Отливки из отбеленного чугуна

Отбеленный чугун применяют для изготовления специфической группы отливок, от которых требуется повышенная твердость и износостойкость наружного слоя при сохранении мягкой и относительно пластичной сердцевины. Из отбеленного чугуна отливают: прокатные валки станов, запорные клапаны шламовых насосов, дробильные или обдирочные плиты, брони конусных или шаровых мельниц, лопасти шнеков, мелющие и дробящие кольца зернодробилок, плиты бегунов, детали мукомольных машин.

Получение отбеленных отливок основано на возможности кристаллизации чугуна по стабильной или метастабильной системам в зависимости от состава металла, скорости охлаждения и других факторов. Поэтому, увеличивая скорость охлаждения наружных слоев отливки, например, применяя кокили, и изменяя содержание Si в металле, можно получить чугун с той или иной степенью отбела.

Образование отбела при заливке чугуна в кокиль можно продемонстрировать следующей схемой. Кривая АВ – изменение линейной скорости первичной кристаллизации по толщине отливки. Она максимальна в месте соприкосновения с кокилем, и уменьшается по мере продвижения к центу. Характер этой кривой зависит от термофизических характеристик формы, температуры заливки и других факторов.

Степень графитизации чугуна зависит от скорости охлаждения. Каждый чугун имеет минимальную критическую скорость кристаллизации (V_min), выше которой графитизация полностью прекращается.

Максимальная критическая скорость кристаллизации, ниже которой полностью отсутствует структурно свободный цементита.

Слой чугуна α, прилегающий к кокилю и охлаждающийся с высокой скоростью будет белым. В промежуточной области β образуется чугун со смешанной структурой (половинчатый).

Центральная часть отливки (правее зоны γ), имеющая скорость кристаллизации меньшую чем V_min будет СЧ.

Рисунок 21 – Схема формирования отбелённого слоя в чугуне

Величина зоны чистого отбела и переходного слоя имеет большое значение. По интенсивности влияния элементов на отбел и отбеленный слой их можно расположить в следующем порядке:

Величину и твердость отбеленного слоя регулируют изменением химического состава чугуна и скоростью кристаллизации (применением кокилей различной толщины, использованием обмазок с различной теплопроводностью, изменением химического состава периферийных и внутренних слоев отливки).

Как правило, чугун для отбеленных отливок отличается от СЧ меньшим содержанием Si.

Кроме состава чугуна на величину и свойства отбеленного слоя оказывают влияние: перегрев жидкого металла, режим плавки, свойства шихтовых материалов, литейная форма и т.д.

Все эти факторы в той или иной степени определяют природу состояния жидкого металла, наличие в нем зародышей, скорость охлаждения отливок.

Повышение температуры нагрева и времени выдержки чугуна в жидком состоянии, при одной и той же температуре заливки увеличивает глубину отбела за счет частичного растворения числа зародышей кристаллизации.

Также увеличение количества белого чугуна в шихте повышает глубину отбела.

С увеличением толщины кокиля (δ) глубина отбела возрастает только до определенного предела.

Повышение температуры кокиля, то есть снижение скорости охлаждения уменьшает глубину отбела и твердость.

Толстый слой противопригарного покрытия может полностью нейтрализовать действие кокиля.