Внутренние напряжения в чугуне

Процессы нормализации, закалки и отпуска чугуна

Чугунные детали пользуются большой популярностью в машиностроении. Однако обработка этого металла сопряжена с рядом сложностей. Важно правильно подобрать инструмент, чтобы достичь максимальной производительности.

Основные проблемы

Наибольшее количество хлопот доставляют повышенная твёрдость чугуна, а также сильный нагрев во время обработки этого материала.

Причем в зависимости от состава сплава обрабатываемость чугуна может сильно варьироваться. Если обработка наименее прочных серого и ковкого чугунов в целом не вызывает проблем, то обработка остальных видов чугунов сопровождается сложностями, поэтому к каждому виду чугуна необходимо подходить индивидуально.

Инструмент по обработке чугуна должен обладать предсказуемой надёжностью при высоких скоростях резания, несмотря на то, что при резании разных видов этого металла механизм износа токарных пластин будет отличаться. Есть ли универсальный инструмент для токарной обработки чугуна и какими характеристиками он должен обладать?

Читайте также: Не найдено

Специфика токарного инструмента по чугуну

Для обработки чугуна идеальным инструментом будут пластины из прочных мелкозернистых твёрдых сплавов. Они отличаются повышенной прочностью и износостойкостью даже при растачивании в тяжелых условиях. Чтобы песок и другие включения, характерные для чугунных сплавов, не изнашивали токарные пластины, пользуйтесь инструментом, сочетающим в себе износостойкость и низкий уровень хрупкости.

При изготовлении большого количества чугунных изделий стоит отдавать предпочтение пластинам со специальными покрытиями, облегчающими теплоотвод. Например, с покрытием оксида алюминия. Тогда износ инструмента будет заметно ниже.

Что касается геометрии, то для облегчения резания чугуна выбирайте пластины без задних углов, а передний – должен иметь отрицательный или небольшой положительный угол.

Резание чугуна: особенности

Неравномерный припуск на чугунных деталях и наличие литейной корки – основные проблемы при токарной обработке. Поэтому во время обдирки чугунных деталей весь слой до чистого металла необходимо снимать за один проход, чтобы резец оставался в пределах литейной корки. Это позволит избежать абразивного износа инструмента.

Графит в составе чугуна, высвобождаясь во время обработки, сильно пылит. А стружка образуется мелкая и сыпучая. Чтобы температура не увеличивалась из-за налипшей стружки и пыли, стоит регулярно очищать оборудование.

«Сухая» или «мокрая» обработка?

При «мокром» резании с применением смазочно-охлаждающей жидкости образуется чугунная пыль, но зато уменьшается риск температурной деформации заготовок. СОЖ усиливает температурные колебания, ведет к термическим трещинам и выкрашиванию пластин. Поэтому предпочтительнее обрабатывать «на сухую». Это позволит свести к минимуму температурные колебания на режущей кромке и увеличить срок эксплуатации инструмента.

В любом случае чугун является довольно абразивным материалом, поэтому его обработка требует в три раза больше времени, чему, например, стали, так как требуется занижать режимы резания. Неправильный выбор токарного инструмента является причиной быстрого затупления режущей кромки, и, как следствие, ужасного качества обработки поверхности.

Во всем мире большой популярностью для обработки чугуна пользуются токарные пластины компании Kennametal, которые представлены в нашем каталоге.

Актуальные цены и наличие на складе этих пластин представлены в нашем онлайн каталоге.

Как обрабатывается чугун токарным инструментом Kennametal можно увидеть на видео:

О чугуне

В технике под металлом понимают вещества, обладающие «металлическим блеском», в той или иной мере присущим всем металлам, и пластичностью. По этому признаку металлы можно легко отличить от неметаллов (например, дерева, камня, стекла или фарфора). «Металлы суть светлые тела, которые ковать можно». Это определение металлов, данное М. В. Ломоносовым, не потеряло своего научного значения и теперь, через 200 лет. М. В. Ломоносов отметил и вторую особенность этих тел — сходство их строения с солями, т. е. кристалличность. В XIX в. была создана научная теория строения тел, согласно которой все твердые тела делятся на две группы: кристаллические и аморфные.

Читайте также: Фрезерование нержавеющего металлопроката

1. Состав и сорт чугунов

Продуктами доменной плавки являются чугун, шлак, и колошниковый газ и колошниковая пыль.

Чугун по назначению делится на три группы: передельный, литейный и доменные ферросплавы. Из всей выплавки более 81% составляют передельные чугуны, которые переплавляются в сталь, и около 19% приходится на долю литейных чугунов и ферросплавов. Из литейного чугуна отливают фасонные детали, а ферросплавы используют в качестве добавок (раскислителей) при выплавке стали.

Чугун представляет собой сложный железоуглеродистый сплав, в котором углерода содержится от 2 до 4,3%, кремния – 0,5-4,25%, марганца – 0,2-2%, серы – 0,02-0,2%, фосфора – 0,1-1,2%. Влияние элементов, входящих в состав чугуна, на его свойства велико. Они определяют структуру и свойства чугуна.

Углерод—важнейшая составляющая чугуна. Углерод находится в чугуне в различных состояниях: в виде химически связанного соединения с железом Fе3С, называемого карбидом железа (или цементитом), и в свободном состоянии – в виде графита.

Если углерод находится в чугуне в виде цементита, то чугун имеет в изломе белый цвет. Цементит кристаллизуется непосредственно из жидкого сплава. Чем быстрее идет процесс охлаждения (как при переходе чугуна из жидкого состояния в твердое, так и в твердом состоянии), тем больше в нем будет находиться химически связанного углерода.

Чугун, в котором углерод находится в виде цементита, называется белым чугуном.

Если углерод находится в чугуне главным образом в свободном состоянии – в виде графита, то чугун имеет в изломе серый цвет и называется серым чугуном.

Марганец способствует получению белого чугуна, так как образует с углеродом карбиды Мn3С и этим препятствует графитизации. Поэтому в белых чугунах бывает 2–2,5%, а иногда и 3,5% Мn, а в сером чугуне – не более 1,3%.

Кремний является важнейшей после углерода примесью в чугуне. Кремний увеличивает жидкотекучесть и способствует получению серого чугуна. В сером чугуне кремния содержится от 1,25 до 4,25%, а в белом – от 0,2 до 2%.

Сера – вредная примесь в чугуне. Она ухудшает механические свойства чугуна, понижая его прочность увеличивая хрупкость, и придает чугуну густо-текучесть, пузырчат ость, т. е. ухудшает его литейные свойства. Поэтому содержание серы в чугуне не должно превышать 0,08%.

Фосфор также понижает прочность и увеличивает хрупкость чугуна, но, несмотря на это, он бывает и полезной примесью, так как увеличивает жидкотекучесть серого чугуна. Это качество имеет большое значение при изготовлении художественного и тонкостенного литья. Содержание фосфора в ответственных отливках допускается до 0,1%, а в менее ответственных – до 1,2%.

В доменных печах выплавляют чугун следующих сортов: передельный, литейный, доменные ферросплавы и специальные чугуны.

Передельный чугун делится на 3 класса:

1) мартеновский чугун марок М-1 и М-2, содержащий 1,5–2,5% Мn, 0,3–1,5% Si 0,15–0,2 % P и 0,03-И 0,07% S.

Читайте также: Чиллер водяного охлаждения и его применение

2) бессемеровский чугун марок Б-1 и Б-2, получаемый из малофосфористых руд и содержащий 0,6–1,5% Мn, 0,9-2,0% Si до 0,07% Р и до 0,04% S.

3) томасовский чугун марки Т-1, выплавляемый из фосфористых руд и содержащий 1,6–2% Р, 0,08–1,3% Мn, 0,2–0,6% Si; и 0,08% S.

Передельный чугун идет на переделку в сталь.

Литейный чугун марок ЛК-00, ЛК-0, ЛК-1 и других получают из шихты с достаточным содержанием кремнезема. В зависимости от марки он содержит 1,25–4,25% Si и до 1,3% Мn. Литейный чугун идет на отливку различных деталей. Его классификация приведена в разделе «Литейное производство».

Доменные ферросплавы, т. е. сплавы железа с различными элементами (марганцем, кремнием, фосфором и др.), используют в качестве раскислителей и легирующих добавок в сталеплавильных агрегатах и вагранках. В доменных печах выплавляют преимущественно следующие ферросплавы и специальные чугуны: зеркальный чугун, ферромарганец, ферросилиций, силикошпигель, феррофосфор, ферроманганфосфор.

Специальные чугуны — хромоникелевые, ванадиевые, титанистые.

Хромоникелевые чугуны выплавляют из руд, содержащих хром и никель. Эти чугуны бывают литейные, содержащие до 2,2–3,8% хрома и около 1% никеля, и передельные, содержащие до 1,75% никеля.

Ванадиевые чугуны получают при плавке в доменных печах титаномагнетитовых руд, в которых имеется небольшое количество пятиокиси ванадия (V2O5). Применяют также чугуны для передела на сталь для выплавки феррованадия.

