Художественное литьё из чугуна, особенности

Технология литья из чугуна

Технология литья из чугуна впервые была освоена в Китае около Х века н.э., в Европе впервые упоминается в 14 веке, как материал для производства пушек. В России первое «литье чугунное, для делания пушек пригодное» относиться к эпохе Ивана IV Рюриковича. Расцвет эпохи чугуна наступил в 19-20 веках. В это время из него делали мосты и трубопроводы, фонари и ограды, элементы архитектурного декора и несущие конструкции зданий. Кроме того, из того же материала отливали рельсы, детали станков, и двигателей. Отдельно стоит упомянуть чугунную посуду, утюги и отопительные приборы.

Чугун также являлся исходным компонентом для производства стали мартеновским способом. Объем его производства был важнейшим показателем экономической мощи страны и ее военного потенциала. С изобретением недорогих технологий производства и обработки сплавов алюминия и стали значение чугуна как конструкционного материала заметно снизилось. Широкое развитие производства высокопрочных пластиков и композитных материалов окончательно оттеснило чугун с передовых позиций.

Процесс литья из чугуна

Чугун производится в доменных печах — огромных сооружениях, высотой с десятиэтажный дом. После расплавления руды и удаления примесей происходит отливка чугуна в стальные формы — изложницы. Получающиеся слитки (чушки) – содержат чугун определенной марки и готовы к дальнейшему переделу. На литейных заводах из них отливают различные готовые изделия.

Процесс литья из чугуна

Основные этапы процесса литья из чугуна:

1. Подготовка модели готового изделия
2. Изготовление формы для отливки
3. Расплавление чугунных чушек
4. Отливка расплава в формы
5. Извлечение отливок и их окончательная обработка

Существует несколько методов изготовления моделей и подготовка форм

Дизайн интерьера и архитектура

Каслинское литье представляет собой один из видов народных промыслов по изготовлению множества разновидностей художественных изделий из чугуна. Свое название данный вид искусства получил благодаря месту расположения производственных литейных мощностей для их изготовления. Это завод архитектурно — художественного литья, расположенный в городе Касли, входящем в административный состав Челябинской области.

Виды каслинских изделий

Среди множества чугунных изделий, выполненных с помощью техники каслинского литья, можно выделить следующие их виды:

• Чугунные скульптуры.
• Изделия декоративно — прикладного искусства.
• Предметы для декора архитектурных сооружений.

Каслинские чугунные изделия характеризуются высокой декоративностью и изяществом линий, несмотря на то, что они сделаны из такого специфического материала, как чугун. Ведь все мы привыкли к тому, что чугунные изделия, как правило, должны быть неуклюжими и громоздкими. Но каслинские изделия напрочь опровергают это представление — и порой даже не верится, что они действительно изготовлены из чугуна.

Скульптура из чугуна » Запорожский казак и гадалка»

История возникновения промысла

На сегодняшний день история возникновения и развития каслинского литья насчитывает уже более двух с половиной столетий. В середине XVIII века ( в 1747 году) в Касли был основан » железоделательный и чугуноплавильный завод», основоположником которого стал состоятельный купец Яков Коробков.

Место для размещения нового завода было выбрано неслучайно — именно в Касли располагалось крупное месторождение уникального природного сырья — высококачественного формовочного песка. Кроме того, в окрестностях городка было огромное количество древесины для топки и поддержания нужной температуры в доменных печах.

Спустя четыре года после основания завода, предприятие перешло в собственность Демидовых. К этому времени качественные чугунные изделия Каслинского завода уже приобрели широкую известность во многих европейских и азиатских странах. Предприятие приносило своим владельцам немалую прибыль, тем более, что все сырье для производства чугунных изделий добывали практически на месте, и его себестоимость составляла копейки.

Чугунный бюст Александра Суворова

Однако позже Демидовы все — таки продали завод купцу Льву Расторгуеву, который значительно увеличил объемы производства чугуна. Уже в первое десятилетие XIX века на Каслинском заводе работали многие талантливые российские формовщики и чеканщики, а также известные скульпторы того периода — выпускники Петербургской Академии художеств М. Д. Канаев и Н. Р. Бах. Благодаря их усилиям с течением времени при заводе была открыта собственная художественная школа, в которой готовили новых мастеров, обучая их искусству художественного литья.

