Чугун с вермикулярным графитом

СОДЕРЖАНИЕ

 

ВВЕДЕНИЕ . . . . . . . . . . 1

1. Основные свойства и области применения чугуна с вермикулярным графитом . . . .  . . . . . . 8

2. Получение чугуна, конструкционные  свойства . . . . 11

3. Применение отливок из ЧВГ . . . .  . . 14

ВЫВОД . . . . . . . . . . . 16

ИСТОЧНИКИ . . . . . . . . . . 17

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Пути  развития прогрессивных технологических  процессов 

литейного производства

Акад. АН УССР В. А. ЕФИМОВ (ИПЛ  АН УССР)

 

Насущной задачей  развития народного хозяйства страны сегодня и в перспективе является снижение металлоемкости продукции машиностроения, повышение технического уровня за счет применения высококачественных, в том числе литых, материалов. Решение этой задачи требует систематического совершенствования технологической и качественной структуры производства отливок.

Научно-технический  прогресс в литейном производстве в  значительной степени зависит от технического уровня производства заготовок другими способами и общего баланса потребления металла в стране.

В перспективе  ведущая роль в производстве заготовок  и деталей машин будет принадлежать тем технологическим процессам, которые позволят обеспечить высокое качество металлопродукции с наименьшими затратами материальных и энергетических ресурсов. Наблюдается закономерное снижение доли потребления отливок по сравнению с прокатом. Если в 1960 г. доля отливок (к прокату) в структуре потребления заготовок составляла 23,8%, то в 1970 г. она снизилась до 19,4%, а в 1980 г. - до 18,3%.

Согласно прогнозу производства стали и проката  в ближайшее время производство отливок (с учетом их доли в производстве заготовок для машиностроения и общего металлобаланса) оценивается примерно в тех же объемах по массе, что и в настоящее время. Однако количество отливок должно возрасти в соответствии с темпами машиностроения. Отсюда вытекает необходимость ускоренного развития (на базе исследования фундаментальных характеристик и закономерностей процессов литья) малоотходных металлосберегающих литейных технологических процессов. С этих позиций необходимо проанализировать как отраслевые планы развития литейного производства, так и планы разработки и производства литейного оборудования в соответствии с наиболее перспективными технологическими процессами.

Рассматривая  возможность снижения расхода металла  во всем цикле производства отливок и в сфере потребления, к металлосберегающим технологиям целесообразно отнести не только те, которые обеспечивают высокий выход годного, необходимую размерную и массовую точность отливок, но и максимальное повышение качества металла.

К металлосберегающим технологиям следует отнести, прежде всего, центробежное литье, литье под давлением, непрерывное литье, электрошлаковое литье и другие способы, основанные на прогрессивных принципах формообразования, позволяющих управлять затвердеванием отливок.

Широкое распространение  получила разработанная в ИПЛ  АН УССР технология центробежного литья под флюсом. Синтетический флюс в виде легкоплавких «ли экзотермических смесей надежно защищает металл от окисления при заливке и формировании отливок, эффективно рафинирует его в форме от неметаллических включений и газов, а также „утепляет внутреннюю поверхность заготовки, способствует направленной кристаллизации металла в форме. Соответственно улучшается качество макро- и микроструктуры литого металла, повышаются плотность и механические свойства отливок. Эта технология позволила "впервые в литейной практике освоить производство крупногабаритных однослойных и биметаллических заготовок для химического и нефтяного машиностроения, судостроения.

Значительный  интерес представляют работы по получению  биметаллических отливок методом  заливки металла на твердую основу. Технология находит широкое применение при изготовлении биметаллических  и многослойных отливок, биметаллических  заготовок для последующего прессования, а также для восстановления изношенных деталей наплавкой. Промышленное освоение технологических процессов восстановления изношенных деталей на базе высокопроизводительного  специализированного оборудования позволит существенно сократить выпуск запасных деталей для сельскохозяйственных тракторов.

В энергетической промышленности при освоении массового производства биметаллических бил углеразмольных мельниц с повышенным в 2-2,5 раза ресурсом экономия металла составит более 50 тыс. т, а при выпуске биметаллических пальцев гусеничных тракторов и экскаваторов с увеличенным в 2-4,5 раза ресурсом может быть достигнута экономия металла до 200 тыс. т в год.

