Высокопрочный чугун и чугун с вермикулярным графитом

высокопрочный чугун в литом состоянии получают путемвведения в расплав низкосернистого серого чугуна таких эле­ментов (сфероидизаторов графита), как магний, церий, иттрий,кальций и др. Исходное содержание серы не должно превышать0,02 %, так как в противном случае увеличивается расход мо­дификатора и затрудняется получение стабильной по сечениюотливки структуры.

Маркировка высокопрочного чугуна аналогична маркировкековкого. Например, ВЧ45 обозначает высокопрочный чугунс гарантированным временным сопротивлением 450 МПа.

Чугуны марок В^и50 и ВЧ60 имеют преобладающе перлитнуюметаллическую основу, а ВЧ38 и ВЧ42 — ферритную. Перлитнаяоснова получается в литом состоянии, а для получения феррит­ной необходим графитизирующий отжиг, при котором раз­лагается эвтектоидный цементит. Структуры высокопрочногочугуна приведены на рис. 14.8.

а б

Рис. 14.8.Структуры высокопрочного чугуна:а — ферритного; б — ферритно-перлитного

Основная трудность при производстве высокопрочного чугуназаключается в снижении содержания серы в расплаве перед мо­дифицированием и во введении в расплав магния, который яв­ляется основным модификатором. Для получения расплавас низким содержанием серы тщательно подбирают исходную
шихту, плавку ведут в печах с основной футеровкой или удаля­ют серу обработкой шлаковыми смесями. Трудность во введении магния заключается в низкой температуре его кипения (1107 °С), высокой упругости паров и химической активности, что приво­дит к выбросам металла из ковша и пироэффекту. Разработано большое количество методов обработки расплава чугуна модифи­каторами; схемы основных из них представлены на рис. 14.9.

Рис. 14.9. Методы получения высокопрочного чугуна: а — в ковше; б — в автоклаве; в — в герметизированном ковше; г — внутриформенным модифицированием

Для модификаторов с низким содержанием магния типа Ni-Mg и Fe-Ce-Mg проблем не возникает, так как они практи­чески не дают пироэффекта и их можно вводить непосредственно под струю при переливе чугуна из печи 1 в ковш 2. Для обработки расплава чистым магнием применяют автоклавы или гермети­зированные ковши. В первом случае навески магния закрепля­ются в графитовом колокольчике 4, который с помощью пневма­тического привода 3 может вводиться в ковш с расплавом чугуна 5, помещенный с помощью тележки 7 в автоклав 6. Избыточное
давление порядка 0,5 МПа исключает бурное кипение магния и выброс металла из ковша.

Эта же цель достигается и при использовании герметизиро­ванного поворотного ковша. Магний 9 укладывают в специальной камере, закрываемой плотной крышкой 8, после чего в ковш 11 заливают расплав чугуна и горловину закрывают крышкой 10, оборудованной надежным креплением к корпусу ковша. После поворота ковша в вертикальное положение начинается прогрев, испарение магния и его усвоение расплавом. Перед заливкой чугуна крышку с горловины удаляют.

Весьма перспективным считается внутриформенное модифи­цирование, при котором кальциево-магниевая лигатура на основе ферросилиция в измельченном состоянии засыпается в реакцион­ную камеру 13 литниковой системы. Металл, проходя из стояка 12 в шлакоуловитель 14 и далее в полость формы 15, растворяет мо­дификатор.

Магний и особенно церий стабилизируют цементит. Поэтому содержание углерода и кремния в высокопрочном чугуне поддер­живают на верхнем пределе (до 3,8 и 3 % соответственно). Кроме того, после модифицирования с целью сфероидизации графита расплав дополнительно модифицируют ферросилицием для уст­ранения или уменьшения отбела.

Литейные свойства высокопрочного чугуна лучше, чем у ков­кого, но для него характерно появление в изломе массивных частей отливки так называемых «черных пятен» — продуктов взаимо­действия магния с серой и кислородом, смешанных с графитом.

Основная область применения высокопрочного чугуна — вы- соконагруженные ответственные детали сельскохозяйственной техники, коленчатые валы двигателей, металлургическое обору­дование. Плавят высокопрочный чугун в электродуговых и индук­ционных печах с основной футеровкой, хотя в отдельных случаях используют и вагранку, футеруя ее магнезитом.

Чугун с вермикулярным графитом занимает промежуточ­ное положение между чугунами с шаровидным и пластинчатым графитом, сочетая хорошие литейные свойства с высокой проч­ностью, ударной вязкостью и теплопроводностью. Этот материал считается хорошим заменителем чугуна для деталей дизелей, испытывающих термоциклические нагрузки, таких как блоки и головки цилиндров.

По структуре чугун с вермикулярным графитом (ЧВГ) явля­ется недомодифицированным высокопрочным чугуном. Форма графита в нем не столь совершенна, наряду со сферическими включениями графита встречаются пластинчатые. Вся труд­ность в производстве этого чугуна заключается в узком интер­вале стабильности эффекта модифицирования. Колебания по со­держанию магния приводят к образованию или чисто сфериче­ской формы графита, или пластинчатой. Задачу решают двумя способами. В первом случае используют более слабые сфероиди- заторы графита (Се и Са), а во втором — модифицируют расплав до гарантированного получения шаровидного графита и добав­ляют деглобуляризаторы (Ti, Al, Sb).

Плавка чугуна с вермикулярным графитом аналогична плавке высокопрочного чугуна.