книги из ГПНТБ / Писаренко Г.А. Отливки металлургического оборудования из чугуна с шаровидным графитом

рию для деталей, работающих при температурах нагрева стенки

1000—1100°. Для отливки таких деталей в литературе часто ре­

для деталей, работающих в широком диапазоне температур от

100—105], однако в связи с технологическими и экономическими особенностями отливка деталей из этих сплавов на заводах вы­ зывает серьезные затруднения, поэтому во многих случаях при­

меняют детали из обычного серого чугуна или нелегированной стали, не учитывая того, что это вызывает излишний расход ме­ талла, простои агрегатов и ухудшение качества выпускаемой

продукции.

Чугун с содержанием 1,25—1,75% Сг можно выплавлять в

обычных вагранках и литейные его свойства не требуют какихлибо дополнительных технологических мероприятий для получе­

ния качественных отливок. При отливке деталей из чугуна с со­ держанием 12—14% Сг уже встречаются серьезные затруд­ нения, а для выплавки сплавов с содержанием 28—30%: Сг требуются электропечи и специальные мероприятия по пред­ отвращению в отливках трещин, усадочных раковин, спаев и других дефектов.

Кроме того, хромистые сплавы обладают повышенной твер­

достью, а сплавы с содержанием 28—30% Сг практически не

поддаются обработке.

С экономической точки зрения применение высокохромистых сплавов взамен обычных чугунов и сталей является целесооб­ разным, так как увеличение стоимости в 3—4 раза по сравне­ нию с обычным серым чугуном или сталью оправдывается по­ вышением стойкости отливок в 4—5 раз. Однако абсолютная стоимость отливок все же оказывается достаточно высокой и,

кроме того, расходуется большое количество дефицитного ферро­ хрома.

Между тем, только сплавы с высоким содержанием хрома (28—30%!) обладают большой окалиностойкостью. Как будет показано ниже, при содержании до 14%; Сг окалиностойкость сплавов оказывается не очень высокой, что ограничивает приме­ нение их для отливки деталей I и II категории.

рого было бы доступно даже литейным цехам, не располагаю­ щим специальным оборудованием.

160 Детали воздухонагревательных аппаратов и печей

Такими сплавами могут быть сплавы на кремнистой основе типа силал. Типичный химический состав силала:. 2,6—2,8% С; 5,0—6,0% Si; до 1,0%! Мп; до 0,3% Р; до 0,12%: S.

Основным легирующим элементом в этом чугуне является кремний, содержащийся в относительно небольших количествах (5,0—6,0%}. Он является материалом значительно более деше­

вым и менее дефицитным, чем феррохром.

Окалиностойкость

Повышение содержания кремния, как показали иссле­

дования [106—109], является более эффективным средством уве­

личения окалиностойкости, чем повышение содержания хрома.

Чтобы подтвердить это положение, было проведено испытание окалиностойкости стали и чугуна с различным содержанием кремния и хрома.

■ С этой целью из выплавленных в высокочастотной печи сплавов приготовлены цилиндрические образцы диаметром 25 мм и высотой 25 мм.

Образцы помещали в муфельную печь со свободным досту­ пом воздуха и выдерживали в ней в общей сложности 100— 120 час. при температурах 700, 800, 900 и 1000°. Через каждые

20 час. образцы вынимали из печи, охлаждали на воздухе и взвешивали. Увеличение в весе образца показывало степень его окисленности. Привес образцов относился к 1 jw2 поверхности за час.

В первой серии опытов была определена окалиностойкость обычной углеродистой стали, среднекремнистой и среднехроми-

линостойкость хромистой стали в 2 раза выше окалиностойкости обычной стали. При дальнейшем повышении содержания крем­ ния и хрома разница в окалиностойкости снижается, но все же

1,01% окалиностойкость при температуре 800° резко повысилась, при содержании же кремния 1,87%' окалиностойкость резко воз­ росла при температуре 900°. Эти данные свидетельствуют об исключительно сильном влиянии кремния на окалиностойкость.

