Способы повышения прочности чугуна

Термическая обработка чугуна

Отжиг при низкой температуре

Для устранения внутренних напряжений и восстановления заготовки из серого чугуна в размерах, используют естественное старение либо отжиг при низких температурах.

Метод естественного старения является непопулярным, поскольку он подразумевает продолжительное выдерживание металла после окончательного охлаждения, которое может составлять 3 – 5 месяцев, а в ряде случаев, и несколько лет. Такой подход определяется тогда, когда отсутствует необходимое оборудование для осуществления отжига.

В наши дни он почти не практикуется, вместо него применяют метод низкотемпературного отжига. Заключается он в том, что отливки после полного застывания складывают в охлажденную печь или в печь, разогретую до 100 – 200 градусов (°С). При этом проводят неспешный нагрев, набирая каждый час по 75 – 100 градусов, пока температура не достигнет 500 – 550 градусов.

После этого металл оставляется на 2 – 5 часа, после чего проводится остуживание до 200 градусов с понижением температуры каждый час на 30 – 50 градусов. Затем проводится охлаждение на открытом воздухе.

Графитизирующий метод отжига

Во время отливания изделий не исключено частичное отбеливание серого чугуна на внешней их части, а иногда затрагивается и все сечение. Для недопущения этого процесса и повышения показателей обрабатываемости чугуна, осуществляется графитизирующий отжиг при высокой температуре с удержанием его при 900 – 950 градусах на протяжении 1 – 4 часов. После следует остуживание до 250 – 300 градусов в печи и перенос процесса охлаждения на открытый воздух. Такой тип отжига позволяет цементиту в отбеленных зонах расщепиться на феррит и графит, после чего белый и чугун, состоящий из смеси переменных пропорций серого и белого, трансформируются в серый чугун.

Упрочняющая термическая обработка заготовок изделия

Такому процессу подвергаются заготовки, имеющие несложные формы с малыми сечениями. Упрочняющая термическая обработка осуществляется с поддержанием температуры 850 – 900 градусов и выдержкой на протяжении 1 – 3 часов. Вслед за этим следует проведение процесса остывания изделий на воздухе. Такие температуры ведут к расщеплению углерода и графита в аустените. В результате воздушного охлаждения основа из металла приобретает структуру трооститного перлита с чуть большей твердостью и улучшенными показателями устойчивости к износу. Процесс упрочнения для серого чугуна практически не используется, чаще прибегают к закалке с отпуском.

Чтобы увеличить прочностные характеристики серого чугуна, прибегают к закалке, производимой путем нагревания его до 850 – 900 градусов с последующим остуживанием в воде. Закалять можно перлитные и ферритные чугуны. Этот процесс позволяет получить твердость HB порядка 450 – 500. Изделия впоследствии приобретают структуру мартенсита с достаточным включением остаточного аустенита и графитового выделения. Отличным способом увеличения прочности и износостойкости серого чугуна считается изометрическая закалка, производимая по принципу закалки стали.

На чугунах высокой прочности, имеющих шаровидный графит, можно применять пламенную и высокочастотную поверхностную закалку. Изделия после данной обработки приобретают большую твердость поверхности, вязкую внутреннюю часть, что дает им возможность выдерживать значительные удары и истирания.

Легированные серые чугуны и магниевые чугуны высокой прочности время от времени подвергаются азотированию. Твердость поверхности после такого процесса составляет HV 600 – 800, при этом получается высокая износостойкость. Очень результативным является процесс сульфидирования чугуна. Кольцо поршня, к примеру, после данного воздействия быстро прирабатывается, не так быстро истирается, а время его эксплуатации может значительно возрастать.

Для устранения напряжений, полученных вследствие закалки, проводится отпуск. Детали, которые в будущем будут испытывать высокие нагрузки на износ, подвергаются отпуску при воздействии температуры 200 – 250 градусов. Над заготовками из чугуна, которые не будут предназначаться для работы при значительных трениях, проводится высокий отпуск при 500 – 600 градусах. Во время такого процесса, у чугунов, которые предварительно прошли закалку, твердость уменьшается не так сильно, как при отпуске сталей. Происходит это из-за того, что состав закаленного чугуна состоит из большого объема остаточного аустенита. Кроме того, влияет наличие немалой доли кремния, усиливающего отпускоустойчивость мартенсита.

Для получения мягкого чугуна применяют белый чугун с отжигом с приблизительным составом:
2,5 – 3,2 % — углерод (C); 0,6 – 0,9 % – кремний (Si); 0,3 – 0,4 % – марганец(Mn); 0,1 – 0,2 % — фосфор (P); 0,06 – 0,1 % – сера.

Выработано два метода отжига на мягкий чугун:

• графитизирующий отжиг при нейтральных условиях, заключающийся в расщеплении цементита на феррит и мелкие частицы графита;
• обезуглероживающий отжиг, сопутствующийся окислительными процессами, заключающийся в сжигании углерода.

