Отливки из серого чугуна

Серый чугун -  это  сплав железа с углеродом, в который добавляют графит в виде хлопьевидных, пластинчатых или волокнистых включений.
 Серый чугун характеризуется высокими литейными свойствами (низкая температура кристаллизации, текучесть в жидком состоянии, малая усадка) и служит основным материалом для литья. Он широко применяется в машиностроении для отливки станин станков и механизмов, поршней, цилиндров.

Из конструкционных чугунов изготовляют 80 % всех производимых чугунных отливок. Основными потребителями являются различные отрасли машиностроения (автомобильное, тракторное и сельскохозяйственное машиностроение, тяжелое машиностроение, станкостроение и др.). Наиболее распространенные марки чугуна приведены в  13. Согласно ГОСТу, механические свойства чугунов определяются по результатам испытаний на растяжение образцов, вырезанных из отдельно залитых цилиндрических брусков диаметром 30 мм.

Вследствие чувствительности чугуну к изменению скорости охлаждения прочность в различных узлах отливки может отличаться от прочности, характеризующей данную марку ( 78). Конструктор выбирает марку чугуна, исходя из требуемых механических свойств в наиболее нагруженных сечениях отливки.

Литейщик должен выбирать состав чугуна и технологический процесс его получения с учетом влияния различных факторов на структуру чугуна и его механические свойства. При получении чугунов повышенной прочности (СЧ 25, СЧ 30, СЧ 35, СЧ 40), а также в тех случаях, когда техническими условиями предусматриваются дополнительные требования, технология может оказаться сложной. Например, отливки, подвергающиеся в процессе эксплуатации повышенному износу (отливки металлорежущих станков, детали двигателей и т. п.), требуют повышенной твердости рабочих поверхностей и определенной микроструктуры чугуна (дисперсности перлита, размеров и расположения графитовых включений и т. д.).

При производстве чугунов высоких марок используют модифицирование, легирование и термообработку.

Модифицированный чугун. В качестве графитизирующего модификатора используется ферросилиций ФС75Л (74 — 80 Si), комплексные сплавы на основе кремния, содержащие Са, Mg, Sr, Zr, Ва, РЗМ, Мп, а также модифицирующие смеси, состоящие из силикокальция, графита, ферросилиция и других компонентов.

Модификатор в виде кусков размером 1—5 мм вводят в струю чугуна при сливе из печи в ковш. Для конкретных условий производства устанавливают оптимальный интервал времени от момента заполнения ковша до заливки форм, так как при превышении этого времени действие модификатора постепенно исчезает.

Эффективность модифицирования может быть повышена при введении добавок непосредственно в процессе заливки формы. Практически это реализуется путем размещения модификатора в одном из элементов литниковой системы формы или с помощью проволоки из прессованного порошкообразного модификатора, которая с заданной скоростью вводится в струю металла у литниковой чаши формы.

Высокие механические свойства модифицированного чугуна достигаются благодаря снижению расчетного содержания углерода и кремния, высокому перегреву чугуна в сочетании с модифицированием и повышением содержания марганца.

технологические варианты получения модифицированных чугунов повышенной прочности. Из табличных данных следует, что по мере повышения требований к механическим свойствам содержание углерода в чугуне должно снижаться, марганца повышаться, его перегрев увеличиваться. Одновременно должно увеличиваться количество модифицирующих добавок для предотвращения отбеливания чугуна и выделения междендритного графита.

Эффективным и широко используемым методом улучшения структуры и повышения механических свойств чугуна является применение в шихте стального лома. В модифицированном чугуне высших марок доля стального лома составляет 50—70 %. При сравнении чугунов одинакового химического состава было установлено, что чугуны, выплавленные на шихте со стальным ломом, имеют более мелкий графит и повышенные механические свойства. Положительное влияние присадки стали проявляется и в том, что снижается содержание углерода в шихте, а следовательно, и в выплавленном чугуне. Хотя модифицирование чугуна и уменьшает его склонность к отбеливанию, однако для каждой марки указаны минимальные толщины стенки отливки, получаемые без структурно свободного цементита.

Легированный чугун. В качестве конструкционного материала применяют низколегированный чугун (общее содержание легирующих элементов до 3 %). Для легирования используют в основном Сг, Мп (при содержании свыше 1 %) Ni, Mo, Си, V, Ti.

Все эти элементы (за исключением Ti) препятствуют выделению феррита и повышают дисперсность перлита. Наиболее интенсивно повышают механические свойства ( 79, а) элементы, измельчающие графит (V, Мо, Сг). Элементы, способствующие гра- фитизации (Ni, Си, Ti), предотвращают отбеливание чугуна в тонких сечен них отливки, а элементы, тормозящие графитизацию (V, Сг, Мп, Мо), увеличивают склонность к отбеливанию ( 79, б). Склонность чугуна к отбеливанию приближенно характеризуется константой графитизации

/Сг = С [Si — 0,2 (Мп — 1.75S — 0,3) + + 0,1Р + 0,4Ni — l,2Cr + 0,2Cu + 0,4Ti — 0,4Мо — 2V].

Интенсивность и характер влияния каждого элемента оценивают абсолютной величиной коэффициента и знаком перед ним» .Сравнение значений Кг различных легированных и нелегированных чугунов облегчает выбор оптимального химического состава, исходя не только из желаемой структуры и прочности рабочих узлов, но и из условия получения легко обрабатывающегося серого чугуна без отбела в тонких сечениях отливок.

К серому чугуну со специальными свойствами предъявляют особые требования, связанные с условиями эксплуатации отливок. В некоторых случаях эти требования могут удовлетворить нелегированные или низколегированные чугуны. Так, повышенные эксплуатационные свойства антифрикционного чугуна для подшипников, втулок и других деталей обеспечиваются малым легированием Сг, Ni, Си, Ti, Sb, Мп и др.

Немагнитные отливки, применяемые в электромашиностроении, имеют аустенитную структуру и изготовляются из высоколегированного чугуна. Получение заданной структуры достигается легированием 14—33 % Ni и 2—8 % Си и Сг. Вследствие дефицитности никеля его частично или полностью заменяют марганцем, однако специальные и механические свойства этих чугунов ниже.

Отливки из коррозионно-стойкого чугуна применяют в основном в химическом аппаратостроении. Коррозионную стойкость можно оценить массой металла (в граммах), превращенного в продукт коррозии за единицу времени (1 ч) с единицы поверхности (1 м2) при действии внешней агрессивной (коррозионной) среды (азотной, серной, фосфорной кислот, соли, щелочи и др.). В зависимости от эксплуатационных условий используют ау- стенитные чугуны, легированные 15—40 % Ni в сочетании с Си и Сг.

Особое место занимают высококремнистые сплавы типа ферро- силида. Благодаря высокому содержанию кремния (14—16 %) их можно отнести к чугунам со степенью эвтектичности, близкол к единице.

Из износостойких чугунов, используемых главным образом в автотракторной промышленности, изготовляют литые детали, работающие в узлах трения. Комплексное легирование Сг, Ni. Мо, V, Си, В, Р обеспечивает получение средне- и крупнопластинчатого графита, прочной дисперсной перлитной матрицы и структурно свободных карбидов в виде отдельных равномерно распределенных включений или разорванной сетки, располагающейся по границам эвтектических зерен.