Контрольные вопросы и задания

1. Какова история развития литейного производства в России?

2. Какова роль русских ученых в развитии научных основ и организа- ции производства отливок из сплавов черных и цветных металлов?

3. Каковы методы получения литых заготовок?

4. Какие литейные формы можно использовать для получения фасон- ных отливок?

5. Каким образом классифицируют литейные сплавы?

6. Каковы требования к литейным сплавам?

7. Перечислите основные области применения литейных сплавов.

8. В чем заключается сущность литейной технологии?

9. По каким технологическим пробам определяют жидкотекучесть и усадку сплавов?

10. Какие характеристики металлов регламентируются ГОСТами и ТУ?

Л е к ц и я 2

Особенности плавки сплавов черных и цветных металлов

П л а н л е к ц и и

1. Производство отливок из чугуна.

2. Производство отливок из стали.

3. Производство отливок из литейных алюминиевых сплавов.

4. Производство отливок из литейных магниевых сплавов.

5. Производство отливок из медных сплавов.

Производство отливок из чугуна

Чугун является наиболее распространенным материалом для изготов- ления фасонных отливок. В строительной технике (колонны, котлы, ванны, трубы, радиаторы и др.), в металлургической промышленности (изложницы, поддоны, прокатные валки и др.), в транспортном машиностроении (коленча- тые валы из высокопрочного чугуна для автомобилей, тракторов и др.).

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 увеличи- вает жидкотекучесть чугуна, но при этом возрастает хрупкость металла. Со-

Л е к ц и я 2 Особенности плавки сплавов черных и цветных металлов

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-

Л е к ц и я 2 Особенности плавки сплавов черных и цветных металлов

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).