Передельный чугун: технические условия

Общее описание чугуна

В зависимости от примесей, использующихся для плавки чугуна, меняются и его свойства. Однако есть и те особенности, которые должны поддерживаться в любом случае. Одна из них — это массовая доля углерода в составе. Этот параметр должен быть не менее чем 2,14 %. Если показатель содержания углерода будет ниже, то это уже не чугун, а сталь. Здесь важно понимать, что как такового обычного чугуна не производится. В процессе получения этого материала в конце операции всегда добавляются присадки двух видов, по которым и происходит разделение на литейный или передельный чугун. Одна из особенностей этого сырья также заключается и в том, что температура, необходимая для его плавки, на 250-300 градусов выше, чем для стали. Чтобы расплавить это вещество, требуется температура в 1200 °С.

Особенности процесса производства стали

В производстве чугуна и стали применяются разные технологии, несмотря на достаточно близкий химический состав и некоторые физико-механические свойства. Отличия заключаются в том, что сталь содержит меньшее количество вредных примесей и углерода, за счет чего достигаются высокие эксплуатационные качества. В процессе плавки все примеси и лишний углерод, который становится причиной повышения хрупкости материала, уходят в шлаки. Технология производства стали предусматривает принудительное окисление основных элементов за счет взаимодействия железа с кислородом.

Выплавка стали в электропечи

Рассматривая процесс производства углеродистой и других видов стали, следует выделить несколько основных этапов процесса:

Расплавление породы. Сырье, которое используется для производства металла, называют шихтой. На данном этапе при окислении железа происходит раскисление и примесей. Уделяется много внимания тому, чтобы происходило уменьшение концентрации вредных примесей, к которым можно отнести фосфор. Для обеспечения наиболее подходящих условий для окисления вредных примесей изначально выдерживается относительно невысокая температура. Формирование железного шлака происходит за счет добавления железной руды. После выделения вредных примесей на поверхности сплава они удаляются, проводится добавление новой порции оксида кальция.
Кипение полученной массы. Ванны расплавленного металла после предварительного этапа очистки состава нагреваются до высокой температуры, сплав начинает кипеть. За счет кипения углерод, находящийся в составе, начинает активно окисляться. Как ранее было отмечено, чугун отличается от стали слишком высокой концентрацией углерода, за счет чего материал становится хрупким и приобретает другие свойства. Решить подобную проблему можно путем вдувания чистого кислорода, за счет чего процесс окисления будет проходить с большой скоростью. При кипении образуются пузырьки оксида углерода, к которым также прилипают другие примеси, за счет чего происходит очистка состава. На данной стадии производства с состава удаляется сера, относящаяся к вредным примесям.
Раскисление состава. С одной стороны, добавление в состав кислорода обеспечивает удаление вредных примесей, с другой, приводит к ухудшению основных эксплуатационных качеств. Именно поэтому зачастую для очистки состава от вредных примесей проводится диффузионное раскисление, которое основано на введении специального расплавленного металла. В этом материале содержатся вещества, которые оказывают примерно такое же воздействие на расплавленный сплав, как и кислород.

Кроме этого, в зависимости от особенностей применяемой технологии могут быть получены материалы двух типов:

Спокойные, которые прошли процесс раскисления до конца.
Полуспокойные, которые имеют состояние, находящееся между спокойными и кипящими сталями.

При производстве материала в состав могут добавляться чистые металлы и ферросплавы. За счет этого получаются легированные составы, которые обладают своими определенными свойствами.

Как получают чугун?

Здесь сразу стоит отметить, что производство передельного чугуна или обычного — это практически идентичные процессы, а потому описывать оба не имеет смысла. Рассмотрим лишь общую технологию плавки.

Итак, чтобы получить данное вещество, необходимо потратить большое количество ресурсов. Основным рабочим сырьем является кокс и вода. Для того чтобы удалось выплавить тонну передельного чугуна, нужно взять примерно 550 кг кокса или около 900 л воды. Количество руды, которую потратят на переработку, определить точно для каждой партии невозможно, так как ее расход полностью зависит от процентного содержания железа. Однако абсолютно любую руду использовать невыгодно, если смотреть с точки зрения экономики. По этой причине применяется сырье, которое содержит от 70 % железа в своем составе и более. Также важно отметить, что перед плавкой руда обогащается, а только после поступает в доменную печь, именно в них происходит процесс получения чугуна. Электрические печи выплавляют лишь 2 % от общего количества материала.

