Близько 72% всіх виливків по масі отримують з чавунів: сірого (
3%) і високопрочен-ного (
Сірий чавун - найбільш поширений ливарний сплав. Високі ливарні властивості цього чавуну дозволяють отримувати найрізноманітніші литі деталі. Виливки добре обрабат-ються на металорізальних верстатах. Литі деталі з сірого чавуну в середньому дешевше приблизно в 1,5 рази, ніж сталеві, в кілька разів дешевше виливків з кольорових сплавів.
Сірий чавун з пластинчастим графітом використовують головним об-разом для виливків деталей машин. Він зазвичай містить 2,2- 3,7% С, 0,2-1,0 Мп, до 0,3% Р, до 0,15% .S. Марки сірого чавуну наведені в табл. П5.
Мікроструктура чавуну залежить від його хімічного складу і швидкості охолодження, обернено пропорційній товщині стінки виливки.
Детально способи отримання різної структури і її впливав-ня на властивості чавунів розглянуті в другому розділі гл. XI.
Ливарні властивості. Сірий чавун має високу жідкотеку-честь і малу усадку. Жидкотекучесть підвищується зі збільшенням вмісту С, Si, Р і знижується зі збільшенням S. Особливо високо-кую вологотекучість має чавун для тонкого художнього лиття (1,0-1,2% Р). При перегрів чавуну вище tіл його рідко-плинність підвищується.
Модифікування забезпечує отримання найбільш благо-приємною структури - з дрібними включеннями графіту Завіхост-ренной форми і застосовується для отримання чавунів марок СЧ25- СЧ45 з перлітною основою. Модифікування здійснюють не-великими добавками 75% -ного феросиліцію, силикокальция і інших модифікаторів в кількості 0,3-0,6% від маси чавуну.
Перегрів чавуну перед модифицированием повинен бути тим вище, чим вище марка чавуну. Витримка чавуну після модифікування повинна бути менше живучості модифікування, ина-че його ефект зникне (5-15 хв.)
Леговані чавуни - хромисті, нікелеві і ін. Застосовують для виливків відповідального призначення. Легування чавунів покращує механічні властивості, корозійну стійкість, ізно-состойкость, жароміцність і інші властивості. Як легованої-ючий елементів застосовують Ni, Cr, Mo, Mn, Al, Сі, Ti. Низ-колегірованние чавуни (до 3% легуючих елементів) напів-чилі широке застосування в машинобудуванні. Ці чавуни дешевше відповідних сталей і мають гарні ливарні свій-ствами.
Більш широке застосування знаходять виливки з високолегіро-ванних чавунів з особливими фізичними властивостями, наприклад, кислотостойких (26-36% Сг), немагнітних (до 12% Мп, до 2% Сі). Ці чавуни дешевше відповідних сталей і мають гарні ливарні властивості.
Високоміцний чавун з кулястим графітом має значно більш високу міцність і пластичність, ніж сірий чавун. Марки високоміцного чавуну (див. Табл. П6). Такий чавун отримують модифікування магнієм, іноді Mg-FeSi лигатурой, церієм і іншими модифікаторами, які вводять в розплавлений чавун, що знаходиться в ковші. Один з найбільш раціональних способів - зміна в спеціальних автоклавах з дав-ленням до 600-800 кПа. Модифікатор, наприклад, 0,2-0,4% Mg від маси чавуну поміщають в контейнер з отворами, який вводять в рідкий метал. Магній розплавляється, випаровується (t кип = 1100 ° С), його пари проходять через чавун, частково виокрем-ляясь і згораючи на поверхні. Чавуном «засвоюється» до 0,05% Mg.
Властивості чавуну в основному визначаються його металевою основою (перліт, перліт і ферит, ферит) і можуть бути значи-тельно поліпшені термічною обробкою. У деяких марок чавуну Qв = 800/1200 МПа.
З високоміцних марок чавуну виготовляють колінчаті вали, деталі турбін і інші відповідальні вироби.
Ковкий чавун з пластівчастим графітом отримують продовж-них відпалом виливків з білого чавуну. Механічні свій-ства ковкого чавуну залежать головним чином від його металеві-ської основи. Перлітні чавуни КЧ 45-7 і інші мають більш високу міцність при зниженій пластичності. Феритні ковкие чавуни, наприклад, КЧ 37-12, маючи меншу міцність, володіють більш високою пластичністю (табл. П7). У Феритний ковкому чавуні при зменшенні розмірів і більшою мірою сфероїдизації пластівчастого графіту одночасно підвищується міцність і пластичність, що консенсусу немає в інших чавунах.
Одна з основних особливостей технології отримання ков-кого чавуну полягає в тому, що вихідний матеріал - білий чавун, що містить 2,2-3,2% С, 0,7-1,4% Si, <=1 % Мп, до 0,2 % Р, до 0,2 % S, имеет низкие литейные свойства: пониженную жидкотекучесть и значительно большую усадку, чем у серого чугуна. Вторая особенность состоит в том, что отливки из белого чугуна могут быть получены сравнительно небольшой толщины. Практи-чески ковкий чугун применяют для получения отливок с тол-щиной стенки до 30—40 мм и массой до нескольких кило-граммов.
Плавка чавуну. У ливарному виробництві більше 90% чавуну виплавляють в вагранках. За останні роки дуже швидке раз-витие отримала плавка в електричних печах (індукційних і дугових), що забезпечує отримання чавунів високої якості. Швидко розвивається також дуплекс-процес, особливо варіант вагранки - індукційна піч.
