ВЫТВОРЧАСЦЬ АДЛІВАК З ЧУГУНА

§ 29. Структура чыгуну

  Чыгун - сплаў жалеза з вугляродам - ​​адзін з лепшых ліцейных сплаваў. Утрыманне вугляроду ў чыгуне складае больш за 2%. Акрамя жалеза і вугляроду, у склад чыгуну ўваходзяць пастаянныя прымешкі: крэмній, марганец, фосфар і сера. У залежнасці ад колькасці пералічаных элементаў і структуры сплаву адрозніваюць чыгуны шэрыя, высокатрывалыя, коўкія і інш. Для надання чыгуну адмысловых уласцівасцяў, напрыклад падвышанай трываласці, зносаўстойлівасці, кислотоупорности і т. п. у чыгун уводзяць адмысловыя элементы: хром, нікель, тытан, алюміній , медзь, малібдэн, магній і інш. Так, немагнітны высокамарганцавы чыгун утрымоўвае 8 - 12% марганцу, 1,5 - 2,0% медзі, 0,1 - 0,7% алюмінія.
  Шэры чыгун, у якім вуглярод вылучыўся ў выглядзе прамалінейных або больш ці менш скрыўленых (завіхраных) пласцінак графіту, называецца чыгунам з пласціністым графітам.
  Чыгун са значным вылучэннем графітавых уключэнняў прамалінейнай формы (ферыта-графітавы) мае нізкія механічныя ўласцівасці. Лепшымі ўласцівасцямі валодаюць чыгуны, у якіх менш графітавых уключэнняў і форма іх не прамалінейная, а завіхрэная, - ферыта-перліта-графітавыя і перліта-графітавыя. 

§ 30. Уплыў хімічнага саставу, скорасці ахаладжэння адлівак на ліцейныя і механічныя ўласцівасці чыгуну   Хімічны састаў чыгуну абумоўлівае як механічныя, так і ліцейныя яго ўласцівасці. Разгледзім уплыў асобных элементаў, якія ўваходзяць у склад чыгуну. 