Титанистые чугуны получают при производстве в доменных печах высокоглиноземистых шлаков, которые являются в данном случае основным продуктом плавки, а чугун с содержанием титана 0,6–0,7% – побочным продуктом.

Отгружаемые с завода чушковый чугун и ферросплавы маркируют несмываемой краской определенного цвета, присвоенного каждой марке чугуна и ферросплавов, и снабжают сертификатом. В сертификате указывают полный анализ каждого выпуска и подтверждают отделом технического контроля завода, что чугун или ферросплавы отвечают требованиям ГОСТа. Сертификат отправляют заказчику одновременно с отгрузкой чугуна.

2. Оборудование для термической обработки

Для термической обработки применяют оборудование, состоящее из нагревательных печей, закалочных устройств, приборов для контроля тепловых режимов и др.

Печи для термической обработки. Термические печи бывают самых разнообразных конструкций, в зависимости от способа передачи тепла от печи к нагреваемым деталям, метода загрузки печи, способов получения тепла (источника тепла), назначения печи, характера её работы и т. п.

В зависимости от способа передачи тепла нагреваемым деталям печи делятся на камерные, муфельные и печи-ванны.

В камерных печах нагреваемую деталь помещают в то же пространство (камеру), через которое проходят горячие газы. Таким образом, в камерных печах детали нагреваются в результате непосредственного соприкосновения их с пламенем и горячими газами.

В муфельных печах детали, помещенные в специальный ящик под колпак, не соприкасаются ни с пламенем, ни с горячими газами. Горячие газы и пламя нагревают муфель, а детали получают тепло от стенок муфеля. Муфельные печи применяют в тех случаях, когда нельзя допускать соприкосновения нагреваемых деталей с печными газами (при светлом отжиге, газовой цементации и т. д.).

Печи-ванны имеют ту особенность, что , нагреваемые детали погружаются в расплавленную соль, ^ в расплавленный свинец или в горячее масло, находящиеся в тигле. Печи-ванны применяют для быстрого нагревания мелких деталей.

Печи загружают тремя способами: сбоку, сверху (в шахтных печах) и при помощи выдвижного пода. Нагревают печи топливом или электрическим током. Для нагрева печи топливом приходится устраивать топки или камеры сгорания, ставить форсунки или горелки, делать в кладке печи газовые каналы и дымоходы для отвода горячих газов. При нагреве электрическим током необходимость во всех этих устройствах отпадает. Температура нагрева в электропечах достигает 1350° С; в них обеспечивается точность регулирования температуры,

По назначению различают термические печи для отжига, нормализации, закалки, отпуска, азотирования и цианирования.

По характеру работы различают печи периодического и непрерывного действия. Из печей периодического действия широкое применение (особенно в единичном и мелкосерийном производстве) получили камерные печи с неподвижным подом. Эти печи, имеющие площадь пода от 0,5 до 6 м2 и производительность от 70 до 200 кг/м2/час, используют для отжига, закалки, отпуска, цементации и других видов термической обработки. При отжиге и нормализации крупных деталей применяют камерные печи с выдвижным подом. Площадь пода у печей этого типа — от 3 до 20 м2, а производительность — от 50 до 250 кг/м2/час.

Для безокислительного нагрева деталей применяют печи с контролируемой атмосферой, характерной особенностью которых является герметичность рабочего пространства. Печи непрерывного действия характеризуются высокой степенью механизации и автоматизации.

В настоящее время в термических цехах широко используются электрические печи с металлическими и неметаллическими (карборундовыми) нагревателями. Наиболее распространены электрические печи с металлическими нагревателями из сплавов, обладающих высоким электросопротивлением. Чаще всего для этой цели используют сплавы никеля с хромом (нихромы), а также сплавы на железной основе (в виде проволоки или ленты), содержащие значительное количество хрома и алюминия. Обычно металлические нагреватели располагают на боковых стенках, на поду или под сводом печи.

Если необходимо получить в печи температуру свыше 1350° С, то применяют металлические нагреватели, которые представляют собой стержни, изготовляемые в основном из карбида кремния. Карборундовые нагреватели выдерживают температуру до 1500° С.

По сравнению с пламенными в электрических печах наиболее полно используется тепло (к. п. д. пламенных термических печей 12—15%, электрических — 50 – 80%). В электрических печах сравнительно легко регулируется температура.

В последние годы все большее распространение получают безмуфельные печи с радиационными трубами, в которых происходит сжигание газа. Стенки радиационных труб нагреваются до высокой температуры и подобно нагревателям в электрических печах являются источником излучения тепла. Диаметр трубы – 80 – 90 мм, толщина стенок – 4–6 мм. Трубы изготовляют из жаропрочной стали. Через конец трубы подают газ и воздух. Продукты горения отводятся в вытяжные трубы. Замена муфелей радиационными трубами позволяет сэкономить дорогостоящую жароупорную сталь.

Читайте также: Как вставить сверло в быстрозажимной патрон

Измерение температур. Для измерения и контроля температур до 400° С в термических печах применяют термометры, а в печах с рабочей температурой до 1250° С и выше—термоэлектрические и оптические пирометры.

Ртутные и спиртовые термометры применяют в термических цехах для измерения температуры закалочных жидкостей, низкого отпуска и старения стальных деталей при нагреве до 300—400° С, а также при обработке стали холодом при температуре до минус 100—150° С.

Термоэлектрическими пирометрами пользуются для измерения температуры почти при всех видах термической обработки. Они состоят из двух частей: термопары и милливольтметра (гальванометра).

Принцип работы термопары сводится к следующему. Если взять две проволоки а и а1 из разных металлов, а один конец их А сварить (горячий спай термопары) и поместить в среду, температуру которой нужно измерить, то на свободных концах b и b1 термопары (холодный спай) появится разность потенциалов, измеряемая в милливольтах. Эта разность будет тем больше, чем больше разность температур горячего и холодного спая термопары.

3. Термическая обработка чугуна

В машиностроении применяют отливки из серого, ковкого и высокопрочного чугунов. Эти чугуны отличаются от белого чугуна тем, что у них весь углерод или большая часть его находится в свободном состоянии в виде графита (у белого чугуна весь углерод находится в виде цементита).

Структура указанных чугунов состоит из металлической основы аналогично стали (перлит и феррит) и неметаллических включений – графита.

Серый, ковкий и высокопрочный чугуны отличаются друг от друга в основном формой графитовых включений. Это и определяет различие механических свойств указанных чугунов.

У серого чугуна при рассмотрении под микроскопом графит имеет форму пластинок.

Графит обладает низкими механическими свойствами. Он нарушает сплошность металлической основы и действует как надрез или мелкая трещина. Чем крупнее и прямолинейнее формы графитовых включений, тем хуже механические свойства серого чугуна.

Основное отличие высокопрочного чугуна заключается в том, что графит в нем имеет шаровидную (округленную) форму. Такая форма графита лучше пластинчатой, так как при этом значительно меньше нарушается сплошность металлической основы.

Ковкий чугун получают длительным отжигом отливок из белого чугуна, в результате которого образуется графит хлопьевидной формы – углерод отжига.

Механические свойства рассматриваемых чугунов можно улучшить термической обработкой, при этом необходимо помнить, что в чугунах создаются значительные внутренние напряжения, поэтому нагревать чугунные отливки при термической обработке следует медленно, чтобы избежать образования трещин.

Отливки из чугуна подвергают следующим видам термической обработки.

Низкотемпературный отжиг. Чтобы снять внутренние напряжения и стабилизировать размеры чугунных отливок из серого чугуна, применяют естественное старение или низкотемпературный отжиг.

Более старым способом является естественное старение, при котором отливка после полного охлаждения претерпевает длительное вылеживание – от 3–5 месяцев до нескольких лет. Естественное старение применяют в том случае, когда нет нужного оборудования для отжига.

Этот способ в настоящее время почти не применяют, а производят главным образом низкотемпературный отжиг. Для этого отливки после полного затвердевания укладывают в холодную печь (или печь с температурой 100–200° С) и медленно (со скоростью 75–100° в час) нагревают до 500–550° С. При этой температуре их выдерживают 2–5 час. и охлаждают до 200° С со скоростью 30–50° в час, а затем – на воздухе.

Графитизирующий отжиг. При отливке изделий возможен частичный отбел серого чугуна с поверхности или даже по всему сечению. Чтобы устранить отбел и улучшить обрабатываемость чугуна, производится высокотемпературный Графитизирующий отжиг с выдержкой при температуре 900–950° С в течение 1–4 час. и охлаждением изделий до 250–300° С вместе с печью, а затем – на воздухе. При таком отжиге в отбеленных участках цементит Fe3С распадается на феррит и графит, вследствие чего белый или половинчатый чугун переходит в серый.