Комплекс теоретических  и экспериментальных исследований показал возможность эффективного управления при помощи избыточного  давления гидродинамикой заполнение полости  формы металлом, процессом теплообмена  между затвердевающей отливкой и  формой и процессом питания отливки. В условиях воздействия низкого  регулируемого давления время затвердевания отливок сокращается на 30-40%, заметно измельчается структура литого материала, на 15-25% увеличиваются его прочностные, в 1,5-2 раза - пластические свойства коэффициент использования жидкого металла повышается на 85-97%.

Использование в  ряде отраслей промышленности технологии литья под регулируемым давлением на базе специализированных машин и линий позволит в ближайшее время довести годовой выпуск отливок до 20% годового выпуска отливок из алюминиевого литья, обеспечить экономию 7-8 тыс. т алюминиевых литейных сплавов и до 1,5-2 тыс. т алюминиевого проката в год.

Перспективен  метод непрерывного горизонтального  и вертикального литья фасонных отливок и деталей для машиностроения из чугуна и цветных сплавов. Эта технология позволит довести  выход годного до 95%, обеспечит возможность управления теплоотводом при затвердевании отливок и повышений производительности в 1,5-2 раза. Техническая база литейного машиностроения и уровень технологических разработок позволяют значительно расширить номенклатуру производства отливок методом непрерывного литья. Возможная экономия металла в литейном производстве и сфере потребления составит 0,5 млн. т при значительном сокращении энергетических и трудовых затрат.

Второе кардинальное направление развития технологических  процессов литья – максимальное повышение качества металла путем рафинирования, модифицирования, фильтрации жидкого металла, применения виброимпульсной и термовременной обработки, электромагнитных полей, вакуумирования и других эффективных методов воздействия на жидкий и кристаллизирующийся металл. Научными учреждениями накоплен большой опыт повышения  качества металла, базирующийся на теплофизических и физико-химических методах обработки. Достигнут прогресс в области изучения жидкого состояния сплавов, однако объемы использования методов обработки литейных сплавов в промышленности явно недостаточны.

В ряде случаев  единственным способом достижения необходимого качества металла является электрошлаковое  литье, хотя оно требует сравнительно высоких энергетических и трудовых затрат. Разработанные в последнее время разновидности электрошлакового литья (фасонное, кокильное и др.) существенно расширяют область его применения в энергетическом, транспортном, химическом машиностроении и других отраслях промышленности. Особенно эффективно использование электрошлакового литья взамен ковки, штамповки. Металл электрошлакового переплава обеспечивает стабильность эксплуатационных характеристик литых изделий, повышение пластичности, а это позволяет изменить конструкцию и снизить металлоемкость деталей машин и агрегатов.

Перспективным направлением для получения высококачественных литейных сплавов является применение концентрированных источников нагрева – плазмы, электронного луча, обеспечивающих высокую степень рафинирования металла от вредных примесей, организацию производства изделий из тугоплавких и химически активных сплавов, в том числе с использованием в качестве шихты, производственных отходов.

Эффективно применение комбинированного плазменно-индукционного  нагрева. Технология выплавки в плазменно-индукционных печах большой номенклатуры сталей и медных сплавов позволяет повысить производительность плавки в 1,8-2 раза, снизить ее энергоемкость на 28-30%, повысить качество металла при одновременном увеличении выхода годного на 3-5%. Перспективно применение этого метода для выплавки высококачественного чугуна, переработки легковесных металлоотходов.

Обязательное  условие получения высококачественных литых изделий – заливка в  форму сплавов, облагороженных модифицированием, микролегированием и другими способами. Например, технология модифицирования стали комплексными сплавами Сцемиш при производстве отливок для энергомашиностроения позволяет уменьшить число дефектов, повысить механические свойства сплавов и ресурс работы деталей. Внедрение технологии на ПО «Невский завод» обеспечило экономию >1200 т хромомолибденованадиевой стали и -40 т ферросплавов.