Процесс работы каслинских мастеров в начале XX века

Таким образом, качество чугунных изделий постепенно совершенствовалось, и параллельно росла известность Каслинского завода во всем мире. В середине XIX века изделия из чугуна, сделанные на заводе в Касли, получили Малую золотую медаль на выставке в Лондоне и Париже. Надо ли говорить, что это было чрезвычайно важным и знаковым событием в истории завода, и положении его продукции на мировом рынке значительно укрепилось.

Скульптура » Конь в изгороди» ( 1860 год)

В конце XIX века, в 1896 году в Нижнем Новгороде была проведена Всероссийская выставка, на которой изделия каслинских мастеров были представлены в удивительно красивом ажурном павильоне, сделанном с помощью техники чугунного литья.

Чугунный павильон на выставке ( 1896 год)

Своеобразным украшением павильона являлась чугунная скульптура » Россия», изображающая женщину — воина со щитом в руках — работа скульптора Н. А. Лаверецкого. В данном случае статя являлась символом страны, и представители завода наотрез отказались продавать ее заинтересованным покупателям, несмотря на предложенную высокую цену.

Н. А. Лаверецкий. Скульптура » Россия» ( 1896 год)

Далее была выставка в Париже ( 1900 год), где Каслинским заводом был представлен огромный павильон в виде дворца в византийском стиле, сделанный из чугуна.

Павильон из чугуна в византийском стиле ( выставка 1900 года)

Однако, вслед за триумфом последовала череда лет, тяжелых для Каслинского завода. Так, на его работе негативно сказалась Первая Мировая война, затем Октябрьская революция и Гражданская война. Великая Отечественная война тоже нанесла немалый урон заводу — было приостановлено производство художественных изделий из чугуна и утеряны многие секреты мастерства.

И только спустя 12 лет после окончания Второй Мировой войны началось постепенное и кропотливое восстановление производственных мощностей завода. Позже был возобновлен выпуск художественных изделий.

Скульптурный портрет А. С. Пушкина

Технология изготовления чугунных изделий

Основные характерные особенности художественных чугунных изделий Каслинского завода сложились еще в XIX веке, в период расцвета и всемирной известности предприятия. Среди особенностей изделий из чугуна можно назвать следующие:

1. Графическая четкость и строгость линий силуэта.
2. Скульптурная точность элементов и тщательность работы над каждой деталью изделия.
3. Неподвижные плоскости и игра бликов на изломах изделий.
4. Специальная рецептура краски для покрытия готовых чугунных изделий, которая получила название » голландская сажа».

За время работы завода на нем трудились и творили многие известные скульпторы: Е. А. Лансере, П. К. Клодт, П. — Ж. Мене, Н. А. Лаверецкий, Р. И. Бах и О. Таежная.

Е. Лансере. Скульптура «Черкес и женщина на лошади».

На сегодняшний день коллекция уникальных произведений чугунного литья представлена в Музее изобразительного искусства в Екатеринбурга и в музее самого завода в городе Касли.

Чугунная скульптура » Кавказский пленник»

Основные методы чугунного литья

Современная промышленность использует много различных методов производства чугунного литья. Они сводятся к нескольким основным методам литья:

• в формы из глиняно-песчаной смеси (так называемое литье «в землю»)

внутрь формы помещается модель готового изделия, полностью повторяющаяся его форму, но превышающая его по размерам на величину литейной усадки. Глиняно-песчаная смесь трамбуется и уплотняется, обеспечивая полное прилегание к модели. Литье чугуна в форму осуществляется через специально предусмотренные отверстия — литники.

• в гипсовые формы (и из других отвердевающих растворов);
• в оболочковые формы;
• в кокиль (металлические защищенные формы);
• по выплавляемым моделям;
• под давлением.
• В газифицируемую модель

Специалисты различают несколько видов чугуна, в зависимости от содержания тех или иных примесей.

Серый чугун содержит от 2,9% до 3,7% графита и кремний, обладает отличными литейными свойствами:

• низкая температура плавления
• высокая текучесть расплава
• малая усадка.

