Серый чугун способы отливки

Изготовление отливок из серого, высокопрочного и ковкого чугунов

Серому чугуну свойственны высокая жидкотекучесть и малая усадка (до 1,3%). Отливки из серого чугуна получаются качественными, без усадочных раковин, по­ристости и трещин; толщина стенок у крупных фасонных отливок может быть доведена до 3. 4 мм.

Обычный серый чугун выплавляется в вагранках, вы­сококачественный— в дуговых или индукционных печах. Вагранка — плавильный агрегат в виде шахты доменно­го типа с водоохлаждаемым кожухом. Процесс плавки в вагранках автоматизирован.

Отливки серого чугуна получают в песчаных формах, литьем в оболочковые формы, в кокили, литьем по выплавляемым моделям, центробежным литьем. Пос­ле кокиля отливку для устранения возможного отбела подвергают отжигу.

Высокопрочный чугун обладает жидкотекучестью серого чугуна, что позволяет получать отливки с ми­нимальной толщиной стенки 3. 5 мм. Но усадка высоко­прочного чугуна более значительна (до 1,7%), поэтому отливки имеют, как правило, усадочные дефекты. В свя­зи с этим осуществляют направленную кристаллизацию металла отливок путем создания прибылей и холодиль­ников.

Высокопрочный чугун выплавляется в вагранках, ду­говых печах, а также в индукционных печах.

Отливки из высокопрочного чугуна получают различ­ными способами.

Ковкий чугун является продуктом отжига отли­вок из белого чугуна. Белый чугун обладает значитель­но худшими литейными свойствами, чем серый чугун. Это приводит к повышенным температурам заливки, осо­бенно при получении тонкостенных отливок, и возникно­вению усадочных раковин, пористости и трещин.

Белый чугун плавят дуплекс-процессом: сначала в ва­гранке, а затем переливают в дуговую или индукционную печь, где осуществляются нагрев до нужной температуры и доводка расплава до заданного химического состава.

Отливки получают в песчаных формах, а также в обо­лочковых формах и кокилях; толщина стенок этих от­ливок 5. 50 мм. Затем их помещают в герметичные сталь­ные контейнеры и подвергают длительному отжигу на ковкий чугун.

Источник

1.11. Изготовление отливок из серого чугуна(маркировка, свойства, форма графита и особенности изготовления отливок).

Серый чугун является наиболее рас­пространенным материалом для изго­товления различных отливок. В сером чугуне углерод содержится в виде гра­фита, который имеет пластинчатую форму. Серый чугун маркируют, СЧ10. СЧ25 и т. д. Буквы обозначают принадлежность данного сплава к се­рым чугунам, цифры показывают вре­менное сопротивление.

Серый чугун обладает высоким временным сопротивлением, малым относительным удли­нением (0,2—0,5%), повышенной тве­рдостью, хорошо рабо­тает при сжимающих нагрузках, не чувствителен к внешним надрезам, га­сит вибрации, имеет высокие антифрик­ционные свойства, легко обрабатыва­ется резанием.

По составу металлической массы се­рый чугун может быть ферритным, перлитно-ферритным и перлитным.

На структуру и свойства серого чугу­на существенное влияние оказывают его химический состав и скорость охлажде­ния отливок в форме. Углерод, кремний и марганец улучшают механические и литейные свойства чугуна. Сера вызывает отбел в тонких частях отливок и снижает жидкотекучесть. Фосфор при­дает чугуну хрупкость. Поэтому содер­жание серы и фосфора в сером чугуне должно быть минимальным. Увеличе­ние скорости охлаждения достигается путем уменьшения толщины отливки и увеличения теплопроводности литейной формы. В тонких частях отливки образуется более мелкая структура с повышенным содержанием перлита и мелкими включениями графита, что обеспечивает высокие механические свойства. В толстых частях отливки образуется крупнозернистая структура с малым содержанием перлита и крупными включениями графита. Механи­ческие свойства этих зон низкие. Механические свойства серого чугуна повышают легированием, модифициро­ванием, термической обработкой.

