Ковкий чугун

Ковкий чугун, отливки из белого чугуна, которые процессом отжига (томления) изменяют имеющуюся форму углерода и одновременно в большей или меньшей степени обезуглероживаются, причем из твердых и хрупких становятся, в определенных пределах, вязкими, ковкими и легко обрабатываемыми. К. ч., имеющий большое применение в с.-х. машиностроении и в изготовлении замков, ключей, фиттингов, кронштейнов, получил за последние годы широкое распространение, заменяя в настоящее время большинство мелких стальных отливок в автостроении. Причины быстрого распространения К. ч. за счет фасонного стального литья следующие: чугун более жидко -плавок, чем сталь, требует низшей t° для своего расплавления и поэтому дает возмояг-ность более легкого получения из него отливок, даже самых мелких и тонкостенных.

Различают америк. и европ. способы изготовления К. ч. Основное различие между ними заключается в следующем. При американском способе К. ч. получается отливкой из пламенных печей и отжигом или дуплекс-процессом (вагранка — электропечь) в ней-тральн. среде. Единственно желательной реакцией является Fe₃C=3Fe+С, причем удаление С путем окисления не ^обязательно. Американск. К. ч. имеет излом бархатисточерный, с тонкой наружной серой каймой; характеризуется по сравнению с европейским более низким содержанием С и S и при одинаковом поперечном сечении отливки имеет структуру более равномерную и мелкозернистую. Структура состоит из углерода отжига и феррита с незначительными включениями перлита. В американском ковком чугуне углерод отжига больше, чем в европейском.

Получение европ. К. ч. связано с непременным окислением С карбида железа путем отжига в окислительной среде; К. ч. имеет серебристый излом и получается обычно отливкой из вагранки; структура состоит из С отжига, перлита, феррита и часто в центре излома неразложившегося цементита.

Состав сырого и К. ч. Для изготовления К. ч. наиболее пригоден шведский чугун древесноугольной плавки, но с успехом применяются также и хорошие сорта чугуна коксовой плавки. Состав сырого чугуна может колебаться в следующих пределах:

С —от 2,8 до 3,1% Р — не больше 0,2%

Si — » 0.6 » 0,8% S — » » 0,1%

Μη—не больше 0,4%

В состав К. ч. входят (в %):

	Америк. К. ч.	Европ. К. ч
С.	2,3 —2,8*1	2.8—3,3
Si.	0.6 —1.0*2	0.45—0,80
Μη.	0.1—0,4	0,15—0.30
Р.	0,07 — 0,2	0.07—0,2
S.	0,01 — 0,07	0,08—0,35

Содержание Si должно находиться в обратном отношении к содержанию С и толщине стенок отливок. При плавке в пламенных

*1 Для очень тонких изделии—3%. *² Для очень тонких изделий—1,25%.

печах рекомендуется C-j-Si держать в следующих пределах:

Литье с толщ, стенок в миллиметров 3—6 6—12 12—18

%-ное содержание C+Si. 3,60 3,30 3,00

Свойства К. ч. Америк. К. ч. должен иметь временное сопротивление на разрыв <у_к равное 35 килограмм/мм², и удлинение Я свыше 10% (при длине образца в 50 миллиметров), европ. обыкновенный —· соответственно а_к равное 30 килограмм/мм² и Я равное 2% и повышенной прочности а_к равное 35 килограмм/мм², Я> 3%. Испытание производится на неотожженных круглых образцах с 0 обычно равным 12,5 миллиметров. Временное сопротивление на разрыв и удлинение тем меньше, чем выше содержание С и Si; увеличение С на 0,01 % понижает на 0,014 хг/мм² при С=2,35% и на 0,052 килограмма/мм² при С=3,25%. Предел пропорциональности аме-рик. К. ч. равен ¹/₃, а предел текучести—²/₃сопротивления д_к; модуль упругости при растяжении—176 000 килограмм/см², при сжатии— 15 500 килограмм/см². Испытание на удар производится на клинообразном образце длиной 152 миллиметров с размерами толст, конца 23x13 лш и тонкого 23x1,5 миллиметров. Брусок должен выдержать 20 ударов силою в 10 кем и не сломаться ближе, чем на 47 миллиметров от толстого конца. Твердость по Бринелю К. ч. колеблется в пределах 115-У135. К. ч. имеет усадку в литье ок. 2%; при отжиге происходит расширение металла на 0,5—1%. Это обстоятельство надо принимать во внимание при изготовлении моделей. Конечная усадка зависит и от формы изделия. При точных отливках, как например звеньев транспортных цепей, следует изготовлять пробные отливки для измерения усадки. Удельн. вес К.ч. 7,25—7,45, электросопротивлением0,0000295

9-см. Потери на гистерезис очень малы, причем коэфициент »7=0,00136. При нагреве выше точки Π,-jK. ч. полностью меняет свои свойства, и поэтому его нельзя нагревать выше этой точки. Длина при нагреве изменяется по след, ф-ле:

l_t=l₀ (1 + 0,000036* + 0,000000125ί²). Теплоемкость меняется в пределах от 0,11 при 23° до 0,165 при 426°.