Основные сведения о литейном и передельном чугунах

Чугун — это железоуглеродистый сплав с большим содержанием углерода, чем в стали. Он является первичным продуктом, применяемый для передела при изготовлении стали и во вторичной плавке в производстве литья чугуна. Широкому использованию чугуна в машиностроительной отрасли способствовали его прекрасные прочностные свойства, так отдельные чугуны по прочности немного уступают углеродистой стали. В современной промышленности на долю изделий из чугуна приводится около 75% от общего объема отливок. Чугун основным образом идет на производство стали, а меньшая часть чугуна (около 20%) идет на получение литых чугунных материалов для различных областей промышленности. Чугун отличен от стали, не только по составу, но и по технологическим свойствам, таким как лучшие литейные качества, меньшая пластическая деформация и он дешевле стали.

Он подразделяется на чугун литейный, который служит основным компонентом шихты в литейном производстве и чугун передельный, который идет для передела в сталь. Основным способом производства черных металлов является получение из руды чугуна и его последующая переработка в сталь. Доменный процесс производства – это традиционный способ, который заключается в восстановлении железа из руды с последующим его науглероживанием.

Чугун передельный — в твёрдом или жидком виде первичный сплав, выплавляется в доменной печи и идет в передел на сталь. В нем низкое содержание Si и Mn и предназначен для кислородно-конвертерного передела в сталь с более узкими границами колебаний химсостава по Mn , Si и S. Содержащиеся в нем элементы, которые попадают в него из лома, руды, флюса или топлива, и иногда специально добавленные в него компоненты для получения специальных свойств – улучшают его качество. Чугун передельный – это основной первичный продукт доменного производства, который производится путем плавления металлолома и железной руды в печах. Он может находиться в форме брусков, чушек, кусков, в целом или не целом виде, в расплавленном или затвердевшем состоянии. Такой чугун хрупок, и уже не поддается обработке, но это можно будет незначительно поправить путем отжига, который придаст конечному продукту некоторые качества стали.

Чугун литейный — выплавляется в доменной печи, содержит в виде свободного графита основную долю углерода и имеет в своём составе до 3,75 % кремния. Он используется в качестве литейного сплава в литейном производстве для получения отливок. Такой чугун поставляют в чушках и отливках. Его очень легко обрабатывать резанием, создавая идеальную поверхность. Чугун литейный бывает Л1 – Л6 марок, применение которых зависит от различного назначения в соответствии с их свойствами и широко применяется практически во всех отраслях промышленности. Стабильный химический состав и малое количество примесей характеризует качество литья из чугуна, что подтверждается ГОСТом 1412-85. Литейный чугун — материал для выделения стали железа, а также для изготовления готовых изделий путем отливки в формы. Такой чугун должен удовлетворять требованиям легкоплавкости, для того чтобы при достаточно низких температурах можно было вернее выполнять форму, давать плотные отливки и незначительно изменять объем при застывании. Он должен давать отливки, которые обладают твердостью, упругостью и прочностью.
Материал подготовлен отделом рекламы компании Айтекс, специально для МПК Урал — чугун литейный, чугун передельный.

Первый этап

Весь процесс плавки разделяется на несколько этапов, связанных между собой.

Процедура начинается с того, что в топку печи загружают руду, в составе которой есть магнитный железняк. Кроме того, можно использовать руду, в составе которой имеется водная окись железа или его соль. Вместе с загрузкой рабочего минерала в печь загружаются и коксующиеся угли. Их основная задача — это поддержание высоких показателей температуры. Для того чтобы быстрее расплавить руду и получить доступ к железу, в топку отправляется флюс. Вещество, являющееся катализатором, способствует более быстрому распаду руды.

Здесь важно отметить, что перед загрузкой в печь руда обычно проходит процесс дробления, промывки, сушки. Все эти этапы способствуют удалению лишних примесей, а также увеличению скорости плавки.

Второй этап

Ко второму этапу плавки передельного чугуна приступают тогда, когда в доменную печь были загружены все необходимые материалы. Запускаются горелки, которые подогревают кокс, а тот разогревает руду. Важно знать, что при разогреве кокс начинает выбрасывать в воздух углерод, который проходит по нему, вступает в реакцию с кислородом и образует оксид. Данное летучее вещество принимает активное участие в восстановительных процессах. Однако этот процесс протекает лишь до тех пор, пока в печи остается воздух. Чем больше газа внутри домны, тем слабее этот эффект, а с течением времени он и вовсе прекращается. Когда этот момент наступает, то весь газ, имеющийся внутри печи, уходит, чтобы поддерживать высокую температуру внутри агрегата.

