Файл: Технология металлов и других конструкционных материалов учеб. пособие.pdf

и кремния. Область / диаграммы соответствует белому чугуну с перлитно-цементитной структурой (рис. 76, д), область П а — поло­

графитной структурой (рис. 76, а).

Марганец полностью растворяется в чугуне, входя в растворы с ферритом и цементитом. Он препятствует графитизации и способ­ ствует отбеливанию чугуна. При содержании до 1% марганец спо­ собствует повышению механических свойств чугуна, нейтрализуя вредное влияние серы. При дальнейшем повышении содержания марганца увеличивается хрупкость чугуна.

Фосфор (до 0,3%) в твердом чугуне находится в растворенном состоянии. При содержании сверх предела растворимости он обра­ зует фосфидную эвтектику, которая при количестве фосфора до 0,7% выделяется в виде отдельных включений, а при еще большем колі.'честве эти включения объединяются в сплошную сетку.

В ответственном литье содержание фосфора должно быть не более 0,2—0,3%. Повышенное его содержание допускается для уве­ личения жйдкотекучести чугуна при изготовлении тонкостенных отливок, от которых не требуется высокая прочность!

Сера образует с железом химическое соединение FeS, которое может растворяться в чугуне. При затвердевании чугуна сернистое железо образует с железом легкоплавкий сплав Fe + FeS с темпера­ турой плавления 950°. Этот сплав затвердевает в чугуне последним и располагается в межкристаллическом пространстве, что снижает механические свойства чугуна при повышенной температуре (крас­ ноломкость).

Вредное влияние серы в чугуне нейтрализуется марганцем, вводимым в количестве, превышающем содержание серы в 5—■ 6 раз. Образующийся при этом сернистый марганец (температура плавления 1620е) в значительной степени переходит в шлак.

Сера ухудшает жидкотекучесть чугуна, увеличивает усадку и повышает склонность к образованию трещин в отливках. Поэтому содержание ее, как правило, ограничивается пределом 0,08—0,12%.

Никель способствует графитизации и образованию мелкодис­ персного перлита, обеспечивает получение отливок с. равномерной и плотной структурой в различных сечениях.

Хром является карбидообразующим элементом, затрудняющим графитизацию. Он повышает твердость чугуна и ухудшает его об­ рабатываемость. Поэтому при введении хрома обязательно повы­ шают содержание кремния. Как правило, хром вводят вместе с ни­ келем, что обеспечивает получение высоких механических свойств чугуна.

Молибден способствует получению мелкой и плотной структу­ ры, а также повышает жаропрочность чугуна.

Скорость охлаждения отливки оказывает значительное влия­ ние на формирование структуры чугуна. Увеличение скорости охлаждения способствует повышению в чугуне количества хими-

13»

чески связанного углерода, а уменьшение— выделению свободно­ го графита (рис. 77. б). Поэтому при одном и том же химическом составе чугуна в различных сечениях отливки можно получить раз­ личные структуры. Например, на поверхности отливки, охлаждае­ мой с большой скоростью, может образоваться структура белого чугуна, а в средних частях чугун может быть структурно серым е различной степенью графитизации. Скорость охлаждения зависит от толщины стенок отливки, материала формы и температуры раз­ ливки чугуна.

Методы повышения прочности чугуна. Повышение качества чугуна достигается главным образом улучшением структуры, а

также введением специальных примесей — легирующих и модифи­ цирующих.

Задача получения доброкачественной отливки из перлитного се­ рого чугуна сводится к достижению однородной перлитной структу­ ры во всех частях отливки независимо от толщины стенок. Эта за­ дача решается регулированием химического состава, температуры выпускаемого из печи чугуна и скорости охлаждения его в форме, суммарное содержание в отливке C + Si должно составлять около 4%. Чугун перегревают до температуры примерно 1500° и замед-

4 ляют охлаждение его в форме.

Легированными называются чутуны, в состав которых введены специальные примеси (Ni, Cr, Mo, Ті и др.), улучшающие механи­ ческие свойства. Влияние легирующих элементов весьма разнооб­ разно и во многих случаях позволяет применять чугун там, где раньше применялась только сталь.

В целях повышения вязкости и улучшения механических свойств серые чугуны подвергают модифицированию, прибавляя к расплаву присадки силикокальция, ферросилиция, силикоалюминия и других специальных сплавов (0,10—0,5%). Модифицированный чугун имеет перлитную структуру с равномерно распределенным мелкопластинчатым графитом. Размельчеуие пластинчатого графи­ та повышает механические свойства чугуна. К модифицированным относятся чугуны марки СЧ 28—48 и более высоких (по ГОСТ 1412—54).

При модифицировании магнием получают высокопрочный се­ рый чугун с шаровидным графитом (рис. 76, е). Этот чугун по своим механическим свойствам приближается к стали. По сравнению с обыкновенным серым чугуном он имеет несколько худшие литей­ ные свойства, но зато обладает большей прочностью и пластич­ ностью, меньшей склонностью к отбелу, более высокой гидропроч-

иостыо, более жаростоек (сохраняет свою прочность при нагрева­ нии до 500°).