Нормализация. Нормализации подвергают отливки простой формы и небольших сечений. Нормализация проводится при температуре 850–900° С с выдержкой 1–3 часа и последующим охлаждением отливок на воздухе. При таком нагреве часть углерода (графита) растворяется в аустените. После охлаждения на воздухе металлическая основа получает структуру трооститовидного перлита с более высокой твердостью и лучшей сопротивляемостью износу. Для серого чугуна нормализацию применяют сравнительно редко, более широко применяют закалку с отпуском.

Закалка деталей из серого чугуна. Повысить прочностные свойства серого чугуна можно его закалкой. Она производится с нагревом до 850–900° С и охлаждением в воде. Закалке можно подвергать как перлитные, так и ферритные чугуны. Твердость чугуна после закалки достигает НВ 450–500. В структуре закаленного чугуна имеются мартенсит со значительным количеством остаточного аустенита и выделения графита.

Эффективным методом повышения прочности и износоустойчивости серого чугуна является изотермическая закалка, которая производится аналогично закалке стали.

Высокопрочные чугуны с шаровидным графитом можно подвергать пламенной или высокочастотной поверхностной закалке. Чугунные детали после такой обработки имеют высокую поверхностную твердость, вязкую сердцевину и хорошо сопротивляются ударным нагрузкам и истиранию.

Легированные серые чугуны и высокопрочные магниевые чугуны иногда подвергают азотированию. Поверхностная твердость азотированных чугунных изделий достигает НВ 600—800; такие детали имеют высокую износоустойчивость. Хорошие результаты дает сульфидирование чугуна; так, например, сульфидированные поршневые кольца быстро прирабатываются, хорошо сопротивляются истиранию, и срок их службы повышается в несколько раз.

Отпуск. Чтобы снять закалочные напряжения, после закалки производят отпуск. Детали, предназначенные для работы на истирание, проходят низкий отпуск при температуре 200–250° С. Чугунные отливки, не работающие на истирание, подвергаются высокому отпуску, при температуре 500–600° С. При отпуске закаленных чугунов твердость понижается значительно меньше, чем при отпуске стали. Это объясняется тем, что в структуре закаленного чугуна имеется большое количество остаточного аустенита, а также тем, что в нем содержится большое количество кремния, который повышает отпускоустойчивость мартенсита.

Для отжига на ковкий чугун применяют белый чугун примерно следующего химического состава: 2,5–3,2% С, 0,6–0,9% Si, 0,3–0,4% Мn, 0,1–0,2% Р и 0,06-0,1% S.

Существует 2 способа отжига на ковкий чугун:

графитизирующий отжиг в нейтральной среде, основанный на разложении цементита на феррит и углерод отжига;

обезуглероживающий отжиг в окислительной среде, основанный на выжигании углерода.

Отжиг на ковкий чугун по второму способу занимает 5–6 суток, поэтому в настоящее время ковкий чугун получают главным образом графитизацией. Отливки, очищенные от песка и литников, упаковывают в металлические ящики либо укладывают на поддоне, а затем подвергают отжигу в методических камерных и других отжигательных печах.

Процесс отжига состоит из двух стадий графитизации. Первая стадия заключается в равномерном нагреве отливок до температуры 950–1000° С с выдержкой 10–25 час.; затем температуру понижают до 750– 720° С при скорости охлаждения 70–100° в час. На второй стадии при температуре 750–720° С дается выдержка 15–30 час., затем отливки охлаждаются вместе с печью до 500–400° С и при этой температуре извлекаются на воздух, где охлаждаются с произвольной скоростью.

При таком ступенчатом отжиге в области температур 950–1000° С идет распад (графитизация) первичного, т. е. эвтектического (ледебуритного) цементита, а при температуре 750—720° С распадаются вторичный и эвтектоидный (перлитный) цементиты. В результате отжига по такому режиму структура ковкого чугуна представляет собой зерна феррита с включениями гнезд углерода отжига – графита.

Перлитный ковкий чугун получается в результате неполного отжига: после первой стадии графитизации при температуре 950–1000° С чугун охлаждается вместе с печью; вторая стадия графитизации не проводится. Структура перлитного ковкого чугуна состоит из перлита и углерода отжига.

Чтобы повысить вязкость, перлитный ковкий чугун подвергают сфероидизации при температуре 700–750° С, что создает структуру зернистого перлита.

Для ускорения процесса отжига на ковкий чугун изделия из белого чугуна подвергают закалке, затем проводят графитизацию при температуре 1000–1100° С.

Ускорение графитизации закаленных чугунов при отжиге объясняется наличием большого количества центров графитизации, образовавшихся при закалке. Это дает возможность сократить время отжига закаленных отливок до 15–7 час.

Метод предварительного нагрева и закалки отливок из белого чугуна разработан металлургами А. Д. Ассоновым и В. И. Прядиновым и широко применяется в различных отраслях промышленности.

Термическая обработка ковкого чугуна. Чтобы повысить прочность и износоустойчивость, ковкие чугуны подвергают нормализации или закалке с отпуском. Нормализация ковкого чугуна производится при 850–900°С с выдержкой при этой температуре 1–1,5 часа и охлаждением на воздухе. Если после отливки заготовки имеют повышенную твердость, то их следует подвергать высокому отпуску при температуре 650–680° С с выдержкой 1–2 часа.

Иногда ковкий чугун подвергают закалке, чтобы получить более высокую прочность и износоустойчивость за счет снижения пластичности. Температура нагрева под закалку та же, что и при нормализации; охлаждение производится в воде или масле, а отпуск, в зависимости от требуемой твердости, обычно при температуре 650–680° С.

Быстрое охлаждение может производиться непосредственно после первой стадии графитизации при достижении температуры 850–880° С с последующим высоким отпуском.

Для ковкого чугуна применяют закалку токами высокой частоты или кислородно-ацетиленовым пламенем, при этом может быть достигнута высокая твердость поверхностного слоя при достаточной пластичности основной массы. Метод такой закалки тормозных колодок из ферритного ковкого чугуна заключается в нагреве деталей токами высокой частоты до температуры 1000– 1100° С с выдержкой 1–2 мин. и последующим быстрым охлаждением. Структура закаленного слоя состоит из мартенсита и углерода отжига твердостью НRС 56–60.

Читайте также: Особенности и преимущества технологии TIG сварки

Ковкий чугун по сравнению со сталью более дешевый материал; он обладает хорошими механическими свойствами и высокой коррозионной стойкостью. Поэтому детали из ковкого чугуна широко применяются в сельскохозяйственном машиностроении, автотракторной промышленности, станкостроении (для изготовления зубчатых колес, звеньев цепей, задних мостов, кронштейнов, тормозных колодок и пр.) и в других отраслях народного хозяйства.

Ковкие чугуны маркируют буквами КЧ, означающими ковкий чугун, затем идут два числа: первое число показывает предел прочности при растяжении, второе – относительное удлинение.

ГОСТом 1215-59 установлены следующие марки ковких чугунов: КЧЗО-6, КЧЗЗ-8, КЧ35-10. . КЧ37-12, КЧ45-6, КЧ50-4, КЧ56-4, КЧ60-3 и КЧ63-2.

Обрабатываемость чугуна

Чугун с пластинчатым графитом имеет очень хороши свойства для механической обработки. Основной причиной продолжающегося в большом масштабе приминения чугуна в машиностроении является не только низкая стоимость материала и процесса отливки, но так же и низкая стоимость окончательно обработанного изделия. Почти по всем критериям он имеет хорошую обрабатываемость — низкую скорость износа инструмента, высокую скорость съема металла, относительно низкие силы резания и затрачиваемую на резание мощность. Поверхность обработанного чугуна, скорее матовая по внешнему виду, является, однако, идеальной для многих поверхностей скольжения. Получаемая при обработке стружка сходит в виде очень мелких частиц, удаление которых из зоны резания может быть легко осуществлено даже при обработке с высокими скоростями резания. Обработка чугуна — в некоторой степени грязная и пыльная операция, связанная с присутствием в воздухе мелкой графитовой пыли, что требует применения определенных мер по защите оператора.
Подобно обработке других материалов, обработка чугуна характеризуется большим различием в поведении чугуна при срезании в плоскости сдвига и на поверхности раздела инструмента и заготовки. Наиболее важной особенностью является то, что разрушение в плоскости сдвига происходит с очень высокой частотой, вызванной присутствием пластинчатого графита. Это приводит к образованию стружки, состоящей из очень небольших частиц длиной всего несколько миллиметров. Вследствие того, что стружка не сливная, длина контакта на передней поверхности очень небольшая, стружка тонкая и силы резания и затрачиваемая мощность низкие. Небольшая сила резания объясняется также тем, что пластины графита имеют низкую прочность и сравнительно большой размер, так что одна пластинка может перекрывать почти всю плоскость сдвига. В табл. 7.2 приведены значения сил резания Fс и подачи Ff для типичного перлитного чугуна по сравнению со сталью при одних и тех же режимах резания. На этот аспект обрабатываемости влияют марка и состав чугуна. Чугуны с низкой прочностью, структура которых состоит в основном из феррита и графита, являются наиболее хорошо обрабатываемыми, допускающими наибольшие скорости съема металла. Допустимые скорости резания и подачи несколько ниже для перлитного чугуна и уменьшаются с повышением прочности и твердости. Высоколегированные и отбеленные чугуны с очень низким содержанием графита и большим содержанием карбида железа Fe3C и карбидов других металлов очень трудно поддаются механической обработке. Валки из отбеленного чугуна могут быть обработаны инструментами из твердого сплава со скоростью 3—10 м/мин.