Плавильные печи. В Америке переплавка чугуна ведется почти исключительно в пламенных печах (вагранка—только при производстве фиттингов); в Европе широко применяется вагранка (смотрите),однако в последнее время она также заменяется мартеновскими и отражательными печами. Помимо этих способов с успехом применяются комбинированные способы плавки: вагранка—бессемер, вагранка—электропечь и вагранка —бессемер—электропечь (триплекс-процесс). В качестве топлива для плавки применяют: каменный уголь, генераторный газ, нефть и—в последнее время широко— пылевидное топливо. Печи строятся емкостью от ¹U (печь «Мечта») до 30 тонн В малых печах регулировка хода плавки труднее, чем в больших. В отражательных печах расход каменного угля, состава 0,5—0,75% S, 5,5—6,5% золы и 0,6—1% влаги, колеблется, в зависимости от производительности и конструкции печи, в пределах от 225 до 545 килограмм на 1 тонна садки, составляя в среднем 35% от веса литья. При отоплении угольной пылыо необходимо употреблять высо кокачественный уголь с содержанием S менее 1%; уголь должен предварительно просушиваться. В отражательных печах площади пода и колосниковой решетки соответственно должны быть равны 1,235 и 0,23 м²на 1 тонна садки. Емкость металлоприемника—· 0,18 м³ на 1 тонна садки. Обычно длина металлоприемника находится в пределах от 4,25 до 8,25 метров Последний делается из кислой набойки. Глубина ванны 0,13—0,23 ж., ширина печи 1,5—1,8 м; у 20-тонной печи под имеет длину 13,72 метров При пылевидном топливе для хорошо работающих печей длина пода печи должна относиться к его ширине как 3 к 1. Пламенные печи имеют обычно два или даже три выпускных отверстия: верхнее—для более нагретого, нижнее—для остальной части металла. Высота заднего порога над зеркалом металла—50—100 миллиметров. Наклон подины от заднего порога к выпускному отверстию— 20 миллиметров и от топочной стенки—30 миллиметров на 1 п. м. Радиус свода—ок. 3 м; кладка свода—часто в съемных яселезных рамах. Средняя высота над подом с обеих сторон ss 600 миллиметров. На 1 тонна жидкого металла в среднем расходуется 15,4 килограмма огнеупорного кирпича. Температура чугуна в печи 1 300—1 380°, пламени над порогом 1 380°, под сводом 1 650—1 670°. Кпд отражательной печиss7,8%. При комбинированном способе плавки (вагранка—· бессемер — электропечь) продувкой в конвертере и рафинировкой в электропечи можно по усмотрению понижать содержание S и С. Триплекс-процесс позволяет делать 10— 12 плавок в сутки, весом от 5—7 до 8—15 тонн каждая. Расход тока на 1 я жидкого металла—120—140 kWh.

Больше Шансов на распространение имеет америк. способ завода Шевроле в Сагинау (Malleable Iron Foundry), так называемым дуплекс-процесс, введенный в 1926 году При дуплекс-процессе чугун плавится в вагранке и затем перегревается или рафинируется (для удаления серы) в течение 10—15 минут, в электрич. печи. В литейной К. ч. в Сагинау плавят чугун в трех вагранках с производительностью 16 т/ч каждая и перегревают затем его в 2 электропечах Мура емкостью в 3 тонны каждая. Средний состав шихты в вагранке следующий: 25% обрезков рельсов, 20% стальных отходов из кузнечной, 17,5% собственного скрапа чугуна, 10% брикетированного скрапа, 18% бессемеровского К. ч., 10% чугуна кремнистого (до 3% Si), затем—небольшие количества ферромарганца и ферросилиция. Чугун из вагранки выпускается в ковш, емкостью до 8 т, с одновременной добавкой ферросилиция (~ 5 килограмм). Затем из ковша чугун переливают порциями в 2,5—3 тонны в трехтонные электропечи. Расход электроэнергии составляет ,120 kWh на 1 тонна чугуна. Дуплекс-процесс очень производителен и экономичен (в особенности при конвейерной работе) благодаря возможно-сти вводить в шихту значительный % стального скрапа (до 45—50%); но последний не должен содержать таких примесей, как хром, даже небольшие количества которого (свыше 0,08%) парализуют действие последующего отжига.