При легировании в расплавленный чугун вводят твердые или расплавлен­ные легирующие элементы (никель, хром, титан и др.) в целях получения заданного химического состава и при­дания ему требуемых механических эк­сплуатационных свойств.

При модифицировании в чугун вво­дят модификаторы (ферросилиций, силикокальций и др.) для измельчения структурых составляющих и равномер­ного их распределения по всему объ­ему, что повышает механические свой­ства отливок. Серый чугун имеет высокую жид­котекучесть, позволяющую получать отливки с толщиной стенки 3 — 4 мм; малую усадку (0,9—1,3%), обеспечи­вающую изготовление отливок без усадочных раковин, пористости и трещин. Для выплавки серого чугуна повы­шенного качества (марок СЧ25. СЧ45) применяют дуговые и индукционные печи.

Преобладающее количество отливок из серого чугуна изготовляют в пес­чаных формах.

При изготовлении отливок из серого чугуна в кокилях в связи с повышенной скоростью охлаждения отливок при затвердевании начинает выделяться це­ментит— появляется отбел. Для пред­упреждения отбела на рабочую повер­хность кокиля наносят малотеплопро­водные защитные покрытия, кокили перед работой нагревают, а чугун под­вергают модифицированию. Кроме это­го, для устранения отбела отливки подвергают отжигу.

Отливки типа тел вращения изготовляют центробежным литьем. Отливки из серого чугуна нашли широкое применение в станкостроении, автостро­ении, тяжелом машиностроении, электротехничес­кой промышленности.

1.12. Изготовление отливок из высокопрочного чугуна(маркировка, свойства, форма графита и особенности изготовления отливок).

В высокопрочном чугуне графит имеет шаровидную форму. Для получения графита шаровидной формы чугун мо­дифицируют магнием или церием с по­следующим модифицированием ферро­силицием. Высокопрочный чугун ма­ркируют ВЧ35, ВЧ40 и т. д. Буквы обозначают принадлежность данного сплава к высокопрочным чугунам, ци­фры показывают временное сопроти­вление

Высокопрочный чугун обладает высо­кими временным сопротивлением (350—1000 МПа), относительным удли­нением (2—22%), твердостью (НВ 140—360), износостойкостью, хорошей коррозионной стойкостью, жаростойко­стью, хладостойкостью и т. д.

По составу металлической массы вы­сокопрочный чугун может быть ферритным, перлитно-ферритным и перлитным.

Свойства высокопрочного чугуна определяются химическим составом. Содержание углерода не влияет на механические свойства этого чугуна. Кремний, марганец и фосфор снижают пластичность, поэтому их содержание: 2,0—2,4% Si, не более 0,4% Мп и не более 0,1% Р. Сера затрудняет получе­ние шаровидного графита, поэтому ее содержание не должно превышать 0,02%. Жидкотекучесть высокопрочного чу­гуна такая же, как у серого чугуна, что позволяет получать отливки с тол­щиной стенок 3—4 мм сложной кон­фигурации. Линейная усадка высоко­прочного чугуна составляет 1,25—1,7%. Это затрудняет изготовление отливок без усадочных дефектов.

Отливки из этого чугуна преимущест­венно изготовляют в песчаных формах, в оболочковых формах, литьем в ко­киль, центробежным литьем.

Высокая усадка чугуна вызывает не­обходимость создания условий направ­ленного затвердевания отливок для предупреждения образования усадоч­ных раковин и пористости в массивных частях отливки путем установки при­былей и использования холодильников.

Для предупреждения трещин в от­ливках применяют формовочные смеси повышенной податливости. Расплавлен­ный чугун в полость формы подводят через сужающуюся литниковую систему и, как правило, через прибыль. Температуру заливки чугуна при изготовлении отливок назначают на 100—150° С выше температуры лик­видуса.

Отливки из высокопрочного чугуна применяют в тяжелом и энергетическом машиностроении, в металлургической промышленности при работе в услови­ях больших статических и динамичес­ких нагрузок. Это детали прокатного, кузнечно-прессового и горнорудного оборудования, а также дизелей, па­ровых, газовых и гидравлических тур­бин (прокатные валки, коленчатые ва­лы, корпуса вентилей паровых турбин и др.) массой от нескольких килограм­мов до нескольких десятков тонн.