Характер деформирования большинства конструкционных чугунов (ферритного или перлитного типа) при их обработке резанием может быть с достаточной точностью определен заранее на основании данных о их прочности и пластичности, полученных при стандартных механических испытаниях в лаборатории. Однако их поведение на поверхности раздела инструмент — заготовка является менее «стандартным». Можно было бы ожидать, что графит будет действовать как смазка и препятствовать схватыванию на поверхности раздела инструмент — заготовка, однако не имеется данных, подтверждающих, что он действует подобным образом. При обработке инструментами из твердого сплава или быстрорежущей стали образуется нарост, сохраняющийся при более высокой скорости резания, чем при обработке стали. На картах обрабатываемости перлитного чугуна твердосплавным инструментом на основе WC—Co показана область, в которой сохраняется нарост. По мере увеличения скоростей резания и подачи форма нароста изменяется, и в конце концов нарост исчезает, когда на инструменте появляется лунка износа. На рис. 7.27 приведено сечение по наросту, сцепленному с передней поверхностью и изношенной задней поверхностью. Он состоит из дисперсных частиц металлической основы чугуна, чрезвычайно сильно пластически сдеформированных и сваренных совместно; цементит и другие структурные составляющие обычно столь сильно диспергированы, что их нельзя увидеть в оптический микроскоп. В наросте графит не обнаруживается — в верхней части рис. 3.8 видна структура нароста в полированном, но непротравленном шлифе. По-видимому, графит присутствует в виде отдельных очень тонких слоев, поскольку при растворении нароста в кислоте образуется черный осадок.

Таким образом, под действием напряжений сжатия в условиях пластических деформаций на поверхности инструмента ферритные и перлитные серые чугуны о пластинчатым графитом ведут себя как пластичные материалы. Поэтому сила подачи Ff часто выше силы резания Fс (как это видно из табл. 7.3) и ближе к значению Fс при обработке стали. Обычно обработка чугуна инструментами из быстрорежущей стали или из твердого сплава проводится на режимах, при которых образуется нарост и может быть обеспечена достаточно высокая стойкость инструмента. При образовании стружки надлома нарост более устойчив и реже отделяется от инструмента даже в условиях прерывистого резания. Износ инструмента в основном определяется адгезионными процессами, и наибольшая стойкость инструмента может быть достигнута при применении инструментов из вольфрамокобальтового сплава с высокодисперсными частицами карбидов. При более высокой скорости съема металла нарост исчезает, и для уменьшения скорости образования лунки износа и диффузионного износа задней поверхности применяются инструменты из твердого сплава, имеющего дисперсные зерна карбидов и содержащего небольшое количество TiC и TaC. Для уменьшения скорости износа могут применяться также инструменты с покрытием TiC.

В проводимых до сих пор исследованиях предполагалось, что распределение температуры в инструментах при обработке чугуна отличается от распределения температуры при обработке стали. Когда образуется стружка, отличная от сливной, наиболее высокая температура наблюдается вблизи режущей кромки. При наличии в этой зоне как высоких напряжений сжатия, так и температуры верхний предел скорости съема металла ограничивается деформацией режущей кромки.

Минералокерамические инструменты, обладающие очень высокой износостойкостью в условиях диффузионного износа и высокой жаропрочностью, могут применяться для обработки перлитного чугуна с пластинчатым графитом при скорости резания свыше 700 м/мин по сравнению с максимальной скоростью около 180 м/мин, допускаемой твердосплавными металлокерамическими инструментами.

Чугуны с шаровидным графитом, имеющие лучшие механические свойства, чем чугуны с пластинчатым графитом, в последнее время заменяют их во многих случаях. В чугунах с шаровидным графитом последний присутствует в виде небольших сфер, а не пластинок, однако при обработке чугун с шаровидным графитом ведет себя подобно чугуну с пластинчатым графитом и может быть в большинстве случаев обработан по той же технологии. Шаровидный графит снижает прочность материала в плоскости сдвига и способствует его разрушению, однако в этом отношении он гораздо менее эффективен, чем пластинчатый графит. Образующаяся стружка представляет собой весьма длинные сегменты, которые, однако, непрочны и легко разрушаются, напоминая больше стружку пластинчатого графита, чем стальную. Одной из проблем, возникающих иногда при обработке ферритного чугуна с шаровидным графитом, является то, что материал в зоне пластического течения чрезвычайно пластичный и может налипать на заднюю поверхность инструмента при обработке с высокими скоростями резания, вызывая очень большие силы резания, высокую температуру и приводя к низкому качеству обработки. Эта проблема может в значительной степени быть решена за счет обеспечения большого заднего угла на инструментах.

Термическая обработка чугунов (стр. 3 из 4)

1. Закалка проводится из двухфазного аустенито-графитного состояния.

2. При нагреве происходит растворение графита в аустените, в связи с чем, несмотря на различную исходную структуру чугуна, превращению при охлаждении подвергается аустенит с эвтектоидной или заэвтектоидной концентрацией углерода.

3. При растворении графита в зонах, удалённых от мест контакта аустенита с графитом, концентрация углерода меньше.

4. Ликвация при нагреве под закалку не устраняется.

Закалке подвергают серый, ковкий и высокопрочный чугун для повышения твёрдости, прочности и износостойкости. По способу выполнения закалка чугуна может быть объёмной непрерывной, изотермической и поверхностной.

При объёмной непрерывной закалке

чугун нагревают под закалку (медленно для отливок сложной конфигурации) до температуры на 40 – 60оС выше интервала превращения (обычно до 850 – 930оС) с получением структуры аустенит и графит. Затем дают выдержку для прогрева и насыщения аустенита углеродом; выдержка тем длиннее, чем больше феррита и меньше перлита, например, 10 – 15 мин для перлитных чугунов и до 1,5 – 2 часа для ферритных чугунов. Отливки охлаждают в воде (простой конфигурации) или в масле (сложной конфигурации).

После закалки от оптимальной температуры и выдержки, обеспечивающей достаточное растворение углерода в аустените, в ферритном чугуне получается

1 Седов Ю.Е., Адаскин А.М. Справочник молодого термиста – М: “Высшая школа”, 1986, с. 113.

мартенситная структура с максимальной твёрдостью HRC 55 –60. В чугунах

высокопрочных, аустенит которых обладает пониженной критической скоростью закалки, твёрдость после закалки достигает HRC 60 –62. Прочность после закалки понижается. Прокаливаемость высокопрочного чугуна выше прокаливаемости серого чугуна. После закалки чугун подвергают низкому отпуску для снятия части внутренних напряжений или высокому отпуску с получением сорбитной или троостосорбитной структуры.

При изотермической закалке

чугун нагревают до 830 – 900оС выдерживают 0,2 – 1,5 часа и охлаждают в расплавленных солях, имеющих температуру 250 – 400оС, и после выдержки охлаждают на воздухе. Структура чугуна после изотермической закалки состоит из бейнита, остаточного аустенита и графита. Прочность, твёрдость и износостойкость изотермически закаленного чугуна выше по сравнению со свойствами чугуна после улучшения (закалки и отпуска) со структурой сорбита или троостита. Преимущество изотермической закалки – резкое уменьшение закалочных напряжений и коробления. Изотермической закалке обычно подвергают отливки из высококачественного чугуна (например, с шаровидным графитом) небольшого сечения (толщина стенки 10 – 12 мм), так как необходимо переохладить аустенит до температуры изотермической выдержки.

Поверхностную закалку

с нагревом с помощью токов высокой частоты применяют для повышения поверхностной твёрдости и износостойкости чугунных отливок. Поверхностной закалке рекомендуется подвергать перлитные чугуны. Это объясняется тем, что при нагреве перлитных чугунов нет необходимости в насыщении аустенита углеродом за счёт растворения графита. Превращения, происходящие при поверхностной закалке таких чугунов, аналогичны превращениям при поверхностной закалке перлитных чугунов 840 – 950оС, время нагрева – несколько секунд, скорость нагрева около 400оС/с, охлаждение в воде или эмульсии. Твёрдость после закалки серого чугуна HRC 50 – 55, высокопрочного HRC 58 – 60. Распределение твёрдости по сечению закалённого слоя (толщиной 1,5 – 4 мм) дотаточно равномерное. Микроструктура поверхностного слоя – мелкоигольчатый мартенсит и включения графита. После поверхностной закалки проводится низкий отпуск. Поверхностной высокочастотной закалке подвергают детали из перлитного чугуна, работающие на износ – направляющие станин станков ( изготовляемые из модифицированного серого чугуна), коленчатые и кулачковые валы (из высокопрочного чугуна), гильзы цилиндров (из легированного чугуна) и другие детали.