Является подходящим материалом для корпусов станков и механизмов, поршней и блоков цилиндров двигателей. Высокая хрупкость исключает применение материала в деталях, работающих на изгиб и растяжение. Литье серого чугуна преимущественно проводится в песчаные формы и в кокиль.

Высокопрочный чугун, ВЧШГ, содержит графит в шаровидной форме. Этот вид графита отличается высокой вязкостью и ковкостью, пригоден для кузнечной обработки. Из него отливают трубы, трубопроводную арматуру, ответственные и высоконагруженные детали механизмов.

Изделия из высокопрочного чугуна производят также методом литья в газифицируемую модель. Литье чугуна производится в форму из песчаной смеси, уплотненной вокруг полистироловых блоков моделей.

Для улучшения механических свойств отливки из высокопрочного чугуна подвергают термической обработке. Ее основные этапы:

• нагрев до 850 °C;
• выдержка в нагретом состоянии несколько часов;
• медленное остывание в минеральном масле при 350 °C.

Читать также: Схема реле регулятора 1213702

Термообработка повышает однородность материала и снимает внутренние напряжения в отливке, снижая вероятность возникновения трещин в процессе эксплуатации

Литье в оболочковые формы

Этот способ является, как и предыдущие, способом литья в разовые формы. Для изготовления тонких оболочковых форм нужно в 20-30 раз меньше формовочных материалов, чем для песчаных или форм из ЖСС. Способ применяют для чугунных, стальных и для алюминиевых отливок, простой конфигурации без внутренних полостей в серийном производстве.

Литье в оболочковые формы, которые изготавливают из формовочных смесей (кварцевый песок с термореактивной связующей смолой) по горячим моделям.

В качестве связующего для изготовления оболочковых форм в производстве используется пульвербакелит –

смесь фенолоформальдегидной смолы CФП-011Л с 7% уротропина.

Уротропин

применяется как ускоритель отвердевания. Малотоксичен, относится к 3кл опасности, ПДК – 9 мг/м3 (ГОСТ 1381-73).

В настоящее время альтернативы термореактивным смолам на основе фенолоформальдегида для изготовления оболочковых форм по технологичности и качеству поверхности форм не найдено.

Способ обеспечивает получение шероховатости поверхности Rz =80…40 мкм, и точность – 12…14 квалитет. Способ легко можно механизировать и автоматизировать.

Производство чугуна

Производство чугуна из ряда главных показателей экономической мощи страны отошло в ряд второстепенных, но не потеряло своего значения для экономики.

Лидером в производстве чугуна с почти десятикратным отрывом является Китай- 543,748 млн. т в год, следом идут Япония 66,943 млн. т, Россия — 43,945 млн. т и Индия — 29,646 млн. т. Китай производит более 50% мирового чугуна.

Чугун производится в доменных печах, подготовленная железная руда плавится вместе с добавками, в качестве топлива используется коксующийся каменный уголь или природный газ.

Основное потребление чугуна происходит сегодня в качестве компонента для выплавки стали. Развитие чугунного производства идет в основном в направлении повышения его энергоэффективности, экологичности и снижения издержек.

Уникальные свойства чугуна — дешевизна, прочность и коррозионная стойкость позволяют черному металлу уверенно смотреть в будущее.

Виды чугуна

Оптимальное сочетание технологических и эксплуатационных свойств этого многокомпонентного сплава объясняет его широкое распространение в различных отраслях промышленности. Свойства чугуна зависят от структуры основной массы, количества и расположения графитных включений. с учетом этих параметров и осуществляется классификация материала по ГОСТ 2443-77. Причем все характеристики оцениваются по специальным шкалам. Согласно классификации, различают следующие виды чугуна:

• серый;
• высокопрочный;
• ковкий;
• антифрикционный;
• легированный.

Среди них наилучшим литейным сплавом является серый. Из него получают самые разнообразные отливки, причем с наибольшим выходом годного литья. Неплохими свойствами обладает и высокопрочный материал с шаровидным графитом. Он позволил добиться снижения массы конструкций при сохранении надежности и долговечности.

Но все же основным составом для чугунного литья является штыковой чугун, получаемый в доменных печах. Вместе с ним в переплавку обычно поступает возврат, ферросплавы, а также стальной лом для улучшения механических свойств отливок.

