Ковкий чугун и технология изготовления отливок
Ковкий чугун по своим технологическим и механическим свойствам занимает промежуточное место между серым чугуном и сталью. В своем составе он имеет свободный углерод, получаемый в процессе отжига в результате распада цементита (Fe3C). После отжига чугун приобретает пластические свойства, поэтому он условно и называется ковким, хотя и не подвергается ковке. Для получения отливок процесс плавки ведут на получение белого чугуна (с белым изломом), в котором углерод в основном находится в химически связанном состоянии. Отливки, полученные из такого чугуна, подвергают отжигу. В зависимости от химического состава и способа отжига ковкий чугун делят на две группы: ферритный (черносердечный) и перлитный (белосердечный).
Ферритный ковкий чугун до отжига имеет следующий химический состав: 2,2—3,1% С, 0,7—1,5% Si, 0,3—0,6% Mn, до 0,18% Р; до 0,12% S и до 0,08% Cr.
Отжиг отливок из такого чугуна производят в нейтральной среде. Для этого отливки укладывают в специально отлитые из чугуна ящики (горшки), засыпают песком, закрывают крышкой и щель между ящиком и крышкой обмазывают глиной. Горшки с деталями устанавливают в печь и производят отжиг деталей по принятому режиму, согласно графику на рис. 102.
Процесс отжига состоит из двух стадий графитизации. Первая стадия заключается в нагреве отливок до температуры 950—1000°C и длительной выдержке их при этой температуре. Во время нагрева и выдержки структурно свободный цементит распадается на аустенит и перлит с выделением углерода отжига. Вторая стадия графитизации заключается в охлаждении отливок до 760—700° С и выдержки их при этих температурах. В процессе охлаждения и выдержки происходит распад аустенита на перлит и феррит и распад цементита, входящего в состав перлита, на феррит и углерод отжига. Отжиг отливок на ферритный ковкий чугун длится 30—60 час. Согласно ГОСТ 1215—59, выпускается несколько марок ферритного ковкого чугуна (табл. 37).
Из ковкого ферритного чугуна отливают детали для автомобилей, тракторов, различных сельскохозяйственных машин и другого назначения, которые в процессе работы испытывают сложные напряжения и ударные нагрузки.
Перлитный (белосердечний) ковкий чугун до отжита имеет следующий химический состав: 2,8—3,1% С, 0,7—1,5% Si, 0,3—1,0% Mn, до 0,18% Р, до 0,12% S и до 0,02% Cr.
После отжига содержание углерода в чугуне уменьшается. Белосердечный ковкий чугун получают путем отжига в окислительной среде. Такой чугун имеет серебристый излом. Микроструктура отливки по сечению резко меняется: у края металл имеет структуру феррита, к центру перлитно-ферритную или перлитную с углеродом отжига. Для отжига отлитые детали укладывают в горшки и засыпают рудой, затем горшки закрывают крышками и устанавливают в печь. Процесс отжига производят по принятому режиму, согласно графику, приведенному на рис. 103. Процесс отжига состоит из нагрева деталей в печи до 950— 1100°C и длительной выдержки их при этой температуре. Во время нагрева и выдержки при этой температуре структурно свободный цементит распадается на перлит, феррит и углерод отжига.
Перлитный ковкий чугун имеет меньшее удлинение, чем ферритный чугун, поэтому его применяют для менее ответственных отливок (арматуры, фитингов, нипелей, гаек и др.).
Отжиг деталей на ковкий чугун производят в камерных, методических (непрерывного действия) и электрических печах. В качестве топлива применяют каменный уголь, мазут и газ. Емкость камерных печей составляет 30—35 т, расход топлива 7000 кал/кг в условных единицах — 30—50% от веса отжигаемого литья.
Производительность печей непрерывного действия до 60 т отливок в сутки. В таких печах вагонетки с отливками проталкиваются специальными толкателями и проходят температурные зоны по установленному графику отжига. Расход топлива в методических печах составляет около 25% от веса отжигаемых отливок.
В электрических печах все циклы работы выполняются автоматически. Детали нагреваются и охлаждаются в соответствии с графиком температурного отжига. Печи оборудованы установками для подачи неактивных газов в зону нагрева деталей. Газы предохраняют поверхность отливок от окисления. В электрических печах легко регулируется температура и для отжига деталей требуется времени примерно 1,5—2 раза меньше, чем в методических и камерных печах. Производительность печей составляет 9—17 т в сутки при расходе электроэнергии около 310 квт*ч/т.
