Производство отливок из ковкого чугуна Доц Сироткин С

Производство отливок из ковкого чугуна Доц. Сироткин С. А. ковкий чугун

Общие положения ¡ ¡ ¡ Ковкий чугун получают отжигом белого доэвтектического чугуна. Хорошие свойства у отливок обеспечиваются, если в процессе кристаллизации и охлаждения отливок в форме не происходит процесс графитизации. Чтобы предотвратить графитизацию, чугуны должны иметь пониженное содержание углерода и кремния. Ковкие чугуны содержат: углерода – 2, 4… 3, 0 %, кремния – 0, 8… 1, 4 %, марганца – 0, 3… 1, 0 %, фосфора – до 0, 2 %, серы – до 0, 1 %. ковкий чугун 2

Химический состав ковкого чугуна ковкий чугун 3

Ковкий чугун ¡ Ковкий чугун, как и серый, состоит из сталистой основы и содержит углерод в виде графита, однако графитовые включения в ковком чугуне иные, чем в обычном сером чугуне. Разница в том, что включения графита в ковком чугуне расположены в форме хлопьев, которые получаются при отжиге, и изолированны друг от друга, в результате чего металлическая основа менее разобщена, и чугун обладает некоторой вязкостью и пластичностью. Из-за своей хлопьевидной формы и способа получения графит в ковком чугуне часто называют углеродом отжига. ковкий чугун 4

Микроструктура белого чугуна Рис. 1. Микроструктура белых чугунов (слева схематическое изображение): ковкий чугун а) доэвтектический; б) эвтектический; в) заэвтектический 5

Черносердечный ковкий чугун ¡ Производство отливок из ковкого чугуна основано на отжиге отливок в нейтральной(кварцевый песок или соляная ванна) или окислительной среде с целью разложения цементита на железо и углерод отжига (графитизация). После отжига в нейтральной среде углерод отжига придает излому отливки черный бархатный цвет. Такой чугун называют черносердечным ковким чугуном. Черносердечный чугун можно получать с ферритной или перлитной металлической матрицей. До отжига излом отливок должен быть белым. ковкий чугун 6

Белосердечный ковкий чугун ¡ После отжига отливок из белого чугуна в окислительной среде (железной руде) они имеют белый цвет в изломе. Такой чугун называется белосердечным ковким чугуном. В белосердечном ковком чугуне во время томления в окислительной среде происходит выжигание углерода с поверхности с небольшой скоростью. Отливки из белосердечного чугуна по этой причине уступают по экономичности отжигу отливок из черносердечного ковкого чугуна; В настоящее время производятся отливки только из черносердечного ковкого чугуна. ковкий чугун 7

Графитизирующий отжиг белого чугуна Первая стадия графитизации Fe 3 C = Fe 3 + C Вторая стадия графит. Около 40 часов Рис. 2 ковкий чугун 8

Структура ковкого чугуна ¡ Рис. ковкий чугун 9

Стадии графитизирующего отжига ¡ Первая стадия (950. . . 1050 °С) подбирается по длительности такой, чтобы весь цементит, находящийся в структуре отливки, распался на аустенит и хлопьевидный графит. На второй стадии графитизирущего отжига при температуре эвтектоидного превращения формируется металлическая основа ковкого чугуна. В зависимости от режимов охлаждения ковкие чугуны могут иметь перлитную (непрерывное охлаждение), ферритную (очень медленное охлаждение в интервале 760. . . 720 °С или изотермическая выдержка при 720. . . 700 °С) или ферритно-перлитную (сокращение продолжительности второй стадии отжига) металлические основы. ковкий чугун 10

Продолжительность 1 -й и 2 -й стадии графитизации ¡ ¡ 1. Зависит от содержания C+Si, а также от сечения и массы отливки. 2. При C+Si<3. 5 задерживается процесс графитизации; при C+Si>4. 1 наблюдается выделение пластинчатого графита в белом чугуне, т. е. оптимальное суммарное содержание C и Si должно быть 3. 6 – 3. 8 %. ковкий чугун 11

