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

170 Детали воздухонагревательных аппаратов и печей

Соответственно изменились механические свойства и окали­ ностойкость.

В табл. 70 приведены сравнительные данные испытаний ме­ ханических ' свойств и окалиностойкости, которые подтверждают благоприятное влияние легирования силала хромом. В настоя­ щее время силал, легированный хромом, предусмотрен ГОСТ 7769—55 под маркой ЖЧС-5,5.

Лабораторные и производственные испытания показали, что литейные свойства чугуна ЖЧС-5,5 и обрабатываемость мало отличаются от свойств обычного кремнистого чугуна. Разница в величине литейной усадки составляет в среднем 0,10% и Ирак-

Рис. 67. Микроструктура кремнистых чугунов. X 100:

а — обычного: б — легированного 1,0 % Сг.

тически не имеет значения. Усадка чугуна этой марки может быть принята равной 1,0%'.

Легирование хромом может производиться добавкой в ших­ ту 1,5—2,0%' феррохрома марки Хр4-Хр6 (высокоуглеродистый)

или присадкой природно-легированного халиловского ' чугуна марки ХЧ1-ХЧ2.

Небольшое повышение содержания никеля, связанное с при­ менением халиловского чугуна, в данном случае не оказывает существенного влияния на свойства чугуна. При пользовании

халиловским чугуном стоимость отливок почти не повышается, так как этот чугун дешев, а добавка его не превышает 20—25% от общего веса металла в шихте.

Из кремнистого чугуна, легированного хромом, на протяже­ нии последних лет отлиты десятки тысяч всевозможных деталей металлургического оборудования: игольчатых труб рекуперато-

боте при температуре стенок до 800°. Однако современная тех­ ника непрерывно требует интенсификации металлургических про-

Рис. 70. Колосник агломерационной машины. Вес — 2,4 кг.

цессов — повышения температур в .рабочих пространствах печей, повышения температуры подогрева воздуха и т. д. Поэтому тре­ буются материалы, способные выдерживать температуры 900°

Рис. 71. Рама тележки отжигательной печи. Вес — 2200 кг.

и более. Одним из таких материалов может быть кремнистый чугун с шаровидным графитом. Получение шаровидного графи­ та не меняет коренным образом состава кремнистого чугуна и

технологии его производства.

2. Отливки из кремнистого чугуна с шаровидным графитом

Изучение процесса окисления кремнистого чугуна показало,

что окисление идет не только с поверхности отливки, но и внут­ ри ее, причем окислительные газы проникают в глубину по вклю­

чениям пластинчатого графита, которые являются своеобразны­ ми каналами для этих газов. Развитию окислительных процес­ сов способствуют также различные дефекты макроструктуры —

пористость, газовые раковины и т. п. В местах расположения этих дефектов защитная пленка окислов теряет свою сплошность и не предохраняет металл от окисления. Если взять кремнистые чугуны одинакового химического состава, но с разной структу-

Рис. 72 Микроструктура кремнистого чугуна одинакового химического со­ става. X ЮО:

а — плотная мелкозернистая, с мелкими выделениями графита; б — рыхлая крупнографитная.

АВ песчаные Плотная мелкозерни-

174Детали воздухонагревательных аппаратов и печей

Учугуна А, в структуре которого наблюдаются крупные и грубые выделения графита (рис. 72, б), окалиностойкость зна­ чительно ниже, чем у чугуна Б с более мелкими выделениями

графита (рис. 72, а). При заливке чугуна в кокиль выделения

графита практически отсутствуют и окалиностойкость намного увеличивается.

Следовательно, задача повышения окалиностойкости кремни­ стого чугуна сводится к устранению включений пластинчатого

графита и повышению плотности чугуна. Эта задача была успешно разрешена путем обработки жидкого кремнистого чу­

Рис. 73. Схема установок для обработки чугуна магнием:

магния в жидкий чугун, показанные на рис. 73, а, б. Первая из них (рис. 73, а) предназначена для обработки чугуна магнием в ковшах емкостью до 500 кг. Магний вводится вручную с по­ мощью футляра, приваренного к металлической штанге. Вторая

1 Э. М. Бланк и Г. А. П и cape и к о, Авторское свидетельство № 109 546 от 8 октября 1949 г.

1000 кг, причем футляр с магнием вводится в жидкий металл с

помощью крана.

Процесс обработки может быть осуществлен двумя способа­

ми: чистым металлическим магнием в количестве 0,3—0,5% от

веса жидкого металла или 1,0—1,3% магниево-кремнистой ли­

гатуры, содержащей 15% Mg (в пересчете на чистый магний это составляет 0,15—0,20%'). Лучше применять последний спо­

ного модифицирования чугуна, как при обработке чистым магнием.