Вуглярод.  Для большасці адлівак ужываюцца чыгуны з утрыманнем вугляроду ад 2,7 да 3,6%. Чым вышэй утрыманне вугляроду, тым вышэй вадкацякучасць чыгуну і ніжэй тэмпература плаўлення.
  Пасля зацвярдзення чыгуну вуглярод у ім можа знаходзіцца ў вольным стане ў выглядзе графіту і ў злучаным стане ў форме цэментіту Fe ₃ C. З павелічэннем агульнага ўтрымання вугляроду паніжаецца механічная трываласць чыгуну, бо пры гэтым павялічваецца колькасць графіту, які зніжае трываласць металічнай масы.
  Найбольш высокімі механічнымі якасцямі валодае чыгун, у якім утрыманне вугляроду ў хімічна звязаным стане складае каля 0,8%, а вольны вуглярод (графіт) знаходзіцца ў выглядзе дробных, раўнамерна размеркаваных пласцінак.
  Крэмній. Утрыманне крэмнія ў звычайных машынабудаўнічых адліўках не перавышае 2,5%. Крэмній - графітаўтваральны элемент, т. е. спрыяе вылучэнню вугляроду ў выглядзе графіту. Такім чынам, уплыў крэмнія на структуру і механічныя ўласцівасці павінна разглядацца сумесна з уплывам вуглярода.
  Структура чыгуну ў значнай ступені залежыць ад хуткасці астуджэння: чым яна больш, чым больш вугляроду апыняецца ў злучаным стане, таму ў танкасценных адліўках магчымы адбел, т. е. значная частка вугляроду апыняецца ў хімічна злучаным стане. У таўстасценных адліўках, якія астуджаюцца павольна, наадварот, большая частка вугляроду вылучаецца ў выглядзе буйных пласцінак графіту, і механічныя ўласцівасці такіх адлівак нізкія. Залежнасць паміж структурай, таўшчынёй сценкі адліўкі і зместам вугляроду і крэмнію прыведзены на мал. 111.24. З дыяграмы відаць, што чым тоўшчы сценкі адліўкі, тым менш патрабуецца вугляроду і крэмнія для атрымання зададзенай структуры.
  Марганец.Утрыманне марганцу ў чыгуне вагаецца ў межах 0,6 - 1,0%. Марганец павялічвае растваральнасць вугляроду ў жалезе і перашкаджае адукацыі графітавых уключэнняў; з гэтым злучана некаторае падвышэнне механічных уласцівасцяў. Пры ўтрыманні марганцу ў названых межах нейтралізуецца шкодны ўплыў серы. Падвышэнне ўтрымання марганцу спрыяе падвышанай цвёрдасці чыгуну і пагаршэнню апрацоўванасці.
  Сера. Як і марганец, сера перашкаджае вылучэнню вугляроду ў выглядзе графіту. Акрамя таго, пры падвышаным утрыманні серы павялічваецца ўсаджванне чыгуну, змяншаецца яго вадкацякучасць, павялічваецца далікатнасць (чырваналомкасць). У сувязі з гэтым утрыманне серы ў чыгуне не павінна перавышаць 0,1-0,12%.
  Фосфар.На графітаўтварэнне фосфар не аказвае істотнага ўплыву. Падвышэнне ўтрымання фосфару павялічвае вадкацякучасць чыгуну і далікатнасць (хладналомкасць). Таму адліўкі машынабудаўнічых дэталяў павінны ўтрымоўваць не больш за 0,25% фосфару, але ў адліўках, прызначаных для мастацкага ліцця, і ў танкасценных для прадметаў народнага спажывання ўтрыманне фосфару дасягае 1 - 1,5%.
  Нікель. Падобна крэмнію нікель з'яўляецца графітызатарам, якія спрыяюць раскладанню цэментыту Fe₃C; акрамя таго, ён спрыяе адукацыі дробнага перліту. Звычайна ўтрыманне нікеля ў шэрым чыгуне складае 0,3 – 0,4%.
  Хром.Нароўні з нікелем хром - адна з найважных якія легуюць асадак у чыгунах. Хром перашкаджае графітызацыі, павялічвае цвёрдасць і ўстойлівасць супраць зносу. Яго звычайна ўводзяць у чыгун сумесна з нікелем. Пры гэтым дасягаюцца драбненне графіту і выраўноўванне цвёрдасці ў тонкіх і тоўстых перасеках.
  Адліўкі з шэрага чыгуну класіфікуюцца па механічнай трываласці. Найбольш распаўсюджанымі маркамі з'яўляюцца СЧ 15-32, СЧ 18-36. Першыя лічбы марак паказваюць найменшае дапушчальнае значэнне мяжы трываласці пры расцяжэнні (у кг/мм²), а другія - найменшае значэнне мяжы трываласці пры выгіне (у кг/мм²).
  У маркіроўцы высокатрывалага чыгуну ВК 60-2, ВК 45-5 першыя лічбы паказваюць найменшае значэнне мяжы трываласці пры расцяжэнні, а другія - найменшае адноснае падаўжэнне (у%).
  Механічныя ўласцівасці і структура кожнай маркі чыгуну рэгламентуюцца Дастам.
  Хімічны склад чыгуну, як правіла, з'яўляецца факультатыўным, бо будынак чыгуну, а такім чынам, і механічныя ўласцівасці залежаць ад хімічнага складу, хуткасці і ўмоў астуджэння, таўшчыні сценак, тэхналогіі выраба і інш. § 31.   Высокатэрміновыя

