60. Термообработка серого и белого чугуна

Серый литейный чугун подвергают отжигу, нормализации, закалке, отпуску, поверхностному упрочнению.

Отжиг чугунных отливок производят для уменьшения внутренних напряжений и устранения отбела. В первом случае отжиг осуществляют путем медленного нагрева скоростью 75—100°С в час до температуры 500—550 ^оС. При этой температуре изделия выдерживают от 2 до 5 ч и медленно охлаждают вместе с печью до температуры 250 ^оС, затем — на воздухе. Отбел — это твердая поверхностная корка, состоящая из цементита, обращавшегося при литье серого чугуна в металлические формы. Для устранения отбела при отжиге изделия нагревают до температуры 850—870°С, выдерживают при этой температуре 1—5 ч, после чего охлаждают вместе с печью до температуры 500 ^оС, а затем — на воздухе. В результате твердость поверхностного слоя уменьшается. Нормализации подвергают отливки простой формы и небольших сечений путем нагрева их до температуры 850— 900 ^оС, при этой температуре выдерживают 2—3 ч, а затем охлаждают на воздухе. Нормализацию применяют редко, более часто используют закалку с отпуском. В результате закалки прочность чугунных отливок повышается. Закалку производят нагревом до температуры 850—900 ^оС с последующим охлаждением в воде. Твердость чугуна при этом составляет 450—550 НВ. Для деталей, работающих на истирание, применяют низкий отпуск при температуре 550-600 ^оС. Белый чугун ввиду высокой твердости и хрупкости практически не поддается обработке резанием. Поэтому его подвергают специальной термообработке с целью повысить прочность и пластичность. В результате этой термообработки образуется ковкий чугун. Ковкий чугун получают длительным отжигом отливок из белого чугуна в нейтральной или окислительной среде при температурах 950— 1000 ^оС. Графитизирующий отжиг производят в нейтральной среде (речной песок). При этом цементит разлагается с образованием графита и феррита. Такой чугун называется ферритным. Длительность процесса составляет 20—25 ч, иногда несколько суток. При отжиге в окислительной среде чугун обезуглероживается. Полученная структура становится перлитной. Нормализацию производят при температуре 850— 900 ^оС с выдержкой при этой температуре в течение 1—1,5 ч с последующим охлаждением на воздухе. Если после этого отливки имеют повышенную твердость, их подвергают высокому отпуску при температуре 650—680 ^оС с выдержкой в течение 1—2 ч.

В ряде случаев изделия из ковкого чугуна закаливают с целью дальнейшего повышения твердости и износоустойчивости за счет снижения пластичности.

61. Получение алюминия

Алюминий получают из бокситов и нефелинов. Химический состав бокситов выражается формулой Na₂(K₂)OAl₂O₃ •2SiO₂. Бокситы содержат в своем составе 30—70% глинозема А1₂O₃, 2-20% кремнезема SiO₂, 2—50% окиси железа Fe₂O₃ и 0,1-10% окиси титана ТiO₂.

Производство алюминия состоит из двух основных процессов:

1. получения глинозема А1₂O₃ из бокситов;

2. восстановления металлического алюминия электролизом из раствора глинозема в расплавленном криолите (Na₃AlF₆).

Электролитом служат криолит с добавлением 8— 10% глинозема, а также А1F₃ и NaF. Образующийся в результате электролиза жидкий алюминий собирается на дне ванны под слоем электролита. Его называют алюминием-сырцом. Алюминий-сырец содержит металлические (Fe, Si, Cu, Zn и др.) и неметаллические (С, Аl₂O₃ и др.) примеси, а также газы — кислород, водород, окись и двуокись углерода и др. Эти примеси удаляют хлорированием жидкого алюминия-сырца в ковше. Образующийся при этом парообразный хлористый алюминий А1С1₃, проходя через расплавленный алюминий, обволакивает пузырьками частицы примесей и выносит их вместе с газами, растворенными в алюминии.

Первичный алюминий (ГОСТ 11069-74) делят на следующие группы:

1) алюминий особой чистоты (марка А999); 2) алюминий высокой чистоты (4 марки); 3) алюминий технической чистоты. ГОСТом предусмотрены восемь марок, допускающих содержание примесей 0,15—1%. Название марки указывает ее чистоту. Например, марка А8 обозначает, что в металле содержится 99,8% алюминия, а в марке А99 — 99,99%.

Алюминий — легкий металл серебристо-белого цвета с высокой электро- и теплопроводностью; плотность его 2700 кг/м³, температура плавления зависит от чистоты и колеблется в пределах 660—667⁰С. В отожженном состоянии алюминий имеет малую прочность (σ_B= 80—100 МПа), низкую твердость (НВ = 20—40), но обладает высокой пластичностью (δ = 35-40%).

Алюминий хорошо обрабатывается давлением, сваривается, но плохо поддается резанию. Имеет высокую стойкость против атмосферной коррозии и в пресной воде. На воздухе алюминий быстро окисляется, покрываясь тонкой плотной пленкой окиси, которая не пропускает кислород в толщу металла, что и обеспечивает его защиту от коррозии.