При поверхностной закалке ферритных чугунов для получения высокой твёрдости после закалки необходим нагрев с меньшей скоростью (~ 5 – 10оС/с) и до более высокой температуры (~ до 1050оС) для того, чтобы произошло насыщение аустенита углеродом (вследствие растворения графита).

На результат поверхностной закалки ферритного чугуна влияет характер распределения графитных включений в металлической основе, т.е. их количество, размер и расстояние между ними. Чем мельче включения графита, тем их больше и расстояние между ними меньше. С увеличением количества графитовых включений твёрдость закалённого ферритного чугуна повышается особенно резко при увеличении числа включений до 200 –300 на 1мм2.

Отпускпроводится с целью снятия термических напряжений, повышения твёрдости, прочности и износостойкости. Нагрев проводят медленный для

сложных изделий до температуры 150 – 300оС для деталей работающих на износ или 400 – 600оС, затем дают выдержку 1 – 3 часа. Охлаждение проводят на воздухе.

Для стабилизации размеров литых чугунных деталей, предотвращения коробления и снятия внутренних напряжений применяют старение.

Различают два вида старения: естественное и искуственное.

Естественное старение

осуществляется на открытом воздухе или в помещении склада. Изделия после литья выдерживаются в течение 6 – 15 месяцев. При естественном старении снижение напряжений в отливках составляет 3 – 10 %

При вибрационном старении снижение напряжений достигает 10 – 15 %. Во время вибрации в отливке возникают дополнительные временные напряжения, вызывающие локальные пластические деформации чугуна и , таким образом, повышающие стойкость против последующего коробления.

Старение методом статистической перегрузки отличаются тем, что для создания дополнительных временных напряжений деталь подвергают воздействию внешних статических нагрузок. При этом методе снижение напряжений достигает 10 – 30 %.

Старение методом термоударов (термоциклическое старение) осуществляется путём быстрого нагрева и охлаждения всей детали или отдельных участков её. Стойкость против коробления повышается за счёт пластических деформаций, вызываемых временными температурными напряжениями. Общий уровень напряжений снижается на 10 –20 %. Термоциклическое старение осуществляется по следующему режиму: загрузка в печь и нагрев за 3 – 3,5 часа до 350оС, выдержка 2 – 2,5 часа, а затем резкое охлаждение (на воздухе); снова повторный нагрев (за 1 – 1,5 часа) до 320оС, выдержка 4 – 5 часов и охлаждение вместе с печью до 150 – 100оС.

Искусственное старение

осуществляется при повышенных температурах; длительность – несколько часов.

При искуственном старении отливки чугуна загружают в печь, нагретую до 100 – 200оС, нагревают до температуры 550 – 570 оС со скоростью 30 – 60оС в час, выдерживают 3 – 5 часов и охлаждают вместе с печью со скоростью 20 – 40оС в час до температуры 150 – 200оС, а затем охлаждают на воздухе.

Обычно старение проиводят после грубой механической обработки.

Химико – термическая обработка.

Кроме термической обработки чугуны подвергают химико – термической обработке.

Для повышения поверхностной твёрдости, износостойкости, предела усталости и коррозийной стойкости серые и высокопрочные чугуны подвергают азотированиюилинасыщению азотом поверхности отливки. Чаще азотируют серые перлитные чугуны, легированные хромом, молибденом, алюминием. Температура азотирования 550 –580оС, время выдержки 30 – 70 часов, степень диссоциации аммиака около 30%. В результате азотирования получается слой толщиной до 0,4мм твёрдостью до HV 900. Оптимальная температура азотиро-

вания высокопрочного чугуна 650 – 700оС, степень диссоциации аммиака 30 – 45%. Слой толщиной 0,25мм получается после выдержки 12 часов; твёрдость до HV 1000.

Кроме азотирования, повышение поверхностной твердости, износостойкости

и предела выносливости легированного серого перлитного чугуна можно достигнуть газовым и жидкостным цианированием –

диффузионным насыщением поверхности отливок углеродом и азотом при температуре 570оС. Более эффективно газовое цианирование – слой толщиной 0,15 – 0,20мм с максимальной твёрдостью HV 1000 достигается через 8 часов.

Для повышения жаростойкости и сопротивления атмосферной коррозии чугунные отливки можно подвергать алитированию, то есть насыщению поверхности алюминием. Температура алитирования 900 — 1050оС, время выдержки

2 – 6 часа, охлаждение вместе с печью или на воздухе.

Для повышения коррозионной стойкости в кислотах, износостойкости и жароупорности чугунные отливки подвергают силицированию – поверхностному или объёмному насыщению кремнием путём обработки в газовой среде, содержащей кремний.

Хромирование – диффузионное насыщение поверхностного слоя чугунных отливок хромом, для повышения твёрдости до HV 1600, износостойкости, жаростойкости, предотвращения коррозии или в защитно-декоративных целях. Хромирование проводят при температуре 950 – 1000оС, время выдержки 10 – 12 часов в твёрдой среде, 5 часов – в газовой. Охлаждают вместе с печью или на воздухе.

Кроме того для улучшения обрабатываемости и предупреждения задиров чугунные отливки можно подвергать сульфидированию. Его проводят при температуре 550 – 600оС, чугунные отливки выдерживают 3 часа, затем охлаждают на воздухе.

Полученные в доменных печах чугуны не обладают всеми эксплуатационными свойствами, поэтому чтобы снять внутреннее напряжение, возникающее при литье и вызывающее с течением времени изменение размеров и формы отливки, снизить твёрдость и улучшить обрабатываемость резанием и повысить механические свойства чугунов необходимо подвергнуть их термической обработке. Все виды термической обработки взаимосвязаны. Нельзя получить все необходимые механические свойства лишь одним видом термической обработки; при отжиге снимаются внутренние напряжения, повышается вязкость, при нормализации изменяется структура, повышается прочность и износостойкость, при закалке повышается твёрдость, структура становится более равновесной, а при отпуске повышается пластичность, уменьшается хрупкость закалённой отливки. Старение стабилизирует размеры литых чугунных деталей.

Технология обработки чугуна на станках с ЧПУ

Виды чугуна

Чугун по своей классификации может быть следующих видов: белый, серый и с шаровидным графитом.

Но также, можно еще выделить несколько видов, которые были приняты не так давно: высокопрочный чугун с изотермическим отжигом и чугун с вермикулярным графитом.

Материал на станках следует обрабатывать, учитывая прочность и вид обрабатываемого чугуна. Допустим, серый чугун – один из самых используемых и недорогих. В своем составе имеет пластинчатые частицы графит, а, следовательно, весьма хороши амортизирующие свойства. И такой чугун кстати для изготовления деталей двигателя. Серый чугун один из самых хорошо обрабатываемых.

А вот вермикулярный чугун содержит включения графита червеобразной формы. Благодаря этому, является прочнее и легче серого чугуна. Из такого вида чугуна в основном изготавливают детали, на которые будут действовать механические и тепловые нагрузки.

Чугун с шаровидным графитом состоит из включений графита, имеющих сфероидальную форму. Данный вид чугуна обладает рядом полезных свойств: высокая пластичность, хорошая усталостная прочность, износостойкость.

Если говорить о том, какой чугун сложнее всего обрабатывать, то естественно, на ум приходит закаленный ковкий чугун. Несмотря на то, что ввиду сложной термообработке, имеет хорошую усталостную прочность, износостойкость и удлинение до разрушения, имеется ряд недостатков: большая прочность и упругость – как следствие низкая обрабатываемость чугуна.

Токарная обработка чугуна

Токарная обработка чугуна должна определять число операций, нужных для достижения поставленной цели.

Вот, если, например, свойства заготовки неизвестны, то как поступать? Обычно, просто включают еще один этап – чистовую обработку (к слову, это влияет на срок обработки продукта). Для сокращения количества операций, необходимо тщательно подбирать инструмент для обработки детали.

Если случилось так, что заготовка в отлитом состоянии не соответствует техническим требованиям, то все равно она подлежит обработке, хоть это и затратно.

Фрезерная обработка чугуна

Допустим, нужно изготовить станину станка из чугуна. С чего начать и как поступать? Очевидно, что с точки зрения экономии, изготовление всей массивной детали с высокой точностью, невыгодно попросту. Именно поэтому, существуют специальные формы невысокой точности, в которые отливают чугун. А вот уже потом, идет выполнение операции обработки фрезерованием, например.

Чугун достаточно легко обрабатывать фрезерованием, так как в его составе имеется графит, который способствует получению рассыпчатой короткой стружки и обладает смазывающим свойством.

Если обработка производится с помощью концевых фрез, то передний угол режущей кромки – отрицательный, либо с небольшим положительным значением.