Получение мягкого чугуна при помощи отжига с применением второго метода требует 5 – 6 суток, из-за чего применяется в основном метод графитизации. Заготовки, после удаления с них песка и фрагментов каналов для заполнения литейных форм, пакуются в металлическую тару или складываются на поддон, после чего проводится отжиг в методических, каменных и иных печах для отжига.

Отжиг заключается в проведении 2-х этапов графитизации. Первый состоит из ровного нагрева отливок до 950 – 1000 градусов с последующим выдерживанием на протяжении 10 – 25 часов, после чего температура снижается до 750 – 720 градусов по 70 – 100 градусов за час. Второй этап заключается в выдержке заготовок при 750 – 720 градусах в течение 15 – 30 часов, со следующим их остуживанием в печи до 500 – 400 градусов. При таких температурных показателях происходит перемещение их на воздух, где проходит окончательное охлаждение. Благодаря такой последовательности в пределах 950 – 1000 градусов происходит расщепление цементита. После проведения такого отжига структура мягкого чугуна приобретает форму зерен феррита с добавлениями гнезд из мелких частиц графита.

Для повышения вязкости, перлитный мягкий чугун подвергается сфероидизации. Для ускорения отжига на мягкий чугун, осуществляют закалку белого чугуна, а после – графитизацию.

Термическое воздействие на мягкий чугун

Для усиления прочностных характеристик и износостойкости, проводят нормализацию мягкого чугуна или закалку с последующим отпуском. Упрочняющая термическая обработка заключается в выдержке чугуна при 850 – 900 градусах на протяжении 1 – 1,5 часов, после чего проводится остуживание на открытом воздухе. Заготовки с увеличенной твердостью подвергаются высокому отпуску при 650 – 680 градусах с 1 – 2 часовым удержанием.

Бывают случаи, когда нужно проведение закалки чугуна для получения усиленной прочности и износостойкости в ущерб пластичности. Температуры применяются те же, что и в процессе нормализации, охлаждение происходит в воде или масле. Отпуск, исходя из потребностей в твердости, проводится чаще всего при 650 – 680 градусах. Ускоренное охлаждение осуществляется сразу вслед за первым этапом графитизации, когда показатели температуры доходят до 850 – 880 градусов, после чего проводится высокий отпуск. Для мягкого чугуна проводится закалка при помощи высокочастотных токов или кислородно-ацетиленовым пламенем. Закалка тормозных колодок по такому методу состоит из нагревания деталей высокочастотными токами до 1000 – 1100 градусов и удержанием на 1 – 2 минуты, после чего проводится ускоренное охлаждение. Строение закаленного слоя включает мартенсит и частицы графита HRC 56 – 60.

Мягкий чугун очень часто используется в машиностроении, различных промышленностях, в сельском хозяйстве и в иных отраслях. Из него делают детали станков. Такому чугуну отдается предпочтение благодаря тому, что он дешевле стали, при этом он имеет отличные механические характеристики и он очень устойчив к коррозии и износу.

Источник

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Повышение — прочность — чугун

Повышение прочности чугуна позволяет широко производить замену стальных литых деталей и поковок отливками из высокопрочного чугуна. Расширение области применения чугунных отливок взамен стальных деталей зависит от возможности повышения прочности, пластичности и ударной вязкости чугуна. [1]

Для повышения прочности чугуна , а также для получения чу-гунов со специальными свойствами ( износостойкости, жаропрочности и др.) их легируют различными элементами. [2]

Существует много способов повышения прочности чугуна : легиров. [3]

В связи с этим работы ряда отечественных научно-исследовательских институтов ( ЦНИИТМАШ и др.) были направлены на повышение прочности чугуна и его приобщение к числу полноценных конструкционных материалов. [4]

Из данных фиг 3 видно, что с размельчением зерна модуль упругости чугуна повышается [2], однако эта зависимость уменьшается с повышением прочности чугуна . [5]

Применение чугуна как конструкционного материала требует во многих случаях практики повышения его механических качеств. В табл. 32 приведены способы повышения прочности чугуна . [6]

В конце 40 — х годов на основе анализа накопившегося экспериментального и практического материала все чаще высказывались соображения ( И. А. Одинг, Б. С. Мильман, С. В. Сервисен, П. П. Берг, И. В. Кудрявцев) [18, 130, 150, 219] о том, что ценность чугуна как конструкционного материала определяется комплексом показателей, среди которых предел прочности является лишь одним из определяющих. Однако за весь период 20 — 40 — х годов поиски повышения прочности чугуна велись путем улучшения показателей предела прочности при изгибе или при растяжении. [7]

