- •Литейные сплавы и плавка предисловие
- •Литейные свойства сплавов
- •1.1. Технологические свойства сплавов и важность их определения для практики
- •1.2. Номенклатура литейных свойств сплавов
- •1.3. Жидкотекучесть. Технологические пробы
- •Взаимосвязь толщин стенок отливок и площади их поверхности при литье в кокиль
- •Взаимосвязь толщины стенок отливки и площади их поверхности при литье под давлением
- •1.4. Склонность отливок к образованию усадочных раковин и пористости
- •V1, v2, v3 и v0 - объемы сплава при соответствующих температурных условиях
- •Температурные коэффициенты объемного сжатия (ткос) в жидком состоянии (индекс «ж») и объемная усадка затвердевания (индекс «з»)
- •1.5. Линейная усадка сплавов и отливок
- •1.6. Усадочные напряжения в отливках
- •1.7. Склонность сплавов и отливок к горячим трещинам
- •1.8. Склонность сплавов и отливок к холодным трещинам
- •3.9. Склонность сплавов к насыщению газами и образованию газовой пористости
- •Растворимость водорода в металлах
- •1.10. Неметаллические включения и плены в сплавах
- •1.11. Склонность компонентов сплавов к ликвации
- •1.12. Зависимость механических свойств сплавов от толщины стенок отливок
- •Механические свойства и рекомендуемый химический состав серого чугуна по гост 1412-85
- •Механические свойства серых чугунов, не предусмотренные гост 1412-85
- •Физические свойства чугунов
- •5.3. Высокопрочный чугун
- •Механические свойства*1 и рекомендуемый химический состав высокопрочного чугуна с шаровидным графитом по гост 7283—85
- •5.4. Чугун с вермикулярным графитом
- •Зависимость механических свойств и объема усадочных раковин в чвг от содержания шаровидного графита (шг)
- •5.5. Ковкий чугун
- •Содержание с и Si в отливках из ковкого чугуна в зависимости от толщины стенок
- •Механические свойства и рекомендуемый химический состав ковкого чугуна по гост 7293-79 (изм. В 1991 г.)
- •Марки, содержание углерода и механические свойства литейных углеродистых сталей по гост 977-88
- •Средний химический состав легированных сталей, мае. %
- •Механические свойства легированных сталей
- •Литейные сплавы цветных металлов
- •6.1. Алюминиевые сплавы
- •Химический состав и механические свойства алюминиевых литейных сплавов по гост 1583—93
- •* В данной таблице обозначения способов литья те же, что в табл. 6.1; то — термическая обработка; ств — временное сопротивление разрыву; стт — предел текучести; 5 — относительное удлинение.
- •Химический состав литейных титановых сплавов, мае. %
- •Линейная усадка 8/ и объем ву.Р усадочных раковин в отливках титановых сплавов
- •Механические свойства бронз
- •Механические свойства латуней
- •Средний химический состав и прочностные свойства никелевых литейных сплавов при температурах 800 и 900 °с
- •Основные понятия и определения
- •Классификация огнеупорных материалов
- •Типовые операции и процессы плавки литейных сплавов Горение топлива
- •Шлакообразование. Строение шлаковых расплавов
- •8.3. Окислительное рафинирование
- •8.4. Закономерности угара элементов в кислых и основных печах
- •Удаление вредных примесей из железоуглеродистых сплавов
- •8.7. Раскисление металла
- •Науглероживание расплавов железа
- •Взаимодействие футеровки с расплавами шлакаи металла
- •Исходные материалы для плавки литейных сплавов Первичные металлические материалы
- •Соотношение содержаний с и Si в литейных чугунах
- •9.2. Вторичные металлические материалы
- •Вторичные черные металлы
- •Физические характеристики* важнейших шихтовых материалов
- •Топливо
- •Важнейшие характеристики каменноугольного кокса
- •9.4. Флюсы
- •Состав известняка, мае. %
- •9.5. Расчет шихты
- •Список компонентов шихты и ограничений по их содержанию
- •Угар (пригар) химических элементов при плавке чугуна
- •Угар элементов при выплавке цветных сплавов, отн. %
- •Примечание. В числителе — угар при плотной шихте, в знаменателе — угар при некомпактной шихте.
- •Примечание. Минимальное значение функции равно 2720,49 руб./т.