Также необходимо учесть, что фрезы должны иметь износостойкое покрытие, так как резец фрезы, обычно, при обработке чугуна может претерпевать абразивный износ. Отметим и сложности, возникающие при данном виде обработки чугуна. Как говорилось выше, заготовки часто получаются путем литья, а, значит, при фрезеровании имеются следующие недостатки:

— припуск на отливках неравномерный;

— имеется литейная корка, препятствующая обработке;

— песок, попадающий из литейной формы, способствует износу инструмента.

Для обработки чугуна на станках с ЧПУ необходимо учитывать характерные свойства чугуна, чтобы правильно подобрать инструмент для обработки данного материала и улучшить качество обработки, сократив время на операции.

Способ отпуска чугуна

1435626 Остаточные напрвкнин, И 1 а Г 1 осле троот До злехт ро отпГсна 1(2) 350 200 2121 450 200 50″60 О 50-60 6 О 80 6 400 260 250 2 2 И . 3 12% 3 4. 250 5 180 67 О 5 250250 2 244 29 675 123 50 , 9050 75 400 300 420 75 60 0 10 450 70 20 ВНИИПИ Заказ 5612/24 Тираж 545 ПодписноП оиэв.-полигр, и Уж го ул, Проектная,ие Изобретение относится к металлургии, в частности к термической обра,ботке деталей из чугуна, и может бытьиспользовано при индукционной закалке деталей, работаюших в сложных ус 5ловиях нагруженНя и износа.Цель изобретения — повышение прочности при изгибе, твердости и усталостной прочности при снижении остаточных напряжений,Опытным путем установлено, что нагрев чугуна после закалки ТВЧ-током50 Гц со скоростями 25-40 С/с обеспе»чивает без перепада повышение температуры по глубине закаленного слоядо 250-450 С, что позволяет обеспечить распад высокоуглеродистого мартенсита в низкоуглеродистый и повысить тем самым механические свойствапри существенном снижении уровня ос-таточных напряжений.Результаты выполнения примеровприведены в таблице.Отливки, изготовленные из перлитоФерритного чугуна с шаровидным графи том 1 феррита до 107.), содержащего,,мас.7: С 3,2-3,8; Б 2,1-27; Мп 0,60,8; Мд 0,04-0,6, подвергают электро.отпуску. ЗОИзделия устанавливают в ярмо трансформатора и включают нагрев до 250, 450 С со скоростью 25-40 о С/с током частотой 50 Гц. Время нагрева и выдержПри Реьсмы электроотпусаа4 ФЫЬт, с ск еыя ки контролируют с помощью реле времени, Постоянство заданной температурыэлектроотпуска обеспечивают мощностьютрансформатора. По истечении выдержкинагрев отключают, Величину остаточнымнапряжений определяют с помощью тенэодатчиков,Сравнение данных, приведенных втаолице, показывает, что в сравнениис известным предлагаемый способ по»зволяет повысить механические свойства при существенном снижении закалочных напряжений и создает предпосыл»ки для увеличения срока службы изготавливаемьв: с его помощью деталей,Формула и з о б р е т е н и я Способ отпуска чугуна, включающий индукционный нагрев с выдержкой при температуре отпуска в течение времени, необходимого для распада высоко- углеродистого мартенсита в низкоуг» леродистый, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения прочности при изгибе, твердости и усталостной прочности при снижении остаточньгл напряжений, нагрев до температуры отпуска 250-450 С осуществляют токами промышленной частоты со скоростью 25- 40 С/с, а выдержку проводят в течение 40-180 С,
Смотреть

Особенности обработки чугунных деталей

Обработка чугуна точением обладает некими сложностями, но востребованность материала стоит того, чтобы разобраться во всех тонкостях. Популярность легированного чугуна растет, так как детали, изготовленные из этого материала, способны выдерживать большие нагрузки. В результате мы получаем надежные механизмы, машины и оборудование.

Специфика токарной обработки чугуна

Каждая операция по точению осуществляется за несколько проходов. Когда надо снимать большую часть объема всей заготовки, обычно используют чугунные отливки. Работа на станках с программным управлением осуществляется с помощью прутков разного сечения из легированного серого чугуна.

Обработку заготовок надо проводить сверхтвердыми инструментами. Лучше всего использовать инструмент с покрытием во избежание абразивного износа. В большинстве случаев можно не применять СОЖ при обработке. Во время работы важно следить за равномерностью припуска на отливках.

Некоторые рекомендации по работе с чугуном

Следующие особенности механической и других видов обработки чугуна лучше знать до того, как вы приступите к работе.

При изготовлении деталей в больших объемах надо использовать пластины со специальными покрытиями для отвода тепла. Осуществляйте отсос пыли и стружки. Температурные расширения могут изменить размер заготовки. Идеальный вариант для черновых операций – это резание эльбором.
Во время обдирки чугунных отливок весь слой до чистого металла надо снимать за один проход, чтобы резец оставался в пределах литейной корки.
Если вы пользуетесь сменными твердосплавными пластинами зарубежных производителей, оптимальная скорость точения составляет от200 до 450 м/мин.
Для уборки металлической пыли лучше всего пользоваться воздушным инжектором или промышленным пылесосом. В обычном бытовом агрегате может из-за пыли полететь мотор.
Чтобы песок и другие включения, характерные для чугунных сплавов, не портили инструмент, пользуйтесь пластинами, которые сочетают в себе устойчивость к износу и низкий уровень хрупкости.

Неправильный выбор пластины или режима резания становятся причиной быстрого затупления режущего края кромки, и, как следствие, плохого качества обработки поверхности. Тот, кто владеет технологией точения и другими видами обработки чугуна, сможет изготавливать корпуса насосов, блоки цилиндров двигателей и другие детали сложных форм.

Механическая обработка чугуна / Machining cast iron

Основные проблемы

Читайте также: Чем склеить оргстекло: проверенные средства- Инструкции +Видео

Специфика токарного инструмента по чугуну

Резание чугуна: особенности

«Сухая» или «мокрая» обработка?

Актуальные цены и наличие на складе этих пластин представлены в нашем онлайн каталоге.

Как обрабатывается чугун токарным инструментом Kennametal можно увидеть на видео:

Обрабатываемость белого чугуна резкой

Из высоколегированных белых чугунов изготавливают детали машин, работающие в условиях абразивного и гидроабразивного износа. Нередко требуется значительная точность изготовления этих деталей — иногда до второго класса, например, в угле-, землесосах. Получить отливки такой точности, особенно массой 100-200 кг, практически невозможно. Известно, что при изготовлении деталей из стали 110Г13Л успешно применяют электроэрозионную обработку. Электроэрозионная разрезка литых образцов из чугуна ИЧ290Х12М твердостью HRC 45-47 привела к образованию в них трещин до 0,7 мм, снижению механических свойств и была признана непригодной для этих сплавов.

При выборе чугуна для изготовления деталей с большим объемом механической обработки необходимо учитывать обрабатываемость сплава. Поэтому изучение обрабатываемости резанием белых чугунов являлось актуальной задачей.

Читайте также: Технология кузнечной сварки металла или сварки ковкой

Обработка резанием белых чугунов затруднена из-за их высокой твердости. Трудности, связанные с механической обработкой сложных деталей из износостойких чугунов, иногда вынуждают отказываться от труднообрабатываемых сплавов либо менять их химический состав для улучшения обрабатываемости. Последнее нередко приводит к снижению износостойкости деталей.

В большинстве случаев детали из белых чугунов стремятся изготовлять с минимальным объемом механической обработки, оставляя лишь небольшие припуски, которые после закалки снимаются шлифованием. Перед шлифованием рекомендуется провести отпуск для снятия напряжений в отливках.

При необходимости обработки резанием чугуна 15 % Сr-Мо (клаймэкс аллой-42) рекомендуется содержание углерода не более 3 %. Улучшение обрабатываемости этого чугуна может быть достигнуто отжигом: медленным нагревом до 810-870 °С, выдержкой при этой температуре около 8 ч и медленным охлаждением с печью. После отжига и механической обработки детали должны быть закалены по режиму: относительно медленный нагрев до 1040 °С и охлаждение на воздухе.

В РТМ 28-61 детали из чугуна ИЧ290Х28Н2, имеющие в литом состоянии НВ 500-600, рекомендуется обрабатывать резцами с пластинками из сплава ВК-6М со скоростью 15-20 м/мин и подачей 0,4-0,6 мм/об при глубине резания 4-5 мм. Отжиг снижает твердость и дает возможность увеличить скорость резания в 1,5 раза. Литые детали из чугуна ИЧХ15М2 обрабатывают по режиму для литых деталей из чугуна ИЧХ28Н2, а отожженные отливки обрабатываются со скоростью 40-50 м/мин. Скорость резания неотожженных отливок из чугуна нихард не превышает 15-25 м/мин при подаче 0,3-0,4 мм/об и глубине резания 4-5 мм. Рекомендуемые режимы обработки деталей из чугуна ИЧХ28Н2 и нихарда, завышены.