Титан, раскисляя металл, связывает, кроме того, содержащиеся в жидком чугуне газы и серу. Содержание в чугуне титана в количестве 0 1 % способствует размельчению графита и повышению прочности чугуна . Присадка титана осуществляется добавкой в шихту титансодержащих природно легированных чугунов. При изготовлении отливок со специальными свойствами — кислотоупорных, жароупорных, немагнитных и др. применяют чугуны со значительным содержанием легирующих элементов, обеспечивающим получение структур, обладающих названными свойствами. [8]

В конце плавки чугуна необходимо температуру довести до 1550 С для более интенсивного распределения графита и увеличения количества связанного углерода. Чем выше содержание углерода в чугуне, тем до более высоких температур допустим перегрев его без образования междендритного графита. Перегрев до определенных пределов является одним из эффективных методов повышения прочности чугуна . [9]

Сравнительно длительная выдержка жидкого чугуна при низких температурах не сопровождается каким-либо значительным изменением химического состава. При этом форма и характер распределения графита в литых образцах остаются примерно одинаковыми. Количество связанного углерода несколько увеличивается, что, по-видимому, способствует некоторому, хотя и незначительному, повышению прочности чугуна . Практически следует принять, что выдержка расплава при низких температурах не оказывает влияния на прочностные свойства литого металла. [10]

По характеру воздействия на процесс кристаллизации модификаторы разделяются на образующие дополнительные центры кристаллизации и на поверхностно активные вещества. К модификаторам первого типа относятся ферросилиций, силикокальций и алюминий. Будучи добавленными к жидкому чугуну, эти вещества образуют с углеродом, азотом, кислородом чугуна соединения, которые служат центрами кристаллизации графита, что приводит к измельчению графитных включений и повышению прочности чугуна при растяжении до 28 кгс / мм2 и выше. [11]

Источник

Прочность серого чугуна

Методы повышения прочности и других свойств серого чугуна

По физико-механическим характеристикам применяемые в промышленности серые чугуны можно условно разделить на четыре группы: малой прочности, повышенной прочности, высокой прочности и со специальными свойствами.

Серый чугун с малой прочностью

Серый чугун с малой прочностью имеет микроструктуру феррита или феррита и перлита с пластинчатым графитом. Этот чугун обладает прочностью на растяжение до 28 кГ/мм 2 и соответствует маркам СЧ 28—48.

Серый чугун с повышенной прочностью

Серый чугун с повышенной прочностью имеет перлитную структуру и более мелкое завихренное строение графита и соответствует маркам от СЧ 32—52 до СЧ 38—60. Повышение прочности обычно достигается легированием и модифицированием чугуна.

Серый чугун с высокой прочностью

Серый чугун с высокой прочностью имеет ферритную или перлитную структуру, но шаровидное строение графита.

Серый чугун со специальными свойствами

Серый чугун со специальными свойствами применяется в машиностроении в тех случаях, когда от отливки, кроме определенной прочности, требуется еще, чтобы она обладала или износостойкостью или электромагнитными свойствами, или термостойкостью, или химической стойкостью.

Промышленное оборудование

• Назначение: выпуск 47 видов изделий методом гиперпрессования. При выпуске изделий другого типа необходима смена оснастки.
• Уникальность: в автоматическом режиме производство изделий по технологии «мраморного окрашивания».

• Назначение: выпуск 35 видов изделий методом гиперпрессования. При выпуске изделий другого типа необходима смена оснастки.
• Уникальность: компактное этажное размещение, при высокой производительности

• Двустороннее прессование
• Твердость матриц 52-60 ед. по Бринеллю (для справки — твердость сверла 70 ед.)
• Система управления на базе контроллеров Сименс или Овен. Высокая надежность
• Автоотключение при аварии: перегрев, падения уровня масла, нерабочий концевой датчик
• Система радужного (двухцветного) окрашивания изделий
• Двухконтурная гидравлика — быстрый холостой ход цилиндров и медленное задавливание
• Мелочей не бывает: пресса в базе комплектуются продувочными пистолетами «Камоци»
• Пневматика «Камоци» (Италия)

• Назначение: выпуск 47 видов изделий методом гиперпрессования. При выпуске изделий другого типа необходима смена оснастки.
• Уникальность: в автоматическом режиме производство изделий по технологии «мраморного окрашивания».

• Назначение: выпуск 35 видов изделий методом гиперпрессования. При выпуске изделий другого типа необходима смена оснастки.
• Уникальность: компактное этажное размещение, при высокой производительности

Конвейер скребковый трубный (КСТ) — это герметичный трубопровод из стандартной трубы, внутри которой движется цепь с закрепленными на ней скребками.

Скребковый конвейер обладает целым рядом преимуществ по сравнению с традиционными видами транспорта.

В зависимости от требуемой производительности КСТ может быть как круглого, так и прямоугольного сечения.

Источник