серый чугун с графитом

Когда слышишь 'серый чугун с графитом', половина технологов сразу представляет себе идеальные пластинчатые включения. А на практике графит то скручивается, то выпадает хлопьями — как раз про это редко пишут в учебниках.

Графитовые парадоксы в литейном цехе

Вот смотрю на последнюю партию отливок для компрессоров — вижу, что в зонах резкого перепада толщин стенок графит местами идет не пластинчатый, а скорее разорванный. Это ж сколько напряжений возникло при кристаллизации... Хотя химия вроде бы выдержана: 3.4% углерода, 1.8% кремния.

Коллега с утренней смены рассказывал, как на сером чугуне для сельхозтехники специально добавляли 0.3% олова — чтобы повысить жаропрочность. Получили-то нужные свойства, но обрабатываемость ухудшилась на 15%. Пришлось пересматривать режимы резки.

Заметил закономерность: если в составе есть даже следы титана (больше 0.03%), графит начинает формировать аномальные скопления у поверхности отливки. Особенно критично для тонкостенных деталей промышленных роботов — там брак по трещинам сразу подскакивает.

Опыт АО Шаньси Боин Литье с автомобильными отливками

На их сайте https://www.byzz.ru видно, что делают блоки цилиндров из серого чугуна — как раз наш профиль. Помню, года три назад мы перенимали у них методику контроля графита в зонах охлаждения рубашки. Оказалось, важно не столько количество графита, сколько ориентация пластин относительно стенок.

Для нас стало открытием, что при литье тормозных суппортов (это тоже их направление) лучше работает чугун с мелкопластинчатым графитом — хоть прочность чуть ниже, но вибрационную стойкость дает отличную. Хотя в теории всегда считали, что крупные пластины лучше гасят колебания.

Кстати, у них в описании продукции указан и высокопрочный чугун с шаровидным графитом — но это уже совсем другая история, хотя многие путают эти материалы при выборе для ответственных узлов.

Проблемы с графитом в толстостенных отливках

Самый сложный случай — когда льем станины станков с толщиной стенки от 80 мм. В центре отливки графит часто получается нестабильным: то крупные пластины, то участки с вермикулярной формой. При фрезеровке видно, как на таких участках стружка ломается неравномерно.

Пытались модифицировать церием — да, графит упорядочивается, но появляется риск образования карбидов по границам зерен. Для деталей, работающих на ударные нагрузки (например, ковши экскаваторов), это вообще недопустимо.

Сейчас экспериментируем с комбинированным модифицированием: сначала ферросилиций, потом небольшая добавка магния в виде сплава с никелем. Пока получается добиться равномерного распределения графита по сечению — но себестоимость выросла почти на 8%.

Как графит влияет на механическую обработку

Заметил интересную зависимость: если в сером чугуне с графитом пластины расположены хаотично — стойкость инструмента при точении выше. А когда графит выстраивается в цепочки (как часто бывает при центробежном литье), резец быстрее изнашивается — видимо, из-за локальных напряжений.

Особенно проблемно это при обработке шестерен КПП — там допуски по шероховатости строгие. Приходится подбирать специальные геометрии резцов и подачи. Обычные рекомендации из справочников часто не работают.

Кстати, охлаждающая жидкость тоже играет роль — с некоторыми эмульсиями графит у кромки резания начинает как бы 'выкрашиваться', получается неравномерная поверхность. Пришлось вместе с технологами отрабатывать состав СОЖ специально для чугунов.

Перспективы модифицирования графита

Смотрю на последние тенденции — многие переходят на предварительное легирование шихты. Не просто ферросплавы в ковш, а специальные лигатуры с контролируемым распадом. Для серого чугуна это дает более стабильный размер графитовых включений.

Но есть нюанс: при использовании возвратных отходов (а куда без них в литейке) состав лигатур нужно корректировать. Мы вот месяц назад испортили партию крышек цилиндров — не учли, что в ломе было повышенное содержание хрома от предыдущих плавок нержавейки.

Сейчас пробуем метод послойного модифицирования — когда разные модификаторы вводим на этапе выпуска и в ковше. Пока сложно сказать о результатах, но микроструктура становится интереснее: графит распределяется более равномерно, нет резких переходов между зонами.

Вообще, если говорить о будущем — думаю, скоро придется пересматривать стандарты на серый чугун с графитом. Сейчас они ориентированы в основном на форму и размер включений, а нужно учитывать еще и распределение по объему, ориентацию относительно нагрузок... Но это уже тема для отдельного разговора.