Высокоэффективным методом улучшения структуры  металла в отливках из сталей феррито-перлитного, мартенситного и аустенитного классов  является модифицирование тугоплавкими дисперсными частицами – нитридами ванадия. Эта технология обеспечивает повышение прочностных и пластических свойств сталей и сплавов, их усталостной прочности, теплостойкости и жаропрочности. Внедрение процесса на Челябинском машиностроительном заводе им. С. Орджоникидзе и Херсонском заводе карданных валов для молотовых горячих штампов и литых прессовых штампов позволило повысить их стойкость в 2-3 раза. Внедрение разработки на предприятиях Минавтопрома, Минсельхозмаша и других ведомств сэкономит 15-20 тыс. т штамповых сталей.

Технология суспензионного литья с применением металлической  дроби за счет развития объемного затвердевания, ускорения теплоотвода и выравнивания температурного градиента в отливке обеспечивает оптимизацию структуры металла, ослабляет развитие ликвационных и усадочных процессов, значительно уменьшает или предотвращает литейные дефекты. По этой технологии изготовляют изложницы, мульды, поддоны и другие отливки металлургического оборудования, их эксплуатационная стойкость увеличивается на 25- 30%. Номенклатура отливок может быть существенно расширена.

Чтобы удовлетворить  потребности промышленности в металлической  дроби для суспензионного литья, а также для дробеструйной  очистки литья и проката, ИПЛ  АН УССР разработаны технология и  оборудование для получения дроби  распылением жидкого металла. Стойкость такой дроби при дробеметной очистке почти в 2 раза выше стойкости применяемой дроби, ее использование только в этой области может дать в масштабах страны экономию >250 тыс. т металла.

Модифицированием  и получением графита шаровидной формы можно поднять прочность чугуна до 100 МПа, увеличить его пластичность: Отливками из высокопрочного чугуна может быть заменено значительное количество поковок и штамповок, отливок из ковкого и серого чугунов, стальных отливок. Замена стальных отливок отливками из ВЧ может дать существенную экономию металла за счет уменьшения прибылей, припусков на механическую обработку.

Большой технический  потенциал имеет новый класс  ВЧ – чугун с вермикулярным  графитом. Его применение особенно эффективно для деталей с высокой теплопроводностью и термоусталостной прочностью. Наряду с широким использованием в производстве ВЧ ковшовой обработки и в форме перспективно применение нового технологического процесса – вакуумного модифицирования чугуна, позволяющего полностью устранить вредные выделения в атмосферу цеха и обеспечить стабильное получение ВЧ при экономном расходовании модификаторов.

Рассматривая  перспективы развития технологических  процессов, следует указать на необходимость  их автоматизации, применения средств  вычислительной техники. Примером удачного решения может служить технология заливки металлов с изготовлением магнитодинамических установок. Возможности полной автоматизации процесса, улучшение условий труда, управление дозированием металла явились основными предпосылками для широкого применения магнитодинамических установок в отечественной промышленности и за рубежом.

Развитие прогрессивных  технологических процессов литья, базирующееся на преимущественном применении малоотходных методов получения отливок и значительном повышении эксплуатационных характеристик металла, ведет к кардинальному изменению технологической и качественной структуры литейного производства. Эта цель может быть достигнута путем специализации литейных мощностей и созданием эффективной системы плановых и отчетных показателей.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Основные свойства и области применения чугуна с вермикулярным графитом

 

Первые публикации, посвященные  технологии получения чугуна с вермикулярным  графитом (ЧВГ), принадлежат Х. Моррогху, который обозначил четкое различие между вермикулярным, компактным и шаровидным графитом. Принято считать, что зарождение и начальные стадии формирования вермикулярного графита близки к подобным процессам, происходящим с шаровидными включениями. Различия проявляются на последних этапах, когда рост вермикулярного графита происходит через аустенитную оболочку, однако при сохранении контакта с жидкой фазой, тогда как при кристаллизации графитного включения шаровидной формы такой контакт полностью отсутствует. Первый патент на технологию был получен норвежской фирмой «Elkem-Spigerverket» (патент Великобритании №1069.058) в 1966 г., а с 1968 г. австрийская фирма «Steyr-Daimler-Puch AG» впервые в практике литейного производства освоила технологию изготовления литых деталей автомобилей и тракторов из ферритного чугуна с вермикулярным графитом.