1. Описать основные химические элементы, входящие в состав чугуна

Большое влияние на процесс графитизации оказывает химический состав чугуна. Элементами, способствующими графитизации, являются C, Si, Ni, Cu и др. К отбеливающим, т.е. препятствующим этому процессу, относятся Mn, S, Cr, W и др.

Практически наиболее важными элементами, всегда входящими в состав чугунов, являются кремний и марганец. Изменяя в чугуне содержание кремния при постоянном содержании марганца, получают различное количество углерода в свободном виде, т.е. различную степень графитизации [1, с. 8].

Фактором, обуславливающим получение серого чугуна при кристаллизации, т.е. способствующим графитизации – выделению углерода в равновесном состоянии, является прежде всего малая скорость охлаждения. Уменьшение по той или иной причине скорости охлаждения (изменение материала формы, увеличение толщины стенки отливки) способствует большей степени графитизации, т.е. выделение большей части углерода в форме графита.

Степень графитизации определяет структуру металлической основы серого чугуна. В зависимости от того, какая часть углерода содержится в чугуне в связанном состоянии, различают чугуны с ферритной, феррито-перлитной и перлитной основами.

Таблица 1. Состав ферритных и ферритно-перлитных чугунов

C Si Mn S P 3,5 – 3,7% 2,0 – 2,6% 0,5 – 0,8% < 0,15% < 0,3%

Структура чугунов – перлит, феррит и графит чаще в виде крупных выделений. Эти чугуны применяют для малоответственных деталей.

Перлитные чугуны (СЧ21, СЧ24, СЧ25, СЧ30, СЧ35) применяют для ответственных отливок.

Таблица 2. Состав перлитных чугунов

C Si Mn S P 3,2 – 3,4% 1,4 – 2,2% 0,7 – 1,0% < 0,15% < 0,2%

Антифрикционные чугуны применяют для изготовления подшипников скольжения, втулок и других деталей, работающих при трении на метал, чаще в присутствии смазочного материала. Низкий коэффициент трения.

Таблица 3. Состав АЧС-1

C Si Mn P S Cr Cu 3,2 – 3,6% 1,3 – 2,0% 0,6 – 1,2% 0,15 – 0,4% < 0,12% 0,2 – 0,5% 1,5 – 2,0%

Таблица 4. Состав АЧС-2

C Si Mn P S Cr Ni 3,2 – 3,8% 1,4 – 2,2% 0,3 – 1,0% 0,15 – 0,4% < 0,12% 0,2 – 0,5% 0,2 – 0,5% Ti Cu 0,03 – 0,1% 0,2 – 0,5%

Таблица 5. Состав АЧС-3

C Si Mn P Cu Ti S 3,2 – 3,8% 1,7 – 2,6% 0,3 – 0,7% 0,15 – 0,4% 0,2 – 0,5% 0,03 – 0,1% < 0,12%

Было оценено влияние марганцевого эквивалента на микроструктуру чугуна индукционной плавки. Статистическая обработка для чугунов с содержанием кремния 1.8–2.0% позволила выявить зависимости влияния марганцевого эквивалента на количество междендритного графита Кмд, % в структуре чугуна в следующем виде:

Кмд=343.24 Мэкв – 273.65 R=0.993 (1)

Для чугунов с содержанием кремния 0.8–1.1% данную зависимость можно представить в виде:

Кмд=138.68 Мэкв – 25.078 R=0.77 (2)

Несомненно, что значение марганцевого эквивалента также сказалось и на эксплуатационную стойкость изделий, изготовленных из чугуна.

Стойкость Ст кузнечных изложниц, полученных из чугуна индукционной плавки, оцененная в наливах, в зависимости от марганцевого эквивалента, описывается следующим регрессионным уравнением:

Ст=78.697 – 21.639 Мэкв R=-0.848 (3)

Также установлено, что увеличение марганцевого эквивалента отрицательно сказывается на трещиностойкость кокилей и крышек промежуточных ковшей машин непрерывной разливки стали (МНЛЗ).

Было выявлено, что для получения максимальной стойкости изделий необходимо иметь структуру чугуна преимущественно перлитную, с отсутствием цементитной составляющей. ............