Характеристика, виды и технологии производства чугуна

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

1. Чугуны: серые, высокопрочные, ковкие (применение и свойства к классификация и маркировка)

Чугунами называют железоуглеродистые сплавы, содержащие более 2 % углерода. Чугун обладает более низкими механическими свойствами, чем сталь, но дешевле и хорошо отливается в изделия сложной формы. Различают несколько видов чугуна.

Серый чугун содержит углерод в связанном состоянии только частично (не более 0,5 %). Остальной углерод находится в чугуне в свободном состоянии в виде графита. Графитовые включения делают цвет излома серым. Чем излом темнее, тем чугун мягче. Образование графита происходит в результате термической обработки белого чугуна, когда часть цементита распадается на мягкое пластичное железо и графит. В зависимости от преобладающей структуры различают серый чугун на перлитной, ферритной или ферритоперлитной основе [1].

Свойства серого чугуна зависят от режима охлаждения и наличия некоторых примесей. Например, чем больше кремния, тем больше выделяется графита, а потому чугун делается мягче. Серый чугун имеет умеренную твердость и легко обрабатывается режущими инструментами. Серый чугун, применяемый в строительстве, должен иметь предел прочности при растяжении не менее 120 МПа, а предел прочности при изгибе 280 МПа.

Из серого чугуна отливают элементы конструкций, хорошо работающие на сжатие: колонны, опорные подушки, башмаки, тюбинги, отопительные батареи, трубы водопроводные и канализационные, плиты для полов, станины и корпусные детали станков, головки и поршни двигателей, зубчатые колеса и другие детали.

Высокопрочные (модифицированные) чугуны значительно превосходят обычные серые по прочности и обладают некоторыми пластическими свойствами. Их применяют для отливок ответственных деталей [5].

Ковкий чугун получают после длительного отжига белого чугуна при высоких температурах, когда цементит почти полностью распадается с выделением свободного углерода на ферритной или перлитной основе. Углеродные включения имеют округлую форму. В отличие от серых ковкие чугуны являются более прочными и пластичными и легче обрабатываются.

Отливки из ковкого чугуна широко используются во многих отраслях промышленности для широкого спектра номенклатуры деталей ответственного назначения: автомобилестроение, тракторное и сельскохозяйственной машиностроение, вагоностроение, судостроение, электропромышленность, станкостроение, санитарно-техническое и строительное оборудование, тяжелое машиностроение и пр. При этом масса отливок может быть от нескольких граммов до 250 кг, минимальная толщина стенок отливки 3 мм, максимальная для обезуглероженного чугуна 25 мм, для графитизированного 60 мм, а в отдельных случаях до 100 мм. Можно с уверенностью утверждать, что, обладая механическими свойствами, близкими к литой стали и ЧШГ, высоким сопротивлением ударным нагрузкам при комнатной и низких температурах, износостойкостью, лучшей, чем ЧШГ, обрабатываемостью резанием и свариваемостью, КЧ сохранит в ближайшие годы свое применение, особенно для мелких отливок, сварных конструкций, несмотря на склонность к образованию трещин и энергоемкость получения готовых отливок.

При испытании серого и высокопрочного чугунов определяют предел прочности при растяжении, изгибе и сжатии, а при испытании ковкого чугуна -- предел прочности при растяжении, относительное удлинение и твердость.

При маркировке серого и модифицированного чугуна, например СЧ 12--28, первые две цифры обозначают предел прочности при растяжении, последующие две -- предел прочности при изгибе.

2. Изготовление отливок из серого и высокопрочного чугуна

Серому чугуну свойственны высокая жидкотекучесть и малая усадка (до 1,3 %). Отливки из серого чугуна получаются качественными, без усадочных раковин, пористости и трещин; толщина стенок у крупных фасонных отливок может быть доведена до 3 - 4 мм.

Обычный серый чугун выплавляется в вагранках, высококачественный -- в дуговых или индукционных печах. Вагранка -- плавильный агрегат в виде шахты доменного типа с водоохлаждаемым кожухом. Процесс плавки в вагранках автоматизирован.

Отливки серого чугуна получают в песчаных формах, литьем в оболочковые формы, в кокили, литьем по выплавляемым моделям, центробежным литьем. После кокиля отливку для устранения возможного отбела подвергают отжигу.

Высокопрочный чугун обладает жидкотекучестью серого чугуна, что позволяет получать отливки с минимальной толщиной стенки 3 - 5 мм. Но усадка высокопрочного чугуна более значительна (до 1,7 %), поэтому отливки имеют, как правило, усадочные дефекты. В связи с этим осуществляют направленную кристаллизацию металла отливок путем создания прибылей и холодильников [1].

Высокопрочный чугун выплавляется в вагранках, дуговых печах, а также в индукционных печах.

Ковкий чугун является продуктом отжига отливок из белого чугуна. Белый чугун обладает значительно худшими литейными свойствами, чем серый чугун. Это приводит к повышенным температурам заливки, особенно при получении тонкостенных отливок, и возникновению усадочных раковин, пористости и трещин [4].

Белый чугун плавят дуплекс-процессом: сначала в вагранке, а затем переливают в дуговую или индукционную печь, где осуществляются нагрев до нужной температуры и доводка расплава до заданного химического состава.

Отливки получают в песчаных формах, а также в оболочковых формах и кокилях; толщина стенок этих отливок 5...50 мм. Затем их помещают в герметичные стальные контейнеры и подвергают длительному отжигу на ковкий чугун.

