Чугунное литье

 Важнейшими сплавами для производства отливок являются чугун и сталь. Наибольшее применение в машиностроении находят отливки из серого чугуна. 

Качество чугунных отливок зависит в первую очередь от правильного подбора шихты, т. е. материалов, загружаемых в плавильные печи.

Чтобы получить чугунные отливки, шихту составляют из чушкового доменного чугуна с добавлением чугунного лома, отходов стали и флюсов.

Шихту подбирают так, чтобы получить нужный химический состав чугуна в зависимости от назначения отливок. При составлении шихты учитывают также возможные изменения состава чугуна при плавке. Они состоят в том, что в процессе плавки от соприкосновения с топливом изменяется количество углерода в чугуне, повышается содержание серы, а также происходит частичное окисление содержащихся в чугуне кремния и марганца. В результате понижения содержания кремния уменьшается выделение графита, и чугун отбеливается, т. е. в наружном слое отливок углерод остается в химически связанном с железом состоянии в виде очень твердого цементита .

Чугунные отливки должны иметь определенные показателипрочности при испытании на растяжение и изгиб. Эти показатели положены в основу маркировки чугунного литья по ГОСТ 1412.

Таблица1,

Механические свойства отдельных марок серого чугуна (ГОСТ 1412 )

Примечание. Буквы СЧ обозначают «серый чугун» Испытание на прочность при изгибе производится действием нагрузок на образцы чугуна, помещаемые на двух опорах с приложением силы посередине пролета Твердость ограничивается вследствие трудности обработки.

Отливки из чугуна марок СЧ12-28, СЧ15-32, СЧ18-36 применяются для деталей малой и средней прочности. Из чугунов указанных марок изготовляют в станкостроении детали, работающие при невысоких напряжениях и без трения (стойки, основания, кожухи, коробки, крышки), а также детали, работающие при средних напряжениях и при малых удельных давлениях (суппорты, каретки и т. п.).

Отливки из серого чугуна повышенной прочности марок СЧ21-40, СЧ24-44, СЧ28-48 применяют для ответственных деталей машин, например, для станин, рам, корпусов, маховиков, цилиндров паровых машин, тормозных барабанов, дисков сцепления и т. п.

Чугунные отливки  особенно  высокого  качества получают, вводя в чугун большое количество стального лома или специальные примеси, а также изменяя структуру чугуна специальной термической обработкой.

Отливки из легированного чугуна с примесями никеля, хрома, молибдена, титана, ванадия, алюминия, меди и других элементов обладают повышенной прочностью, высоким сопротивлением износу, стойкостью против коррозии.

Улучшение качества чугунного литья производится также модифицированием.

Модифицированный  чугун получают при введении в жидкий чугун перед заливкой форм небольшого количества специальных присадок, которые способствуют образованию особой структуры с измельченным графитом и перлитом, вследствие чего повышаются механические свойства чугуна. В качестве таких присадок применяют силикокальций, магний, алюминий, титан и др.

Чтобы получить модифицированный чугун, применяют малоуглеродистый (2,8—3,2% углерода) и низкокремнистый (1,0—1,5% кремния) чугуны, в которые вводят небольшое количество (0,15— 0,3%) специальных добавок. Чтобы модифицирование прошло успешно, температура чугуна при выпуске из вагранки должна быть не ниже 1420° С, так как в противном случае действие добавок проявляется очень слабо.

Благодаря тому, что при модифицировании чугуна происходит усиленное выделение графита, устраняется опасность образования отбела, зернистость чугуна становится равномерной, и сам графит выделяется в виде зерен округлой формы (шаровидный графит). Такая структура придает чугуну более высокую в сравнении с обычным серым чугуном прочность и плотность, уменьшает внутренние напряжения в отливках, повышает сопротивляемость коррозии.

Повышенная прочность модифицированного чугуна позволяет уменьшить толщину стенок отливок и сократить вес готовых изделий, что имеет большое экономическое значение и уменьшает расход металла.

Маркировка и механические свойства чугуна высокой прочности приведены в табл.2.

Высокопрочный чугун рекомендуется применять для отливок очень сложной формы, имеющих резкие переходы от толстых сечений к тонким (рамы быстроходных двигателей, цилиндры, зубчатые колеса, корпуса насосов, крупные коленчатые валы, колеса и т. п.).

Большое место среди чугунного литья занимают отливки из жаростойкого чугуна, сохраняющего свойства при высокой температуре.

По ГОСТ 7769—63 установлены следующие разновидности жаростойкого чугуна:

Хромистые  жаростойкие  чугун ы,  маркируемые буквами ЖЧХ, а именно: ЖЧХ-08; ЖЧХ-1,5; ЖЧХ-2,5; ЖЧХ-3 (цифрами указано среднее содержание хрома в %);

Кремнистые  жаростойкие  чугун ы марок ЖЧС-5,5 и ЖЧСШ-5,5, где цифрами обозначен процент содержания кремния (С) в чугуне, а буквой «Ш» — шаровидное включение графита;

алюминиевые жаростойкие  чугун ы, обозначаемые ЖЧЮ-22 для чугуна, содержащего пластинчатый перлит, и ЖЧЮШ — шаровидный графит.

Чтобы устранить внутренние напряжения, уменьшить твердость отливок и изменить структуру серого чугуна, производится термическая обработка.

Таблица  2.  Механические свойства чугуна с шаровидным графитом