Вагранка найбільш поширеною конструкції по-казана на рис. 220. Шихтові матеріали (чавун, kokg і ін.) За-жувати зверху через завантажувальний вікно за допомогою бадді з від-Кідну дном. Повітряне дуття подають через фурми в нижню частину печі; в великих вагранках вони розміщені в два-три ряди, по три-чотири фурми в ряду. Розплавлений чавун і шлак сте-кают в горн і далі в копильник, де відбувається усереднення хі-мічного складу чавуну. Пічні гази видаляються в трубу з іскрогасником.
Перед початком роботи в нижню частину вагранки до рівня на 600 - 800 мм вище
Мал. 220. Схема пристрою вагранки е копильником: / - • фундамент; 2 - опорні колони> 8 - відкидна кришка (днище); 4 - під; 5 - повітряні фурми; 6 - вен »тілятор; 7-шамотна футеровка; 8 - * кожух; 9 - чавунні плити; 10 - за, грузочно вікно; І - іскроуловлювачів? 12 - труба; 13 - завантажувальний бадья; 14 - річка вагранки; 15 - копильник? 16 - вічка для випуску шлаку; 17 - вічка для випуску чавуну; 18 - ківш
фурм завантажують кокс і розпалюють його, обра-чаплі так звану холод-просту Колоша. Вона необ-дима для того, щоб чавун та інші матеріали розплився-влялісь в плавильному співаючи-се - зоні найбільш високих температур, трохи вище пояса фурм; шматки нерасплавівшіеся чавуну, опус-каючись в горн, викликали б його охолодження.
На неодруженої колоші по-очередно завантажують порції проплавляющей металу, коксу і вапняку і т. Д.
По ходу плавки, в міру опускання шихтових матеріалів, про-водять їх подальшу систематичну завантаження.
Розплавлений чавун випускають в розливний ківш, про-бівая і знову закладаючи вручну чавунну летку. Шлак у міру необхідності випускають через шлакову летку.
За останні роки плавка чавуну в вагранках була значи-тельно вдосконалена. Все ширше застосовують вагранки більш досконалої конструкції - з шахтою конусного профілю, водоохлаждаемой плавильної зоною без футеровки, поділом чу-гуна і шлаку за допомогою спеціальних сифонів. Замість холод-ного дуття застосовують гаряче дуття із збагаченням повітря ки-слородом. Це дозволяє інтенсифікувати процеси плавки, підвищити продуктивність вагранок до 80-100 т / год, знизити витрату дорогого і дефіцитного коксу. Значно підвищується і якість виливків завдяки отриманню більш «гарячого» чавуну (1450-1500 ° С).
При добавках до шихті карбіду кремнію у вигляді спеціальних брикетів значно підвищується чистота чавуну по Неметали-ного включень, оксидів, розчиненим газам.
Плавка чавуну в електричних пе-чах - індукційних і дугових - набуває все більшого значення у зв'язку з розвитком виробництва модифікованих, високоміцних і інших якісних чавунів.
Найбільш досконалими є індукційні печі (ти-гельние), щоб забезпечити отримання точного хімічного складу чавуну, його рафінування, високий перегрів.
Широкий розвиток одержує дуплекс-процес, при якому чавун плавлять в вагранці, а його доведення, рафінування, перегрев- в індукційній печі. Такий спосіб дозволяє отримувати чавун високої якості при зниженому витраті електроенергії. При-міняють також комбіновану плавку: дугова піч - Індуктори ционная тигельна піч і інші варіанти дуплекс-процесу ..
Особливості ливарних форм. Для сірого і високоміцного чавунів при виборі матеріалів форми враховують температуру сплаву при заливці, яка становить зазвичай для сірого чавуну 1200-1400 ° С, в разі розливання з перегрівом - 1450-1500 ° С. При «гарячому» чавуні формовочная і стрижнева суміші, формувальні фарби і пріпиліте повинні мати підвищену термохімічну стійкість.
При виборі літніковойсистеми враховують хорошу текучість і малу усадку чавуну. Для простих виливків нерідко роблять литник з одним живильником. У більшості випадків чавун підводять в тонкі перетину виливків. При великих і складних від-лівках застосовують літніковие системи з декількома живильниками для рівномірного заповнення всіх частин форми. Внаслідок ма-лій усадки прибутку влаштовують тільки для великих виливків або для їх масивних частин.
Білий чавун має знижену жидкотекучесть і перед за-лівкой його нагрівають до 1450-1500 ° С. Тому формувальні суміші повинні мати підвищену непрігораемость. Через велику усадки цього чавуну формувальні суміші повинні мати підвищений-ву податливість; форми в цьому випадку мають великі прибутки.
Заливає чавун в форми. Невеликі форми заливають з руч-них ковшів місткістю 15-50 кг. Для заливки більш круп-них форм використовують механізовані ковші барабанного типу місткістю до 5 т. У таких ковшах менша ймовірність виплеску і чавун охолоджується повільніше, ніж в ковшах з відкритою поверхнею. Для попередження попадання шлаку в ковші влаштовують шлакозадержівающіе перегородки.
Кожух ковшів роблять з листової сталі, всередині їх футеруют вогнетривкої шамотної масою, великі ковші - шамотним кир-пічом. Футеровку ковша сушать і прогрівають до 600-800 ° С щоб уникнути охолодження сплаву.