Окалиностойкость силала в сравнении с другими сплавами

определялась аналогичными методами на цилиндрических образ­ цах и в производственных условиях на отливках игольчатых труб воздушных рекуператоров. Некоторые данные лаборатор­

16$ Детали воздухонагревательных аппаратов и печей

Из данных табл. 66 следует, что при температурах 900 л 1000° обычный серый чугун и углеродистая сталь не являются окалиностойкими материалами, хотя чугун при этой температуре окисляется несколько меньше, чем сталь. Почти не отличается от них низкохромистый чугун (2,80% Сг). Силал при температу­ ре 900° также не является устойчивым материалом, хотя окалиностойкость его в два с лишним раза выше окалиностойкости чугуна и стали. Производственные испытания впоследствии под­ твердили это положение. Отливки из обычного силала успешно работали при температуре нагрева стенки не выше 800°.

Достаточно устойчивым при температуре 900° оказался высокохромистый чугун, однако если несколько повысить содержа­ ние кремния в силале, то окалиностойкость его приближается к окалиностойкости высокохромистого чугуна.

Рост

Окисляемость, определяемая по привесу образцов, еще не полностью характеризует способность изделия работать при вы­ соких температурах. Для длительной службы весьма большое значение имеет способность изделия сохранять неизменными свои геометрические размеры, т. е. не расти.

С этой целью были определены критические точки и рост си­ лала и обычного серого чугуна.

Определение производилось на приборах и по методике, опи­ санных в гл. I. Образцы диаметром 8 мм и длиной 50 мм под­

температуре 900° сильно растет, и изделия из него после непро­

силала обычно работают при этой температуре.

164 Детали воздухонагревательных аппаратов и печей

ных и тонкостенных, как игольчатые трубы рекуператоров, по­ этому его литейные свойства: жидкотекучесть, усадка (линей­ ная и объемная) и склонность к образованию внутренних на­

пряжений. имеют первостепенное значение.

В лабораторных условиях определение жидкотекучести про­ изводилось с помощью малых и больших спиралей Керри. Этот способ определения истинной жидкотекучести не точен, но для многих случаев практики, особенно в сопоставимых условиях,

дает удовлетворительные результаты.

Испытания показали, что силал имеет очень высокую жидко­ текучесть. Длина малой спирали при температуре заливки

Рис. 64. Вид спиралей для испытания жидкотекучести:

а —силал; б—обычный серый чугун; в — йизкохромистый чугун.

1280—1300° составляла 380—420 мм, тогда как у серого чугуна— всего 320 мм. Общий вид некоторых спиралей показан на рис. 64.

Впоследствии, при производственных испытаниях на заливке

игольчатых труб рекуператоров, эти данные полностью подтвер­ дились. Заполняемость форм даже при низкой температуре чу­ гуна (1250—1260°) была хорошей и брака по этой причине не было.

Линейная усадка. Линейная усадка силала определя­ лась с помощью прибора системы В. П. Чернобровкина [НО],

показанного на рис. 65.

Этот прибор состоит из основания 1, на котором неподвижно укреплена водоохлаждаемая пробка 2. Образец металла, усад­

пробкой 3. Образец заливается в песчаную форму 4, заключен­ ную в стальной кожух 5. Форма подвешена на крючках 6 и мо­

жет свободно перемещаться в осевом направлении. Изменения в длине образца передаются на барабан 7 посредством ленты 8, связанной с подвижной рамкой 9 и валиком барабана 10, с уве­ личением в 25 раз. Вдоль барабана с постоянной скоростью

(2 мм/мин) перемещается перо 11, приводимое в движение при помощи моторчика Уоррена 12.

Таким способом на бумажной ленте производится запись из­ менений длины образца в координатах: длина — время. Приме­ ры записей приведены на рис. 66. Изменение температуры в про­ цессе охлаждения образца фиксируется в координатах: тем­ пература— время при помощи термопары 13, помещенной в

центре образца.

После заполнения формы чугуном происходит быстрое фор­ мирование корочки застывшего металла, в которой в зависимо­ сти от состава развивается процесс графитообразования. Этот процесс вызывает увеличение длины образца и отмечается на кривой рис. 66 участком расширения а. Затем начинается так на-

13 — термопара.