- •10.1. Принцип действия и разновидности конструкций коксовых вагранок
- •Особенности горения кокса в вагранках
- •Изменение температуры и химического состава газовой фазы по высоте вагранки
- •Влияние высоты холостой колоши на процесс плавки в вагранке
- •Влияние размеров рабочих колош на процесс плавления шихты в вагранке
- •Влияние качества кокса на тепловые процессы в вагранке
- •Влияние подготовки шихты на ход ваграночной плавки
- •Влияние величины удельного расхода кокса и воздуха на ход ваграночной плавки
- •Способы интенсификации ваграночного процесса
- •Металлургические процессы плавки в коксовой вагранке
- •Расчет требуемого расхода известняка
- •Данные о характере газовой фазы в зонах вагранки
- •Значение коэфициента к науглероживания в холостой колоше
- •Зависимость концентрации серы в чугуне от содержания ее в коксе
- •Особенности плавки в вагранках с основной футеровкой
- •Особенности плавки в металлургических вагранках
- •Особенности плавки чугуна в коксогазовых вагранках
- •Плавка чугуна в бескоксовых вагранках
- •Стабилизация химического состава чугуна, выплавляемого в вагранках
- •Плавка чугуна в дуговых печах
- •11.2. Технология плавки
- •Особенности конструкции и технологии плавки чугуна в дуговых печах постоянного тока
- •Плавка чугуна в индукционных печах
- •Выбор частоты тока для питания индукционных тигельных печей
- •Электромагнитное перемешивание металла в тигле
- •12.4. Основные элементы конструкции печей промышленной частоты
- •Изготовление футеровки печи
- •Технология плавки чугуна в индукционных тигельных печах промышленной частоты
- •12.7. Особенности плавки чугуна в индукционных тигельных печах средней частоты
- •Индукционные канальные печи в чугунолитейном производстве
- •Преимущества и недостатки индукционных канальных печей.
- •12.9. Сравнительный анализ процессов плавки чугуна в современных чугуноплавильных печах
- •Технологические особенности плавки различных сортов чугуна
- •13.1. Технология получения высококачественного серого чугуна с пластинчатым графитом
- •13.2, Технология получения высокопрочного чугуна с шаровидным графитом
- •13.3. Производство чугуна с вермикулярным графитом
- •13.4. Производство ковкого чугуна
- •Рекомендации по введению легирующих элементов при плавке легированных чугунов
- •Плавка стали
- •14.1. Плавка стали в мартеновских печах
- •Плавка стали в мартеновской печи с основной футеровкой.
- •Плавка стали в основной дуговой печи с окислением примесей.
- •14.4. Плавка стали в индукционных тигельных печах Общая характеристика особенностей плавки стали в индукционных тигельных печах.
- •Плавка в печи с кислой футеровкой.
- •Особенности плавки в индукционных тигельных печах с основной футеровкой.
- •14.6. Электрошлаковый переплав стали
- •Плавка сплавов цветных металлов
- •15.1. Плавка сплавов на основе алюминия
- •Характеристики двойных алюминиевых лигатур
- •Состав модификаторов и параметры процесса модифицирования алюминиевых сплавов
- •15.2. Плавка сплавов на основе магния
- •Режимы модифицирования магниевых сплавов
- •15.3. Плавка сплавов на основе цинка
- •Составы лигатур для плавки медных сплавов
- •Список литературы к разделу 1
- •К разделу II
5.5. Ковкий чугун
Ковкий чугун (КЧ) характеризуется высокими прочностью ав = = 300...800 Н/мм2 (30...80 кгс/мм2) и пластичностью 6 = 1,5... 12,0%, что и послужило основанием для того, чтобы называть его ковким, хотя ковке он не подвергается, за исключением операции правки отливок. Названные свойства позволяют использовать его для тяжелонагруженных деталей, испытывающих динамические нагрузки. Однако в последнее время наметилась тенденция к замене ковкого чугуна высокопрочным как из экономических, так и из технических предпосылок.
К причинам технического характера относятся прежде всего ограничение по толщине стенок отливок до 50 мм, а также более низкие литейные свойства белого чугуна по сравнению с высокопрочным чугуном.
Высокая стоимость отливок из ковкого чугуна связана с тем, что их производство осуществляется в два этапа: первый - производство отливок из белого чугуна (поэтому под литейными свойствами ковкого чугуна следует понимать литейные свойства белого чугуна); второй - графитизирующий или обезуглероживающий отжиг.
