Классификация и свойства чугуна.

ШИХТОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ЧУГУННОГО ЛИТЬЯ

Шихтовыми материалами называются исходные материалы, применяемые для выплавки чугуна заданного химического состава. Сочетание необходимых для выплавки чугуна материалов составляет шихту. Шихта состоит из металлической и неметаллической частей. К металлической части шихты относятся доменные чугуны, ферросплавы и возврат собственного производства - литники и брак, чугунный и стальной лом и стружка черных металлов. К неметаллической части шихты относятся флюсы и топливо. Металлическая шихта для производства чугуна обычно состоит из 30-40% доменного чушкового чугуна, 30-60% машинного лома и возврата литейного производства, 0-40% стального лома и 0-10% ферросплавов. Доменный чугун выплавляется следующих сортов: литейный коксовый, литейный древесноугольный, природно легированный, специальный, передельный и ферросплавы. В табл. 11 приведен химический состав доменного литейного чугуна, предусмотренный Государственными стандартами. Литейный коксовый чугун широко применяется для изготовления машиностроительных отливок всевозможного назначения. Древесноугольный чугун по содержанию фосфора и серы более чистый, однако вследствие повышенной стоимости для производства обычных машиностроительных отливок он не применяется. Специальный литейный чугун марки КД и КК, содержащий небольшое количества марганца, применяется только для отливок из ковкого чугуна, а чугун марки BK предназначен для вагонных колес и прокатных валков. Природно легиро ванный чугун, выплавляемый из руд Елизаветинского и Орско-Халиловского месторождений, кроме обычных элементов, содержит никель, хром, титан и ванадий, халиловский чугун марок ХЧ1-ХЧ4 содержит до 3,80% хрома и 1,0- 1 3% никеля, а елизаветинский чугун марок ЕЛ К и ЕЛД- 1,4 /0 хрома и до 1,3% никеля. Кроме того, в елизаветинском чугуне со держится до 0,2% ванадия. Присадка в шихту 10-20% этого чугуна значительно повышает физико-механические свойства чугунных отливок. Передельный чугун применяется при производстве низкоуглеродистых крупных чугунных отливок и при выплавке стали для фасонных отливок. Химический состав передельного чугуна предусмотрен ГОСТ 805-49. Чугун с высоким содержанием кремния или марганца называется доменным ферросплавом. 'К числу доменных ферросплавов, относятся чушковый ферросилиций, выплавляемый согласно ГОСТ 5163-49, зеркальный чугун и ферромарганец (ГОСТ 5164-49). 'Кроме доменных, в литейном производстве широко применяются ферросплавы, выплавляемые в электрических печах. Электрометаллургическим способом выплавляют 45, 75 и 90%-яый ферросилиций и 60-80%-ный ферромарганец. Ферросплавы применяются только для подшихтовки в случае недостатка в шихте кремния и марганца. Вследствие повышенного угара ферросплавы вводятся в металл в самую последнюю очередь. Ферросплавы, вводимые в чугун с целью модифицирования, рекомендуется вносить в ковш перед самой разливкой. Чугунный лом согласно ГОСТ 2787-44 доставляется в литейный цех в рассортированном по классам и группам состоянии. Лом отличается от доменного чугуна повышенным содержанием серы вследствие ее пригара при плавке чугуна в вагранке. Поэтому предельное содержание лома в шихте не должно превышать 30-60%. Кроме того, не рекомендуется вводить в шихту окисленный мелкий лом, предварительно не очищенный от ржавчины и приставшей земли. Максимальный вес загрязненного лома не должен превышать 2-3% от веса металлической завалки. Литники и брак, остатки металла в ковше и сплески перед шихтовкой должны очищаться и сортироваться по весу и размерам. Стальной лом для ваграночной плавки согласно ГОСТ 2787-44 также подвергается сортировке по классам и группам. Лом углеродистой стали должен быть мелким, так как крупные стальные куски не способны полностью расплавиться в плавильной зоне вагранки. Такие куски могут опуститься до уровня фурм и нарушить технологический процесс ваграночной плавки. Кроме того, стальной лом не должен содержать легирующих примесей, за исключением случаев, когда выплавляется легированный чугун специального назначения. Чугунная и стальная стружка может присаживаться в количестве до 15% от веса шихты, не вызывая каких-либо осложнений в технологии плавки. Стружку следует сортировать по химическому составу и пропускать через маслоотделители с целью ее обезжиривания. Для брикетирования стружки пользуются специальными прессами, однако, как показали опыты, стружку можно применять и без предварительной упаковки, забрасывая ее в вагранку лопатой. В состав шихты, помимо металла, входят флюсы, представляющие собой основные окислы железа, кальция и магния, способные вступать с золой в химическую реакцию и образовывать жидкий лёгкоудаляющийся шлак. В качестве флюсов применяют известняк, доломит, мартеновский шлак, нефелиновую руду и плавиковый шпат.

Классификация и свойства чугуна.

