Чугун — это сплав железа с углеродом и другими элементами. Является недорогим, прочным, износостойким, но хрупким конструкционным материалом, широко используемым в промышленности и строительстве.
Чугун
Содержание
- Технология литья из чугуна
- Процесс литья из чугуна
- Основные методы чугунного литья
- Производство чугуна
- Чугунные отливки
- Способы литья
- Подготовка моделей
- Формовка
- Заливка металла
- Завершающие операции
- Преимущества чугунного литья
- Вам также могут быть интересны статьи:
Технология литья из чугуна
Технология литья из чугуна впервые была освоена в Китае около Х века н.э., в Европе впервые упоминается в 14 веке, как материал для производства пушек. В России первое «литье чугунное, для делания пушек пригодное» относиться к эпохе Ивана IV Рюриковича. Расцвет эпохи чугуна наступил в 19-20 веках. В это время из него делали мосты и трубопроводы, фонари и ограды, элементы архитектурного декора и несущие конструкции зданий. Кроме того, из того же материала отливали рельсы, детали станков, и двигателей. Отдельно стоит упомянуть чугунную посуду, утюги и отопительные приборы.
Чугун также являлся исходным компонентом для производства стали мартеновским способом. Объем его производства был важнейшим показателем экономической мощи страны и ее военного потенциала. С изобретением недорогих технологий производства и обработки сплавов алюминия и стали значение чугуна как конструкционного материала заметно снизилось. Широкое развитие производства высокопрочных пластиков и композитных материалов окончательно оттеснило чугун с передовых позиций.
Процесс литья из чугуна
Чугун производится в доменных печах — огромных сооружениях, высотой с десятиэтажный дом. После расплавления руды и удаления примесей происходит отливка чугуна в стальные формы — изложницы. Получающиеся слитки (чушки) – содержат чугун определенной марки и готовы к дальнейшему переделу. На литейных заводах из них отливают различные готовые изделия.
Процесс литья из чугуна
Основные этапы процесса литья из чугуна:
- Подготовка модели готового изделия
- Изготовление формы для отливки
- Расплавление чугунных чушек
- Отливка расплава в формы
- Извлечение отливок и их окончательная обработка
Существует несколько методов изготовления моделей и подготовка форм
Основные методы чугунного литья
Современная промышленность использует много различных методов производства чугунного литья. Они сводятся к нескольким основным методам литья:
- в формы из глиняно-песчаной смеси (так называемое литье «в землю»)
внутрь формы помещается модель готового изделия, полностью повторяющаяся его форму, но превышающая его по размерам на величину литейной усадки. Глиняно-песчаная смесь трамбуется и уплотняется, обеспечивая полное прилегание к модели. Литье чугуна в форму осуществляется через специально предусмотренные отверстия — литники.
- в гипсовые формы (и из других отвердевающих растворов);
- в оболочковые формы;
- в кокиль (металлические защищенные формы);
- по выплавляемым моделям;
- под давлением.
- В газифицируемую модель
Специалисты различают несколько видов чугуна, в зависимости от содержания тех или иных примесей.
Виды чугуна
Серый чугун содержит от 2,9% до 3,7% графита и кремний, обладает отличными литейными свойствами:
- низкая температура плавления
- высокая текучесть расплава
- малая усадка.
Является подходящим материалом для корпусов станков и механизмов, поршней и блоков цилиндров двигателей. Высокая хрупкость исключает применение материала в деталях, работающих на изгиб и растяжение. Литье серого чугуна преимущественно проводится в песчаные формы и в кокиль.
Высокопрочный чугун, ВЧШГ, содержит графит в шаровидной форме. Этот вид графита отличается высокой вязкостью и ковкостью, пригоден для кузнечной обработки. Из него отливают трубы, трубопроводную арматуру, ответственные и высоконагруженные детали механизмов.
Высокопрочный чугун
Изделия из высокопрочного чугуна производят также методом литья в газифицируемую модель. Литье чугуна производится в форму из песчаной смеси, уплотненной вокруг полистироловых блоков моделей.
