Требования к жидкому чугуну. Отливки, используемые в современном машиностроении, должны обладать стабильно высокими механическими свойствами.
Для значительной части ответственных автомобильных отливок технические условия предусматривают преимущественно перлитную структуру с максимальным содержанием феррита до 5 %. Механические условия определяют также характер и размеры включений пластинчатого графита.
Получение высококачественного чугуна связано с применением внепечной обработки расплава — модифицирования. Однако для эффективного модифицирования выплавленный чугун должен удовлетворять определенным требованиям.
Как известно, для получения чугуна с высокими прочностью и твердостью необходимо выплавить металл с пониженным содержанием углерода и кремния при некотором повышении содержания марганца. Для получения чугунов марок СЧ40 и СЧ45 необходимо, кроме того, снизить содержание серы и фосфора.
На первый взгляд пониженное содержание углерода и кремния упрощает задачи плавки, так как для этого требуется меньше дорогостоящего ферросилиция, существенно уменьшается время на науглероживание металла. В этой связи существует присущий только плавке серого чугуна парадокс — чем выше марка чугуна, тем дешевле шихта для его выплавки.
Однако на практике получение отливок серого чугуна высоких марок сопряжено с опасностью получения отбела. Это объясняется тем, что структура таких отливок должна быть по преимуществу перлитная, на грани отбела. Поэтому даже небольшие отклонения в минус по содержанию углерода и кремния, связанные, например, с неточностью дозирования шихты или нарушениями принятого режима плавки и модифицирования, приводят к получению половинчатого или белого чугуна. Этот вид брака неизбежно вскрывается в процессе механической обработки и никогда, в отличие от других видов брака, не остается незамеченным. Очевиден в данном случае и виновник брака — плавильное отделение.
Из этих рассуждений следует важнейшее требование к жидкому металлу при получении отливок высококачественного серого чугуна — стабильность химического состава.
Кроме того, пониженный углеродный эквивалент приводит к понижению жидкотекучести и требует повышенной температуры заливки.
Содержание вредных примесей — серы и фосфора, допустимое для чугунов вплоть до СЧ35, составляет соответственно 0,12 и 0,3 %. Оно обеспечивается при плавке на обычной шихте в печах с кислой футеровкой. Для получения СЧ40 и СЧ45, содержащих серы и фосфора не более 0,02 % каждого, необходимы специальные приемы плавки и внепечной обработки.
Поэтому для получения серого чугуна высокого качества необходимо:
• использовать шихту стабильного состава и обеспечить точность дозирования ее компонентов;
• обеспечить оптимальные уровни перегрева и продолжительности выдержки в условиях применения электроплавильных агрегатов;
• обеспечить надежность контроля процесса плавки на всех его этапах и возможность оперативного воздействия на него;
• использовать внепечную обработку.