Методы изменения свойств и контроль качества чугунов

Основными методами изменения свойств чугунов яв­ляется регулирование химического состава, условий крис­таллизации или термообработка литых изделий.Хими­ческий состав чугуна может быть изменен по содержа­нию постоянных 'примесей (табл. 8) и специальным

легированием.

Чем выше содержание в чугуне углерода, тем больше образуется графита и, следовательно, ниже его механи­ческие свойства. Однако для обеспечения высоких ли­тейных свойств (хорошей жидкотекучести) углерода в литейных чутунах должно быть не менее 2,4 %. Кремний способствует увеличению количества графита (графити-зация чугуна). Поэтому с увеличением его содержания чугун становится мягче. Марганец препятствует графи-тизации, повышает способность чугуна к отбеливанию. Сера является вредной примесью. Она ухудшает литей­ные свойства чугуна, увеличивает усадку и склонность к образованию трещин. Фосфор улучшает литейные свой­ства чугуна, повышает его твердость и хрупкость.

Легирование применяется для изготовления чугунов с особыми свойствами. Так, для производства чугунов, обладающих повышенными механическими свойствами и применяемых для нагруженных литых деталей, в их со­став вводят хром, никель и молибден, для износостойких чугунов — хром, никель, молибден и марганец, для анти­фрикционных чугунов — хром, никель, титан и медь, для немагнитных чугунов — никель, марганец, медь и алю­миний, для коррозионностойких чугунов — никель, хром,

медь, сурьму и свинец.

Изменение условий кристаллизации сводится в основ­ном к регулировке скорости их охлаждения. Уменьшение скорости охлаждения приводит к увеличению количества графитных включений. Слишком медленное охлаждение

может привести к нежелательному их укрупнению, вслед-ствие чего прочность и пластичность чугуна сильно сни­зятся.

При модифицировании чугунов производится измене­ние условий кристаллизации. Здесь для измельчения гра­фитных включений и получения более плотных отливок осуществляется перегрев жидкого чугуна до температу­ры 1400°С.

Для производства отбеленных чугунов, поверхност­ный слой отливок из которых имеет структуру белого или половинчатого, а сердцевина — серого чугуна, при­меняют быстрое охлаждение посредством литья в метал­лическую (кокиль) или песчаную форму.

Термическая обработка чугунов применяется для по­вышения их механических свойств или перевода белого чугуна в ковкий. Так, для снятия напряжений в крупных отливках применяют их отжиг при температуре 500— 600 °С в течение 2—10 ч и длительное охлаждение, иногда вместе с печью. Внутреннее напряжение при этом сни­жается на 80—90 %. С этой же целью иногда применяют естественное старение чугуна, т. е. выдержку на складе в течение 6—10 ч, что снижает внутреннее напряжение на 40—50 %.

Для повышения механических свойств чугунов про­изводятся их нагрев до 950 °С, охлаждение до 600 °С, подогрев до 725 °С и длительная выдержка при этой тем­пературе.

Для перевода белого чугуна в ковкий отжиг проводят в две стадии. Первоначально отливки выдерживают при температуре 950—970°С, затем охлаждают и длительно выдерживают при температуре 720—740 °С.

Контроль качества жидких и чушковых чугунов осу­ществляется по их химическому составу. Для этого из жидкого чугуна пробы берут при разливе его из домны. От чушкового чугуна пробы берут путем насверливания стружки.

На заводах-изготовителях чушковый чугун хранится в штабелях или навалом. При этом обеспечиваются раз­дельное хранение чугуна разных выпусков и целостность чушек (бой допускается не более 2 % массы).

Чушковый чугун заказывают с указанием его марки. Документом, удостоверяющим его качество при постав­ке, является сертификат, содержащий данные полного химического анализа каждого выпуска. По требованию

потребителя каждую чушку маркируют полосками не­смываемой краски; например, Ml —красными, М2—зе­леными, МЗ — голубыми и т. д.

Чугунные отливки проходят многосторонний контроль по химическому составу, внешнему виду, соответствию чертежам по размеру и массе. Для многих отливок про­водят механические испытания на твердость, изгиб, рас­тяжение, ударную вязкость. Образцы для этих испытаний изготавливают из специально отлитых заготовок. Макро­анализом для большинства отливок определяют структу­ру металлической основы чугуна, а также количество, форму и распределение графитных включений. Макро­структура чугуна раздельно по основе и включениям оце­нивается баллами путем сравнения с эталонными шка­лами.

Ферросплавы

Ферросплавами называются сплавы железа с крем­нием, марганцем, хромом, молибденом, вольфрамом или другими металлами и неметаллами. Они применяются для раскисления стали и введения в нее легирующих элементов. Ферросплавы обычно относят к чугунам, од­нако только некоторые из них получают в доменных пе­чах. Основная масса ферросплавов производится в элек­тропечах. Поэтому они и называютсяэлектроферроспла­вами.

Ферросплавы получают восстановлением руд, их кон­центратов и чистых оксидов металлов углеродом или ме­таллами. По способу получения различают электротер­мические и металлотермические ферросплавы. Электро­термические ферросплавы получают в электрических дуговых печах посредством восстановления кислородных соединений металлов углеродом. При металлотермичес-ком способе восстановление металлов из руд осущест­вляется алюминием, кремнием или их сплавами.

Ферросплавы подразделяются на две группы. К пер­вой (большой) группе относятся марганцевые, кремнис­тые и хромистые сплавы. На их долю в общем объеме производимых в нашей стране ферросплавов приходится около 96 %. Ко второй (малой) группе — сплавы на ос­нове вольфрама, молибдена, титана^ ниобия, бора и дру­гих металлов,

По химическому составу выпускаемые ферросплавы весьма разнообразны. Их условное обозначение вклю­чает наименование и марку. Наименование ферросплавов отражает их основные компоненты, например ферромар­ганец, ферросилиций, силикокальций, ферросиликохром и др. Марка ферросплавов отражает наименование ком­понентов (буквы) и содержание основного элемента — углерода, или примесей (табл. 9).

Ферросплавы поставляются в кусках массой от 5 до 25 кг и перевозятся навалом в предварительно очищен­ных закрытых вагонах или в таре (бочках, стальных ба­рабанах, деревянных ящиках) массой брутто 80—250 кг или 250—500 кг при условиях механизации погрузочно-разгрузочных работ.

Обязательным условием транспортирования и хране­ния ферросплавов является исключение даже частичного их смешивания.