зываемая доперлитная усадка чугуна, в процессе которой длина образца уменьшается, это отмечается на кривой участком Ь.

При достижении температуры перлитного превращения с снова

начинается участок расширения, соответствующий выделению феррита (участок кривой d). После окончания процесса выделе­ ния феррита и до полного охлаждения продолжается сокраще­ ние длины образца (так называемая послеперлитная усадка),

фиксируемое на участке кривой е.

Разница между «сходной и конечной длиной образца отме­ чается на графике участком f и характеризует собой так назы­

дают представление о поведении того или иного сорта чугуна в период от начала затвердевания до полного охлаждения, в част­

ности, дают приближенное представление о склонности к обра­ зованию внутренних напряжений. В соответствии с этим вводит­ ся дополнительная характеристика усадки, называемая полной усадкой, которая представляет собой отношение арифметической

166 Детали воздухонагревательных аппаратов и печей

суммы расширения и литейной усадки к первоначальной длине образца. Можно полагать, что чугуны с наибольшей пол­

ной и литейной усадкой будут более склонны к образованию

внутренних напряжений.

Следует отметить, что на описанном выше приборе воспроиз­ водится усадка отливок в реальных производственных условиях,

поэтому полученные данные могут существенно отличаться от

Время, мин

Рис. 66. Кривые усадки чугунов:

вий достигается выбором диаметра испытуемого образца, соста­ ва формовочной смеси и ее влажности.

Диаметр образцов может быть равным 15 мм, что соответ­ ствует тонкостенным отливкам. Для каждого из образцов форма может быть сырой или просушенной.

На рис. 67 и в табл. 69 представлены результаты определе­

ния линейной усадки чугунов: обычного серого, кремнистого нелегированного и кремнистого, легированного хромом до 1,0%.

Из данных, приведенных в табл. 69, видно, что литейная и

полная усадка кремнистого чугуна с содержанием 5—6% Si мало отличается от усадки обычного серого чугуна и для прак­

тики может быть принята равной 1,0%'. Показатели усадки

кремнистого чугуна с хромом отличаются более заметно. В прак­ тике производства отливок из этого чугуна приходится прини-

мать специальные меры для предотвращения образования тре­ щин в отливках.

Специальных определений величины объемной усадки не про­ изводилось, однако повседневные наблюдения за отливками по­

температуре обладает механическими свойствами, примерно со­

168 Детали воздухонагревательных аппаратов и печей

летворительными. Однако для других деталей повышение меха­ нических свойств является необходимым.

Особенности микроструктуры и относительно невысокая твер­ дость обеспечивают силалу хорошую обрабатываемость реза­ нием, что является существенным достоинством этого материала.

Особенности технологии производства

отливок из силала

Технология изготовления форм и стержней и процесс залив­ ки силала ничем не отличаются от обычной технологии отливок из серого чугуна. Некоторыми особенностями отличается плавка 'силала. Хорошие литейные свойства исключают необходимость выплавки его в электропечах или каких-либо других специаль­ ных плавильных агрегатах. Вполне удовлетворительные резуль­ таты получаются при выплавке силала в вагранках.

Основные требования к процессу плавки заключаются в до­ стижении достаточно высокой температуры чугуна при заливке

проще всего выполняются при соблюдении определенного соста­

ва шихты, подготовки отдельных ее составляющих и рациональ­

ном способе ведения самого процесса плавки.

Многолетняя практика производства отливок из кремнистого чугуна на одном из отечественных заводов дает основание ре­

отходы производства и чугунный лом тщательно подбирать по габаритам, не допуская слишком крупных кусков, а также боль­ шого количества мелочи.

Практика показала нецелесообразность замены 45 %-него

ферросилиция низкопроцентным — доменным. При плавке на свежих материалах для обеспечения заданного содержания крем­ ния (6,0%) приходится давать в шихту около 50%' низкопро­ центного доменного ферросилиция и исключать из шихты сталь­ ной лом. При таком составе шихты в отливках получается круп­ нозернистая структура с грубым графитом и резко снижаются

механические свойства и окалиностойкость.