Чугун, получаемый в доменных печах, подразделяется на передельный чугун, используемый для передела в сталь, и литейный чугун, служащий одним из основных компонентов шихты в чугунолитейном производстве. До 70-х гг. 20 века в доменных печах иногда выплавляли т. н. зеркальный чугун (10-25% Mn), применявшийся в качестве раскислителя при выплавке стали и для получения специальных видов чугуна. При использовании для выплавки чугуна железных руд, содержащих Сг, Ni, Ti и др. легирующие элементы, получают т. н. природнолегированные чугуны. При производстве отливок в чугунолитейных цехах чугун подразделяют: в зависимости от степени графитизации, обусловливающей вид излома, — на серый, белый и половинчатый (или отбелённый); в зависимости от формы включений графита — на чугун с пластинчатым, шаровидным (высокопрочный чугун), вермикулярным и хлопьевидным (ковкий чугун) графитом; в зависимости от характера металлической основы — на перлитный, ферритный, перлитно-ферритный, аустенитный, бейнитный и мартенситный; в зависимости от назначения — на конструкционный и чугун со специальными свойствами; по химическому составу — на легированные и нелегированные.

Серый чугун — наиболее широко применяемый вид чугуна (машиностроение, сантехника, строительные конструкции) — имеет включения графита пластинчатой формы. Для деталей из серого чугуна характерны малая чувствительность к влиянию внешних концентраторов напряжений при циклических нагружениях и более высокий коэффициент поглощения колебаний при вибрациях деталей (в 2-4 раза выше, чем у стали). Важная конструкционная особенность серого чугуна — более высокое, чем у стали, отношение предела текучести к пределу прочности на растяжение. Наличие графита улучшает условия смазки при трении, что повышает антифрикционные свойства чугуна. Свойства серого чугуна зависят от структуры металлической основы, формы, величины, количества и характера распределения включений графита. Перлитный серый чугун имеет высокие прочностные свойства и применяется для цилиндров, втулок и др. нагруженных деталей двигателей, станин и т.д. Для менее ответственных деталей используют серый чугун с ферритно-перлитной металлической основой.

Белый Чугун представляет собой сплав, в котором избыточный углерод, не находящийся в твёрдом растворе железа, присутствует в связанном состоянии в виде карбидов железа Fe3C (цементит) или т. н. специальных карбидов (в легированном чугуне). Кристаллизация белых чугунов происходит по метастабильной системе с образованием цементита и перлита. Белый чугун вследствие низких механических свойств и хрупкости имеет ограниченное применение для деталей простой конфигурации, работающих в условиях повышенного абразивного износа. Легирование белого чугуна карбидообразующими элементами (Cr, W, Mo и др.) повышает его износостойкость.

Половинчатый чугун содержит часть углерода в свободном состоянии в виде графита, а часть — в связанном в виде карбидовека Применяется в качестве фрикционного материала, работающего в условиях сухого трения (тормозные колодки), а также для изготовления деталей повышенной износостойкости (прокатные, бумагоделательные, мукомольные валки).

Ковким называется чугун в отливках, изготовленных из белого чугун и подвергнутых последующему графитизирующему отжигу, в результате чего цементит распадается, а образующийся графит приобретает форму хлопьев. Ковкий чугун обладает лучшей демпфирующей способностью, чем сталь, и меньшей чувствительностью к надрезам, удовлетворительно работает при низких температурах. Механические свойства ковкого чугуна определяются структурой металлической основы, количеством и степенью компактности включений графита. Металлическая основа ковкого чугуна в зависимости от типа термообработки может быть ферритной, ферритно-перлитной и перлитной. Наиболее высокими свойствами обладает ковкий чугун, имеющий матрицу со структурой зернистого перлита; им можно заменять литую или кованую сталь. В тех случаях, когда требуется повышенная пластичность, применяют ферритный ковкий чугун. Для интенсификации процесса графитизации при термообработке ковкий чугун модифицируют Te, В, Mg и др. элементами. Ковкий чугун используют в основном в автомобиле-, тракторо- и сельхозмашиностроении.

Высокопрочный чугун, характеризующийся шаровидной или близкой к ней формой включений графита, получают модифицированием жидкого чугуна присадками Mg, Ce, Y, Ca и некоторых др. элементов. Шаровидный графит в наименьшей степени ослабляет металлическую матрицу, что приводит к резкому повышению механических свойств чугуна с чисто перлитной или бейнитной структурой, приближая их свойства к свойствам углеродистых сталей. Такой чугун применяется для замены стальных литых и кованых деталей (коленчатые валы двигателей, компрессоров и т.д.), а также деталей из ковкого или обычного серого чугуна.

Легированные чугуны. Для улучшения прочностных, эксплуатационных характеристик или придания чугуну особых свойств (износостойкости, жаропрочности, жаростойкости, коррозионностойкости, немагнитности и т.д.) в его состав вводят легирующие элементы (Ni, Cr, Cu, Al, Ti, W, V, Mo и др.).

12 Следующая ⇒