Практика ряда заводов показывает, что обработка деталей из чугуна ИЧ290Х28Н2 затруднительна, и резание деталей из этого сплава осуществляется при скорости 8-12 м/мин. Аналогичные или более низкие скорости резания (4,6-10,7 м/мин при подаче 0,5-0,7 мм/об и глубине 2-3 мм) применяются при обработке деталей из нихарда, которые имеют обрабатываемость, близкую к обрабатываемости чугуна ИЧ290Х28Н2 .

Для механической обработки деталей из нихарда рекомендуется применять резцы с припаянными твердосплавными пластинками. Резец должен быть достаточно жестким, толщиной около 40 мм, с отрицательным передним углом от 5 до 17°. Угол увеличивается при повышении твердости обрабатываемого металла. Скорость резания невысокая — примерно 7,6 м/мин. Глубина резания: при обточке торца 1,27 мм, при расточке — 9,5 мм. Подача, наоборот: при обточке торца 0,6 мм, расточке — 0,13 мм.

Обрабатываемость наиболее применяемых белых чугунов изучали (по единой методике) методом торцевого точения отливаемых в песчаной форме образцов — дисков диаметром 295 мм, толщиной 30 мм, с центровым отверстием диаметром 60 мм для захода резца. Все заготовки термообрабатывались. Резание выполняли резцом с пластинкой твердого сплава ВК-6М. Геометрические параметры режущей части резцов были приняты по результатам исследований обрабатываемости чугуна ИЧ290Х28Н2.

Сравнение обрабатываемости резанием чугунов сводилось к установлению скоростей резания при точении, обеспечивающих одинаковую стойкость инструмента при одинаковой величине затупления и одинаковой геометрии режущей части резца и постоянных глубине резания и подаче. Коэффициент скорости резания определялся как отношение скоростей резания при часовой стойкости резца для исследуемого чугуна и чугуна ИЧ290Х28Н2, показавшего самую низкую обрабатываемость среди исследованных сплавов и принятого за эталон.

Способы модифицирования чугуна

Разнообразные условия производства отливок из высокопрочного чугуна, требования к качеству металла, наличие модификаторов определяют способ ввода модификатора в чугун. Применяемые способы сфероидизирующей обработки условно можно разделить на четыре группы: модифицирование в форме, модифицирование в специальной реакционной камере, модифицирование в ковше и обработка чугуна модифицирующей проволокой. Рассмотрим все четыре варианта модифицирования:

1. Модифицирование в ковше.

Получение высокопрочного чугуна с помощью модификаторов наиболее просто осуществляется в стационарных (по положению в процессе заполнения чугуном и модифицирования) ковшах, при этом достаточно высокая (30-60%) степень усвоения магния достигается при вводе модификатора в ковш по сэндвич-процессу, причем известно много его разновидностей: модификатор на дне ковша может быть пригружен стальной или чугунной высечкой, дробью, чугунной стружкой, и т. д. Суть процесса заключается в размещении на дне ковша перегородки, которая будет разделять ковш на две камеры реагентную и металлоприемную. На дно реагентной камеры засыпается слой чугунной стружки толщиной 10-15мм для предотвращения зашлаковывания камеры. Поверх засыпается расчетное количество сфероидизирующего и графитизирующего модификатора. Сверху модификаторы покрываются слоем укрывного материала — чугунной стружкой или стальной высечкой (1-2см). Впроцессе наполнения ковша укрывной материал предох раняетмодификатор от преждевременного контакта с расплавом до заполнения ковша.

Рис. 1. Совмещенный способ модифицировании чугуна типа ковш-крышка:

1-крышка, 2-отверстие для слива чугуна, 3-ковш, 4-модификатор, 5-укрывной материал.

Заливать металл в ковш необходимо с высокой скоростью. При этом нельзя допускать попадания струи в реакционную камеру на укрывной материал, иначе это приведет к размыванию модификатора, выносу его на поверхность металла и сгоранию. Строгое соблюдение приведенной выше технологии модифицирования обеспечит стабильный модифицирующий эффект.

Повышенное (в 1,2 -1,3 раза) усвоение магния достигается при совмещении сэндвич-процесса и применении специальной крышки, устанавливаемой на ковш и играющей также роль литейной чаши (рис. 1). Этот метод разработан в Швеции и благодаря своей простоте, уменьшению дымовыделения и стабильным результатам модифицирования используется (с усовершенствованиями) во многих странах. При отсутствии зазора между ковшом и крышкой и при наличии в полости крышки чугуна в процессе наполнения ковша процесс модифицирования происходит практически без пироэффекта. Подбором сечения отверстия для чугуна удается регулировать длительность заполнения ковша металлом в зависимости от объема последнего. Повышению усвоения магния способствует и перегородка на дне ковша, отделяющая первые порции заливаемого в ковш чугуна от модификатора, благодаря чему реакция модифицирования начинается, когда выпускное отверстие в крышке уже перекрыто слоем чугуна в ней.

Читайте также: Какой припуск оставляют под развертывание Таблицы рекомендуемых величин для машинных разверток из быстрорежущей стали и твердого сплава

2. Модифицирование в форме.

Основой модифицирования чугуна в форме (Inmold — процесс) является применение в литниковой системе специальной реакционной камеры, в которую помещается модификатор. Объем камеры рассчитывается по специальной методике. Преимуществами этого метода являются высокая степень усвоения магния (65-90%), получение однородной структуры, отсутствие дыма и пироэффекта, возможность индивидуальной технологии обработки для каждой отливки, снижение расхода модификатора. Однако следует отметить, что для получения качественного чугунас включениями графита шаровидной формы необходимо строгое соблюдение соотношений между температурой и скоростью заливки расплава, составом, количеством и фракцией модификатора, а также наличие качественных шихтовых материалов и проведение контроля на всех стадиях процесса. Помимо этого, за счет увеличения литнтковой системы, снижается технологический выход годного.

Рис. 2 Схема модифицирования в форме при inmold-процессе:

1 — стояк; 2 — шлакоуловитель; 3 — литниковый ход; 4 — зумпф; 5 — реакционная камера;6 — модификатор.

3. Модифицирование в специальной реакционной камере (метод Флотрет).

Этот метод представляет собой внутрижелобное модифицирование. Принцип модифицирования основан на использовании расплава чугуна с серой не более 0,015%. Чугун переливается через многосекционный желоб, в который предварительно помещено необходимое количество сфероидизирующего модификатора. Метод применяется для небольших порций чугуна (до 1 тонны). Вторичное модифицирование осуществляется в разливочном ковше. При модифицировании этим способом достигается достаточно высокое усвоение магния (до 80 %), почти полное исключение пироэффекта и дымовыделения, значительно меньшее, чем в случае обработки в ковше, падение температуры.

Рис. 3 Схема модифицирования чугуна методом Флотрет:

1-литниковая чаша; 2-литниковые ходы; 3-реакционная камера с модификатором; 4-камера-накопитель; 5-выпускное отверстие.

4. Обработка чугуна модифицирующей проволокой.

Все существующие методы обработки чугуна магнийсодсржащими присадками, основанные на одновременном вводе в металл требуемой дозы модификатора, несмотря на указанные выше технологические меры, не позволяют достичь высокого усвоения магния главным образом потому, что реакция модифицирования проходит в локальном участке, и пузырьки испаряющегося магния, поднимаясь к поверхности расплава, имеют ограниченное время контакта с расплавом. Площадь контакта магния с жидким металлом и, следовательно, усвоение магния значительно повышается, если модификатор вводить в чугун в измельченном виде малыми порциями, например инжектированием твердых, жидких или парообразных присадок. Однако эти методы промышленного применения не нашли. Наиболее удобным и технически легко осуществимым является ввод в расплав тонкоизмельченных модифицирующих присадок, помещенных в металлических трубках. При подаче в металл таких наполненных модификатором трубок (полой проволоки) срегулированной скоростью, обеспечивающей требуемый расход модификатора, процесс модифицирования протекает без дыма и пироэффекта, а степень усвоения магния по сравнению с обработкой в ковше увеличивается почти в 1,5-2 раза. Известны различные методы обработки чугуна модифицирующей проволокой, подаваемой в струю металла с помощью специального устройства — трайб-аппарата.

Рис. 4.Способы обработки чугуна модифицирующей проволокой:

а — в струю (А-вертикальное введение, В-диагональное введение), б — в струю при заливке из стопорного ковша, в — в ковше.

Термическая обработка чугунных отливок

Термическая обработка чугуна

Термическая обработка чугуна выполняется для снятия литейного напряжения, стабилизации размеров, снижения твердости, улучшения обрабатываемости, улучшения механических свойств и повышения износостойкости.

Используются следующие виды термообработки чугунных отливок.

Низкотемпературный отжиг используется для снятия внутренних напряжений. Температура отжига указывается в соответствии с химическим составом чугуна. Изделия из серого чугуна обычно отжигают при температуре 500-700ºС. Из ковкого чугуна при 550-650ºС. Из низколегированного железа при 570-600ºС, из высоколегированного железа при 600-650ºС.