Отжиг. При отжиге в окисляющих веществах (смесь красного железняка или окалины из-под молотов или прокатных валиков с бывшей в употреблении рудой) рассчитывают, чтобы отношение содержания в них Fe₂O_s к FeO не превышало 1:9. Темп-ра отжига при америк. К. ч. лежит в пределах 818-У 960°, при европейском—900-7-1 050°. Продолжительность отжига зависит от химического состава, толщины стенок отливок и ί° отжига. В хорошо работающих печах, при америк. способе, наивысшая 1°, 870— 925°, достигается через 30 час. и поддерживается в течение 45 ч.; затем следует охлаждение до критич. точки А_г выдержка при этой ί° в течение 35 ч. и охлаждение печи—5 ч., всего 115 ч. Этим кратчайшим временем обходятся только самые малые установки; за нормальное время для отжига, включая загрузку и выгрузку, можно принять 6—7 суток; при европ. способе процесс удлиняется на 1,5—2 дня и более. Содержание Si в чугуне сильно влияет на продолжительность отжига. Так, чугун с 0,6% Si (С от 2,35%) при Г 816° требует 130 часов выдержки, тогда как при 0,9% Si (2,45% С) при той же t° требуется всего 35 часов. Скорость охлаждения играет важную роль для получения доброкачественного К. ч.; она м. б. наибольшей в области высоких темп-р и при повышенном содержании Si; в интервале же критической t° скорость охлаждения при американском способе регулируется в пределах от 2,5 до 5° в час. В Европе ведут охлаждение в этом интервале со скоростью 8—10° в час, что является чрезмерным. По америк. данным, для чугуна состава 2,7% С, 0,82% Si, 0,21% Μη, 0,05% S и 0,086% Р рекомендуются след, скорости охлаждения:

В области ί° 927—875°.14 —20° в час

» » » 875—816°.ок. 14° » »

» » » 816—760°.5,5— 8,5° » »

» » » 760—704°.2,5— 5,0° » »

Отжиг производится обычно в чугунных ящиках с нормальными размерами: длина 375—400 миллиметров, ширина 450—600 миллиметров, высота 300—350 миллиметров, толщина стенок от 20 до 30 ж“. Емкость таких ящиков—около 190 килограмм отливок. Иногда ящики делают круглыми; последние меньше коробятся, но они не так удобны в использовании. При америк. способе ящики выдерживают 12—15 нагревов, при европейском от 5 до 7. Стойкие ящики должны изготовляться из белого чугуна или специальных сплавов; присадка 0,2—0,6% хрома значительно повышает срок их службы в тоннельных печах, при американском ковком чугуне ящики выдерживают до 30— 50 нагревов.

Печи для отжига строятся или выше уровня заводского пола или ниже; первые— обыкновенно с выдвижным подом, вторые— со съемным сводом. Печи вмещают от 50 до 350 Шт. ящиков, при укладке в 3—4 ряда по высоте. Самые большие печи имеют площадь основания 56 ж² при высоте 2—2,7 метров и вмещают от 30 до 60 тонн литья, средние— ок. 15 т, малые—до 5 тонн Печи отапливаются теми же видами топлива, как и при плавке чугуна. В новейшее время пользуются большим успехом тоннельные печи. Принцип работы в них состоит в том, что тележка, нагруженная ящиками с отливками, проходит тоннель длиной ок. 90—100 м, причем ско рость движения регулируют так. обр., чтобы обеспечить изделиям необходимое пребывание в тоннеле. Топки располагаются в местах, где требуется наивысшая ί°, и продукты горения используются затем для нагрева ящиков при их поступлении в печь и для предварительного нагрева воздуха для горения. В последи, конструкции тоннельной печи Дресслера топки устроены таким образом, что продукты горения не приходят в соприкосновение с ящиками, благодаря чему укладка отливок в ящики происходит без упаковки их в специальные окислительные или нейтральные материалы. Расход топлива в этих печах составляет 18—20%, тогда как в печах обыкновенного типа он достигает 50—100% веса литья. Суточная производительность тоннельных печей 45—60 т.

Лит.: Гавриленко А. П., Мехаиич. технология металлов, ч. 2, Литейное дело, вып. 2, М.—Л., 1926; Мамлеев А., Производство изделий из ковкого чугуна, М.—Л., 1924; ОСТ 580; Leber Е., Die Herstellung d. Tempergusses u. d. Theorie d. Gliih-frischens, B., 1919 (обширная иностр. журн. лшчра-тура); Geiger С., Handbucli d. Eisen- und Stahlgics-serei, В. 1—3, Berlin, 1925—28; О s a η n B., Lehrbuch d. Eisen- u. Stahlgiesserei, Lpz., 1922; Oberboffer P., Das technische Eisen, 2 Aufl., B., 1925; Μ о 1 d e n-k e R., The Production of Malleable Castings, Cleveland, Ohio, 1911. Г. Троицкий.