При чугунном литье расплавленный металл заливают в формы для получения готовых деталей и заготовок. Этот метод позволяет массово производить фасонные элементы для машиностроения, станкостроения и строительства при невысоких затратах.
- Материал: сплав железа с углеродом (более 2,14%).
- Температурный режим: плавка и заливка осуществляются при 1300–1450 °C.
- Ключевые свойства: высокая жидкотекучесть, малая усадка, хорошая обрабатываемость резанием.
Определение и физико-химические основы
Чугун состоит из железа и углерода, причем доля углерода превышает 2,14% (точка максимальной растворимости в аустените на диаграмме Fe-C). В сплаве также присутствуют кремний, марганец, сера и фосфор. Эти примеси напрямую определяют структуру графита и металлической матрицы.
Температура плавления материала составляет 1150–1250 °C в зависимости от химического состава, что заметно ниже показателей стали. Для качественного заполнения литейной формы рабочую температуру заливки повышают до 1300–1450 °C.
Литейные свойства чугуна
Технологические характеристики делают чугун удобным материалом для литейного производства. Основные свойства включают:
- Жидкотекучесть: способность расплава заполнять тонкостенные элементы формы. Чугун легко растекается благодаря близости к эвтектическому составу.
- Усадка: изменение объема и линейных размеров при кристаллизации и охлаждении. Линейная усадка серого чугуна составляет 0,9–1,3%, что снижает риск образования горячих трещин.
- Склонность к образованию газовых раковин: зависит от газотворности формы и степени раскисления расплава.
На практике структуру и литейные свойства прогнозируют через расчет углеродного эквивалента (CE). Параметр показывает степень приближения сплава к эвтектической точке.
При CE равном 4,3% чугун становится эвтектическим и получает максимальную жидкотекучесть.
Классификация литейных чугунов
Механические свойства отливок зависят от формы включений графита. В промышленности выделяют три основные группы сплавов.
Серый чугун (СЧ)
Графит принимает пластинчатую форму. Материал легко обрабатывается, хорошо гасит вибрации и недорог в производстве. Из него делают станины станков и блоки цилиндров.
Высокопрочный чугун (ВЧ)
Содержит шаровидный графит. Такую структуру получают модифицированием расплава магнием или церием. По прочности сплав сопоставим со сталью, сохраняя при этом высокую пластичность. Идет на изготовление коленчатых валов и тяжелонагруженных шестерен.
Ковкий чугун (КЧ)
Отличается хлопьевидной формой графита. Материал производят с помощью длительного графитизирующего отжига отливок из белого чугуна. Сплав выделяется высокой вязкостью и хорошо сопротивляется ударным нагрузкам.
| Марка (ГОСТ) | Вид чугуна | Предел прочности при растяжении, МПа | Твердость, HB | Типичное применение |
|---|---|---|---|---|
| СЧ 20 | Серый | 200 | 170–229 | Корпусные детали, крышки, фланцы |
| ВЧ 50 | Высокопрочный | 500 | 153–229 | Детали ходовой части, валы |
| КЧ 35-10 | Ковкий | 350 | 118–163 | Ступицы, кронштейны, фитинги |
Структура и обработка
Внешний вид обработанной поверхности чугунной отливки.
Технологии чугунного литья
Метод формовки подбирают с учетом серийности производства, нужной точности размеров и шероховатости поверхности. На производствах используют несколько основных подходов:
- Литье в песчано-глинистые формы (ПГС): дешевый традиционный метод. Форму делают из смеси кварцевого песка и бентонитовой глины в опоках. Вариант подходит для единичных и серийных партий.
- Литье в холоднотвердеющие смеси (ХТС): синтетические смолы в роли связующего дают высокую прочность формы и повышают точность готовой детали.
- Литье по газифицируемым моделям (ЛГМ): пенополистироловую модель засыпают песком, после чего она выжигается расплавленным металлом во время заливки. Процесс исключает применение стержней.
- Кокильное литье: металл заливают в многоразовые металлические формы (кокили). Быстрое охлаждение формирует мелкозернистую структуру отливки.
| Метод литья | Точность размеров (квалитет) | Шероховатость (Ra), мкм | Экономическая целесообразность |
|---|---|---|---|
| ПГС | IT14 - IT16 | 25 - 100 | Высокая для любых партий, низкая стоимость оснастки |
| ХТС | IT11 - IT13 | 12.5 - 25 | Средние и крупные партии, сложная геометрия |
| ЛГМ | IT10 - IT12 | 6.3 - 12.5 | Серийное производство сложных деталей без разъемов |
| Кокиль | IT9 - IT11 | 3.2 - 6.3 | Крупносерийное производство, высокая стоимость кокиля |
Технологическое ограничение: высокая скорость теплоотвода при кокильном литье иногда приводит к образованию отбела на поверхности детали. Этот твердый слой белого чугуна усложняет механическую обработку, поэтому заготовку приходится дополнительно отжигать.
Области применения
В машиностроении на чугунные отливки приходится более 70% массы всех литых деталей. Из этого сплава делают станины металлорежущих станков, блоки цилиндров двигателей, корпуса редукторов, насосы и элементы трубопроводной арматуры.
Помимо промышленных задач материал востребован в архитектуре и искусстве. Уральский город Касли остается историческим центром художественного литья. Местные мастера создают изделия с высокой детализацией, опираясь на природную долговечность металла.