Весь избыток углерода смешивается с расплавленным веществом, поглощается железом, что и образует чугун. Все элементы, которые не расплавились в процессе плавки, всплывают на поверхность, откуда они удаляются. После завершения этого процесса очистки наступает момент, когда в расплавленное сырье добавляют различные присадки. Какой именно в итоге получится чугун зависит от того, какой вид присадок будет применяться.

Какие чугуны передельные?

Если более подробно рассматривать именно передельное вещество, то можно отметить несколько отличительных качеств. Во-первых, содержание марганца и кремния в составе гораздо ниже, а во-вторых, оно используется для получения стали кислородно-конверторным способом. Если говорить о литейном чугуне, то он используется для производства самой разной продукции. Здесь также важно отметить, что весь материал, относящийся к этой группе, делится на несколько типов.

Далее следует знать, что в зависимости от своего состава передельный чугун разделяется на классы:

П1 и П2 — это маркировка обычного переделочного вещества;
ПФ1, ПФ2 и ПФ3 — это фосфористое сырье;
ПВК1, ПВК2 и ПВК3 — это группа высококачественного чугуна;
чугун передельный ПЛ 1 и ПЛ2 — это категория материалов, относящихся к литейному производству.

Для примера можно рассмотреть содержание этих веществ в сырье, имеющем средний показатель качества. Содержание Si от 0,2 до 0,9 %, Mn от 0,5 до 1,5 %, Р не более 0,3 %, S не более 0,06 %.

Передельный и литейный чугун

По назначению чугуны делятся на передельные, идущие в переплавку на сталь (а также частично для литейногопроизводства) и литейные, применяемые исключительно для фасонного литья.

Чугуны передельные чушковые (ГОСТ 805-80) марок П1 и П2 используют в сталеплавильном производстве; марок ПЛ1 и ПЛ2 — в литейном производстве; используют также фосфористые чугуны марок ПФ1, ПФ2, ПФ3 (0,8…2 % Р) и высококачественные марок ПВК1, ПВК2 и ПВК3. Марки меньшего номера содержат больше кремния (до 1,2 %), марки большего номера — не свыше 0,5 % Si. По массовому содержанию марганца чугуны делят на группы, фосфора — на классы, серы — на категории. Чугуны высококачественные содержат не более 0,025 % S и 0,05 % Р. В передельном чугуне весь углерод находится в связанном состоянии в виде карбида железа. Такой чугун в изломе имеет белый цвет и характерный металлический блеск. Структура состоит из перлита, ледебурита и избыточного цементита, поэтому чугун отличается высокой твердостью, хрупкостью, низкой прочностью и трудоемкостью механической обработки. Поэтому передельные чугуны применяют для производства стали. Кроме того, из передельного чугуна делают отливки деталей с последующим отжигом на ковкий чугун.

Чугуны литейные (ГОСТ 4832-80) поставляются в чушках для дальнейшей переплавки в литейных цехах. Литейный чугун выплавляют при большем расходе кокса из шихты с достаточным содержанием кремнезёма. Эти чугуны используют для производства фасонного чугунного литья. Литейный чугун мягок, серого цвета. Углерод, входящий в его состав, находится преимущественно в свободном состоянии в виде графита. В связи с тем, что кремний способствует выделению углерода в виде графита, в литейном чугуне содержание кремния доходит до 3,7%, а количество марганца, способствующего выделению углерода в форме цементита, допускается до 1,3%. Выплавляются чугуны марок Л1 (3,2…3,6 % Si); Л2 (в каждой последующей марке кремния содержится на 0,4 % меньше); ЛЗ, Л4, Л5, Л6 (1,2…1,6 % Si), а также рафинированные магнием (с шаровидным графитом) марок ЛР1 (3,2…3,6 % Si); ЛР2, ЛРЗ, ЛР4, ЛР5, ЛР6 и ЛР7 (0,8…1,2 % Si). По массовому содержанию марганца, фосфора и серы литейные чугуны, как и передельные, делят соответственно на группы, классы и категории. Чугуны I категории марок ЛР1 — ЛР7 содержат не более 0,005 % S. Массовое содержание углерода как в передельных, так и в литейных чугунах составляет 3,2…4,5 %.