Для улучшения механических свойств отливки из высокопрочного чугуна подвергают термической обработке. Ее основные этапы:
- нагрев до 850 °C;
- выдержка в нагретом состоянии несколько часов;
- медленное остывание в минеральном масле при 350 °C.
Термообработка повышает однородность материала и снимает внутренние напряжения в отливке, снижая вероятность возникновения трещин в процессе эксплуатации
Производство чугуна
Производство чугуна из ряда главных показателей экономической мощи страны отошло в ряд второстепенных, но не потеряло своего значения для экономики.
Лидером в производстве чугуна с почти десятикратным отрывом является Китай- 543,748 млн. т в год, следом идут Япония 66,943 млн. т, Россия — 43,945 млн. т и Индия — 29,646 млн. т. Китай производит более 50% мирового чугуна.
Чугун производится в доменных печах, подготовленная железная руда плавится вместе с добавками, в качестве топлива используется коксующийся каменный уголь или природный газ.
Основное потребление чугуна происходит сегодня в качестве компонента для выплавки стали. Развитие чугунного производства идет в основном в направлении повышения его энергоэффективности, экологичности и снижения издержек.
Производство чугуна
Уникальные свойства чугуна — дешевизна, прочность и коррозионная стойкость позволяют черному металлу уверенно смотреть в будущее.
Чугунные отливки
Чугунные отливки бывают разных размеров — от мелких деталей до многометровых станин крупных станков. Конфигурация их тоже бывает самая разнообразная — от простеньких втулок до изысканных литых решеток и ворот.
Чугунные отливки
Отливки из чугуна также подразделяются:
- по назначению – на общие и специальные, такие, как антифрикционные, жаропрочные и т.п.
- по структуре материала – на ферритные, перритные и смешанные
- По виду содержащегося графита — на шаровидные, пластинчатые, хлопьевидные и вермикулярные
- По содержанию углерода — на белые, серые и отбеленные
В металлургической науке существуют и другие классификации чугунных отливок.
Способы литья
Наиболее современный способ это литье по газифицируемым моделям. Этот способ позволяет не только осуществлять литье чугуна, но и получать стальные отливки. Способ отличается экономичностью, экологичностью и возможностью повторного использования материала форм.
Способ состоит из следующих этапов.
Подготовка моделей
Модели делают из предварительно вспененного и подсушенного полистирола с размером зерна 0,3— 0,9 мм. (в зависимости от габаритов детали). Материал задувается в формы, запекается и охлаждается.
Литье по газифицируемым моделям
Модели склеивают или спаивают в блоки. Далее блоки опускают в ванну, чтобы нанести противопригарное покрытие и высушивают. Если конфигурация изделия сложная, то покрытие наносят из сопла.
Формовка
Блоки моделей помещают в опоку, размещенную на вибрирующем основании, постепенно засыпая их песчано-глиняной смесью, их «землей». Иногда засыпку производят слой за слоем, отдельно уплотняя каждый.
Засыпанные и уплотненные формы перевозят в заливочный цех. Вакуумный насос завершает уплотнение песка и придание ему достаточной прочности.
Заливка металла
Металл заливают прямо в материал модели. Жидкий расплав испаряет полистирольные модели и заполняет все детали рельефа.
Формовка чугуна
Продукты сгорания полистирола удаляются вакуумным насосом прямо через стенки формы.
Завершающие операции
Отливки из чугуна остывают в форме. Темп снижения температуры и общая его длительность определяется весом детали, толщиной ее стенок и требованиями . Далее формы разбиваются, отливки очищаются от остатков противопригарной краски, удаляются литники.
Преимущества чугунного литья
Чугунное литье отличается от отливок из других материалов рядом преимуществ, таких, как:
- дешевизной
- высокой прочностью и износостойкостью
- высоким качеством поверхности, сводящим к минимуму последующую механическую обработку
Характеристики и применение чугуна
Важно отметить, что при использовании современных методов литья дешевле получается не только сама отливка, но и конечная продукция. Многие производства, в конце 20 века заменившие чугунные детали своих изделий на стальные, вернулись или планируют вернуться к проверенному временем материалу на новом этапе его развития.
Источник: