Чугунные отливки и трубы

Все детали, получаемые из чугуна, изготавливают методами литья. Литые изделия (отливки) получают пу­тем заливки жидкого металла в литейные формы. Про­цесс их изготовления называется литейным производст­вом. Жидкий чугун для изготовления отливок получают в специальных печах (вагранках, пламенных и электро­печах, тигельных горнах) из чушкового чугуна, ферро­сплавов, чугунного лома, возврата (брака) литейного производства и флюсов.

Чугунные отливки по структуре литого чугуна под­разделяются на четыре группы: серые (СЧ), ковкие (КЧ), высокопрочные (ВЧ) и специальные (жаростойкие, антифрикционные и др.). Они поставля­ются по механическим свойствам, поэтому цифровая часть их маркировки отражает временное сопротивление при растяжении и относительное удлинение. Например, отливка КЧ 30—6—Ф, где КЧ —ковкий чугун, 30 — вре­менное сопротивление разрыву, МПа, 6 — относительное удлинение, %, Φ — ферритный. Маркировка наносится на необрабатываемую поверхность отливки литыми, на­бивными или красочными обозначениями.

В зависимости от допустимых отклонений от установ­ленных размеров чугунные отливки подразделяются на классы точности.

Отливки поставляются партиями, сопровождаемыми документом о качестве. В нем отражаются товарный знак предприятия-изготовителя, номер чертежа детали или отливки, номер или дата плавки, количество и масса отливок, марка чугуна, результаты испытаний, штамп OTK и обозначение стандарта.

Таблица 7 Размеры выпускаемых чугунных труб

Виды труб	Условный проход, мм	Толщина стен­ки, мм	Длина, м
Напорные	66—1256	6,7-28,4	2—7
Канализацион­ные	50, 100, 150	4, 4,5; 5	0,75—2,1

В последние годы массовой продукцией литейного производства являются чугунные трубы и соединитель­ные части к ним. Чугунные трубы на одном конце имеют специальной формы раструб, с помощью которого про­изводится их соединение. Они отличаются повышенной стойкостью против коррозии и большим сроком службы, чем стальные, пластмассовые, керамические.

Чугунные трубы по назначению подразделяются на канализационные и напорные (для передачи жидкостей под давлением), а по качеству — на 6 групп (А, Б, В, Г, Д и E).

Основными характеристиками чугунных труб являют­ся внутренний диаметр (условный проход), толщина стенки и длина (табл. 7).

При заказе в условном обозначении труб указывают­ся их назначение и основные размеры. Например, труба ЧНР 400Ах6000, где ЧНР — чугунная напорная рас­трубная, 400 — условный проход, мм, А — класс постав­ки (качества), 6000 — длина, мм.

Соединительными частями чугунных труб являются фланцы, отводы, переходы, патрубки и другие детали, необходимые для сооружения сложной системы трубо­проводов. Они выпускаются классов А (для наиболее ответственных участков) и Б (для внутренней канализа­ционной системы зданий).

При заказе в условном обозначении соединительных частей указываются их вид и основные размеры. Напри­мер, TK 60°—100х50—Б, где TK 60° —тройник косой под углом 60°, (100х50) — условные проходы, Б — класс поставки.

Методы изменения свойств и контроль качества чугунов

Основными методами изменения свойств чугунов яв­ляется регулирование химического состава, условий крис­таллизации или термообработка литых изделий. Хими­ческий составчугуна 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 кристаллизациисводится 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.

Таблица 3 Химический состав чугунов,

Группа чугунов	Углерод	Кремний	Марга­нец	Фосфор	Сера
Серый	2,4—3,8	1,2—3,5	1,25—1,4	0,2—0,5	0,1-0,2
Высокопрочный	2,7—3,7	1,6—2,7	0,5—0,6	до 0,1	0,01—0,1
Ковкий	2,5—3,0	0,7—1,5	0,3—1,0	» 0,12	Дo 0,18

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.

Ферросплавы

Ферросплавами называются сплавы железа с крем­нием, марганцем, хромом, молибденом, вольфрамом или другими металлами и неметаллами. Они применяются для раскисления стали и введения в нее легирующих элементов. Ферросплавы обычно относят к чугунам, од­нако только некоторые из них получают в доменных пе­чах. Основная масса ферросплавов производится в элек­тропечах. Поэтому они и называются электроферроспла­вами.

Ферросплавы получают восстановлением руд, их кон­центратов и чистых оксидов металлов углеродом или ме­таллами. По способу получения различают электротер­мические и металлотермические ферросплавы. Электро­термические ферросплавы получают в электрических дуговых печах посредством восстановления кислородных соединений металлов углеродом. При металлотермичес­ком способе восстановление металлов из руд осущест­вляется алюминием, кремнием или их сплавами.

Ферросплавы подразделяются на две группы. К пер­вой (большой) группе относятся марганцевые, кремнис­тые и хромистые сплавы. На их долю в общем объеме производимых в нашей стране ферросплавов приходится около 96 %. Ко второй (малой) группе — сплавы на ос­нове вольфрама, молибдена, титана, ниобия, бора и других металлов.

Таблица 9. Наименования и марки ферросплавов

Наименование ферросплава	Марки	Расшифровка марок
Силикомарганец	СМц26	Кремния не менее 26 %
Ферромарганец	ФМц 0,5	Углерода 0,5 %
Металлический марганец	Mp 1	Углерода 1,0 %
Ферросилиций	ФС 92	Кремния не менее 92 %
Кристаллический крем­ний	Kp1	Сумма примесей 1 %
Силикокальций	CK 10	Кальция не менее 20 %
Ферросиликохром	ФСХ 13	Кремния 10—16 %
Хром металлический	Х99Б	Хрома не менее 99 %
Ферровольфрам	ФВ 70	Вольфрама не менее 70 %
Ферромолибден	ФМо 60	Молибдена не менее 60 %

По химическому составу выпускаемые ферросплавы весьма разнообразны. Их условное обозначение вклю­чает наименование и марку. Наименование ферросплавов отражает их основные компоненты, например ферромар­ганец, ферросилиций, силикокальций, ферросиликохром и др. Марка ферросплавов отражает наименование ком­понентов (буквы) и содержание основного элемента — углерода, или примесей (табл. 9).

Ферросплавы поставляются в кусках массой от 5 до 25 кг и перевозятся навалом в предварительно очищен­ных закрытых вагонах или в таре (бочках, стальных ба­рабанах, деревянных ящиках) массой брутто 80—250 кг или 250—500 кг при условиях механизации погрузочно-разгрузочных работ.

Обязательным условием транспортирования и хране­ния ферросплавов является исключение даже частичного их смешивания.