Чугунные отливки

Чугунные отливки бывают разных размеров — от мелких деталей до многометровых станин крупных станков. Конфигурация их тоже бывает самая разнообразная — от простеньких втулок до изысканных литых решеток и ворот.

Отливки из чугуна также подразделяются:

1. по назначению – на общие и специальные, такие, как антифрикционные, жаропрочные и т.п.
2. по структуре материала – на ферритные, перритные и смешанные
3. По виду содержащегося графита — на шаровидные, пластинчатые, хлопьевидные и вермикулярные
4. По содержанию углерода — на белые, серые и отбеленные

В металлургической науке существуют и другие классификации чугунных отливок.

Способы литья

Наиболее современный способ это литье по газифицируемым моделям. Этот способ позволяет не только осуществлять литье чугуна, но и получать стальные отливки. Способ отличается экономичностью, экологичностью и возможностью повторного использования материала форм.

Способ состоит из следующих этапов.

Подготовка моделей

Модели делают из предварительно вспененного и подсушенного полистирола с размером зерна 0,3— 0,9 мм. (в зависимости от габаритов детали). Материал задувается в формы, запекается и охлаждается.

Литье по газифицируемым моделям

Модели склеивают или спаивают в блоки. Далее блоки опускают в ванну, чтобы нанести противопригарное покрытие и высушивают. Если конфигурация изделия сложная, то покрытие наносят из сопла.

Формовка

Блоки моделей помещают в опоку, размещенную на вибрирующем основании, постепенно засыпая их песчано-глиняной смесью, их «землей». Иногда засыпку производят слой за слоем, отдельно уплотняя каждый.

Засыпанные и уплотненные формы перевозят в заливочный цех. Вакуумный насос завершает уплотнение песка и придание ему достаточной прочности.

Заливка металла

Металл заливают прямо в материал модели. Жидкий расплав испаряет полистирольные модели и заполняет все детали рельефа.

Продукты сгорания полистирола удаляются вакуумным насосом прямо через стенки формы.

Завершающие операции

Отливки из чугуна остывают в форме. Темп снижения температуры и общая его длительность определяется весом детали, толщиной ее стенок и требованиями производственного процесса. Далее формы разбиваются, отливки очищаются от остатков противопригарной краски, удаляются литники.

Преимущества чугунного литья

Чугунное литье отличается от отливок из других материалов рядом преимуществ, таких, как:

• дешевизной
• высокой прочностью и износостойкостью
• высоким качеством поверхности, сводящим к минимуму последующую механическую обработку

Характеристики и применение чугуна

Важно отметить, что при использовании современных методов литья дешевле получается не только сама отливка, но и конечная продукция. Многие производства, в конце 20 века заменившие чугунные детали своих изделий на стальные, вернулись или планируют вернуться к проверенному временем материалу на новом этапе его развития.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Большинство машин, различного рода сооружений, имеющих широкое использование на Земле, изготовлено из металлов. И особое место среди них занимают черные металлы, к которым, главным образом, относятся железо и его сплавы.

Читать также: Медь в свободном виде

Чугун — «самый литейный металл». Доля чугунных отливок в машиностроении составляет от 40 до 80%.

Чугунами называют железоуглеродистые сплавы с содержанием углерода более 2,14 %, которые имеют в структуре эвтектическую состав­ляющую, графитную или ледебуритную эвтектику.

Около трех четвертей всех отливок производят из чугунов: серого, легированного, ковкого и высо­копрочного. Наиболее распространён серый чугун.

Чугун имеет ряд существенных преимуществ перед сталью. Это и лучшая заполняемость литейных форм, и меньшая объёмная усадка, и, что немаловажно, низкие затраты на выплавку.

Литейка.ру — флагман российского чугунолитейного производства. На протяжение 30 лет мы занимаемся литьём чугунных отливок на заказ с повышенными физико-механическими свойствами.

Основные направления

Литье хромистого чугуна ЧХ, ИЧХ

• Детали и аппараты, изготовленные методом износостойкого литья хромистого чугуна, применяют в промышленности, где происходит взаимодействие с азотом, либо при производстве насосов и иных механизмов.
• Литье хромистого чугуна ЧХ, ИЧХ используют для изготовления колосников, печных лопастей, гребней и других комплектующих для печей, поскольку они обладают стойкостью к влиянию высоких температур.
• Подходит для производства лопаток, брони и прочих деталей для механизмов.
• Изготавливаем на заказ специальные сосуды для транспортировки абразивных и агрессивных масс.