←Передельный и литейный чугун
→Технология получения чугуна

Особенности химического состава

Если рассматривать химический состав, требуемый техническими условиями, то нужно отметить важную особенность. Основное предназначение передельного чугуна — это переплавка в сталь, а потому требования к его качеству и составу определяются сталеплавильными процессами.

Одной из слабых сторон такого технологического процесса стало то, что он не в состоянии справится с такой примесью, как сера. А так как основная разница между чугуном и сталью в содержании углерода, то становится ясно, что основная задача, которая должна быть выполнена, это удаление углерода из состава. Для того чтобы достичь этой цели, необходимо чтобы химический состав позволял провести процесс окисления. Именно при помощи окисления углерода он удаляется из передельного чугуна.

Однако здесь необходимо понимать, что при окислении углерода под воздействие попадут и другие примеси — кремний, марганец, в меньшей степени — железо. Полученные вещества в ходе этого процесса называют оксидами, после чего их переносят в разряд шлака. Конечным продуктом такой индустрии становится железистый шлак — это отходы с повышенным содержанием железа, которые существенно затрудняют удаление серы из состава. По этой причине массовая доля элемента S должна быть минимальна в составе передельного чугуна.

Производство стали

Чтобы получить сталь из чугуна надо уменьшить в нем количество углерода, марганца, серы и фосфора. Сталь получают в кислородных конверторах, мартеновских печах и электропечах.

Мартеновское производство менее производительное, чем конверторное, но лучше регулируется процесс, используются чугунные чушки и металлолом. Мартен это регенеративная пламенная печь. Газ сгорает над плавильным пространством, где создается температура 1750… 1800 o С. Газ и воздух предварительно подогреваются ( до 1200…1250 o С) в регенераторах. За счет тепла сгоревших газов, выходящих в трубу. Два регенератора : один работает, а другой накапливает тепловую энергию. Для интенсификации процесса ванну продувают кислородом. Раскисление ванны проводят ферросилицием и феромарганцем в ванне, а окончательное – алюминием и ферросилицием в сталеразливочном ковше.

Сталь высокого качества выплавляют в дуговых и индукционных электропечах. Процесс примерно такой же как и в мартеновской печи, но температура выше, поэтому можно получать в электропечах тугоплавкую сталь , содержащую хром, вольфрам и др. Два периода при выплавке электростали: окислительный (выгорают Si, Mn, C, Fe) за счет кислорода, воздуха и оксидов шихты; восстановительный — раскисление стали, удаление серы. Для этого вводят флюс, состоящий из извести и плавикового шпата.

Индукционная плавка применяется обычно для переплавки сталей и получения высоколегированных и специальных сталей в условиях вакуума или специальной регулируемой атмосферы.

Источник: Н.В. Храмцов. Металлы и сварка (лекционный курс)

Читать также: Угол заточки ленточных пил по дереву

Сталь остается основным конструкционным материалом для строительной, машиностроительной и множества других отраслей промышленности. Разделение железоуглеродистых сплавов зависит от содержания углерода. Условно можно считать, что при содержании до 2% углерода это сталь, более 2% — чугун. В литературе в трудах великого материаловеда Гуляева уточняется, что граница раздела 2,14% справедливо только при ничтожно малом содержании любых других элементов, кроме железа и углерода. Не удивительно, что он используется при производстве на крупных комбинатах и небольших литейных цехах.

Использование высокоуглеродистых сплавов в сталеплавильном переделе может быть реализовано в холодном виде. Он имеет форму пирамидки, выплавленной предварительно на металлургических комбинатах из руды и флюсующих материалов и разлитых на специальных разливочных машинах. Преимуществом использования такого типа сырья является неограниченная логистика и гарантированный химический анализ такого материала. Это позволяет в сталеплавильных цехах произвести предварительные подготовительные работы по борьбе с серой, фосфором и другими элементами которые негативно влияют на физические свойства готовой продукции.

На крупных металлургических комбинатах с полным циклом для выплавки стали используют чугун в жидком виде. Перед тем как получит сталь из чугуна, его производят в доменном цехе. Во время выпуска из доменной печи, чугун сливается в ковши, защищенные футерованным слоем от высокой температуры. В этих ковшах его привозят в сталеплавильный цех, где его сливают в большую емкость, в которой смешивается до 1800 тонн чугуна из разных доменных печей. Эта емкость называется миксер. В ней происходит усреднение по химическому анализу и температурному показателю. На многих заводах применяют ковши – миксера. По команде сталевара печи, конвертера или начальника смены из миксера выдается взвешенная порция в ковшах на следующий передел.

