Технология и потребительские свойства чугуна с хлопьевидным графитом для отливок

Товарная номенклатура внешнеэкономической деятельности (ТН ВЭД) — классификатор товаров, применяемый таможенными органами и участниками внешнеэкономической деятельности (ВЭД) в целях проведения таможенных операций.

Название группировки	№   ТН  ВЭД	ОПИСАНИЕ  № ТН ВЭД
Позиция	7307	Фитинги для  труб или трубок (например, соединения, колена, сгоны), из черных металлов:
Субпозиция	7307 19	прочие:
Подсубпозиция	7307 19 100 0   7307 19 900 0	из ковкого  чугуна   прочие (описание ниже табл.)

Таблица 2.. Товарная номенклатура внешнеэкономической деятельности

 

Ковкий чугун  является промежуточным продуктом  между чугуном и пластинчатым графитом (серым чугуном) и литой сталью. Он может легко отливаться и становиться пластинчатым и ковким после надлежащей термообработки. Во время термообработки углерод частично исчезает или меняет свой вид. Он в конечном итоге осаждается в виде шаровидных включений, которые не ухудшают сцепление металла в такой степени, как это делают графитовые пластинки в сером чугуне.

В тех случаях, когда содержание углерода составляет 2% или менее по весу, эта продукция  рассматривается как литая сталь и включается в подсубпозицию 7307 19 900 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

№   Номер Класса, подкласса	Назначение	Класс, подкласс включает	Класс, подкласс исключает
275	Литье металлов	- литье полуфабрикатов и различных изделий,            изготавливаемых для других организаций по их заказам	- производство  готовых литых изделий (по каталогу),             таких как трубы и детали  для них (классифицируется в 27210);   - производство котлов  и радиаторов(классифицируется в  282 и 283);   - производство  бытовых литых изделий (классифицируется  в 2875).
2751	Литье чугуна
27510	Литье чугуна	- литье полуфабрикатов  из чугуна; - литье    - отливок из  серого чугуна; - литье    - отливок из  чугуна с шарообразным графитом(отливок  из  высокопрочного чугуна);   - литье отливок  из ковкого чугуна.	- литье, являющееся частью процесса производства металлических изделий .

Таблица. 3 Общегосударственный классификатор чугуна с хлопьевидным графитом в  Республики Беларусь.

 

 

Потребительские свойства чугуна с хлопьевидным графитом

 

Ковкий  чугун по механическим свойствам занимает промежуточное положение между серым чугуном и сталью. По сравнению с углеродистой сталью характеризуется повышенной жидкотекучестью, демпфирующей способностью и большей износостойкостью. Он имеет достаточно высокие антикоррозионные свойства и хорошо работает в среде влажного воздуха, топочных газов и воды.

Чугун имеет бархатистый черный излом  с тонкой наружной серой кромкой  и структурой, состоящей из феррита  или перлита и графита отжига. Поэтому его часто называют «черносердечным». Химический состав чугунных отливок до отжига: 2,5-2,9% С; 0,8-1,4% Si; 0,3-0,5% Mn; до 0,2% Р, до 0,12% S; до 0,05% Сr. С уменьшением содержания углерода механическая прочность чугуна повышается, но ухудшаются его литейные свойства.

Ковкие чугуны содержат: углерода – 2,4…3,0 %, кремния – 0,8…1,4 %, марганца – 0,3…1,0 %, фосфора – до 0,2 %, серы – до 0,1 %.

Из  ферритного чугуна КЧ 37-12, КЧ 38-10 изготовляют  детали для автомобилей и сельскохозяйственных машин, работающих при высокой динамической и статической нагрузках (задние мосты автомашины, крючки и др.). Для малоответственных деталей (гайки, фланцы и др.) применяют КЧ 30-6 и КЧ 35-8.