Высокопрочный чугун является перс­пективным литейным сплавом, который позволяет решать проблему снижения массы отливок при сохранении ими высоких эксплуатационных свойств.

Источник

Чугунное литье

Чугун — это сплав железа с углеродом и другими элементами. Является недорогим, прочным, износостойким, но хрупким конструкционным материалом, широко используемым в промышленности и строительстве.

Технология литья из чугуна

Технология литья из чугуна впервые была освоена в Китае около Х века н.э., в Европе впервые упоминается в 14 веке, как материал для производства пушек. В России первое «литье чугунное, для делания пушек пригодное» относиться к эпохе Ивана IV Рюриковича. Расцвет эпохи чугуна наступил в 19-20 веках. В это время из него делали мосты и трубопроводы, фонари и ограды, элементы архитектурного декора и несущие конструкции зданий. Кроме того, из того же материала отливали рельсы, детали станков, и двигателей. Отдельно стоит упомянуть чугунную посуду, утюги и отопительные приборы.

Чугун также являлся исходным компонентом для производства стали мартеновским способом. Объем его производства был важнейшим показателем экономической мощи страны и ее военного потенциала. С изобретением недорогих технологий производства и обработки сплавов алюминия и стали значение чугуна как конструкционного материала заметно снизилось. Широкое развитие производства высокопрочных пластиков и композитных материалов окончательно оттеснило чугун с передовых позиций.

Процесс литья из чугуна

Чугун производится в доменных печах — огромных сооружениях, высотой с десятиэтажный дом. После расплавления руды и удаления примесей происходит отливка чугуна в стальные формы — изложницы. Получающиеся слитки (чушки) – содержат чугун определенной марки и готовы к дальнейшему переделу. На литейных заводах из них отливают различные готовые изделия.

Процесс литья из чугуна

Основные этапы процесса литья из чугуна:

1. Подготовка модели готового изделия
2. Изготовление формы для отливки
3. Расплавление чугунных чушек
4. Отливка расплава в формы
5. Извлечение отливок и их окончательная обработка

Существует несколько методов изготовления моделей и подготовка форм

Основные методы чугунного литья

Современная промышленность использует много различных методов производства чугунного литья. Они сводятся к нескольким основным методам литья:

• в формы из глиняно-песчаной смеси (так называемое литье «в землю»)

внутрь формы помещается модель готового изделия, полностью повторяющаяся его форму, но превышающая его по размерам на величину литейной усадки. Глиняно-песчаная смесь трамбуется и уплотняется, обеспечивая полное прилегание к модели. Литье чугуна в форму осуществляется через специально предусмотренные отверстия — литники.

• в гипсовые формы (и из других отвердевающих растворов);
• в оболочковые формы;
• в кокиль (металлические защищенные формы);
• по выплавляемым моделям;
• под давлением.
• В газифицируемую модель

Специалисты различают несколько видов чугуна, в зависимости от содержания тех или иных примесей.

Серый чугун содержит от 2,9% до 3,7% графита и кремний, обладает отличными литейными свойствами:

• низкая температура плавления
• высокая текучесть расплава
• малая усадка.

Является подходящим материалом для корпусов станков и механизмов, поршней и блоков цилиндров двигателей. Высокая хрупкость исключает применение материала в деталях, работающих на изгиб и растяжение. Литье серого чугуна преимущественно проводится в песчаные формы и в кокиль.

Высокопрочный чугун, ВЧШГ, содержит графит в шаровидной форме. Этот вид графита отличается высокой вязкостью и ковкостью, пригоден для кузнечной обработки. Из него отливают трубы, трубопроводную арматуру, ответственные и высоконагруженные детали механизмов.

Изделия из высокопрочного чугуна производят также методом литья в газифицируемую модель. Литье чугуна производится в форму из песчаной смеси, уплотненной вокруг полистироловых блоков моделей.