Износостойкое литье из хромистых чугунных сплавов (ИЧХ, ЧХ) характеризуется высокой прочностью. Изделия из ИЧХ практически не поддаются механическим повреждениям при работе, выдерживают высокие температуры вплоть до 1000-11000 С.

Хромистые чугуны подвергают легированию хромом, никелем или кремнием, поэтому они относятся к чугунам особого назначения. Повышенная износостойкость продукции позволяет эксплуатировать изделия из ИЧХ и ЧХ в агрессивной среде и при температуре до 11 000 С.

ООО «ЛИТТЕХ» выполняет литье хромистого чугуна из износоустойчивых сплавов, предназначенное для комплектации изделий промышленного назначения. При производстве используем собственные специально разработанные сплавы ХЧ, ИЧХ. Разрабатываем, проектируем и изготавливаем продукцию по чертежам и оснасткам клиента.

Производственные мощности ООО ЛМЗ «ЛИТТЕХ» рассчитаны на выпуск крупных партий продукции, поэтому выполняем и доставляем заказы в срок.

Общие свойства чугуна

Чугун производят в доменных печах. Температура нагрева от горения газа и угольной пыли повышается. В результате получают 2 типа высокоуглеродистых сплавов:

Передельный сплав, в основном белый, очень твердый. Он содержит углерод в связанной форме, на изломе зерно белого цвета. Очень твердый, режущим инструментом не обрабатывается. Используется как основное сырье для получения сталей различных марок.

Остальные виды чугуна: серый, ковкий, высокопрочный. Они имеют высокую жидкотекучесть, используются для изготовления деталей методом литья в формы с последующей обработкой резанием. Твердость значительно выше, чем у незакаленных сталей. Высокое сопротивление стиранию. К недостаткам относится хрупкость, низкий предел сопротивления на изгиб и кручение.

Ковким назвали чугун за относительно высокую пластичность и устойчивость к динамическим нагрузкам. Он прочнее серого, благодаря компактным хлопьевидным включениям графита, расположенным между зерен. У высокопрочного сплава графит имеет шарообразную форму. Остальные виды чугуна содержат свободный углерод в виде пластин графита по границам зерен и относительно легко ломаются. На самом деле никакой вид чугуна ковать нельзя.

При обработке чугуна резанием на малой подаче и скорости получается поверхность с высокой чистотой. Размеры с точностью до 0,02 мм.

Производство чугуна

При запуске доменной печи в нее послойно засыпают кокс и агломерат — обогащенная железная руда с флюсом. Снизу через форсунки вдувается кислород, подогретый газ. В процессе сгорания угля происходит химическое превращение его в двуокись углерода CO2, затем в окись — CO, которая окисляет железо, выделяя его из руды и делая твердым.

Доменный процесс непрерывный. Руда и флюс добавляются регулярно. Когда скапливается определенное количество чугуна, его выпускают в ковш, затем разливают по формам. Жидкий шлак предотвращает окисление расплавленного металла. Его сливают после чугуна через леток, расположенный выше, и вывозят за пределы цеха. В дальнейшем используют как сырье для производства цемента и в строительстве.

Преимущества чугунного литья

Изготовление деталей из чугуна стоит значительно дешевле, чем сделать аналогичные изделия из стали или бронзы. Повышенное содержание фосфора делает чугун жидкотекучим. Он легко заполняет все пустоты в форме, включая мелкие элементы. По красоте и разнообразию чугунные решетки выглядят лучше кованых. Они устойчивы к влаге, не требуют регулярного ухода.

Читать также: Ппу изоляция что это

Литье из чугуна имеет самые разные формы, может длительное время находится в воде и земле, невосприимчивы к низким температурам. Изготовление труб и фитингов, муфт, вентилей имеет простую технологию,по сравнению с другими материалами.

Усадка чугуна во время остывания практически отсутствует. Это позволяет делать отливки с минимальными отходами: малыми прибылями, без накопителей. Обработка деталей сводится к проточке посадочных мест.

