Чугун отлично себя зарекомендовал для получения отливок, начиная от не ответственных изделий и заканчивая особо ответственными. Большое распространение чугун получил и в художественном литье, так как он значительно дешевле других литейных материалов, а по свойствам не уступает многим из них.
Чугун содержит больше углерода, чем сталь, это придает ему больше твердости, снижая пластичность и вязкость. Чугун обладает более лучшими литейными свойствами, но хуже поддается пластической деформации, не обрабатывается ковкой в обычном состоянии, чугун хрупкий. Чугун дешевле стали.
Чугун разделяют в зависимости от состояния углерода:
— Белый чугун. В белом чугуне углерод присутствует преимущественно в связанной форме в виде цементита (Fe3C). Белые чугуны обладают высокой прочностью и хрупкостью, и они очень абразивные, они плохо поддаются механической обработке, поэтому из них получают отливки не требующих обработки и работающих в условиях абразивного износа при сухом трении, также белый чугун используют для получения ковкого чугуна.
— Серый чугун. Это сплав железа, кремния (1,2-3,5%) и углерода. В сером чугуне углерод присутствует преимущественно в виде графитовых включений различного размера и форм (преимущественно пластинчатой формы). Серые чугуны обладают хорошими технологичными и прочностными свойствами, поэтому они нашли широкое применение в качестве конструкционного материала. Он более хрупкий, но имеет хорошую теплопроводность, выделяет меньше тепла в том числе и во время резания, хорошо поглощает вибрацию, поэтому нашел применение в производстве двигателей. Основные марки серого чугуна оговорены в ГОСТ 1412.
— Высокопрочный чугун. Чугун с шаровидным графитом. Углерод преимущественно или полностью присутствует в свободном состоянии в форме шаровидного графита. Обладает высокой прочностью и удовлетворительной пластичностью, иногда могут использоваться вместо стали. У данного чугуна хорошая жесткость, ударная вязкость, он прочный, не хрупкий. Но не может поглощать вибрации, низкая теплопроводность, как следствие большое выделение тепла. Основные марки высокопрочного чугуна регламентируются ГОСТ 7293.
— Ковкий чугун. Производят путем отжига отливок из белого чугуна. В них углерод преимущественно находится в форме хлопьевидного графита. Менее чувствительный к растрескиванию. Основные марки ковкого чугуна приведены в ГОСТ 1215.
— Легированный чугун, чугун со специальными свойствами. Эти чугуны используются для придания деталям свойств жаростойкости, маломагнитности, износостойкости, коррозионной стойкости, повышенной прочности, хладостойкости и других свойств. Форма графита меняется от пластинчатой до шаровидной. Основные марки легированных чугунов приведены в ГОСТ 7769.
Низколегированные чугуны имеют более лучшие механические свойства, а высоколегированные обладают лучшими специальными свойствами, такими как жаростойкость, износостойкость и т.д.
— Отбеленный чугун. Применяется для отливок, которые работают на износ, как и белый чугун. Отбеленный слой расположен на рабочей поверхности отливки.
— Модифицированный чугун. При определенных условиях (в жидком состоянии) вводят модификаторы для улучшения структуры и свойств, снижения в чугуне Si и C без отбела.
— Чугун с вермикулярным графитом. Это литейный чугун, занимающий по механическим и физическим свойствам промежуточные значения между серыми чугунами и высокопрочными чугунами. Довольно новый материал, который набирает обороты в силу своих уникальных свойств. Стойкость к усталостному разрушению в 2 раза больше, чем у серого чугуна. Из него делают двигатели, он получается более легким и прочным, поглощает большие мощности. Масса на 20% меньше, чем из серого чугуна.
Обрабатываемость чугунов
Обрабатываемость чугуна зависит от химического состава, физико-механических свойств и многих других факторов. Обрабатываемость улучшается с увеличением содержания графита, дисперсности и равномерности распределения структурных составляющих. Легирующие элементы как-раз и создают такие дисперсные и равномерные структуры, поэтому обрабатываемость легированных чугунов выше, чем обычных чугунов, конечно при условии одинаковой твердости. Так как, например, легирование хромом (Cr) приводит к повышению твердости и ухудшению обрабатываемости.
Чугун дает короткую, сыпучую стружку, в отличие от стали.
Серый чугун имеет небольшие режущие усилия и демонстрирует очень хорошую обрабатываемость. Возникает только абразивный износ.
Так серые и ковкие чугуны легко поддаются обработке, а вот чугуны с шаровидным графитом и отпущенный ковкий чугун подвергаются обработке сложнее. Причем при обработке отпущенного ковкого чугуна срок службы инструментов на 40-50% меньше, чем при обработке чугуна с шаровидным графитом. При обработке отпущенного ковкого чугуна возникают большие тепловые и механические нагрузки из-за высокой прочности, вследствие чего наблюдается большой износ режущей кромки.
При обработке чугуна с шаровидным графитом наблюдается наростообразование, это может приводить к отслаиванию покрытия пластин. Это в основном наблюдается у мягких чугунов с высоким содержанием феррита, у твердых чугунов с повышенным содержанием перлита это менее заметно, для них характерны абразивный износ и пластическая деформация.
Чугун с вермикулярным графитом находится между серым и с шаровидным графитом, он имеет меньшую теплопроводность, большую прочность, чем серый чугун, поэтому возникают большие усилия резания и возникает больше тепла. Также замечено, что фрезерная обработка методом круговой интерполяции имеет большую стойкость и производительность, чем растачивание данного чугуна.
Основные сложности обработки чугуна
— Температура является одним из главных факторов износа инструментов, ввиду высокой твердости и прочности чугуна.
— Наличие карбида кремния (SiC) в чугуне говорит о абразивном износе режущей кромки инструмента.
— При обработке чугуна с включениями песка, происходит интенсивный абразивный износ инструмента.
— Высокие скорости при обработке чугуна, особенно чугуна с включениями песка, приводят к быстрому износу инструмента.
— Высокая твердость, прочность имеют влияние на износ. Отпущенный ковкий чугун, чугун с вермикулярным графитом, чугун с шаровидным графитом имеют твердость 300-400 HB. Ковкий и серый чугуны – 200-250HB.
— Белый чугун имеет твердость 500HB, он очень абразивен и трудно поддается обработке.
— Неоднородность структуры чугуна, неравномерность припуска чугунных отливок, остатки песка в корке отливок.
Общие рекомендации при обработке чугунов
— Чугуны преимущественно обрабатывают пластинами без задних углов, у них более прочные кромки и они более надежны в использовании.
— Пластины по чугуну должны иметь твёрдую основу и толстый слой покрытия оксида алюминия для обеспечения стойкости к абразивному износу. Толстое покрытие дает CVD метод, несколько слоев покрытия дает еще большую износостойкость.
— Обычно чугун обрабатывают без СОЖ, на сухую, но иногда для снижения углеродно-железной пыли можно применение СОЖ. Также имеются сплавы, для которых необходимо применение СОЖ.
— Для снижения пыли при обработке без СОЖ и обеспечения высокой производительности необходимо обязательное применение вытяжной системы, а также применение ряда других мер, защищающих станок и самого рабочего от пыли.
Далее перейдем к особенностям токарной обработки чугуна и фрезерованию чугуна.
Также, Вам будет интересно почитать:
Обработка титана, в чем сложность обработки титана
Токарная обработка титана
Фрезерная обработка титана
Обработка нержавеющих сталей, в чем сложность обработки?
Токарная обработка нержавеющих сталей
Фрезерование нержавеющих сталей
