Ковкий чавун є конструкційним матеріалом, використовуваним для виготовлення дрібних тонкостінних виливків для сільськогосподарських машин, автомобілів, тракторів, арматури, фітингів та інших деталей масового виробництва (15). Завдяки компактній формі графіту (вуглецю відпалу) чавун відрізняється високими механічними властивостями і пластичністю, займаючи в цьому відношенні проміжне положення між сірим чавуном і сталлю.
Феритний ковкий чавун має високу пластичність, опором ударним навантаженням і однорідністю механічних властивостей по перетину виливків. Другою особливістю ферритного ковкого чавуну є можливість одночасного підвищення міцності і пластичності, тоді як в інших залізовуглецевих сплавах підвищення міцності завжди супроводжується зниженням пластичності. Це пояснюється тим, що при зменшенні розміру і підвищення компактності графітових включень знижується концентрація напружень, що сприяє підвищенню пластичності і одночасно позитивно впливає на міцність.
Перлітний ковкий чавун має високу міцність і середньої пластичністю, хорошими антифрикційними властивостями і високу зносостійкість, яка значно підвищується при легуванні.
Основною особливістю технології є виготовлення відливок з білого чавуну без включень пластинчастого графіту, який погіршує механічні властивості. Збільшення товщини стінок і маси виливка значно ускладнює отримання чисто білого зламу, тому область використання ковкого чавуну обмежується тонкостінними (до 50 мм) виливками масою в кілька десятків кілограмів.
Кінцеву структуру чавуну без структурно вільного цементиту отримують після відпалу. Залежно від хімічного складу чавуну і режиму відпалу можна отримати феритної, перлитную або перлітною-феритної металеву основу.
Розрізняють два види ковкого чавуну: черносердечний (темний оксамитовий злам) і біло-сердечний (блискучий світлий злам). Метою відпалу чавуну на черносердечний є розкладання структурно вільних карбідів. обезуглероживающего тільки
Відпал білого чавуну на черносердечний феритний чавун складається з п'яти етапів (80).
1. Нагрівання чавуну з вихідною структурою перліт + цементит до 900-1000 ° С.
2. Витримка при 900-1000 ° С (перша стадія графітизації), під час якої відбувається розкладання структурно вільного цементиту і насичення аустеніту вуглецем до змісту, близького до рівноважного. В кінці цього періоду структура чавуну - аустеніт -f вуглець відпалу.
3. Охолодження до температури нижче евтектоїдной (690- 700 ° С), при якій частина вуглецю виділяється з твердого розчину, і відбувається перлітного перетворення. До кінця цього періоду структура чавуну - перліт + вуглець відпалу.
4. Витяг при 690-700 ° С (друга стадія графітизації), під час якої відбувається розкладання евтектоїдного цементиту. До кінця витримки структура чавуну - ферит -f вуглець відпалу.
5. Охолодження на повітрі.
Тривалість витримки при першій і другій стадіях графитизации залежить від швидкості розкладання цементиту. Загальний Цикл відпалу зазвичай становить 50-60 год.
При проведенні обезуглероживания режим відпалу белосер- дечний чавуну (80, б) відрізняється від режиму відпалу черносер- дечний чавуну високою температурою (1000-1050 ° С) і більшою тривалістю циклу (100-110 ч).
Підвищений витрата палива, пов'язаний з тривалим циклом відпалу, і витрата руди роблять цей спосіб менш економічним, ніж спосіб отримання черносердечного чавуну. Тому на вітчизняних заводах виробляють в основному виливки з черносердечного ковкого чавуну.
При відпалі на біло-сердечний чавун виливки укладають в чавунні контейнери (горщики) і пересипають піском. Термічні печі для відпалу за характером роботи поділяють на безперервні і періодичні. У безперервних печах тунельного типу довжиною до 100 м і продуктивністю до 100 т виливків на добу переміщаються візки з контейнерами, навантаженими виливками. Печі мають різні температурні зони. Залежно від необхідного режиму відпалу встановлюють температуру і довжину кожної зони, швидкість переміщення візка.
Для відпалу чавуну на черносердечний набули поширення електричні печі елеваторного типу. Виливки завантажують на вагонетку, яка піднімається плунжером і вводиться в піч для проходження першої і другої стадії графітизації. Так як атмосфера в печі нейтральна, виливки завантажують в вагонетку без контейнерів і пакувального матеріалу. Цикл відпалу скорочується до 30-40 год.
Широко застосовують модифікування чавуну алюмінієм (0,007-0,015%), титаном (0,01-0,05%), вісмуту (до 0,003%), телуром (до 0,01%), що скорочує цикл відпалу і при деяких умовах підвищує механічні властивості.
Для прискорення циклу відпалу можливо також використання попередньої гарту або низькотемпературної обробки виливків при 300-450 ° С протягом 3-5 год, підвищення температури витримки виливків на першій стадії до 1050 ° С, підвищення вмісту кремнію в чавуні.