3. Сущность процесса обработки металлов давлением

Обработка давлением основана на способности металлов необратимо изменять свою форму без разрушения под действием внешних сил. Она обеспечивает получение заготовок для производства деталей, а в некоторых случаях и самих деталей требуемых форм и размеров с необходимыми механическими и физическими свойствами.

Обработка давлением -- прогрессивный, экономичный и высокопроизводительный способ металлообработки, развивающийся в направлении максимального приближения форм и размеров заготовки к форме и размерам детали, что обеспечивает лучшее использование металла, сокращение трудоёмкости последующей обработки резанием и уменьшением себестоимости продукции [5].

Рисунок 1 - Схемы основных способов обработки металлов давлением: а - прокатка; б - волочение; в - прессование; г - ковка; д - объемная штамповка; е - листовая штамповка

чугун штамповка деформация

При производстве металлических изделий широко применяют обработку металлов давлением как в горячем состоянии, так и в холодном. Основными способами обработки металлов давлением являются прокатка, волочение, прессование, ковка и штамповка.

Прокатка - один из важных способов обработки давлением, которым обрабатывается более 75% выплавляемой стали [2].

Прокатка осуществляется захватом заготовки 2 (рис. 1, а) и деформации ее между вращающимися в разные стороны валками 1 прокатного стана; при этом толщина заготовки уменьшается, а длина и ширина увеличиваются. Валки имеют гладкую поверхность для прокатки листов или вырезанные ручьи, составляющие калибры, для получения круглой или квадратной полосы, рельсов и т. д.

Волочение - процесс, при котором заготовка 2 (рис. 1, б) протягивается на волочильном стане через отверстие инструмента 1, называемого волокой; при этом поперечное сечение заготовки уменьшается; а длина увеличивается.

Прессование представляет собой выдавливание заготовки 4 (рис. 1, в), помещенной в специальный цилиндр - контейнер 3, через отверстие матрицы 5, удерживаемой матрицедержателем 6; выдавливание производят при помощи пресс - шайбы 2 и пуансона 1. В зависимости от формы и размеров отверстия матрицы получают разнообразные изделия.

Ковка металла заключается в обжатии заготовки 2 (рис.1, г) между верхним 1 и нижним 3 бойками молота с применением разнообразного инструмента. Свободной ковкой получают поковки различных размеров простой или сложной формы на молотах или прессах.

Штамповка - процесс деформации металла в штампах, форма и размеры внутренней полости которых определяют форму и размеры получаемой поковки. Различают объемную и листовую штамповку [3].

При объемной штамповке (рис. 1, д) на горячештамповочных молотах и прессах заготовка 2 деформируется в штампе 1. Листовая штамповка (рис. 1, е) осуществляется на холодноштамповочных прессах.

При помощи пуансона 1, прижима 2, матрицы 3 листовая заготовка 4 превращается в изделие.

4. Классификация процессов обработки металла давлением

Различают горячую и холодную обработки металлов давлением.

Горячая обработка металлов давлением характеризуется явлениями возврата и рекристаллизации, отсутствием упрочнения (наклёпа); механические и физико-химические свойства металла изменяются сравнительно мало. Пластическая деформация не создаёт полосчатости (неравномерности) микроструктуры, но приводит к образованию полосчатости макроструктуры у литых заготовок (слитков) или к изменению направления волокон макроструктуры (прядей неметаллических включений) при обработке металлов давлением заготовок, полученных прокаткой, прессованием и волочением. Полосчатость макроструктуры создаёт анизотропию механических свойств, при которой свойства материала вдоль волокон обычно лучше его свойств в поперечном направлении [1].

При холодной обработке металлов давлением процесс пластической деформации сопровождается упрочнением, которое изменяет механические и физико-химические характеристики металла, создаёт полосчатость микроструктуры и также изменяет направление волокон макроструктуры. При холодной обработке металлов давлением возникает текстура, создающая анизотропию не только механических, но и физико-химических свойств металла. Используя влияние обработки металлов давлением на свойства металла, можно изготавливать детали с наилучшими свойствами при минимальной массе [4].

Для получения заготовок обработкой давлением используют различные деформируемые материалы: углеродистые, легированные и высоколегированные стали, жаропрочные сплавы, сплавы на основе алюминия, меди, магния, титана, никеля и др.

Исходными заготовками для обработки металлов давлением являются плоские и круглые слитки разных размеров и массы из стали и цветных сплавов.

До обработки давлением слитки подвергают механической обработке, которая заключается в отрезке прибыльной и донной частей и очистке поверхности от литейных пороков.

Размеры и масса слитков зависят от их назначения. Цилиндрические слитки предназначаются для изготовления прутков, профилей и труб. Их получают главным образом методом непрерывного литья. Плоские слитки применяют для изготовления различных поковок, листов, лент, полос и т. п.

Литература

1. Технология конструкционных материалов под ред. А.М. Дальского - М: Машиностроение, 2005 - 157 с.

2. Геллер Ю.А. Погодин-Алексеев Г.И., Рахштадт А.Г. Металловедение М., «Металлургия», 1967 - 404 с.

3. Зуев В.М. Термическая обработка металлов. Учебник для учащихся начального профессионального образования - М.: Высшая школа, 2002 - 308 с.

4. Полтавец В.В. Доменное производство. М., Металлургия чугуна. 2001 - 476 с.

5. Научно-технический журнал «Литейное производство» http://www.foundrymag.ru/

Размещено на Allbest.ru