 

 

Марки и механические свойства ковкого  чугуна

 

 

Марки ковкого чугуна	Временное сопротивление разрыву в кГ/мм2 (не менее)	Относительное удлинение в % (не менее)	Твердость НВ (не менее)
КЧ 30-6  КЧ 33-8  КЧ 35-10  КЧ 37-12  КЧ 45-6  КЧ 50-4  КЧ 56-4  КЧ 60-3  КЧ 63-2	30  33  35  37  45  50  56  60  63	6  8  10  12  6*  4  4  3  2	163  163  163  163  241  241  269  269  269

Таблица 4. Марки и механические свойства ковкого чугуна

 

 

Технологические свойства. Обрабатываемость ковкого  чугуна зависит от структуры основной металлической массы и от включений  графита. Наличие промежуточного перлитного слоя под наружной ферритной оболочкой  определяет толщину первой стружки  в 1,5-2,0 мм.Обрабатываемость ферритного ковкого чугуна весьма высока; включения графита оказывают смазывающее действие и дробят стружку.

Обрабатываемость  перлитного ковкого чугуна уступает обрабатываемости ферритного и определяется степенью однородности и дисперсности структуры основной металлической массы. Так, обрабатываемость чугуна со сфероидизированной структурой перлита и даже цементита вполне удовлетворительна, несмотря на повышенную твердость. Износостойкость и антифрикционные свойства ковкого чугуна определяются структурой, условиями трения и величиной зазоров. Наиболее благоприятной структурой обладает перлитный ковкий чугун, при отсутствии в нем изолированных включении графита, окруженных ферритной отсрочкой.               Коэффициент трения перлитного ковкого чугуна равен при жидкостном трении 0,05-0,10 и при сухом 0,30-0,45.Перлитный ковкий чугун является одним из прочных сортов чугуна и по структурному составу и механическими свойствами близко подходит к стали; с увеличением σ^в относительное удлинение снижается. Количество связанного углерода в перлитном ковком чугуне изменяется в пределах 0,3-0,8% в зависимости от температуры нормализации, скорости охлаждения и условий термической обработки области эвтектоидных превращений.

Эти факторы  определяют и структуру основной металлической массы перлитного ковкого чугуна, которая может меняется от пластинчатого и зернистого перлита до сорбита, мартенсита, а в некоторых случаях и с дисперсными включениями цементита.

Дальнейшее  улучшение свойств перлитного ковкого чугуна достигается его легированием и модифицированием, присадками титана, алюминия, бора, висмута или сурьмы в различных сочетаниях.

Присутствие феррита  в структуре перлитного ковкого  чугуна ухудшает его свойства, так  как влечет за собой резкое снижение прочности (σ_в) при незначительном увеличении пластичности (δ). Когда основная металлическая масса чугуна становится перлитной, незначительное снижение пластичности при стабилизации, сфероидизации и пр. приводит к значительному увеличению прочности.

Особое место занимает термически улучшенный ковкий чугун, закаленный и отпущенный, отличающийся высокой однородностью свойств как в отдельных сечениях, так и во всей партии.

Ударная вязкость резко снижается при появлении  белого интеркристаллитного излома, которого можно избежать весьма ускоренным или очень замедленным охлаждением после отжига в интервале температур 650-450^оС

Предел выносливости ферритного ковкого чугуна в 1,2-2 раза меньше, чем стали, и в 4-6 раз больше чем серого чугуна; он зависит от асимметричности нагрузок и повышается при отрицательных величинах средних напряжений. Поэтому отливки, работающие при повторно-переменных растягивающее - сжимающих усилиях, следует подвергнуть предварительному сжатию без растягивающих напряжений при периодических нагружениях.

Предел выносливости ферритного ковкого чугуна равен 12-16 кГ/мм² и специальных малоуглеродистых легированных перлитных ковких чугунов 30-35 кГ/мм².

Состояние поверхности  ковкого чугуна оказывает влияние  на величину предела выносливости, чем у стали. Удаление поверхностного слоя ферритного чугуна повышает динамическую вязкость на 15-25%.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Технология  производства и технико-экономическая  оценка

 

Ковкий  чугун получают при отжиге отливок  в нейтральной среде.

Отливки из белого чугуна после очистки и браковки загружают в специальные чугунные ящики для отжига (150-300 кг отливок). Ящики, закрытые крышками после заделки щелей глиной, устанавливают в печь для отжига.

