Ковким называется чугун, который получается при длительном отжиге (томлении) отливок из белого чугуна. При отжиге чугуна цементит Fe3C разлагается с образованием железа и углерода отжига (графита), имеющего компактную хлопиевидную форму (рис. 75). При этой форме графита получается чугун, обладающий повышенной прочностью, некоторой пластичностью и сопротивлением ударным нагрузкам.
Рис. 75. Схема микроструктуры ковкого чугуна
Название «ковкий чугун» условно и указывает лишь на то, что этот материал по сравнению с серым чугуном является более пластичным; в действительности же ковкий чугун никогда ковке не подвергается, из него так же, как и из серого чугуна, изготовляют лишь фасонные отливки для машиностроения. Для этого выплавляют чугун такого химического состава, чтобы при затвердевании в форме он получился белым (с перлитно-цементитной структурой). Из белого чугуна обычным способом получают отливки, которые затем подвергают отжигу с целью разложения цементита и получения необходимой конечной структуры.Ковкий чугун по своим механическим свойствам занимает промежуточное положение между серым чугуном и сталью. Он имеет достаточно высокие антикоррозионные свойства и хорошо работает в среде сырого воздуха, топочных газов и воды. Его химическая стойкость выше стойкости углеродистых сталей.
В зависимости от способа производства ковкого чугуна он разделяется на две группы: ферритный (черносердечный) и перлитный (белосердечный).
Ферритный (черносердечный) ковкий чугун получается при отжиге отливок в нейтральной среде. Этот чугун имеет бархатистый черный излом с тонкой наружной серой каймой и структурой, состоящей из феррита и углерода отжига (рис. 75, б). Химический состав металла отливок до отжига: 2,2 ÷ 2,9%С; 0,8 ÷ 1,4% S; 0,3 ÷ 0,5% Мn; до 0,2% Р; до 0,12%S; до 0,05% Сr. С уменьшением содержания углерода механическая прочность чугуна повышается, но ухудшаются его литейные свойства.
Механическая прочность ферритного ковкого чугуна соответствует маркам КЧ 37—12, КЧ 35—10, КЧ 33—8 и КЧ 30—6, где КЧ означают «ковкий чугун», первое число определяет минимальный предел прочности при растяжении, второе число — минимальное относительное удлинение в процентах. Из ферритного ковкого чугуна отливают детали для автомобилей и сельскохозяйственных машин, испытывающих сложные напряжения и ударные нагрузки.
Перлитный (белосердечный) ковкий чугун получают при отжиге отливок из белого чугуна в окислительной среде. Этот чугун имеет серебристый излом.
Микроструктура белосердечного ковкого чугуна резко меняется по сечению: у края металл отливки имеет структуру феррита, к центру — структуру перлитно-ферритную (рис. 75, а) или перлитную с углеродом отжига. Белый чугун, используемый для получения белосердечного ковкого чугуна, имеет следующий химический состав: 2,8—3,3%С; до 1,1% Si; 0,5—0,7% Мn; до 0,2% Р, до 0,3% S. После отжига содержание углерода в чугуне уменьшается. В отливках со стенками толщиной 3—5 мм содержание углерода уменьшается до 0,6%, в отливках со стенками толщиной 10—15 мм — до 1,5—2,2%.
Механическая прочность белосердечного ковкого чугуна соответствует маркам КЧ 40—3, КЧ 35—4 и КЧ 30—3. Белосердечный ковкий чугун имеет меньшее удлинение, чем черносердечный, поэтому его применяют для малоответственных отливок (арматура, гаечные ключи, фитинги, гайки и др.). Отжиг отливок для получения ферритного и перлитного ковкого чугуна производят по различным режимам, описанным ниже.
Печи для плавки белого чугуна
Плавку белого чугуна производят в вагранках, в пламенных печах, в электропечах или комбинированным способом. Белый чугун, предназначенный для производства ферритного ковкого чугуна, содержит меньшее количество углерода, имеет более высокую температуру плавления, и поэтому требует повышенной температуры перегрева. Для плавки этого чугуна чаще применяют две печи: металл расплавляется в вагранке, а затем переливается в дуговую электропечь или пламенную печь, где перегревается и доводится до необходимого химического состава. Такой процесс плавки называется дуплекс-процессом.
Белый чугун, применяемый для производства перлитного белосердечного ковкого чугуна, содержит повышенное количество углерода, поэтому для его плавки применяют только вагранку.
Особенности изготовления форм для отливок из ковкого чугуна
Особенности изготовления форм для отливок из ковкого чугуна обусловлены повышенной усадкой белого чугуна. Большая усадка белого чугуна в процессе затвердевания делает необходимой установку боковых прибылей 7 (рис. 76). Прибыль предусматривается у каждого местного утолщения отливки, чтобы избежать образования в нем усадочных раковин. Для ускорения охлаждения тех мест отливки, где скапливается наибольшее количество металла, устанавливают металлические холодильники.
Металл подводится к наиболее толстым местам отливок. Литниковая система (рис. 76) обычно состоит из литниковой чаши 1, стояка 2, верхнего металлоприемника 3, сетки 4, нижнего металлоприемника 5, литникового хода 6, питающей прибыли 7 и шейки 8. Сетка 4 служит для задержания шлака.
Рис. 76. Форма для отливки из ковкого чугуна
