Влияние химического состава на структуру и механические свойства чугуна

Si – увеличение концентрации в чугуне Si снижает растворимость С в Fe. Это приводит к тому, что эвтектика в чугуне образуется не при концентрации C 4,3%, а при более низкой. В промышленных чугунах Si содержится 1,3 -2,8%. При наличии такой концентрации его состав оценивается по углеродному эквиваленту.

C_Э= %С + 1/3 Si + 1/5 P

Si повышает жидкотекучесть чугуна потому что он приближает концентрацию состава сплава по С к эквивалентному. Если концентрация Si приводит к увеличению С_Э выше эвтектического состава, то жидкость падает.

S, Mn – являются карбидообразующими элементами. Вместе с Fe и С он образует сложные карбиды. В промышленных чугунах Mn до 1%. При такой концентрации Mn не влияет на жидкотекучесть, а при взаимодействии с S образует тугоплавкие сульфиды (MnS), которые замутняют чугун, снижая жидкотекучесть. Любые тугоплавкие химические соединения в чугуне снижают жидкотекучесть ибо они увеличивают вязкость расплава. В промышленных чугунах концентрация S не более 0,2%.

P – увеличивает жидкотекучесть промышленных чугунов. В обычных чугунах концентрация до 0,2%, а в спец. чугунах до 0,5%. При содержании в чугуне 0,3 – 0,4 %P его жидкотекучесть повышается в 2-3 раза. Это связано с образованием легкоплавкой (950 градусов Цельсия) фосфидной эвтектикой. Наличие такой эвтектики в головной части потока создает объемы с низкой температурой плавления, что и способствует хорошей заполняемости литниковой формы.

№ 22.Ваграночный процесс получения чугуна

Вагранки (печи шахтного типа) Открытые,Закрытые,Без водяного охлаждения,С водяным охлаждением,С кислой футеровкой,С основной футеровкой,Без подогрева дутья,С подогревом дутья - воздухом до 400°С(с применением рекуператора); - воздухом до 700 °С (с применением электронагревателей; - воздухом обогащенным кислородом (3-5% О2) Без копильника,Скопильником. Коксовая вагранка: Она имеет шахту, в нижней части которой расположены фурмы для подачи воздуха, шлако-отделительное устройство и копильник, устройство для дожигания продуктов сгорания кокса, в основном СО, устройство для очистки охлажденных отходящих газов от пыли, устройство для подогрева воздушного дутья. В шахту загружается холостая колоша кокса на высоту от уровня фурм, равную, а также рабочие калоши металлошихты, кокса и флюса. Чугун плавится за счет тепла, выделяющегося от сгорания кокса, стекает в нижнюю часть шахты, называемую горном, и либо накапливается там, либо непрерывно уходит в копильник, где собирается определенная порция для выпуска чугуна на заливку. Для повышения температуры чугуна в плавильной зоне, а значит и выдаваемого в копильник, подогревают воздух поступающий в фурмы при помощи рекуператоров (за счет тепла отходящих газов) – это 400°С, специальными электрокалориферами (до 700°С) и добавлением в горячее дутье 3-5% кислорода. Вагранка – плавильная печь шахтного типа непрерывного действия, работающая по принципу противотока. Снизу вверх поднимается поток горячих газов, образующихся в результате горения кокса, навстречу ему опускается поток шихты. В результате теплообмена между этими потоками металлическая шихта прогревается, плавится, а получившийся жидкий металл перегревается выше температуры ликвидуса. В зависимости от размеров и конструкции производительность вагранок составляет от 3 до 100 тонн в час жидкого чугуна.

№ 23. Особенности выплавки чугуна в дуговых и индукционных печах.

Основная причина использования дуговых печей – это обеспечение значительного перегрева расплава и наводки «горячего» активного шлака. Это позволяет проводить такие операции как десульфурация, легирование, науглераживание чугуна карбюризатором.

Преимущества:

· простота конструкции

· надежность в эксплуатации

· быстрота выполнения ремонтных работ

· гибкость в изменении технологии

· возможность использования негабаритного лома

Недостатки:

· высокий уровень шума

· повышенный угар C, Si, Mn и л.э.

· нет перемешивания жидкого металла

· значительные пылегазовые выбросы

При получении ВЧ используют осн футеровку. Чугун такой плавки имеет повышенное содержание азота. Обязательной операцией из-за повышенного угара С явл науглераживание добавкой карбюризатора в тв завалку.

Индукционные печи. Нагрев шихты и плавление идет за счет токов «Фуко». Бывают тигельные и канальные. По частоте: пром-ой (50 Гц), средней (до 10000 Гц), высокой (свыше 10000 Гц).

При плавке в печах пром частоты требуется стартовый остаток чугуна («болото»).

Особенности плавки:

· нет контакта сплава с топливом и газами

· интенсивное перемешивание сплава

· небольшие пылегазовые выбросы

· легко проводить корректировку хим состава

Особое значение имеет реакция SiО2+2C=Si+2CO. при превышении температуры равновесия реакции, активизируется процесс восстановления Si из футеровки печи.

№ 24. Способы получения, структура и свойства чугуна с шаровидным графитом

Чшг является одним из самых перспективных конструкционных материалов на основе железа. По своим механическим свойствам он превосходит СЧ, КЧ и по ряду свойств сталь. Характерные типы микроструктуры чшг: феритная, перлито-феритная, мартенситная, ферито-бейнитная. Перлитный чшг – имеют высокую сопротивляемость к статическим и циклическим нагрузкам и износостойкостью. Бейнитные чшг - сочетают максимальную прочность и высокую пластичностью. Все марки чшг имеют высокий модуль упругости. У ВЧ более низкая температура плавления, чем у стали, что позволяет экономить не только энергоресурсы но и повысить качества отливки за счет пригара,лучшей жидкотекучести,снижением усадки. Также этот чугун имеет большую на 15-25% обрабатываемость.В настоящее время чшг в основном используется для изготовления труб и изложниц,в автотракторостроении.

Используют модификаторы: магний, церий, иттрий, лантан, кальций, натрий, калий и цирконий.

№ 25.Способы десульфурации и сфероидизирующей обработки при получении высокопрочного чугуна

Десульфурация. Основная цель – снизить концентрацию серы в исходном чугуне, перед сфероидизирующей обработкой. При использовании традиционных шихтовых материалов в жидкий чугун вносится не более 0,04 % S, а остальная часть – шихтовые материалы, из кокса при ваграночнй плавке.

В практике литейного производства десульфурация производиться как в плавильных агрегатах (за счёт наведения основных шлаков), так и при внепечной обработке. Обязательное условие десульфурации – снижение концентрации серы до 0,01-0,02, а так же перегрев чугуна до 1480-1520 *С. В противном случае резко снижается степень удаления серы, коэф. использования реагентов и условия удаления продуктов реакции. Основные десульфураторы – это карбид кальция СаС₂ и известь СаО.

Способы десульфурации:

а)перемешивание газом

б)эксцентричное вращение

в)вращение специальной мешалкой

В мировой практике наиболее широко используют десульфурацию чугуна продувкой инертным газом. Этот метод позволяет в течении 1,5-2 минут снизить исходное содержание серы на 90%, при расходе реагента СаС₂ равному десятикратному исходному содержанию серы. Для десульфурации больших масс чугуна (более 3 т) эффективная обработка во встряхивающих ковшах. Десульфурация сопровождается большими потерями температуры, что требует дополнительного перегрева чугуна перед сфероидизирующей обработкой. Кроме того требуется время для удаления отработанных реагентов и образовавшегося шлака.

Дата добавления: 2015-05-06