Чугунные втулки ставятся в подшипники скольжения на низкооборотистые валы. Имея высокую износостойкость стиранием, они служат дольше шарикоподшипников и стоят в несколько раз дешевле.

Технология литья из чугуна

Литье чугуна производится в строгой последовательности:

• загрузка шихты,
• непрерывный процесс плавления в доменной печи,
• заливка готового чугуна в ковш,
• разливка по подготовленным формам,
• охлаждение,
• отжиг,
• очистка от окалины.

При изготовлении труб и полых деталей применяют центробежное литье. При этом способе в быстро вращающуюся форму заливают чугун. Под действием центробежной силы жидкий металл растекается по поверхности на заданную толщину.

Остальные детали заливают по форме, которая заранее изготавливается, в землю.

Где заказать чугунное литье?

Услуги по производству чугунного литья на заказ в Москве и Московской области предлагает ЗАО «Завод специального машиностроения «Маяк». Имеющиеся производственные возможности позволяют изготавливать отливки, масса которых составляет до 40 тонн. При этом для изготовления литья используются различные сплавы чугуна. Также среди преимуществ сотрудничества с ЗАО «Завод специального машиностроения «Маяк»:

• гарантии качества производимой продукции (все изделия соответствуют требованиям ГОСТ и проходят лабораторные испытания);
• применение различных технологий в зависимости от потребностей заказчика;
• минимальные сроки изготовления;
• профессионализм и значительный опыт работы, позволяющий решать задачи любого уровня сложности;
• выгодная ценовая политика.

Возникли вопросы? Сотрудники ЗАО «Завод специального машиностроения «Маяк» готовы проконсультировать по всем аспектам заказа литья.

Процесс литья из чугуна

При накоплении в нижней части печи достаточного количества жидкого металла пробивают леток, и раскаленная масса льется в ковш, из которого и производится непосредственно литье чугуна в формы. Инструмент для разливки — ковш, имеет внизу отверстие с пробкой. Через него производится заливка мелких деталей. Для габаритных тяжеловесных отливок, когда надо быстро заполнить форму, могут использовать носик в верхней части ковша, наклонив его с помощью крана.

Подготовка моделей

Модели изготавливаются из различных материалов. Для изготовления малых партий и единичных заготовок крупногабаритных деталей используют дерево. Модель повторяет наружную форму детали с припусками на усадку. В места расположения отверстий вставляют стержни из формовочной смеси.

В качестве материала для изготовления моделей используют:

Для изготовления больших партий отливок, начиная с нескольких сотен, со сложной конфигурацией используют изготовленные на станках ЧПУ и другом оборудовании модели из бронзы, латуни, алюминиевых сплавов. В результате получается отливка с большой точностью наружных размеров, не нуждающаяся в обработке.

Формовка

Модель вставляют в металлическую форму, и оставшееся пространство заполняют песчано-глиняной смесью. Для получения плотной оболочки смесь уплотняют на вибростендах или утрамбовывают ручным пневмоинструментом.

Большие формы заполняют в несколько этапов, подсыпая смесь. Затем модель вынимают. Поверхность формы обрабатывают антипригарным составом и сушат.

Заливка металла

Формы выставляют в один ряд на специально подготовленное место. Над ними устанавливаются литники для заливки. Ковш заводится над формами и быстро заполняет их. Если чугун льется долго, отливки будут неравномерно охлаждаться, могут образоваться расслоения металла внутри.

Завершающие операции

После заливки формы остаются в яме для равномерного остывания на 12–60 часов. Продолжительность процесса зависит от наибольшего сечения отливки.

Остывшую форму достают, освобождают деталь от формовочной смеси и вместе накопителями и прибылями помещают в термическую печь на отжиг. Металл нагревают до 800⁰–900⁰, в зависимости от массы отливки и марки чугуна. Затем выдерживают при заданной температуре несколько часов. Чугун вместе с печью медленно остывает до 300⁰. Затем отливку достают, и охлаждение продолжается на воздухе.

После отжига структура чугуна выравнивается, снимаются напряжения. Теперь обрезаются технологические надставки и другие элементы. Производится зачистка поверхности от остатков формовочной смеси, окалины.