К этому времени в сталеплавильном агрегате уже находится разогретый до определенной температуры стальной лом. Чугун заливается на этот лом. Дальше наводя и убирая шлак, меняя его основность и температуру, сталевар доводит расплав до необходимой температуры и химического состава. Такой процесс производства экономит большое количество энергоносителей и снижает себестоимость в производственных масштабах.

Основными агрегатами для использования чугуна при производстве стали являются конвертера, мартеновские, дуговые электрические, индукционные печи.

В мартеновских печах реализован процесс рекуперации тепла. Поток горячего воздуха, проходя над расплавленной ванной печи, нагревается и нагревает регенераторы. Через определенный промежуток времени меняется направление потока воздуха и он, соприкасаясь с регенераторами, нагревается. Более высокая температура воздуха повышает калорийность сжигания теплотворного газа. Изобретенная в 1864 году Пьером Мартеном этот агрегат сегодня считается перевернутой страницей в истории металлургии. Действующие мартены не в состоянии справиться с конкуренцией и требованиям, предъявляемых к выплавляемой стали.

Конвертер это агрегат, в котором скрап и передельный чугун в жидком виде продувается кислородом или воздухом. Окисление углерода происходит с дополнительным выделением тепла. Таким образом, решается одновременно две задачи – уменьшение углеродного эквивалента и достижение температурных показателей достаточных для борьбы с серой и рядом других элементов. Больше половины стали в мире производят в конвертерах.

Электродуговая печь является неотъемлемым элементом производства нержавеющих, легированных, специализированных сталей. Тепло в этой печи наводится электрической дугой, которая возникает между электродами и металлической ванной. Чугун ложится в завалку или заливается после предварительного нагрева металла. Дальше добавляются флюсующие материалы и вспениватели шлака. Это позволяет вывести серу и фосфор из металла.

В индукционной печи чугун преимущественно используется в виде холодного шихтовального материала при выплавке сталей. Невозможность влиять на содержание серы и фосфора при плавке в такой печи к чугуну предъявляют особо высокие требования по содержанию этих элементов.

Производство стали из чугуна оправданно в крупных масштабных производствах и небольших литейных цехах и участках.

Переработка в других устройствах

В зависимости от того, каким именно методом чугун перерабатывался в сталь, будут предъявляться и разные технические условия к составу.

Использовав кислородно-конверторное устройство, можно избавиться от такой примеси как фосфор. Чем выше массовая доля этого элемента, тем выше хладноломкость сырья (растрескивание при низких температурах).

Если взять, к примеру, мартеновские печи, то в них можно переплавить чугун в сталь практически любого вида. Однако здесь важно следить за количественным содержанием фосфора и кремния. Чем выше массовая доля этих элементов, тем дороже будет процесс переделки. К тому же сильно увеличивается и время, необходимое на завершение работы. По этой причине в составе материала их содержание не должно превышать средних значений по технической документации. Стоит отметить, что содержание марганца в передельном чугуне не лимитируется. Это объясняется тем, что он способствует процессам, связанным с удалением серы.

Передельный литейный чугун характеризуется тем, что содержание кремния в нем выше — до 1,2 %.

Государственный стандарт

Как и в случае с другими промышленными материалами, чугун должен изготавливаться по строгим правилам, описанным в государственном стандарте. Для передельного чугуна — ГОСТом 805-95 устанавливаются все технические условия, по которым он должен создаваться. Регламентируется количественное содержание всех химических элементов в каждой из групп.

Технические требования по ГОСТу

В документации указаны пункты, которые должны соблюдаться в любом случае, а есть те, которые устанавливаются потребителем при договоре с производителем.

К первой категории относятся следующие правила:

Марки чугуна, относящиеся к ПЛ1 и ПЛ2, должны поставляться на места переработки с обязательным указанием массовой доли углерода в составе.
Если передельный чугун выплавляется из руд, принадлежащим к медесодержащим, то массовая доля этого элемента в конечном итоге не должна превышать 0,3 %.
Производство этого материала осуществляется в чушках, без пережимов, с одним пережимом или двумя пережимами максимум. В местах пережима толщина чушки (слитка) не должна превышать 50 мм.
Масса чушки не должна превышать такие значения, как: 18, 30, 45, 55 килограммов.
На поверхности этих агрегатов не должно быть каких-либо остатков шлака.