Для производства чугуна с шаровидным гр'афитом применяет­ ся обработка малосернистого (перегретого до 1420—1450°) чугуна магнием, солями магния, лигатурами или комплексными модифика­ торами. Минимальное содержание серы необходимо для снижения расхода магния, так как последний, являясь сильным обессериваю­ щим веществом, в значительной степени расходуется на десульфу-

134

рацию, проявляя свое модифицирующее воздействие па чугун толь­ ко после снижения содержания серы до 0,03% и ниже.

Введение чистого магния в жидкий чугун при обычных усло­ виях плавки вызывает пироэффект, проявляющийся в бурном вы­ делении паров магния, их горении и разбрызгивании металла.

Для лучшего усвоения магния металлом ковш с расплавлен­ ным чугуном помещают в автоклаве, где создается давление 4— 5 атм. Это позволяет избежать пироэффекта и снизить расход маг­ ния. Бурное испарение магния исключается также при введении его

ввиде безводных солей MgCl2 или MgF2.

Всоответствии с ГОСТ 7293—70 применяются 9 марок высоко­ прочных чугѵиов с шаровидным графитом: ВЧ 38—17; ВЧ 42—12; ВЧ 45—5; ВЧ 50 -2; ВЧ 60—2; ВЧ 70—3; ВЧ 80—3; ВЧ 100—4; ВЧ 120—4 (первая цифра означает предел прочности при растя­ жении, а вторая — относительное удлинение).

Шихтовые материалы для чугунного литья. Металлическая шихта для чугунного литья состоит из доменных чугунов, домен­ ных ферросплавов, чугунного и стального лома, стружки и возвра­ та собственного производства (литники, прибыли, бракованные отливки).

Топливом для плавки чугуна в основном служит кокс, иногда каменный уголь или термоантрацит. В последнее время широко

Чтобы получить требуемый химический состав металла, про­ изводят расчет шихты, т. е. определяют количество каждой состав­ ляющей металлической шихты. Топливо и флюсы берутся в про­ центах от металлической шихты (по весу). Для расчета шихты требуются данные о химическом составе отливки и исходных ма­ териалов. Кроме того, для данного плавильного агрегата опытным

Металлическая шихта рассчитывается на 100 кг. Вначале по химическому составу металла отливки, учитывая угар, для каждо­ го элемента определяют его содержание в шихте. Затем по каж­ дому элементу составляют уравнениебаланса, т. е. сумму весов данного элемента в составляющих шихты приравнивают к содер­ жанию элемента во всей шихте. Все эти уравнения сводятся в сис­ тему, решение которой дает содержание в процентах каждой со­ ставляющей металлической шихты.

Решение полной системы уравнений не всегда возможно. Для упрощения задаются двумя или тремя составляющими шихты (з процентах от общего веса шихты) и расчет сводят к нахожде­ нию величины остальных составляющих. Как правило, задаются содержанием лома и возврата собственного производства и рас­ чет уводят к определению количества чушковых чугунов. При этом расчет ведут в основном по кремнию и марганцу.

135

Конструкция вагранки. Для плавки чугуна применяют вагран­ ки, пламенные печи, тигельные горны и электропечи. Наиболее распространенными плавильными агрегатами для чугунолитейных цехов являются вагранки.

Вагранка (рис. 78) представляет собой шахтную печь, вылоложенную изнутри шамотным кирпичом 12. Снаружи она имеет металлический кожух 13 из листовой стали. Шахта вагранки опи­ рается на кольцо 7, которое установлено на опорных колоннах 6. Снизу шахта имеет днище 5, которое перед началом работы закрывается, а после плавки открывается. В верхней части распо­ ложено загрузочное окно 16, через которое вагранка определен­ ными -порциями -— колошами — пополняется шихтовыми материа­ лами в течение всей плавки.

Для предохранения кирпичной кладки от ударного действия загружаемой шихты верхнюю часть шахты выкладывают чугун­ ным кирпичом 15. В нижней части имеется воздушная коробка И, из которой необходимый для горения топлива воздух подается в вагранку через фурмьг 10, расположенные в один или несколько рядов.

Расплавленный чугун стекает в нижнюю часть шахты, назы­ ваемую горном 9, откуда непрерывной струей попадает через пере­ ходную летку 4 в копильник 1, служащий для сбора металла. Из копильника по мере накопления металл выпускают через летку 3. Для выпуска шлака в копильнике имеется летка 2. В случае рабо­ ты вагранки без копильника делаются отдельные металлические и шлаковые желоба, идущие непосредственно от вагранки.

Верхнюю часть вагранки, расположенную выше загрузочного окна, называрот трубой. На ней устанавливается искрогаситель 18. Для удобства обслуживания вагранки устраивают загрузочную площадку І4.

Загрузка вагранки начинается после тщательного ремонта, футеровки и набивки пода (лещади 8). Вначале на подготовлен­ ный под укладывают дрова и зажигают их. Когда дрова разгорят­ ся, загружают кокс на всю нижнюю часть вагранки, выше верхнего ряда фурм. Эта часть топлива называется холостой колошей. Она служит для поддержания находящихся сверху рабочих колош

136

(20, 21) и разогрева вагранки. Верхняя часть холостой колоши (выше уровня фурм на 600—1000 мм) находится в плавильном поясе вагранки. Здесь развивается максимальная температура и происходит расплавление металла. Загрузку рабочих колош (ме­

вается отходящими ваграночными газами. Обычно в вагранке атмосфера является окислительной (С О :С О г<1), а наличие сво­ бодного кислорода в составе ваграночных газов еще больше уси­

137