Особенности получения отливок из чугуна,стали,цветных металлов и сплавов.

Кристаллизация и структурообразование чугуна. Чугун представ- ляет собой сплав железа с углеродом, которого он содержит в пределах от 2,6

до 4,5 %. В чугуне всегда имеются примеси: 0,5–3,5 % Si; 0,3–1,5 % Mn; до 1,0

% Р и до 0,15 % S. Для улучшения качества чугуна в него могут вводиться легирующие примеси (Ni, Cr, Сu, Mo и др.) – от десятых долей процента до 15–

20 % в специальных чугунах.

Наиболее важный этап кристаллизации чугуна – эвтектическое пре- вращение, при котором происходит распад жидкости на аустенит и высоко- углеродистую фазу. Последняя и определяет структуру чугуна. Он будет бе-

лым, если высокоуглеродистой фазой является цементит, или серым, если высокоуглеродистой фазой является графит. В половинчатом чугуне наряду с графитом находится цементит.

Влияние химического состава на литейные и механические свой- ства чугуна. Углерод и кремний – графитизирующие элементы. Для боль- шинства отливок применяют чугуны с содержанием углерода от 2,7 до 3,6 %. Чем больше содержание углерода, тем больше жидкотекучесть чугуна и ни- же температура плавления. С увеличением общего содержания углерода по- нижается механическая прочность чугуна, так как при этом увеличивается количество графита, снижающего прочность металлической фазы. Содержа- ние кремния обычно составляет не более 2,5 %. Марганец и сера – это эле- менты, тормозящие графитизацию. Увеличение содержания марганца спо- собствует повышению твердости чугуна и ухудшению обрабатываемости. При повышении содержания серы увеличивается усадка чугуна, снижается его жидкотекучесть, повышается хрупкость. Содержание серы обычно нахо- дится в пределах 0,1–0,12 %. Фосфор, подобно сере, уменьшает раствори- мость углерода в жидком чугуне. Повышение содержания фосфора увеличивает жидкотекучесть чугуна, но при этом возрастает хрупкость металла. Со держание фосфора не превышает 0,25 %, но в отливках для художественного литья и в тонкостенных отливках для предметов народного потребления с целью повышения жидкотекучести содержание фосфора увеличивают до 1,0– 1,5 %.

Легирующими элементами являются: никель – подобно кремнию гра- фитизатор, способствующий разложению цементита, содержание никеля в

серых чугунах составляет 0,3–0,4 %; хром – препятствует графитизации, уве- личивает твердость и устойчивость против износа, его обычно вводят в чугун вместе с никелем. При этом достигается измельчение графита и выравнива- ние твердости в тонких и толстых сечениях.

Влияние скорости охлаждения на свойства чугуна. Чем больше скорость охлаждения, тем больше углерода оказывается в связанном состоя- нии, в виде цементита, поэтому в тонкостенных отливках возможен отбел. В толстостенных отливках, которые охлаждаются медленнее, наоборот, боль- шая часть углерода выделяется в виде крупных пластинок графита, механи- ческие свойства таких отливок низкие.

Классификация и свойства отливок из чугуна. Отливки из серого чугуна с пластинчатым графитом используются главным образом в качестве деталей машин, определяющим для оценки качества чугуна для отливок этой

группы являются его механические свойства, регламентируемые ГОСТ 1412-85. Отливки малой или средней прочности изготавливают из чугунов марок СЧ 10, 15, 20 (условное обозначение марки включает буквы СЧ – серый чугун и цифровое обозначение величины минимального временного сопротивления при растяжении в МПа•10-1); отливки повышенной прочности – из низколе- гированных и модифицированных чугунов СЧ 25, 30, 35.

Отливки из чугуна с шаровидной формой графита делят в зависимо- сти от технологических методов получения структуры на отливки из ковкого чугуна и отливки из высокопрочного модифицированного чугуна. Отливки из ковкого чугуна имеют структуру (хлопьевидный графит), получаемую спе- циальным отжигом отливок, имеющих в литом состоянии структуру белого чугуна. Ковкий чугун в основном используется как конструкционный мате- риал, обладающий ценной комбинацией свойств прочности и пластичности (чугун назван «ковким» из-за способности пластически деформироваться в горячем состоянии, однако, практически такой обработке он не подвергает- ся). Ковкий чугун применяют для изготовления мелких, тонкостенных отли- вок для сельскохозяйственных машин и автомобилей. Согласно ГОСТ 1215- 79 (изменен в 1991 г.), отливки из ковкого чугуна маркируют двумя буквами КЧ, далее следуют две цифры – первая характеризует временное сопротивле- ние при растяжении, а вторая – относительное удлинение, %.

Отливки из высокопрочного модифицированного чугуна имеют шаро- видную форму графита в результате введения в жидкий чугун модификато- ров: Mg, Ca, Li, Na и др. Наибольшее применение получил магний, при со- держании которого 0,03–0,05 % графит кристаллизуется в чугуне в виде ша- ровидных включений (глобулей). Такой чугун называют магниевым. В отли- чие от КЧ получение шаровидной формы графита в ВЧ (высокопрочный чу- гун) практически не ограничивается толщиной стенки и массой отливки. Вы- сокопрочный чугун широко применяется для отливки деталей металлурги- ческого оборудования, к которым предъявляются специальные требования (например, жаропрочность). Согласно ГОСТ 7293-85 маркируют его буква- ми ВЧ, далее следует цифра, характеризующая временное сопротивление при растяжении.

В белом чугуне нет графита, весь углерод находится в виде цементита,

поэтому излом его не серый, что характерно для СЧ и ВЧ, а блестящий бе- лый. Белый чугун применяют как материал, обладающий высокой стойко- стью при абразивном износе и сухом трении (детали дробильного оборудо- вания – щеки дробилок, бронь шаровых мельниц, мелющие шары, лопатки шнеков, детали шламовых насосов). Вследствие повышенной хрупкости бе- лого чугуна и трудностей его механической обработки широко используют отливки, в которых отбеленный слой получают только на рабочей поверхно- сти (сердцевина из СЧ), например, прокатные валки, крановые колеса. Для осо- бо жестких условий эксплуатации применяют легированный белый чугун, на- пример, хромоникелевый чугун «нихард», содержащий до 5 % Ni и 2–2,5 % Cr.

Плавку чугуна осуществляют в вагранках (коксовых, коксогазовых, газовых), а также в электрических печах (индукционных и дуговых).