Требования потребителя

ГОСТ 805 для передельного чугуна также регламентирует несколько технических требований, которые потребитель вправе установить при заказе у производителя. К ним относятся следующие пункты:

Марки передельного чугуна, относящиеся к ПЛ1 и ПЛ2, должны изготавливаться с массовой долей углерода в составе от 4 до 4,5 % включительно.
Если рассматривать эти же марки ПЛ1 и ПЛ2, которые впоследствии будут использоваться для изготовления отливок из чугуна с шаровидным графитом, то массовая доля хрома в таком веществе не должна превышать 0,04 %. Также при изготовлении высококачественного передельного чугуна по ГОСТ, для дальнейшего производства поршневых колец, следует ограничить содержание марганца до 0,3 %, а хрома до 0,2 %.
Если нет специальных заявок, то обычный передельный и высококачественный материал должен изготавливаться с содержанием марганца более 1,5 %. Если производится передельный чугун фосфористой группы, то содержание фосфора более 2 %.
Массовая доля кремния в таких марках, как ПЛ1, ПФ1 и ПВК1, должна быть более 1,2 %.
Очень важный пункт — это содержание серы, которое допускается не более 0,06 % в типах чугуна П1, П2 и ПЛ1, ПЛ2.

Чугун литейный

Помимо вышеприведенных для получения отливок используются и многие другие марки чугуна.

Чугуны для отливок различаются по структуре, химическому составу, назначению и технологии получения.

В зависимости от того, в каком виде формируется высокоуглеродистая фаза при кристаллизации или термической обработке по структуре, различают отливки: 1) из графитизированного чугуна, характеризуемого наличием в структуре свободного графита различной формы; 2) из белого чугуна (БЧ), характеризуемого отсутствием в структуре свободного графита (высокоуглеродистая фаза находится в виде цементита); 3) из половинчатого, отбеленного чугуна (0Ч). В последнем случае поверхностный слой отливки имеет структуру белого чугуна, а в центре — графитизнрованного серого чугуна.

Форма графита в графитизированных чугунах разнообразна: пластинчатая (ПГ), вермикулярная — червеобразная (ВГ), хлопьевидная (ХГ) и шаровидная (ШГ). Эти формы графита определяют основные типы чугунов: серый чугун (СЧ), чугун с вермикулярным графитом (ЧВГ), ковкий чугун (КЧ), высокопрочный чугун с шаровидным графитом (ВЧШГ). При этом структура металлической основы может быть от ферритной до аустенитной. Государственными стандартами регламентировано около 100 марок чугуна.

По химическому составу различают нелегированный и легированный чугун.

По назначению чугуны могут быть разделены на несколько укрупненных групп в зависимости от предъявляемых к отливке требований.

К укрупненным группам относятся отливки:

а) машиностроительные из серого чугуна, у которого наблюдаются характерные механические свойства, хорошая обрабатываемость, улучшенные литейные свойства, облегчающие получение отливок наиболее сложной конфигурации, и наибольшая дешевизна; в пределах данной группы могут быть выделены: отливки для станкостроения, для автомобилестроения, для тяжелого машиностроения, для электрической промышленности и т.д.;

б) с повышенной прочностью и вязкостью из высокопрочного или ковкого чугуна;

в) с повышенной поверхностной твердостью из отбеленного чугуна или подвергаемые поверхностной закалке;

г) с резко выраженными специальными свойствами из легированных чугунов.

По технологии получения различают отливки, получаемые в разовых песчаных формах, в оболочковых формах, в металлических формах (кокиль), в песчаных формах, изготовленных по газифицируемым моделям, в керамических формах, изготовленных по выплавляемым или выжигаемым моделям. Особенность технологического процесса в последних двух вариантах заклюй чается в отсутствии разъема формы и стержней. Модель из формы удаляется либо в процессе заливки формы металлом (газифицируемые модели), либо предварительно выплавляется или выжигается из керамической формы. Газифицируемые и выжигаемые модели изготовляют из полимеров (пенополистирол, полистирол), а выплавляемые — из легкоплавких составов на основе парафина, стеарина, церезина и др. Осваивается производство отливок из черных сплавов (в том числе из чугуна) литьем под давлением.

Целесообразный способ получения отливки зависит от типа производства, массы отливки, ее габаритных размеров и конструктивных особенностей.

Выбранный способ характеризуется определенными точностью и шероховатостью поверхности получаемых отливок.