На первом этапе основными являются требования, связанные с получением в отливках сквозного отбела. При этом необходимо «держать на максимуме» углеродный эквивалент или суммарное содержание С + Si, но чтобы в то же время в структуре белого чугуна не образовывался свободный графит. При значительном отклонении от этого максимума в меньшую сторону очень сильно увеличивается время второго этапа - отжига.
Химический состав белого чугуна перед отжигом на ковкий чугун является факультативным, как и для всех чугунов, и зависит от толщины стенки: с увеличением толщины стенок суммарное содержание С + Si уменьшается (табл. 5.6).
Важнейшим из требований к химическому составу белого чугуна является ограничение содержания хрома - должно быть не более 0,06 % Сг, иначе не произойдет полного распада цементита в отливках из белого чугуна (хром делает цементит устойчивым против распада).
Наиболее часто при отжиге белого чугуна на ковкий чугун применяют процесс полной графитизации в нейтральной или слабо окислительной среде, в результате получается ферритный ковкий чугун - черносердечный по виду излома и попутно возможно частичное обезуглероживание.
Типичный режим двухстадийного отжига на ферритный ковкий чугун (рис. 5.10) состоит из пяти периодов:
П1 - нагрев до 930...970 °С, т.е. значительно выше температур интервала превращений, при длительности 3...5 ч;
п2 — выдержка, называемая первой стадией, до полного разложения структурного свободного цементита — 3...5 ч;
П3 — промежуточное охлаждение до температур около 760 °С, т. е. несколько выше интервала критических температур - 3... 4 ч;
Таблица 5.6
Содержание с и Si в отливках из ковкого чугуна в зависимости от толщины стенок
Толщина стенок отливок, мм |
С |
Si |
мае. % | ||
4...6 |
3,0...2,8 |
1,2...1,0 |
6...9 |
2,8...2,7 |
1,0...0,8 |
9... 13 |
2,7...2,6 |
0,8... 0,6 |
13... 25 |
2,6...2,5 |
0,6...0,55 |
Свыше 25 |
2,5...2,4 |
0,55...0,5 |
п4 - медленное контролируемое охлаждение со скоростью не более 5 °С/ч, называемое второй стадией, вплоть до 700 °С с целью разложения цементита, входящего в перлит, - 8... 15 ч;
Рис.
5.10. Типовой график отжига ковкого
чугуна
п5 - окончательное охлаждение до 550...600 °С, т.е. до температуры, при которой отливки выгружают из печи.
Общая продолжительность отжига для получения ферритного ковкого чугуна составляет 23...40 ч. Длительность отжига уменьшается за счет ввода в расплав белого чугуна модификатора, содержащего 0,003% В, 0,003% Bi, 0,01% А1 (ранее длительность отжига составляла 100 ч, а сам отжиг назывался «томлением»).
Перлитный ковкий чугун может получаться с использованием различных режимов термообработки. Один из них заключается в проведении первой стадии, охлаждении до температуры 900 °С, нормализации и последующего отпуска. Кроме того, по окончании первой стадии и охлаждения может быть применена закалка в масле с отпуском (с нагревами под закалку и под отпуск). Термообработке, в том числе закалке в масле, может быть подвергнут ферритный ковкий чугун, полученный при проведении двухста- дийного отжига. После термической обработки структура металлической матрицы становится сорбитной или трооститной.
По ГОСТ 7293-79 (изм. в 1991 г.) установлены 11 марок ковкого чугуна. Его маркировка производится буквами КЧ и двумя цифрами, первая из которых - временное сопротивление (т.е. предел прочности при растяжении) (св, кгс/мм2), вторая - относительное удлинение (8, %). Кроме того, ГОСТом регламентируется твердость НВ для каждой марки и приводится рекомендуемый химический состав (табл. 5.7).
Ферритный чугун имеет черный бархатистый излом с перлитной поверхностной каймой толщиной до 1,5 мм и называется «черносердечным». Перлитный чугун имеет светлый блестящий излом и называется «белосердечным».
Для получения белосердечного перлитного чугуна режим отжига заключается по существу в длительной первой стадии, которая проводится в окислительной атмосфере при температуре 1000... 1050 °С. При этом происходит окисление и удаление из отливки значительной части углерода. После охлаждения структура чугуна представляет перлитную матрицу с небольшим количеством графита, т. е. структура близка к графитизированной стали. Такой чугун легко подвергается сварке и пайке.