Характеристика  основных стадий производства серого чугуна, их технико-экономическая оценка

Отжиг для получения ферритного и перлитного ковкого чугуна выполняют по различному режиму. Для получения ферритного чугуна отжигают по режиму, приведенному на рис. 7, а. Процесс отжига состоит из двух стадий графитизации. Первая стадия заключается в медленном нагреве до 950-980° С (зона I) и в продолжительной выдержке при этой температуре (зона II). Во время нагрева и выдержки цементит белого чугуна распадается, выделяя углерод отжига.

После разложения цементита  температуру печи понижают до 730° С (зона III); при этой температуре аустенит превращается в перлит. Вторая стадия графитизации заключается в выдержке отливок при температуре порядка 730-710° С (зона IV). Во время выдержки при этой температуре цементит, входящий в состав перлита, разлагается, образуя феррит и углерод отжига. Зона V - зона охлаждения отливок.

Для получения перлитного чугуна отжигают по режиму, приведенному на рис. 7 (а,б) Как видно из графика, отсутствует вторая стадия графитизации. Время отжига составляет 17-80 ч. Перлитный ковкий чугун (КЧ 50-5, КЧ 60-3, КЧ 63-2) имеет высокую прочность и износостойкость. Из него изготовляют вилки карданных валов, звенья цепей конвейера, муфты и др.

Рис. 7 Режимы отжига белого чугуна на ковкий: а - на ферритный ковкий; б - на перлитный ковкий

Для отжига применяют непрерывные отжигательные доменные печи, в которых задают необходимые температурные зоны.

Доменный процесс представляет собой совокупность механических, физических и физико-химических явлений, протекающих в работающей доменной печи. Загружаемые в доменную печь шихтовые материалы – кокс, железосодержащие компоненты и флюс – в результате протекания доменного процесса превращаются в чугун, шлак и доменный газ.

 

В химическом отношении  доменный процесс является восстановительно-окислительным: из оксидов восстанавливается железо, а окисляются восстановители. Однако доменный процесс принято называть восстановительным, так как цель его состоит в восстановлении оксидов железа до металла.

 

Характеристика  сырья доменного производства

 

Агрегатом для  осуществления доменного процесса служит печь шахтного

типа. Рабочее  пространство доменной печи в горизонтальных сечениях имеет круглую форму, а в вертикальном разрезе – своеобразное очертание, называемое профилем.

 

Важнейшим условием осуществления доменного процесса в рабочем пространстве печи является непрерывное встречное движение и взаимодействие опускающихся шихтовых материалов, загружаемых в печь через колошник, и восходящего потока газов, образующегося в горне при горении углерода кокса в нагретом до 1000 – 1200° С воздухе (дутье), который нагнетается в верхнюю часть горна через расположенные по его окружности фурмы. К дутью может добавляться технический кислород, природный газ, водяной пар.

 

Кокс поступает  в горн нагретым до 1400 – 1500° С. В зонах горения углерод кокса взаимодействует с кислородом дутья. Образующийся в зонах горения диоксид углерода при высокой температуре и избытке углерода неустойчив и превращается в оксид углерода. Таким образом, за пределами зон горения горновой газ состоит только из оксида углерода, азота и небольшого количества водорода, образовавшегося при разложении водяных паров или природного газа. Смесь этих газов, нагретая до 1800 – 2000° С , поднимается вверх и передает тепло материалам, постепенно опускающимся в горн вследствие выгорания кокса, образования чугуна и шлака и периодического выпуска их из доменной печи. При этом газы охлаждаются до 200 – 450° С, а оксид углерода, отнимая кислород из оксидов железа, превращается частично в диоксид углерода, содержание которого в доменном газе на выходе из печи достигает 14 – 20 %.

 

Шихтовые материалы  загружают в доменную печь при  помощи засыпного аппарата отдельными порциями – подачами. Они располагаются  на колошнике чередующимися слоями кокса, руды или агломерата и флюса  при работе на не полностью офлюсованном агломерате. Загрузку подач производят через 5 – 8 мин. по мере освобождения пространства на колошнике в результате опускания материалов.

 

В процессе нагревания опускающихся материалов происходит удаление из них влаги и летучих веществ  кокса и разложение карбонатов. Оксиды железа под действием восстановительных газов постепенно переходят от высших степеней окисления к низшим, а затем – в металлическое железо по схеме: Fe₂O₃ ® Fe₃O₄ ® FeO ® Fe.