Литьё чугуна

Сегодня очень широкое распространение  имеет литье из чугуна. Он является наиболее распространенным материалом для изготовления фасонных отливок благодаря хорошим технологиче­ским свойствам и относительной дешевизне по сравнению с другими сплавами. Это многокомпонентный сплав железа с углеродом (бо­лее 2%) и другими элементами, затвердевающий с образованием эвтектики. Согласно диаграмме железо — углерод при стабиль­ном равновесии весь в нем он кристаллизуется в виде гра­фита, а металлическая основа — в виде феррита; при метастабильном равновесии весь углерод кристаллизуется в составе цементита Ре₃С.

На характер кристаллизации этого металла, а также на форму, размеры и расположение образующихся фаз влияют следующие факторы: химический состав сплава, скорость охлаждения, толщина стенок отливки после литье из чугуна. Конечную структуру можно изменять воздействием на него в жидком виде (перегревом, модифициро­ванием, вибрацией, ультразвуком и другими способами), а также термической обработкой отливок. Серый вид содержит углерод в виде графита и цементита, находящегося в перлите. Свойства его во многом зависят от количества этих элементов, а также от формы и величины включений. Они сильно влияют на основные свойства, особенно на прочность, характеризующую этот металл как кон­струкционный материал.

На прочностные свойства этого металла, широко используемого для литья из чугуна, оказывают влияние включения графита, которые ослабляют поперечное сечение металлической основы в направлении, перпендикулярном к приложению внешней растягивающей силы, особенно при хаотическом расположении включений графита в чугуне. Включения графита оказывают также «надрезывающее» действие на металлическую основу. Он уменьшает предел прочности при растяжении, а также предел упругости и пропорциональности; пластичность (относительное удлинение, удар­ную вязкость), модуль упругости. Отрицательное влияние на эти свойства можно снизить уменьшением количества и разме­ров включений и максимальным приближением их формы к шаро­видной.

Данный металл, в отличие от стали, обладает низкой чувствительностью к надрезам. Появляющиеся в отливке, изготовленной литьем из чугуна надрезы (раковины, поры, неметаллические включения, риски, образующиеся при меха­нической обработке, и т. д.) в небольшой степени уменьшают кон­структивную прочность. Они же в стальной отливке резко ухудшают ее свойства, особенно пластичность и уста­лостную прочность. Эта особенность объясняется наличием большого числа надрезов, образуемых включениями графита и высокой цикличе­ской вязкостью продукции. Последняя характеризуется энергией, которая рассеивается (переводится в теплоту) при пере­менных нагрузках в упругом материале.

Чугун плавят в вагранках, пламенных печах и электрических печах. В настоящее время используют все виды данного оборудования. Плавильные печи должны обеспечивать получение металла заданного химического состава, малый угар металла и минимальное насыщение его вредными примесями, низкий удельный расход топлива, использование газового и местного топлива. Литейные печи должны быть приспособлены к режиму работы цеха и иметь максимальную производительность. Наибольшее при­менение для плавки этого металла нашли шахтные печи-вагранки, которые обеспечивают оптимальные условия для литья из чугуна.

Вагранкой называется шахтная печь, служащая для расплавле­ния и перегрева металла. Она проста по устройству и обслуживанию, требует небольшого расхода топлива, производительность ее 500-25 000 кг/ч жидкого материала.

По виду используемого топлива данное оборудование, предназначенное для литья из чугуна, подразделяется на три вида: обычное, коксогазовое и газовое. В них во время плавки можно менять шихту и получать чугун желаемого химического состава с температурой на желобе до 1450° С.