Литейное производство

Чугунное литье

Чугун является самым распространенным материалом для изготовления фасонных отливок. Чугунные отливки составляют 75 — 80% от общего количества отливок.

До 80% чугунных отливок составляют отливки из конструкционного серого чугуна, который содержит 2,4 – 3,6% углерода, 0,5 – 3,0% кремния, 0,2 – 1,0% марганца. Простые чугуны имеют временное сопротивление разрыву около 150 МПа и твердость 160 – 230 НВ, чугуны повышенной прочности имеют предел σв до 340 МПа и твердость до 270 НВ. Для повышения свойств чугуна применяют модифицирование.

Модифицирование позволяет получать наиболее благоприятную кристаллическую структуру с мелкими включениями графита. В качестве модификаторов используются ферросилиций, различные сплавы, содержащие Ca , Mg , Ba , РЗМ, Mn . Модификаторы вводят в виде кусочков 1 – 5 мм в струю чугуна при его выпуске из печи в ковш. Высокие механические свойства модифицированного чугуна достигаются благодаря снижению расчетного содержания углерода и кремния, повышением содержания марганца, высоким перегревом чугуна. Магниевые чугуны отличаются высокой пластичностью.

Для отливок ответственного назначения применяют легированные чугуны, содержащие повышенные концентрации Cr , Mn , Ni , Mo , V , Cu , Ti . Легирование повышает механические свойства, коррозионную стойкость, износостойкость, жаростойкость. Коррозионно-стойкие чугуны для аппаратов химической промышленности содержат до 35% хрома. Немагнитные чугуны содержат 14 – 33% Ni и 2 – 8% Cr .

Особый класс занимают отливки из ковкого чугуна, применяемые в сельскохозяйственных машинах, автомобилях, тракторах в виде мелких тонкостенных отливок. Эти чугуны имеют сопротивление до 780 МПа и относительное удлинение от 1,5 до 10% при твердости 100 – 320 НВ.

Ковкие чугуны получают длительным отжигом отливок из белого чугуна. В белом чугуне в среднем содержится от 2,2 до 3,2% углерода, 0,7 – 1,4% кремния, 0,3 – 0,7% марганца.

В ковком чугуне графит находится в виде хлопьев, отсутствуют включения графита пластинчатой формы, нет структурно-свободного цементита. Одной из операций получения ковкого чугуна является длительный отжиг изделия до 60 часов. При отжиге происходит поверхностное обезуглероживание, для чего отливки в контейнере пересыпают железной рудой, при этом благодаря диффузии углерода из центра к поверхности происходит общее уменьшение концентрации углерода.

Отливки из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом. Такие чугуны получают модифицированием Mg , Ce , Ca и другими элементами. Высокопрочный чугун применяют для деталей металлургического оборудования, коленчатых валов различных двигателей и других деталей. Высокопрочный чугун имеет предел прочности до 1170 МПа.

Автоклав для модифицирования чугуна

Основным модификатором является магний. Так как магний на воздухе воспламеняется, то введение магния проводят при повышенном давлении в автоклаве, рис. 156. Ковш 3 устанавливают в камере 4 и напускают сжатый воздух до давления 0,6 МПа. Потом в ковш с помощью устройства 2 опускают контейнер 1 с порцией магния. Растворение магния продолжается около 10 минут.

Второй способ введения магния на воздухе осуществляют с помощью лигатуры. Применяют Ni − Mg −Ce   лигатуры с содержанием 15% Mg и 5% Ce , а также лигатуры  Fe − Si − Mg . Лигатуру вводят либо в ковш с чугуном, либо в литейную форму, помещая ее в литниковой системе.

Одним из условий получения высокопрочного чугуна является пониженное (менее 0,02%) содержание серы.

Традиционно чугуны выплавляют в вагранках. Прогрессивным способом плавки чугуна для литья является выплавка чугуна в индукционных и дуговых электропечах. Тигли для плавки набивные из молотого кварцита с добавкой борной кислоты. В качестве шихты используют либо чушковый доменный чугун, чугунные отходы, либо выплавляют синтетический чугун из стальных отходов с науглераживателем в виде графита, электродных отходов.