Время выдержки при температуре отжига обычно составляет 3-10 часов, в зависимости от размера отливки и ее состава. После отжига отливка охлаждается вместе с печью. Механические свойства отливок при такой термообработке практически не изменились.

Графитированный отжиг обычно используется для уменьшения твердости путем резки и улучшения обрабатываемости. Литье нагревают в печи до 680-750ºС. В этом случае происходит графитизация и частичная сфероидизация эвтектоидного цемента, твердость уменьшается, а обрабатываемость улучшается, но прочность чугуна несколько снижается.

Высокотемпературный отжиг чугуна проводят для графитизации первичных карбидов в беленом или полугелом чугуне. Литье нагревают до 900-960 ° С, а затем медленно охлаждают до 300 ° С. Отливки имеют перлитную структуру и характеризуются оптимальной твердостью и прочностью.

Нормализация используется для улучшения механических свойств и износостойкости чугуна путем улучшения структуры чугуна и получения перлитной металлической основы. Литье нагревают до 850-950ºС. Во время нормализации феррита или феррит-перлитного железа часть графита растворяется в аустените, что увеличивает количество связанного углерода.

При нормализации беленого чугуна происходит графитизация первичных карбидов. В отливках перлитная структура образуется после охлаждения до 500 ° С на воздухе. Чтобы снять напряжение, отливки ниже 500 ° C медленно охлаждаются в печи.

Закалка и отпуск используются для литья серого чугуна, высокопрочного чугуна и ковкого чугуна для повышения прочности, твердости и износостойкости. Литье нагревают до 880-930ºС и охлаждают маслом.

Структура отливки — мартенсит. Затем нагреть до 400-600ºС, а затем остыть и взять отпуск.

Закалка отливок, работающих на износ, происходит при 250-300ºС. Чугунные отливки с шаровидным графитом, которые работают на износ, подвергаются изотермическому упрочнению.

Химическая термическая обработка обычно используется для получения высокой твердости поверхности чугуна с шаровидным графитом (гильзы цилиндров, коленчатых валов двигателей внутреннего сгорания). Поверхностное азотирование чаще всего используется. Это процесс, при котором поверхностный слой диффундирует и насыщается азотом при нагревании с аммиаком. Температура азотирования 550-560ºС. Поверхность среза азотирована.

Читайте также: Саморезы по бетону без предварительного сверления отверстий

Отжиг для снятия напряжения в чугунных отливках.

Детали: кровать, коробка передач, задняя бабка, передняя бабка, крышка корпуса.

Нагрузочная температура 200-230ºС.
Скорость нагрева 170º / час.
Температура воздействия 550 ~ 600ºC.
Время выдержки 2,5-3 часа.
Время охлаждения -6-8 часов, скорость. 75º / час.
Разгрузка при температуре -150ºС.

Термическая обработка серо-белого чугуна

Нагреть до температуры 850-980ºС. Выдержка 4,5-5 часов.

со скоростью 100-120ºС в час, до температуры 500ºС,
далее в воздухе.

Термическая обработка чугуна выполняется для снятия внутренних напряжений, возникающих во время литья, изменения размера и формы отливки с течением времени, снижения твердости, улучшения обрабатываемости за счет резки и улучшения механических свойств. вы. Чугун подвергается отжигу, нормализации, закалке, отпуску и некоторым видам химической термической обработки (азотирование, алюминирование, хромирование).

Отжиг для снятия внутренних напряжений. Чугун подвергается этому отжигу при следующих температурах. Серый чугун, содержащий 500-570ºС слоистого графита. Высокопрочный чугун с шаровидным графитом 550 ~ 650ºС. Низколегированный чугун 570-600ºС, высоколегированный чугун 620 ~ 650ºС. Во время этого отжига фазовое превращение не происходит, но внутреннее напряжение снимается, а вязкость увеличивается, деформация и трещины во время работы исключаются.

Мягкий отжиг (отжиг при низкотемпературной графитизации): реализован для улучшения обрабатываемости и повышения пластичности резанием. Это осуществляется путем выдержки при 680-700 ° С в течение длительного времени или медленного охлаждения отливки при 760-700 ° С. Охлаждение в сложных деталях происходит медленно, а в простых — ускоряется.

Графитированный отжиг. В результате ковкий чугун получается из белого чугуна.

Нормализация используется для увеличения связанного углерода, повышения твердости, прочности и износостойкости серого чугуна, ковкого чугуна и высокопрочного чугуна. Во время нормализации чугун (литье) нагревают за пределами температуры интервала конверсии 850-950ºС, а после выдержки охлаждают воздухом.

Примеры решения задач по материаловедению

Состав компонентов металлической завалки при выплавке чугуна	Критические точки и прокаливаемость сталей
Состав доменных ферросплавов	Линейная усадка литейных сплавов

СТАТЬИ/ Методы обработки чугуна

А – Mg лигатуры (для труб); B – Mg лигатуры (для отливок); С – конвертерный процесс (для отливок); D – конвертерный процесс (для труб); Е – автоклав (для труб); F – облицованные керамикой Mg слитки (для труб).

Существует приблизительно 74 способа обработки чугуна, применяющихся в литейном производстве. Большинство из них основано на применении лигатур FeSiMg. Активность и скорость реакции усвоения магния регулируются подбором концентрации магния в лигатуре. Более 50% высокопрочного чугуна получают с помощью Mg лигатур.

Известны только 4 метода обработки чугуна, основанных на применении чистого металлического магния: МАР (слитки магния, облицованные керамикой), модифицирование в автоклаве, Mg кокс процесс (кокс, пропитанный Mg) и модифицирование в конвертере от Георг Фишер Диса. Первые три метода, в основном, используются для производства труб центробежным литьем (необходима низкая температура обработки и низкое содержание серы). Только конвертер фирмы ДИСА может использоваться как для производства труб, так и для обычных отливок. Метод получения ВЧ обработкой чистым магнием составляет 44% от мирового производства ВЧ.

Конвертерный процесс обработки чугуна имеет существенные преимущества. Высокая скорость реакции и интенсивное перемешивание расплава парами магния обеспечивают исключительный рафинирующий эффект обработки. Результат – чугун исключительной чистоты, наиболее подходящий для автоматической заливки и длительной температурной выдержки.

Сравнительная стоимость модифицирования чугунов различными методами – Германия’96
Высокосернистых	С низким содержанием серы
Исходный чугун с содержанием серы 0,08% был выплавлен в вагранке.	Исходный чугун с содержанием серы 0,02% был выплавлен в электропечи.

Сравнение стоимости модифицирования чугуна (DM/тонну) наиболее популярными методами для уровня цен 1996 года (Германия), рассчитанное на объем производства 10’000 т/год.

SW – сэндвич процесс;
W1, W2, W3 – погружение проволоки с различным содержанием магния;
PL – обработка погружением лигатуры с 36% Mg;
CT – промежуточная крышка (тандиш ковер);
OL – перелив расплава в ковш с Mg лигатурой на дне;
Inm – модифицирование в литниковой системе формы;
МАР – погружение облицованного керамикой слитка магния;
PV – автоклав;
Conv – конвертерный процесс модифицирования чистым магнием от ГФД.

Принцип метода ОВЗ:

Обработка – выдержка – заливка

Обработка магнием позволяет изменить форму графита с хлопьевидной на шарообразную. Это приводит к существенному улучшению механических свойств чугуна.

Конвертер, находящийся в горизонтальном положении, заполняется исходным чугуном. Чистый магний закладывают в реакционную камеру. Реакционная камера герметически закрывается. С поворотом конвертера в вертикальное положение начинается реакция взаимодействия магния с расплавом чугуна. Реакция взаимодействия между магнием и кислородом идет одновременно с реакцией между магнием и растворенной в чугуне серой. Чугун насыщается магнием до 0,03-0,05%. Время модифицирования около 60с. После десульфурации и модифицирования чугун переливается в печь выдержки-заливки.

За счет интенсивной реакции перемешивания парами магния происходит отличное рафинирование расплава от оксидных и сульфидных включений. Высокая чистота чугуна, модифицированного в конвертере, что достигается за счет существенного увеличения времени модифицирующего воздействия магния, и образование шлака в виде плотной корки, дают возможность использовать расплав для операций длительной выдержки и автоматической заливки.

В системе ОВЗ конвертер используется как для обработки чугуна, так и для его транспортировки. Это сводит к минимуму потери тепла и окисление металла. По всему миру находится в эксплуатации более чем 50 систем ОВЗ.

Варианты исполнения конвертеров: на вилочном транспортере, на манипуляторе, на подвесном кране, на монорельсе, компактный.

https://www.foundryclub.ru/Metallurgy.htm

по методам обработки чугуна

источники:

https://nntip.ru/obrabotka/chuguna.html

https://melt-spb.ru/raboty/otpusk-chuguna.html