Тема 2.3 Чавун та вироби з нього.

Мета: Вивчити основні види чавуну, його властивості та його застосування.

ПЛАН

1. Чавун його виробництво та склад

2. Вплив хімічних елементів на властивості чавуну.

3. Продукти доменного виробництва.

4 Сірі чавуни.

5. Чавунні напірні та безнапірні труби.

6. Вимоги, транспортування та випробування чавунних труб.

7. Фасонні частини до чавунних труб.

Питання І. Чавун його виробництво та склад.

Чавун - це сплав заліза з вуглеводом (більш 2%). Матеріали для плавки чавуна в доменних печах називаються шихтою. Шихта складається з залізної руди, вапна (необхідного для створення шлаку), палива (металургійний кокс).

Залізна руда - це основний матеріал для виробництва чавуну - це горна порода складного складу. Звичайно залізні руди містять оксиди заліза Fe₂О₃, Fe₂О₄, а також кремнію, марганцю, фосфору, сірки, кальцію, магнію та інших елементів які називаються пустою породою, тому що в них нема заліза. Щоб отримати температуру плавлення пустої породи та золи, яку отримують внаслідок згоряння коксу, в доменну піч додають СаСо_з - флюс. Пуста порода та частка коксу сплавляються з вапном та виникає шлак.

В доменну піч (малюнок 11) зверху за допомогою спеціального приладу З завантажується необхідними порціями шихта. Спочатку кокс, потім флюси та залізну руду. В такій послідовності завантажується вся піч. Для того щоб розгорівся кокс та створилося в печі висока температура, які забезпечують процес плавлення шихти, по спеціальним каналам, які називаються фурмами 9 вдувають гаряче повітря.

Плавлення починається вище фурм, в наслідок виникають краплі розплавленого чавуну 7 та шлаку 8. Стікаючи на днище печі по шматкам наколеного коксу рідкий чавун 11 та шлак 2 нагріваються до температури 1400 -1450°С та збираються на дні печі, яка називається лещадью. Періодично чавун та шлак випускають з печі крізь спеціальні отвори - літки 1 та 10.

Питання 2. Вплив хімічних елементів на властивості чавуну.

Властивості чавуну залежать від хімічного складу, тобто вміст в них вуглеводу, кремнію, марганцю, сірки, фосфору.

Вуглевод, хімічно зв'язаний з залізом, створює цементит. Цементит надає чавуну крихкості, але значно підвищує твердість. Такий чавун, який має в зломі блискучий металевий відтінок, називають білим. Білі чавуни не обробляються ріжучим інструментом.

Малюнок 11 - Схема доменної пічці:

1,10- дітки для випуску відповідно рідкого чавуна та шлаку, 2 - шлак,

З — завантажувальний пристрій, 4 - залізна руда, 5 — ізвесняк, 6 — кокс,

7 - краплі розплавленого чавуну, 8 - краплі розплавленого шлаку,

9 - фурми, 11 - рідкий чавун.

Вуглевод в чавуні знаходиться в вільному стані в вигляді графіту. Цементит в таких чавунах не створює, тому їх твердість значно нижче твердості білих чавунів ; такі чавуни добре обробляються різанням. Присутність графіту надає чавуну в зломі сірий, матовий відтінок; чавун в даному випадку називають сірим.

Кремній впливає на виділення вуглеводу в чавуні у вигляді графіту, покращує літійні якості чавуну, знижує його твердість.

Марганець перешкоджає виділенню вуглеводу в чавуні в вигляді графіту та впливає на створення цементиту; тому марганець підвищує твердість чавуну, при необхідному його вмісті збільшується міцність чавуну.

Фосфор, поєднуючись з залізом, створює легкоплавку крихку та тверду складову, яка при кристалізації розташовується на межах зерен чавуну, в наслідок чого у чавуна значно підвищуються крихкість і твердість, збільшується

зносостійкість. Створюється легкоплавка складова, яка впливає на покращення заповнюваності літійних форм чавуном. Фосфор - небезпечний домішок.

Сірка гальмує виділення вуглеводу в чавуні в вигляді графіту.

Створюючи по межам зерен чавуну крихку складову, сірка знижує механічні властивості, впливає створенню тріщин в відливках. Небезпечний вплив сірки може бути нейтралізовано підвищеним вмістом марганцю, з яким сірка створює тугоплавкі з'єднання в вигляді мілких включень, розподілених по всьому об'єму сплаву.

Питання 3 Продукти доменного виробництва.