Магниево-кремнистую лигатуру в настоящее время в про­ мышленности не выпускают, но приготовление ее несложно и доступно любому литейному цеху.

Лигатуру, содержащую 57—60%! Si; 24—25%! Fe и 14—15%' Mg, готовят следующим способом. В высокочастотной печи

(пригодна любая печь, способная развить температуру 1250°)

расплавляют 75%-ный ферросилиций и покрывают поверхность

расплава слоем древесного угля. В жидкий ферросилиций с по­ мощью штанги погружают чушковый магний. Растворение маг­ ния происходит быстро без пирофорного эффекта. При этом тем­ пература расплава снижается. Чтобы расплав быстрее, без окис­ ления, затвердел после разливки, необходимо некоторое время выдерживать его в печи при выключенном токе.

Готовую лигатуру лучше всего разливать в металлические

формы. Можно приготовить мерные формы, количество лигату­ ры в которых соответствовало бы определенной порции метал­

ла, подлежащего обработке.

Так, для обработки порций чугуна весом по 200 кг отливают цилиндры весом по 2 кг. Заготовленные цилиндры лигатуры вставляют в футляры без предварительного развешивания, из­ мельчения и т. п. Естественно, что все это сильно упрощает работу в производственных условиях и уменьшает потери и от­ ходы.

Кремнистый чугун с шаровидным графитом является новым перспективным материалом для отливок, работающих при высо­ ких температурах, и предусмотрен ГОСТом 7769—55 под маркой

ЖЧСШ-5,5-0,1.

Химический состав

Химический состав кремнистого чугуна с шаровидным гра­

фитом несколько отличается от обычного кремнистого чугуна.

Вследствие изолированной компактной формы шаровидных включений графита повышенное содержание углерода не оказы­

вает отрицательного влияния на свойства чугуна. Наоборот, как

176 Детали воздухонагревательных аппаратов и печей

будет -показано ниже, при повышенном содержании углерода уменьшается усадка и снижаются внутренние напряжения в от­

ниже, так как эти элементы ухудшают пластические свойства чу­ гуна. Согласно ГОСТу 7769—55, содержание этих элементов ограничивается высокими пределами — до 0,7% Мп и доО,3%Р, однако в производстве сложных и тонкостенных отливок жела­ тельно иметь в отливках не более 0,5%' Мп и 0,15% Р.

Повышенное содержание хрома, улучшающее структуру й

свойства обычного кремнистого чугуна, также становится неже­ лательным в чугуне с шаровидным графитом, так как при этом ухудшаются его литейные свойства. Хром, как и магний, являет­

ся карбидообразующим элементом. Содержание его в отливках

должно быть ограничено пределами 0,10—0,15%!.

Повышенное содержание серы требует увеличенного расхода магния и вызывает загрязнение отливок сернистыми соединения­ ми и ликватами. Поэтому содержание серы в исходном чугуне должно быть минимальным.

Оптимальный химический состав исходного чугуна для полу­ чения окалиностойкого чугуна с шаровидным графитом должен находиться в следующих пределах: >2,8% С; 5,0—6,0%f Si; до

0,5% Мп; до 0,15%. Р; до 0,10%- S; до 0,15% Сг.

При обработке магниево-кремнистой лигатурой содержание кремния в исходном чугуне снижается на 0,5—1,0%-, при этом

имеется в виду, что недостающее количество его будет введено с лигатурой.

Структура

Типичная микроструктура кремнистого чугуна с шаровидным графитом показана на рис. 74, а. Металлическая основа его со­ стоит из пластинчатого перлита и феррита. В центре феррито­

вых зерен находятся включения графита шаровидной формы.

Наличие большого количества кремния в чугуне не предотвра­ щает образования перлита вследствие сильной карбидообразую­

щей способности магния. В процессе работы отливок из этого чугуна при высоких температурах перлит полностью распадает~.

ся, и структура становится чисто ферритной, как показано на4

рис. 74, б. В тонкостенных отливках при большой скорости охлаждения, и особеннопри наличии в чугуне хрома, возмож­ но образование сложных карбидов (Fe + Fe3S2) + (Fe3C) + + (Fe, Cr)7C3, придающих чугуну высокую твердость, а также

178 Детали воздухонагревательных аппаратов и печей

Таблица 72

Окалиностойкость чугуна с шаровидным графитом в сравнении с некоторыми

Число циклов нагрева образцов

чугун с пластинчатым графитом и углеродистая сталь. Практи­ ка показала, что при работе с нагревом стенки до 800° отливки из такого чугуна обладают стойкостью много большей, чем от­ ливки металлургического оборудования из чугуна с пластинча­