Для улучшения механических свойств отливки из высокопрочного чугуна подвергают термической обработке. Ее основные этапы:

• нагрев до 850 °C;
• выдержка в нагретом состоянии несколько часов;
• медленное остывание в минеральном масле при 350 °C.

Термообработка повышает однородность материала и снимает внутренние напряжения в отливке, снижая вероятность возникновения трещин в процессе эксплуатации

Производство чугуна

Производство чугуна из ряда главных показателей экономической мощи страны отошло в ряд второстепенных, но не потеряло своего значения для экономики.

Лидером в производстве чугуна с почти десятикратным отрывом является Китай- 543,748 млн. т в год, следом идут Япония 66,943 млн. т, Россия — 43,945 млн. т и Индия — 29,646 млн. т. Китай производит более 50% мирового чугуна.

Чугун производится в доменных печах, подготовленная железная руда плавится вместе с добавками, в качестве топлива используется коксующийся каменный уголь или природный газ.

Основное потребление чугуна происходит сегодня в качестве компонента для выплавки стали. Развитие чугунного производства идет в основном в направлении повышения его энергоэффективности, экологичности и снижения издержек.

Уникальные свойства чугуна — дешевизна, прочность и коррозионная стойкость позволяют черному металлу уверенно смотреть в будущее.

Чугунные отливки

Чугунные отливки бывают разных размеров — от мелких деталей до многометровых станин крупных станков. Конфигурация их тоже бывает самая разнообразная — от простеньких втулок до изысканных литых решеток и ворот.

Отливки из чугуна также подразделяются:

1. по назначению – на общие и специальные, такие, как антифрикционные, жаропрочные и т.п.
2. по структуре материала – на ферритные, перритные и смешанные
3. По виду содержащегося графита — на шаровидные, пластинчатые, хлопьевидные и вермикулярные
4. По содержанию углерода — на белые, серые и отбеленные

В металлургической науке существуют и другие классификации чугунных отливок.

Способы литья

Наиболее современный способ это литье по газифицируемым моделям. Этот способ позволяет не только осуществлять литье чугуна, но и получать стальные отливки. Способ отличается экономичностью, экологичностью и возможностью повторного использования материала форм.

Способ состоит из следующих этапов.

Подготовка моделей

Модели делают из предварительно вспененного и подсушенного полистирола с размером зерна 0,3— 0,9 мм. (в зависимости от габаритов детали). Материал задувается в формы, запекается и охлаждается.

Литье по газифицируемым моделям

Модели склеивают или спаивают в блоки. Далее блоки опускают в ванну, чтобы нанести противопригарное покрытие и высушивают. Если конфигурация изделия сложная, то покрытие наносят из сопла.

Формовка

Блоки моделей помещают в опоку, размещенную на вибрирующем основании, постепенно засыпая их песчано-глиняной смесью, их «землей». Иногда засыпку производят слой за слоем, отдельно уплотняя каждый.

Засыпанные и уплотненные формы перевозят в заливочный цех. Вакуумный насос завершает уплотнение песка и придание ему достаточной прочности.

Заливка металла

Металл заливают прямо в материал модели. Жидкий расплав испаряет полистирольные модели и заполняет все детали рельефа.

Продукты сгорания полистирола удаляются вакуумным насосом прямо через стенки формы.

Завершающие операции

Отливки из чугуна остывают в форме. Темп снижения температуры и общая его длительность определяется весом детали, толщиной ее стенок и требованиями производственного процесса. Далее формы разбиваются, отливки очищаются от остатков противопригарной краски, удаляются литники.

Преимущества чугунного литья

Чугунное литье отличается от отливок из других материалов рядом преимуществ, таких, как:

• дешевизной
• высокой прочностью и износостойкостью
• высоким качеством поверхности, сводящим к минимуму последующую механическую обработку

Характеристики и применение чугуна

Важно отметить, что при использовании современных методов литья дешевле получается не только сама отливка, но и конечная продукция. Многие производства, в конце 20 века заменившие чугунные детали своих изделий на стальные, вернулись или планируют вернуться к проверенному временем материалу на новом этапе его развития.

Источник