различают два вида ковкого чугуна: черносердечный (темный бархатистый излом) и белосердечный (блестящий светлый излом).

Рис. 1. Режимы отжига белого чугуна на ковкий чугун: а - черносердечный; б — белосердечный

Целью отжига чугуна на черносердечный является разложение структурносвободных карбидов. Обезуглероживается с поверхности лишь тонкая корочка толщиной до 0,5 мм, а содержание углерода в остальном сечении равно исходному.

В основном изготовляют отливки из черносердечного чугуна с ферритной металлической основой, в последнее время начали применять и перлитный черносердечный чугун.

При отжиге чугуна на белосердечный наряду с графитизацией преследуется цель — обезуглероживание. При этом снаружи, на глубине нескольких миллиметров, имеется полностью обезуглеро-женный слой, затем постепенно содержание углерода повышается, но и в центре отливки оно не достигает исходного.

Отжиг белого чугуна на черносердечный ферритный чугун (рис. 1, а) состоит из пяти этапов:

1. Нагрев чугуна с исходной структурой перлит + цементит до 900-1000 °С;

2. Выдержка при 900-1000 °С (первая стадия графитизации), время которой происходит разложение структурносвободного ментита и насыщение аустенита углеродом до содержания, близ-о к равновесному. В конце этого периода структура чугуна — Уценит + углерод отжига.

3. Выдержка при 690-700 °С (вторая стадия графитизации), во время которой происходит разложение эвтектоидного цементита. К концу выдержки структура чугуна феррит + углерод отжига.

4. Охлаждение до нормальной температуры.

Продолжительность выдержки при первой и второй стадиях

графитизации зависит от скорости разложения цементита. Общий цикл отжига обычно составляет 50-60 ч.

При отжиге на черносердечный перлитный чугун исключается вторая стадия графитизации; относительно быстрое охлаждение в интервале критических температур позволяет зафиксировать перлитную металлическую основу. При отжиге на белосердечный ковкий чугун в интервале высоких температур параллельно идут два процесса: графитизация и обезуглероживание. Обезуглероживание обеспечивают отжигом отливок в контейнерах, которые после укладки отливок засыпают рудой.

Окисление углерода в основном происходит на поверхности отливки. Содержание углерода по сечению отливки уменьшается за счет диффузии углерода твердого раствора от центра к периферии.

Для проведения процесса обезуглероживания режим отжига белосердечного чугуна (рис. 1, б) отличается от режима отжига черносердечного чугуна высокой температурой (1000-1050° С) и большей продолжительностью цикла (100-110 ч).

Повышенный расход топлива, связанный с длительным циклом отжига, и расход руды делают этот способ менее экономичным, чем способ получения черносердечного чугуна. Поэтому на отечественных заводах в основном производят отливки из черносердечного ковкого чугуна.

Для отжига отливки укладывают в чугунные контейнеры (горшки) и пересыпают формовочным материалом — песком (при отжиге на черносердечный) или рудой (при отжиге на белосердечный).

Термические печи по характеру работы разделяют на непрерывные и периодические.

В непрерывных печах туннельного типа длиной до 100 м и производительностью до 100 т отливок в сутки перемещаются тележки, нагруженные контейнерами с отливками. Печи имеют различные температурные зоны. В зависимости от требуемого режима отжига устанавливают температуру каждой зоны, длину зоны и скорость передвижения тележки.

В качестве периодических печей используются электрические печи элеваторного типа для отжига чугуна на черносердечный (рис. 96). Отливки загружают на вагонетку, которая поднимается плунжером и вводится в полость печи. После прохождения первой стадии графитизации вагонетка опускается и после охлаждения отливок до критических температур вновь поднимается для выдержки при второй стадии графитизации. Благодаря нейтральной атмосфере в печи отливки загружают на вагонетку без контейнеров и паковочного материала. Цикл отжига сокращается до 30-40 ч.

Рис. 1. Электрическая печь элеваторного типа для отжига ковкого чугуна

Химический состав отливок из ковкого чугуна зависит от толщины стенок отливки, типа плавильного агрегата, требуемой марки чугуна, способа отжига и т. д.

Содержание углерода и кремния в зависимости от толщины иепок и массы отливки выбирают таким, чтобы до отжига чугун н“ел белую структуру. При этом учитывают влияние элементов продолжительность отжига и механические свойства чугунов. соде еханичсские свойства ковкого чугуна определяются общим Ржанием в нем включений графита отжига, поэтому для получения чугуна высших марок необходимо использовать низкоуглеродистый чугун.

Повышение содержания кремния уменьшает продолжительность первой и второй стадий графитизации. Поэтому, принимая за основу содержание углерода, требуемое для получения чугуна заданной марки, назначают максимально допустимое содержание кремния, обеспечивающее структуру белого чугуна. Повышенное содержание марганца в перлитном чугуне замедляет графитизацию при эвтектоидном превращении и способствует получению сфероидального перлита и высоких механических свойств.

Для повышения пластических свойств содержание фосфора должно быть минимальным.

При производстве ферритного ковкого чугуна содержание хрома ограничивается до 0,07% вследствие его тормозящего влияния на графитизацию, особенно во второй стадии.

Широко применяют модифицирование чугуна А1 (0,007- 0,015%), Ti (0,01-0,05%), В (до 0,003%), что сокращает цикл отжига и при некоторых условиях повышает механические свойства.


Читать далее:



Статьи по теме:


Реклама:




Главная → Справочник → Статьи → БлогФорум