Влияние толщины отливки на структуру чугуна

Существенное влияние на структуру чугуна оказывает и ско­рость охлаждения (толщина) отливок (рис. 14.3, в). Установ­лено, что при образовании А-Г эвтектики пластинки графита врастают в расплав, а кристаллизация аустенита несколько от­стает от роста графита. В расплаве на фронте кристаллизации А-Г розеток происходит диффузионное перераспределение угле­рода. Если оно не успевает произойти, то распад жидкости проте­кает с образованием ледебурита. По мере утолщения отливки скорость охлаждения замедляется, что создает предпосылки
для исчезновения вначале цементита ледеОурита (зона II), а за­тем и цементита перлита (зона III).

На рис. 14.3, б показаны схематические изображения струк­тур различных зон, а на рис. 14.4 приведены фотографии реаль­ных структур белого, перлитного серого, ферритно-перлитногосерого и ферритного серого чугунов.

На структуру чугуна существенное влияние оказывает со­стояние расплава перед заливкой в форму. Установлено, что за­рождение графита при эвтектическом превращении происходитна подложках, которыми являются находящиеся в расплавев виде взвеси неметаллические включения (сульфиды, оксиды,нитриды). Перегрев расплава до высоких температур и его вы­держка в расплавленном состоянии приводят к растворениюи всплыванию неметаллических включений, что затрудняет

Рис. 14.4. Структуры чугунов:а — белого; б — перлитного серого; в — ферритно-перлитного серого; г — ферритного серого

процесс зарождения графита и приводит к образованию в струк­туре ледебурита. С целью устранения этого явления производят модифицирование расплава перед разливкой, для чего в него вводят ферросилиций, содержащий небольшие количества алю­миния, кальция, церия, бария и стронция. Эти элементы, взаи­модействуя с примесями чугуна (серой и кислородом), образуют неметаллические включения, «замутняющие» расплав и облег­чающие процесс зарождения графита. Модифицирование устра­няет или резко снижает количество ледебурита в структуре чугуна.

В соответствии с ГОСТ 1412-79 серый чугун обозначается бук­вами СЧ и дальше цифрами указывается гарантируемое времен­ное сопротивление при испытании на разрыв в кгс/мм² (СЧ15, СЧ20...СЧ35, СЧ40). Как следует из приведенных значений, прочность серого чугуна невысока, но он имеет хорошие литей­ные свойства: хорошую жидкотекучесть, небольшую объемную и линейную усадку, что позволяет получить отливки без прибылей с низкой вероятностью образования трещин. Серый чугун не склонен к газонасыщению и ликвации. В связи с этим он нашел широкое применение при производстве сложных корпусных де­талей, не испытывающих при работе бблыпих нагрузок.

В настоящее время до 90 % всего чугуна выплавляется в вагран­ках, которые представляют собой шахтные печи непрерывного действия, работающие по принципу противотока. На рис. 14.5, а приведена схема вагранки. Цилиндрический кожух печи 3 опирается на подовую плиту 10 и колонны 11. Внутри вагранка футеруется шамотным кирпичом 6 до уровня загрузочного окна 4, через которое в нее загружается топливо (литейный кокс), ме­таллическая завалка (чушковый чугун, лом, литники, брако­ванные детали, отходы производства и ферросплавы) и флюсы (известняк). Расход кокса достигает 20 %, а известняка — 3 %. Воздух, необходимый для горения кокса, поступает под давлени­ем (0,5... 1) • 10⁴ Па через фурменный пояс 8 и фурмы 7. Расплав­ленный чугун собирается на лещади 12 и периодически выпуска­ется через металлическую летку 13. Шлак сливают через шла­ковую летку 9. Пространство между лещадью и фурмами назы­вают горном 14, а от горна до загрузочного окна — шахтой 5. Над шахтой располагается труба, по которой газы вместе с пылью попадают в искрогаситель 2, где они омываются водой через форсунки 1 с целью смачивания и осаждения пыли.

Перед началом плавки горн и шахта на высоту около 1 м над уровнем фурм загружаются коксом холостой колоши. Кокс под­жигают и сверху забрасывают слоями шихту (кокс рабочей ко­лоши, металлозавалку, известняк).

а — вагранка; б — канальная индукционная печь

Вагранки имеют высокий КПД (до 46 %) и обеспечивают низ­кую стоимость чугуна. Основным недостатком этих печей явля­ется нестабильность состава и температуры, что особенно заметно при неритмичном отборе металла. С целью устранения этого недостатка на современных предприятиях применяют плавку в электродуговых и индукционных печах или дуплекс-процесс вагранка — канальная индукционная печь, которая использу­ется как в качестве миксера, так и с целью подогрева выплав­ленного в вагранке чугуна.

Канальная индукционная печь (рис. 14.5, б) работает по принципу трансформатора, у которого вторичная обмотка нахо­дится в режиме короткого замыкания. Железный сердечник 18, первичная обмотка 20 и кольцо вторичной обмотки 19 зафор- мовывают в набивную кварцитную футеровку 16, внутренняя полость 17 которой служит плавильным пространством. Рас­плавленный металл сливают через отверстие 21, наклоняя печь с помощью поворотного механизма. Заливку жидкого чугуна и дозагрузку твердой шихты ведут через отверстие в крышке 15. При включении тока вторичная обмотка расплавляется, перегре­тый металл перемещается по кольцевому каналу, отдавая часть своей теплоты расположенной выше шихте.