Методы изменения свойств и контроль качества чугунов

Основными методами изменения свойств чугунов является регулирование химического состава, условий кристаллизации или термообработка литых изделий. Химический состав чугуна может быть изменен по содержанию постоянных примесей (табл. 8) и специальным легированием.

Чем выше содержание в чугуне углерода, тем больше образуется графита и, следовательно, ниже его механические свойства. Однако для обеспечения высоких литейных свойств (хорошей жидкотекучести) углерода в литейных чугунах должно быть не менее 2,4 %. Кремний способствует увеличению количества графита (графитизация чугуна). Поэтому с увеличением его содержания чугун становится мягче. Марганец препятствует графитизации, повышает способность чугуна к отбеливанию. Сера является вредной примесью. Она ухудшает литейные свойства чугуна, увеличивает усадку и склонность к образованию трещин. Фосфор улучшает литейные свойства чугуна, повышает его твердость и хрупкость.

Легирование применяется для изготовления чугунов с особыми свойствами. Так, для производства чугунов, обладающих повышенными механическими свойствами и применяемых для нагруженных литых деталей, в их состав вводят хром, никель и молибден, для износостойких чугунов — хром, никель, молибден и марганец, для антифрикционных чугунов — хром, никель, титан и медь, для немагнитных чугунов — никель, марганец, медь и алюминий, для коррозионностойких чугунов — никель, хром, медь, сурьму и свинец.

Изменение условий кристаллизации сводится в основном к регулировке скорости их охлаждения. Уменьшение скорости охлаждения приводит к увеличению количества графитных включений. Слишком медленное охлаждение может привести к нежелательному их укрупнению, вследствие чего прочность и пластичность чугуна сильно снизятся.

Химический состав чугунов,

При модифицировании чугунов производится изменение условий кристаллизации. Здесь для измельчения графитных включений и получения более плотных отливок осуществляется перегрев жидкого чугуна до температуры 1400°C.

Для производства отбеленных чугунов, поверхностный слой отливок из которых имеет структуру белого или половинчатого, а сердцевина — серого чугуна, применяют быстрое охлаждение посредством литья в металлическую (кокиль) или песчаную форму.

Термическая обработка чугунов применяется для повышения их механических свойств или перевода белого чугуна в ковкий. Так, для снятия напряжений в крупных отливках применяют их отжиг при температуре 500— 600°C в течение 2—10 ч и длительное охлаждение, иногда вместе с печью. Внутреннее напряжение при этом снижается на 80—90 %. С этой же целью иногда применяют естественное старение чугуна, т. е. выдержку на складе в течение 6—10 ч, что снижает внутреннее напряжение на 40—50 %.

Для повышения механических свойств чугунов производятся их нагрев до 950°C, охлаждение до 600°C, подогрев до 725°C и длительная выдержка при этой температуре.

Для перевода белого чугуна в ковкий отжиг проводят в две стадии. Первоначально отливки выдерживают при температуре 950—970°C, затем охлаждают и длительно выдерживают при температуре 720—740°C.

Контроль качества жидких и чушковых чугунов осуществляется по их химическому составу. Для этого из жидкого чугуна пробы берут при разливе его из домны. От чушкового чугуна пробы берут путем насверливания стружки.

На заводах-изготовителях чушковый чугун хранится в штабелях или навалом. При этом обеспечиваются раздельное хранение чугуна разных выпусков и целостность чушек (бой допускается не более 2 % массы).

Чушковый чугун заказывают с указанием его марки. Документом, удостоверяющим его качество при поставке, является сертификат, содержащий данные полного химического анализа каждого выпуска. По требованию потребителя каждую чушку маркируют полосками несмываемой краски; например, Ml —красными, М2 — зелеными, М3 — голубыми и т. д.

Чугунные отливки проходят многосторонний контроль по химическому составу, внешнему виду, соответствию чертежам по размеру и массе. Для многих отливок проводят механические испытания на твердость, изгиб, растяжение, ударную вязкость. Образцы для этих испытаний изготавливают из специально отлитых заготовок. Макроанализом для большинства отливок определяют структуру металлической основы чугуна, а также количество, форму и распределение графитных включений. Макроструктура чугуна раздельно по основе и включениям оценивается баллами путем сравнения с эталонными шкалами.