Маркировка ковкого чугуна ¡ Ковкие чугуны согласно ГОСТ 1215— 79 маркируются двумя буквами (КЧ — ковкий чугун) и двумя группами цифр. Первые две цифры в обозначении марки соответствуют минимальному пределу прочности при растяжении ( МПа / 10, цифры после тире — относительному удлинению при растяжении, %. Чугуны марок КЧЗО— 6, КЧЗЗ— 8, КЧ 35— 10, КЧ 37— 12, имеющие повышенное значение удлинения при растяжении, относятся к ферритным, а марок КЧ 45— 7, КЧ 50— 5, КЧ 55— 4, КЧ 60— 3, КЧ 65— 3, КЧ 70— 2, КЧ 80— 1. 5 — к перлитным чугунам. ковкий чугун 12

Применение ковкого чугуна ¡ ¡ По механическим и технологическим свойствам ковкий чугун занимает промежуточное положение между серым чугуном и сталью. Недостатком ковкого чугуна по сравнению с высокопрочным является ограничение толщины стенок для отливки и необходимость отжига. Отливки из ковкого чугуна применяют для деталей, работающих при ударных и вибрационных нагрузках. Из ферритных чугунов изготавливают картеры редукторов, ступицы, крюки, скобы, хомутики, муфты, фланцы. Из перлитных чугунов, характеризующихся высокой прочностью, достаточной пластичностью, изготавливают вилки карданных валов, звенья и ролики цепей конвейера, тормозные колодки. ковкий чугун 13

Зависимость продолж. 1 -й стадии графитиз. от химсостава ковкий чугун 14

Зависимость между СЕ и кол. включений углерода N различных сечений отливок ковкий чугун 15

Типовая Л. П. С. для отливки из ковкого чугуна При производстве моделей усадка принимается в среднем равной 1, 5 %. В утолщенных местах отливок из ковкого чугуна образуются небольшие пустоты. По этой причине рядом с утолщенными местами (тепловыми узлами), устанавливают питающие бобышки. Питатель соединяется с массивным местом коротким каналом. ковкий чугун 16

Пример литниковой системы для отливки «рычаг» 1 -шлакоуловитель; 2 -утолщенный питатель ковкий чугун 17

Структура ковкого черносердечного чугуна КЧ 35 -10 Белый чугун относится к двухфазным сплавам. Во время кристаллизации сначала выделяются кристаллы аустенита а затем – первичного цементита. Микроструктура ферритного черносердечного ковкого чугуна (Нв=350 -400 до томления Нв=120 -140 после томления. ковкий чугун 18

Отливки из ковкого чугуна ¡ Рис. ковкий чугун 19

Чертеж отливки из ковкого чугуна ¡ Рис. ковкий чугун 20

Фитинги из ковкого чугуна ¡ Рис. ковкий чугун 21

Фазы и структуры железо углеродистых сплавов ¡ Фазы железоуглеродистых сплавов. Феррит (твердый раствор внедрения C в α-железе с объемноцентрированной кубической решеткой) Аустенит (твердый раствор внедрения C в γ-железе с гранецентрированной кубической решеткой) Цементит (карбид железа; Fe 3 C метастабильная высокоуглеродистая фаза) Графит стабильная высокоуглеродистая фаза Структуры железоуглеродистых сплавов. Ледебурит (эвтектическая смесь кристаллов цементита и аустенита, превращающегося при охлаждении в перлит) Мартенсит (сильно пересыщенный твердый раствор углерода в α-железе с объемно-центрированной терагональной решеткой) Перлит (эвтектоидная смесь, состоящая из тонких чередующихся пластинок феррита и цементита) Сорбит (дисперсный перлит) Троостит (высокодисперсный перлит) Бейнит (устар: игольчатый троостит) ультрадисперсная смесь кристаллов ковкий чугун 22