чыгуны

звычайным шэрым чыгунам маюць мадыфікаваныя чыгуны. Адліўкі з шэрага чыгуну СЧ 28-48, СЧ 32-52, СЧ 35-56 і СЧ 38-60 атрымліваюцца толькі мадыфікаваннем. Для дасягнення ўстойлівых высокіх механічных уласцівасцяў мадыфікаванага чыгуну ў склад шыхты ўводзяць нізкалегіраваны чыгун, які змяшчае хром і нікель.
  Для мадыфікавання выплаўляецца вадкі чыгун, які змяшчае 2,6 - 3,4% вугляроду, 0,9 - 1,6% крэмнія і 0,8 - 1,3 марганцу. Адліўкі з такога чыгуну маюць структуру палавіністага (белага) чыгуну. У склад чыгуну ўводзіцца невялікая колькасць мадыфікатара - рэчывы, які змяшчае элементы, якія спрыяюць вылучэнню графіту. Найбольшае прымяненне ў якасці мадыфікатара мае 75-працэнтны ферасіліцый, які дадаецца ў вадкі чыгун у колькасці 0,3 - 0,6%. Мадыфікатар уводзіцца ў здробненым выглядзе. Пасля зацвярдзення адліўкі ў іх атрымліваецца структура шэрага чыгуну з дробнымі ўключэннямі графіту. Такі чыгун мае падвышаныя механічныя ўласцівасці. Мадыфікаваны чыгун неабходна разліць у формы не пазней за 10 - 15 мін пасля ўвядзення мадыфікатара.
  Засваенне вытворчасці адлівак з чыгуну, мадыфікаванага магніем, званага высокатрывалым, - вялікае дасягненне ліцейшчыкаў. Такі чыгун у адрозненне ад звычайнага шэрага чыгуну мае драбнейшую структуру; графіт у ім знаходзіцца ў выглядзе акругленых уключэнняў, а не ў выглядзе даўгаватых пласцін, характэрных для звычайных шэрых чыгуноў.
  Механічныя ўласцівасці магніевага чыгуну набліжаюцца да ўласцівасцей вугляродзістай сталі; валодаюць высокай трываласцю - мяжа трываласці пры расцяжэнні 45 - 100 кг/мм² (441 ÷ 980 Мпа) і значнай пластычнасцю - адноснае падаўжэнне 1 - 20%. Такі чыгун, акрамя высокай трываласці, мае таксама добрыя антыфрыкцыйныя ўласцівасці і з поспехам ужываецца для выраба адказных літых дэталяў, а таксама дэталяў, якія падвяргаюцца трэнню, якія вырабляліся раней з паковак і сталёвых адлівак.
  Пры вытворчасці высокатрывалага чыгуну ў якасці мадыфікатара ўжываюцца рэчывы, якія спрыяюць вылучэнню шарападобнага графіту: цэрый, магній, літый і інш. Найбольшае ўжыванне маюць магній і магніевыя лігатуры, т. е. сплавы магнію з іншымі элементамі, напрыклад з крэмніем.
  Пры мадыфікаванні чыгуну магніем адначасова са зменай формы графіту, т. е. з вылучэннем яго ў шарападобнай форме, мае месца адукацыя цэментіту, з прычыны чаго адліўка адбельваецца. Для ўхілення адбельвання чыгуну павялічваюць утрыманне вугляроду да 3,2 - 3,7%, крэмнія да 1,9 - 3,0% і паніжаюць утрыманне марганцу да 0,4 - 0,8%.
  Акрамя гэтага, пасля мадыфікавання магніем або адначасова з ім у коўш прысаджваецца 75-працэнтны ферасіліцый. Утрыманне фосфару павінна быць не больш за 0,12%.
  У працэсе мадыфікавання магніем змест серы ў чыгуне паніжаецца да 0,02 – 0,03%. Колькасць уводзімага ў чыгун магнію і ферасіліцыя залежыць ад хімічнага складу чыгуну і таўшчыні сценак адліўкі і складае 0,2 - 0,4% магнію і 0,3 - 0,6% ферасіліцыя ад вагі чыгуну.
  Магній уводзяць у вадкі чыгун рознымі спосабамі. Найбольш рацыянальны спосаб - увядзенне яго пад ціскам 3 - 5 ат (0,3 ÷ 0,5 Мпа) у спецыяльных аўтаклавах, пры выкарыстанні якіх забяспечваецца лепшае засваенне чыгунам магнію і атрыманне стабільных уласцівасцяў. Усталёўка (мал. 111.25) складаецца з вечка 3 і падставы аўтаклава 1, кольцы 2 для мацавання вечка з падставай, апоры 8 з усталяваным ліцейным каўшом 4, механізмам 7 для падачы магнію ў звон 5, гідрацыліндра для ўздыму вечка і кольцы, агляднага , пульта і дапаможных прылад. Разам з магніем у вадкі чыгун уводзяць ферасіліцый для ўхілення адбела ў адліўцы.