Продуктами доменного виробництва слугують чавуни (передільні та літійні), доменні феросплави, доменний газ та доменний шлак.

Передільний чавун, використовується в основному для виплавки сталі має хімічний склад, %: вуглевод 4 - 4,5; кремній не більші,2; марганцю не більше 1,5; фосфору не більш 0,3; сірки не більш 0,5. Всі передільні чавуни як правило білі.

1. Літійні чавуни необхідні для виробництва чавунних відливок різноманітного призначення, має хімічний склад, %: вуглевод 3,5 -4,5; кремній 1 - 3,6; марганець 0,5 - 1,5; фосфор 0,08 - 1,2; сірка 0,02 - 0,06. Всі літійні чавуни містять структурно - вільний цемент, тому вони відносяться до сірих чавунів.

2. Доменні феросплави містять велику кількість кремнію або марганцю. Доменний феросиліцій в який входять 9.... 13% кремнію, використовують приплавленні в літійних цехах для підвищення вмісту кремнію в сірих чавунах. Доменний феромарганець, в який входить до 75% марганцю, застосовують для підвищення вмісту марганцю при виробництві сталі.

3. Доменний газ, містить до 30% СО, гарно горить, тому його застосовують для підігріву повітря, яке подається в доменну піч, і як промислове паливо. З доменної пічці газ відводять зверху по трубопроводам.

4. Доменний шлак як відходи металургійної промисловості використовують в промисловості будівельних матеріалів для виготовлення цементу, шлакобетону, шлакової вати та інших матеріалів. Окрім того, його широко застосовують в дорожньому будівництві.

Питання 4. Сірі чавуни

Сірі чавуни отримують з літійних доменних чавунів з додаванням в склад

шихти чавунного ламу. Хімічний склад сірих чавунів, %: вуглевод - 2,8.....3,5;

кремній - 1,5 2,8; марганцю - 0,4.....0,8; фосфору - 0,2.....1; сірки - 0,08.....0,12,

Застосовують сірі чавуни для виробництва відливок деталей різноманітних машин і механізмів, труб, санітарно - технічного обладнання. Сірі чавуни маркірують в залежності від їх механічних властивостей.

1. Для виготовлення голівок, володіючих міцністю на розтягування до 200 -250Н/мм2, використовують звичайні сірі чавуни; для виготовлення відливок більш високої міцності - чавуни зі спеціальними добавками хрому та інших елементів. Такі чавуни називаються легіруванними. В залежності

від технології виробництва сірі чавуни поділяються на високоякісні та ковкі.

2. Високоміцні сірі чавуни отримують внаслідок введення в розплавлений чавун невеликої кількості магнію та церію, лантану, ніодіму чи їх суміші. Процес введення цих домішок в рідкий чавун з метою зміцнення структури називається модефікуванням. В наслідок модифікування графіту кристалізується у вигляді шару, а не у вигляді пластинок. Тому показники механічних властивостей чавуну значно підвищуються.

3. Ковкі чавуни отримують внаслідок термічної обробки голівок з доевтектичного білого чавуну, в структурі якого є велика кількість цементу. Відливки з доевтектричного білого чавуну володіють дуже високою твердістю і крихкістю і не обробляються ріжучим інструментом. Щоб знизити твердість і підвищити твердість і підвисити пластичні властивості, відливки підвергають тривалому нагріванню при високій температурі в спеціальних термічних пічках. Такий процес називають отжигом.

Питання 5 Чавунні напірні та безнапірні труби.

Чавунні труби застосовують для зовнішньої мереж водопроводу, напірних та самотинних мереж каналізації та внутрішніх водостоків. Перевага чавунних труб -підвищена довговічність, якщо порівнювати зі сталевими та корозійна стійкість. їх недоліки: значна хрупкість та велика трудоємність монтажу трубопроводів. Чавунні труби поділяють на напірні (водопровідні) і каналізаційні.

Напірні труби, виготовляються стаціонарним литтям в піщаних формах діаметром умовного проходу Ду від 65 до 1200мм та методом центробіжного та напївнепреривного лиття Ду від 65 до 1000мм, випускають з розтрубами. Довжина (мірна та немірна) чавунних напірних труб від 2 до 6м. В залежності від товщі стінки, яка коливається від 6,7 до 31мм, чавунні напірні труби підрозділяються на Зкласи: ЛА, А, та Б. Труби класу Б найбільш міцні, так як товща їх стінок найбільша. Чавунні напірні труби випробують гідравлічним опором 2,5 - 4МПа в залежності від Ду та класу труб. На кожній чавунній напірній трубі та фасонній частині до неї повинен стояти товарний знак підприємства - виробника, діаметр умовного проходу, мм та рік відливки.

