литье ковкого чугуна

Когда говорят про литье ковкого чугуна, часто представляют что-то вроде улучшенного серого чугуна, но на практике разница фундаментальная. Многие путают KЧ 30-6 с ВЧШГ, хотя у них разная структура графита и технологии отжига. В нашем цехе АО Шаньси Боин Литье до сих пор используют двухступенчатый отжиг для ферритного ковкого чугуна, хотя некоторые переходят на ускоренные режимы — но там есть нюансы с толщиной стенки.

Технологические тонкости выплавки

Состав шихты для литья ковкого чугуна всегда подбираем с запасом по кремнию — если по ГОСТу 2.4-2.8%, то мы держим 2.8-3.2%. Причина простая: при длительном отжиге часть кремния окисляется, особенно в тонкостенных отливках для промышленных роботов. Как-то пробовали экономить на ферросилиции — получили брак по отжигу в партии крышек компрессоров.

Температуру перегрева держим не ниже 1480°C, иначе графит идет неправильной формы. В прошлом месяце из-за сбоя в печи работали при 1450°C — в итоге 30% отливок картеров для сельхозтехники пошли на переплавку. Важно не просто дойти до температуры, а выдержать 10-12 минут для гомогенизации.

Модифицирование церием вместо алюминия дало интересный эффект — снизили риск образования перлита в тонких сечениях. Но пришлось пересматривать режим отжига: скорость нагрева увеличили до 80°C/час вместо привычных 60°C.

Особенности литейной оснастки

Для литья ковкого чугуна всегда делаем литниковую систему с увеличенными сечениями — металл менее жидкотекучий compared to серому чугуну. На сайте byzz.ru есть фото наших стояков для автомобильных кронштейнов — там видно утолщения в верхней части.

Формовочные смеси используем с повышенной газопроницаемостью — минимум 120 единиц по ГОСТу. Как-то пробовали экономить на связующем — получили газовые раковины в отливках для воздушных компрессоров. Теперь контролируем каждый новый замес.

При проектировании пресс-форм для литья ковкого чугуна закладываем усадку 1.2-1.5% в зависимости от конфигурации. Для сложных отливок типа кронштейнов промышленных роботов делаем 3D-модели с разными коэффициентами для различных сечений.

Режимы термической обработки

Отжиг — самый критичный этап. Первая стадия при 950-970°C длится 12-15 часов — до полного распада цементита. Контролируем по микроструктуре: если остался ледебурит — увеличиваем время, а не температуру.

Вторая стадия графитизации — вот где часто ошибаются. Мы охлаждаем до 720-740°C и выдерживаем 20-24 часа. Важно контролировать скорость охлаждения между стадиями — максимум 40°C/час, иначе появится перлит.

Для ускорения процесса пробовали изотермическую выдержку при 380°C — действительно сократили цикл на 8 часов, но в толстостенных отливках для сельхозтехники появился троостит. Вернулись к классической схеме.

Контроль качества на производстве

Каждую пятую отливку из партии проверяем на твердость — должно быть 140-170 HB для ферритного класса. Для ответственных деталей автомобилей делаем полный металлографический анализ — смотрим форму графита, количество перлита, наличие карбидов.

Ультразвуковой контроль внедрили три года назад — сначала для деталей воздушных компрессоров, теперь постепенно расширяем на всю продукцию. Главная проблема — калибровка датчиков под сложную геометрию отливок.

Механические испытания проводим по полной программе: σв, δ, KCU. Для литья ковкого чугуна особенно важен относительное удлинение — если меньше 6%, значит был нарушен режим отжига. Такие партии отправляем на повторную термичку.

Практические проблемы и решения

Частая проблема — неравномерность свойств в разных сечениях одной отливки. Для корпусов промышленных роботов пришлось разработать дифференцированный режим отжига — теперь тонкие стенки прогреваем дольше, но при меньшей температуре.

Борьба с окалиной — вечная головная боль. Перешли на защитную атмосферу в печах отжига: смесь азота и природного газа. Расходы выросли, но брак по поверхности снизился на 40%.

Для сложных отливок типа картеров КПП внедрили компьютерное моделирование процесса кристаллизации. Симуляция показала проблемные зоны с трещинами — изменили конструкцию литниковой системы, теперь брак не превышает 3%.

Перспективы развития технологии

Сейчас экспериментируем с легированием медью до 0.8% — это позволяет сократить время отжига без потери пластичности. Первые испытания на образцах показали увеличение δ до 12% при сохранении прочности.

Автоматизация контроля — следующий этап. Хотим внедрить систему машинного зрения для проверки поверхности отливок. Пока тестируем на мелких деталях для сельхозтехники, но с распознаванием дефектов еще есть проблемы.

Наше предприятие АО Шаньси Боин Литье постепенно переводит литье ковкого чугуна на цифровые рельсы — все параметры плавки и термообработки теперь фиксируются в единой системе. Это позволяет отслеживать корреляции между технологическими параметрами и качеством готовых отливок.