Литье ковкого чугуна в песчаные формы – возможности и ограничения процесса

Углеродистая сталь не поддается литью в песчаные формы из-за ее высокой температуры плавления. Альтернативой является ковкий чугун. Его более низкая температура плавления обеспечивает способ достижения металлургических свойств, аналогичных свойствам стали в детали, отлитой в песчаные формы. Переход от стальных отливок к отливкам из ковкого чугуна — это способ снизить требования к механической обработке и, возможно, поштучную стоимость.

Вот введение в ковкий чугун и объяснение того, что связано с его литьем в песчаные формы.

Два типа чугуна

Литейщики веками изготавливали и работали с серым чугуном. Он легко плавится и отливается, обладает хорошей обрабатываемостью, но его недостатком является низкая прочность на растяжение и пластичность.

Низкая прочность обусловлена ​​чешуйками графита, распределенными по всей металлической матрице. Они обеспечивают точки зарождения трещин, которые приводят к ослаблению.

Ковкий чугун, разработанный в середине двадцатого века, решает эту проблему. Добавление небольшого количества тщательно отобранных элементов в высококачественный чугун с высоким содержанием углерода создает крошечные графитовые шарики в матрице из феррита и перлита (Fe3C) вместо чешуек. По этой причине его иногда называют чугуном с шаровидным графитом или чугуном с шаровидным графитом.

Ковкий чугун немного менее плотный, чем сталь (0,256 фунта/дюйм3/7,1 г/см3 по сравнению с 0,284 фунта/дюйм3/7,8 г/см3), и, следовательно, легче, но прочность на растяжение очень похожа. Он обладает умеренно хорошей пластичностью, хорошей износостойкостью и может поглощать ударные нагрузки.

Процесс литья в песчаные формы

Литье в песчаные формы начинается с шаблона, который повторяет отливаемую деталь. Его помещают в коробку, наполненную песком. Затем шаблон вынимают, оставляя полость, которая будет заполнена металлом.

Коробка, технически именуемая «флягой», состоит из двух половин:верхней «козырька» и нижней «тяги». В выступе образуются проходы, через которые будет затекать металл, а лишний металл будет подниматься вверх после заполнения полости. Это бегуны и стояки.

Как только металл затвердеет, песок вытряхивают, а отливку перед механической обработкой отправляют на удаление желоба и стояка.

ковкий чугун и песок

Песок играет жизненно важную роль в процессе литья. Будучи слегка проницаемым, он позволяет газу выходить наружу, в то же время охлаждая жидкий металл, который затвердевает снаружи внутрь. Необходимо тщательно контролировать плотность упаковки и состав песка, чтобы обеспечить постоянную усадку металла и качество детали.

Ковкий чугун обычно отливается из сырого песка, содержащего около 5% угольной пыли. «Зеленый» в данном контексте относится не к цвету, а к содержанию влаги. «Зеленый» песок — это песок, не прошедший сушку.

Помимо самого песка зеленый песок для литья содержит долю бентонитовой глины. Он действует как связующее и скрепляет упакованный песок в колбе.

Угольная пыль, иногда называемая «морским углем», является важным компонентом песка для литья ковкого чугуна. Его роль заключается в создании восстановительной атмосферы, которая поглощает кислород, выделяющийся при контакте горячего железа с песком. Это замедляет расширение и приводит к более гладким и чистым поверхностям литья с меньшим количеством пригоревшего песка. Литейный песок, содержащий угольную пыль, легко узнать по его серому или почти черному внешнему виду.

Прививка чугуна

Два этапа обработки являются ключевыми для изготовления деталей из чугуна, которые могут конкурировать со сталью. Это прививки и лечение магнием. Для лучшего качества ВЧ чугуна их проводят непосредственно перед заливкой.

Модификация устраняет склонность углерода осаждаться в виде графитовых чешуек. Это влечет за собой добавление небольшого количества специально отобранных сплавов, которые обеспечивают точки для зародышеобразования или кристаллизации углерода. Это предотвращает образование чешуек, ухудшающих прочность и пластичность.

Аналогичным образом добавляется магний, чтобы «вытереть» серу из железа. Как и в случае модифицирования, это улучшает механические свойства получаемого металла.

Возможности и ограничения

Ковкое литье в песчаные формы идеально подходит для производства деталей из чугуна, которые могут конкурировать со сталью. Припуски на усадку и углы уклона необходимы для создания качественных деталей, а вторичная обработка почти всегда потребуется для добавления точных элементов, таких как отверстия и монтажные поверхности. Кроме того, тонкие срезы непрактичны. Однако хорошее качество поверхности достигается при использовании угольной пыли.

Литье в песчаные формы практически не ограничивает размер отливаемых деталей. Мелкие литые детали весом менее одного фунта (0,5 кг), а также те, которые весят сотни фунтов и измеряются в футах.