§ 32. Коўкі чыгун

  Коўкі чыгун атрымліваецца падчас працяглага адпалу пры высокай тэмпературы (980 - 1050 З) адлівак з белага чыгуну вызначанага хімічнага складу. Графіт у коўка чыгуне мае хлопьевидную форму. Коўкі чыгун у залежнасці ад спосабу плаўлення, адпалу і хімічнага складу можа быць атрыманы з ферытнай і перлітнай асновай. Чыгун з ферытнай асновай пасля адпалу мае аксаміціста-чорны залом і называецца чорна-сардэчным, а чыгун з перлітнай асновай мае серабрыста-шэры залом і называецца беласардэчнай.
  Маюцца чыгуны з ферытнай асновай: КЧ 30-6, КЧ 33-8, КЧ 35-10 і КЧ 37-12 і перлітныя: КЧ45-6, КЧ 50-4, КЧ 56-4, КЧ 60-3 і КЧ 63- 2 (КЧ - каванне чыгун). Першая лічба паказвае найменшае дапушчальнае значэнне мяжы трываласці пры расцяжэнні ў кг/мм², другая - найменшае значэнне адноснага падаўжэння ў %.
  Асноўным працэсам атрымання каванага чыгуну з'яўляецца адпал, пры якім адбываецца графітызацыя ці обезуглероживание адлівак.
  Працэс адпалу складаецца з дзвюх стадый (мал. 111.26,а). Для атрымання ферытнага чорнасардэчнага каванага чыгуну асноўнай задачай працэсу з'яўляецца графітызацыя. Першая стадыя графітызацыі працякае пры тэмпературы 980 - 1000 ° С на працягу часу, неабходнага для распаду першаснага цэментіту.
  Другая стадыя пачынаецца з хуткага зніжэння тэмпературы да 760 - 720 ° С і вытрымцы пры гэтай тэмпературы; адбываецца распад цэментіту, які ўваходзіць у склад перліту, з адукацыяй ферыту і вугляроду адпалу. Пасля заканчэння другой стадыі графітызацыі зніжаюць тэмпературу ў печы да 450 - 550 ° С, і пад з адліўкамі выштурхваецца з печы. Працягласць адпалу можа быць значна скарочана мадыфікаваннем вадкага чыгуну вісмутам 0,02% і борам 0,04%.
  Працэс адпалу белага чыгуну для атрымання перлітнага беласардэчнага каванага чыгуну (мал. 111.26, б) працякае ў акісляльным асяроддзі (жалезнай рудзе) і асновай яго з'яўляецца обезуглероживание.
  У бліжэйшыя гады для адпалу каванага чыгуну знойдуць шырэйшае ўжыванне электрычныя печы, мелыя ўсталёўкі для атрымання ахоўных (нейтральных) газаў, ухілялых акісленне адлівак пры адпале. Устаноўка складаецца з двух секцый для раздзельнага ажыццяўлення першай і другой стадыі графітызацыі. Працэс адпалу аўтаматызаваны, што скарачае працягласць адпалу да 30 - 35 ч.