Наиболее универсальным способом получения отливок, пригодным как для единичного, так и для массового производства отливок массой от десятков граммов до десятков тонн, является литье в разовые песчаные формы. В металлических формах получают разнообразные фасонные отливки массой от долей до 100 кг, хотя в отдельных случаях масса отливки составляет сотни килограммов (например, чугунные трубы, получаемые центробежным способом, и др.). При литье в металлические формы целесообразна серия для мелких отливок св. 400 шт., для крупных отливок св. 20 шт.

Литьем в оболочковые формы получают в основном коленчатые валы и ребристые цилиндры, станины электродвигателей, корпуса токарных патронов, нагревательные комфорки бытовых электроплит, детали различных двигателей, компрессоров, насосов, вентиляторов, текстильных машин, гидроаппаратуры, кондиционеров и т. д. Максимальные размеры отливок до 1000 х 1000 мм, масса отливок до 200 кг. Учитывая необходимость изготовления нагреваемой металлической оснастки, целесообразна серия не менее 300-500 шт.

Литьем по выплавляемым моделям изготовляют мелкие отливки сложной конфигурации массой до 1,5—2 кг, реже до 5—6 кг, для которых требуются повышенная точность и малые параметры шероховатости поверхности. При данном способе имеется возможность максимально приблизить заготовку по размерам и конфигурации к готовой детали. При использовании деревянных пресс-форм для изготовления моделей целесообразна серия 50— 100 шт., гипсовых — 200 шт., металлических — несколько тысяч.

Данные относятся к отливкам II— III группы сложности на размеры до 500 мм включительно, расположенных в одной части формы. Точность размеров, оформляемых в двух и более частях формы, а также отливок повышенной сложности и больших габаритов может быть ниже.

На характеристики точности отливок влияет их сложность, вид модельной оснастки. Например, при ручной и машинной формовке с использованием встряхивания и подпрессовки при обычных давлениях можно применить деревянную модельную оснастку, тогда как при прессовании форм с высоким давлением используют металлическую модельную оснастку, что отражается на себестоимости отливок и становится целесообразным лишь при их определенной серии (обычно не меньше нескольких сот штук).

Отливки, получаемые в песчаных формах, по выплавляемым моделям, под давлением делятся на шесть групп сложности, а отливки, получаемые в оболочковых формах, в кокиль или центробежным способом — на пять групп. Основными признаками при классификации являются геометрическая форма, конфигурация наружных поверхностей; конфигурация и характер расположения внутренних полостей отливок; технологические особенности изготовления. В качестве примера приведены конструктивные признаки отнесения отливок, получаемых в песчаных формах, к различным группам сложности,

Приведена ориентировочная точность чугунных отливок, изготовляемых в песчаных формах, в зависимости от группы сложности отливок и наибольшего габаритного размера.

Себестоимость отливок, кроме материала, их группы сложности и серии, определяется точностью, зависящей от применяемого способа изготовления, и в общем случае увеличивается с повышением точности отливок. Однако это увеличение может быть перекрыто экономией при дальнейшей механической обработке более точных литых заготовок, в результате уменьшения или ликвидации припусков на механическую обработку.

Цена отливок, получаемых в кокиль, более низкая по сравнению с отливками, полученными в песчаных формах. Однако это зависит от серийности выпуска отливок. С уменьшением серийности цена будет снижаться для отливок, изготовляемых в песчаных формах, и при единичном и мелкосерийном производстве литье в кокиль становится нецелесообразным, даже с учетом возможной выгоды, получаемой при механической обработке вследствие повышения точности отливок.

Приемка и контроль качества

В документе также установлены правила приемки товара и операции по контролю качества.

Прием этого материала разрешается осуществлять только партиями. Партией считается чугун, принадлежащий к одной марке, группе, типу и виду, а также имеющий документ, который подтверждает качество продукции. Чаще всего в таких бумагах указывают: товарный знак предприятия, которое изготавливало продукт; наименование предприятия, выступающего в роли потребителя; марку, группу, класс и категорию чугуна, штамп контроля и еще несколько пунктов.

Если говорить о методах контроля, то здесь необходимо проверять качество чешуек. Для этого использовать увеличительные приборы необязательно. Для того чтобы провести контроль качества, касающийся чешуек, используется тот метод, который был оговорен между потребителем изделия и производителем. Если масса партии до 20 тонн, то отбирают 10 проб чешуек с разных мест. Если масса превышает 20 тонн, то необходимо отобрать 20 проб с поверхности чугуна.

Структурное качество

Стоит добавить, что существует особое разделение чугуна на такие виды, как: белый, серый, ковкий, высокопрочный. Деление на типы осуществляется в зависимости от структуры материала.

