Отливки из высокопрочного чугуна

Методы ускорения процесса отжига ковких чугунов

Работы по сокращению цикла отжига ведутся в двух направлениях:

1 – увеличение скоростей нагрева и охлаждения;

2 – воздействие на металл с целью ускорения самого процесса отжига.

В первом случае применяют электрические печи и контролируемые атмосферы (нейтральные или окислительные).

Во втором случае - повышение температуры первой стадии графитизации и искусственное увеличение числа центров кристаллизации. Повышение температуры первой стадии графитизации намного ускоряет процесс. При температуре 900 °С структурносвободной цементит разлагается за 30 ч, а при 1100 °С его разложение происходит за 15 мин.

Но применение высоких температур опасно, т.к. отливки могут размягчаться, что приводит к искажению их профиля.

Время отжига можно уменьшить до 24-32 ч следующими методами.

Предварительной закалкой БЧ при температуре 970-980 °С в масле перед отжигом, при этом образуется большое количество центров кристаллизации, которые зафиксированы быстрым охлаждением. Этот способ применим к отливкам простой конфигурации, т.к. в сложных отливках могут возникать трещины.

Модифицированием жидкого чугуна графитизирующими элементами Al, B, Cu, Ca и др. Происходит нейтрализация микропримесей, препятствующих графитизации и образования дополнительных центров кристаллизации.

Предварительная выдержка отливок при температурах 320-340 °С 8-10 ч.

Высокопрочным называется чугун с шаровидным графитом. Его металлическая матрица может быть: ферритной, феррито-перлитной, перлитной или бейнитной (после термической обработки). По ГОСТ 7293-85 установлено 10 марок высокопрочных чугунов.

Таблица – Механические свойства и средний химический состав ВЧШГ

Марка чугуна	Механические свойства	Содержание элементов, %
σв, кгс/мм^2	σт, кгс/мм^2	δ,%	НВ	С	Si	Mn
ферритный
В4 38-17				140-170	2,7-3,6	1,3-2,4	0,3-0,6
В4 42-12				140-200			0,4-0,7
перлито-ферритный
В4 45-5				160-220
В4 50-7				171-241	2,7-3,6	1,1-2,2	0,4-0,7
В4 50-2				180-260
перлитный
В4 60-2				200-280
В4 70-2				229-300	2,7-3,6	2,2-2,5	0,4-0,7
В4 80-2				250-350
бейнитный
В4 100-2				270-360	3,4	3,4-3,8	0,4-0,7
В4 120-2				302-380	3,4	3,4-3,8	0,4-0,7

С повышением марки ВЧ, повышается прочность, но снижается пластичность.

Ферритные высокопрочные чугуны имеют минимальную прочность, при максимальной пластичности.

Феррито-перлитные и ферритные чугуны имеют более высокую прочность, но меньшую пластичность по сравнению с ферритными.

Рисунок – Микроструктура высокопрочного чугуна с феррито-перлитной матрицей

Бейнитные чугуны обладают максимальной прочностью, при равной пластичности с перлитными, за счет легирования их небольшими добавками(Cr-0.1%, Cu-0.4%, Ni-0,8%) и термической обработки (для перлитных - нормализация, для бейнитных - закалка с отпуском).

ВЧ обладают механическими свойствами, которые не достижимы в других видах чугунов, т.к шаровидный графит оказывает минимальное надрезывающее влияние на металлическую матрицу и создает существенно меньшие напряжения по сравнению с пластинчатым графитом. Поэтому модуль упругости ВЧ (Е_ВЧ = 140-180 ГПа), в 1,5-2 раза выше, чем у СЧПГ, при той же матрице, но циклическая вязкость в 2-4 раза ниже, чем у СЧПГ.

Обычно размер шаровидного графита от 15-360мкм, очень часто в реальных чугунах, кроме шаровидного графита формируется компактный графит типа Гф9 или вермикулярный типа Гф6.

Существует 4 типа шаровидного графита: разорванная Гф10; звездообразная Гф11; неправильная Гф12; правильная Гф13.

ВЧ имеют повышенное содержание С=3-3,6%, что обеспечивает хорошие литейные свойства, также облегчается его выплавка в вагранках. Содержание Si=2-2.4%, в бейнитных ВЧ 3,4-3,8, что обеспечивает хорошую пластичность, графитизацию.

ВЧ получают обработкой жидкого металла сфероидизирующими модификаторами (Mg, Ce, Y, Ca, Na и др.), по названию элемента называется и вид высокопрочного чугуна.

Наиболее дешевый из этих элементов Mg, поэтому его используют чаще. При введении Mg происходит сильный пироэффект (интенсивное возгорание, с выделением белого дыма). Mg активный металл, поэтому он является сильным раскислителем, десульфуратором и нитридообразующим элементом

FeO + Mg → Fe + MgO + Q₁;

FeS+ Mg → MgS + Fe + Q₂.

При введении металлического Mg в жидкий чугун на воздухе от угарает до 95%. Степень усвоения Mg зависит от способа ввода, времени выдержки и длительности разливки.

С учетом всех статей расхода Mg можно записать

Мg = η·(Мg_усв + Мg_исп + Мg_окс + Мg_сульф + Мg_нитр),

где η = Мg_усв/Мg_введ.

После обработки жидкого чугуна сфероидизирующим модификатором рекомендуется дополнительно модифицировать графитизирующим – феррасилицием 75%, в количестве 0,3-2% от массы жидкого металла.

Очень эффективна комплексная обработка лигатурой (Mg+Ce+Y).

Y почти не угорает после введения его в жидкий чугун и даже остается после повторных переплавов.

Дата добавления: 2014-01-06