Каналізаційні безнапірні труби виготовляють з сірого чавуну засобом центробіжного лиття. Труби та фасонні частини до них повинні витримувати гідравлічний опір 0,1 МПа після нанесення бітумного антикорозійного покриття. Ці труби та фасонні частини до них застосовують для мереж внутрішньої каналізації будівель. Каналізаційні безнапірні труби випускають Ду 50, 100 та 150мм, товщею стінки відповідно 4; 4,5; та 5мм, довжиною від 750 до 2200 мм. Чавунні безнапірні труби виготовляють з сірого чавуну стаціонарним литтям в піщаних формах, а також центробіжним литтям та напівнепреривним литтям. Туби зовні та в нутрі покривають нафтовим бітумом. В наслідок покриття внутрішня поверхня труби становиться більш гладкою, що зменшує тертя води о стінки труби.

Питання 6. Вимоги, транспортування та випробування чавунних труб.

Кожна партія чавунних труб або фасонних частин супроводжується документом (сертифікатом), в якому вказується найменування заводу - виробника і замовника, номер стандарту і партії, найменування і розмір виробу, кількість, маса і метраж (для труб), випробувальний тиск, данні механічних випробувань. Труби які поступили на об'єктний склад труби перевіряють на відповідність їх сертифікату як по кількості, так і по номенклатурі.

Придатність чавунних труб і з'єднувальних частин визначають оглядом і простукуванням. Зберігати труби можна під відкритим небом в штабелях висотою не більш 1,5 м. Труби в штабель вкладають рядами по черзі хрест - на хрест, при цьому кожний розтруб в ряду повинен бути вкладений щільно до гладкого кінця суміжної труби. При завантаженні, транспортуванні і розвантаженні чавунні труби і фасонні частини кидати неможна.

Питання 7. Фасонні частини до чавунних труб.

З'єднувальні частини до чавунних напірних труб (дивись малюнок 12) відливають з сірого чавуну в піщані форми або кокіль як з розтрубними так я з фланцевими з'єднаннями. Окрім зображених на малюнку частин застосовують пожежні підставки для гідрантів в водопровідних колодязях, а також спеціальні сиділки для влаштування вводів в будівлі на діючих трубопроводах.

Фасонні частини для чавунних каналізаційних труб (дивись малюнок 13) слугують для розвітвління трубопроводів, з'єднання труб різних діаметрів, змінення направлення трубопроводу і т.д.

Малюнок 12 -З’єднувальні частини до чавунних напірних труб

Ескіз фасонної часини	Найменування
	Патрубок разтрубний
	Трійник фланцевий
	Трійник разтрубний
	Трійник разтрубно – фланцевий
	Хрестовина фланцева
	Хрестовина разтрубна
	Хрестовина разтрубно – фланцева
	Муфта насувна
	Муфта з двійним розтрубом
	Патрубок фланець – гладкий кінець
	Патрубок фланець – разтруб
	Перехід фланцевий
	Перехід разтруб – гладкий кінець
	Перехід разтруб – фланець
	Перехід разтрубний
	Коліно разтрубне
	Коліно разтруб – гладкий кінець
	Коліно фланцеве
	Відвід разтрубний
	Відвід разтруб – гладкий кінець

З’єднувальні частини до чавунних безнапірних труб

	Патрубок
	Компенсаційний патрубок
	Звичайна муфта
	Насувна муфта
	Відступ
	Коліно
	Відвід 1100
	Прямий трійник
	Косий трійник
	Коса хрестовина
	Пряма хрестовина
	Ревізія

Питання для контролю знань:

1. Дайте визначення чавуну та залізній руді.

2. Як отримують чавун на виробництві?

3. Які види чавуну Вам відомі?

4. Поясніть принцип роботи доменної пічці.

5. Поясніть вплив хімічних елементів на властивості чавуну.

6. Які продукти доменного виробництва Вам відомі?

7. Що Ви можете сказати про сірі чавуни? Як вони виготовляються та які бувають?

8. Де і як застосовують чавунні труби?

9. Чим відрізняються чавунні напірні труби від чавунних каналізаційних безнапірних труб?

10. Поясніть як транспортуються чавунні трути, як їх випробують та які вимоги до них висувають?

11.Які фасонні частини до чавунних труб Вам відомі? Як вони з'єднуються з трубопроводами та між собою?