К примеру, к категории белого чугуна относится та партия материала, в которой весь углерод пребывает в химически связанном состоянии, а также имеет вид цементита. Из-за наличия этого вещества окраска чугуна становится белой, откуда и название.

Если говорить о сером чугуне, то здесь основное отличительное качество — это углерод, который представлен в виде графита с формой изогнутых пластин или же чешуек. Из-за большого количества этих элементов, излом чугуна обладает серым цветом. Сплав железа с углеродом производят в больших количествах в Китае, Японии, России, Индии, Южной Корее, Украине.

Литейная сталь и чугуны

Кроме изготовления стальных конструкций путем сварки или сборки болтовыми соединениями, широко используются и методы литья. Мы не будем останавливаться на способах литья, отметим лишь, что литейные сплавы должны обладать совокупностью свойств, характеризующих способность расплавленного металла образовывать качественные отливки. Среди черных металлов вполне приличными литейными свойствами обладают литейные стали и чугуны.

Важны, в основном, две характеристики – наличие достаточно большого интервала температуры плавления и минимальная величина усадки при затвердевании. Для литейных сталей температура плавления лежит в пределах 1400-1525°С и литейная усадка 1,6-1,2 %; для чугунов эти величины равны 1150-1200°С и 0,8-1,2 %, соответственно.

Литейные стали имеют химический состав, мало отличающийся от химического состава нелегированных низкоуглеродистых. Содержание углерода оказывает серьезное влияние на литейные свойства стали – чем оно выше, тем хуже литейные свойства. Поэтому марки литейных сталей обычно ограничиваются содержанием углерода 0,17-0,25 %, редко выше. Так как литейные стали, в отличие от конструкционных сталей, изготавливаются при наличии кислой обкладки в печах, а не основной, как при изготовлении конструкционных сталей, то и содержание вредных примесей в них несколько выше, а именно, содержание серы и фосфора ограничено величинами не более 0,05%. Обозначаются литейные стали так: сначала содержание углерода в сотых долях процента, округленное до числа, кратного пяти, затем добавляется буква Л: сталь 15Л, 25Л, 35Л.

Чугуны имеют значительно большее разнообразие вследствие того, что структура чугуна и его свойства зависят как от химического состава, так и от скорости охлаждения. В зависимости от формы графита и количества цементита выделяют: белый, серый, ковкий и высокопрочный чугуны. Чугуны содержат постоянные примеси (кремний, марганец, фосфор и серу), а в некоторых случаях легирующие элементы, как полученные в результате доменных процессов из-за особенностей состава руд, так и привнесенные дополнительно (хром, ванадий, алюминий и др.)

Белые чугуны – это железо-углеродистые сплавы, содержащие от 2 до 6,67% углерода, в структуре которого углерод присутствует только в виде цементита. Свое название этот чугун получил из-за светлого цвета излома.

Железо-углеродистые сплавы, у которых углерод полностью или частично находится в свободном состоянии в виде графита, называются серыми чугунами. Излом такого чугуна имеет серый цвет. В зависимости от степени распада цементита на перлит и графит, могут быть ферритоперлитные, перлитные или перлитоцементитные серые чугуны.

Ковкий чугун получают длительным отжигом белого чугуна, в результате которого образуется графит хлопьевидной формы; металлическая основа такого чугуна – феррит и реже перлит.

Высокопрочный чугун имеет в своей основе шаровидный графит, который образуется в процессе кристаллизации. Шаровидный графит ослабляет металлическую основу не так сильно, как пластинчатый.

Обозначения литейных чугунов: Л1, Л2,… Л6; рафинированный марганцем ЛР1, ЛР2 … ЛР6, чугун с пластинчатым графитом (СЧ с номером, обозначающим величину временного сопротивления разрыву в кгс/мм), чугун с шаровидным графитом (ВЧ с числом, аналогичным предыдущему). Содержание углерода в них 3,5-3,6 %, кремния 1,6-3,6 %; марганца 0,3-1,5 %, фосфора 0,08-1,2 % и серы 0,02-0,05 %.

Кроме этих, существуют специальные формы чугуна (антифрикционный и легированный), но они, как правило, в практике горячего цинкования не встречаются.
Возможно Вас так же заинтересуют следующие статьи:

Отходы травления серной кислотой
Экономика горячего цинкования
Технология «Ferrokill Tegoflux»
Контроль процессов коррозии ванны расплава
Применение индукционного нагрева в линиях горячего цинкования стальной ленты