чугун-конструкционный материал 01 - ladoms.ru

Данные о соотношении в балансе мирового производства печей и каминов из чугуна и стали показывает, что первый был и остается главным конструкционным материалом.

Из всех литых конструкционных материалов для таких изделий, как печи и камины, на долю чугуна приходится более 70 %, причем есть тенденции к увеличению этой цифры.

Важную роль при изготовлении деталей каминов и печного литья играют высококачественные (модифицированные, легированные и высокопрочные) чугуны. Доказательством этого служит и постоянное, хоть медленное, вытеснение ими других сплавов на отечественных предприятиях. Так, недавно на Купянском литейном заводе ковкий чугун полностью заменен высокопрочным с шаровидным графитом.

Высококачественные чугуны «устойчивы» к конъюнктурным изменениям и потрясениям экономики капиталистических стран. Несмотря на кризисные явления в экономике, чугунные печи для бани производят все больше и бльше с каждым годом.

В Англии литой чугун давно является основой промышленности. А уверенность специалистов в том, что он остается главным литым конструкционным материалом, в том числе для  высококачественных печей и каминных аксессуаров и сегодня, основывается на том, что литейные цеха этой страны устойчиво производят отливки с пределом прочности чугуна до 800...900 МПа и относительным удлинением 2...17 %.

Следует отметить, что многие детали, которые раньше изготовляли из других литых сплавов или проката, делают из высококачественных чугунов: трубопроводы, водопроводную арматуру, детали насосов химических установок и автомобилей, холодоустойчивые (до минус 100 °С) изделия, коленчатые валы, фундаментные плиты дизельных двигателей, корпуса гидроцилиндров и паровых турбин, зубчатые колеса, поршни и др. Из этих чугунов отливают массивные отливки (до 90 т с толщиной стенок до 200 мм) и тонкостенные (с толщиной стенок до 3 мм).

Чтобы определить достоинства того или иного конструкционного материала, который может быть использован для изготовления печей и деталей каминов, необходимо их оценивать всесторонне, учитывая многие технико-экономические показатели.

	Камин с чугунным порталом

Ведущее место среди литейных сплавов для печного литья может занять тот, который не только будет наиболее полно удовлетворять требованиям эксплуатации, но и окажется менее дефицитным, потребует при изготовлении отливок наименьших материальных и энергетических затрат, т. е. будет наиболее технологичным. В результате проведенных исследований выявлено преимущество чугуна перед сталью, сплавами алюминия, бетоном и пластмассами, определена его перспективность во многих отраслях машиностроения, особенно для изготовления контактирующих с огнем деталей: топочных дверок, колосников, футеровочных плит и др

Возможность получения отливки для печи или камина зависит прежде всего от жидкотекучести сплава, т. е. способности в жидком состоянии заполнять литейную форму. Чугун обладает высокой жидкотекучестью, благодаря чему из него можно изготовлять каминное и  печное литье, отличающиеся сложной конфигурацией и разной толщиной стен, а также тончайшие художественные изделия.

Как уже было сказано, технологические и служебные свойства печного чугуна можно изменять в широких пределах без значительных затрат. Так, повышению жидкотекучести способствует присадка фосфора, который снижает температуру затвердевания металла и последний более длительное время может течь по каналам, заполняя самые узкие части литейной формы. Существенно влияет содержание в сплаве углерода и кремния: с увеличением их количества до определенного предела понижается температура начала кристаллизации чугуна и возрастает возможность заполнения им тонкой литейной полости формы. Максимальной жидкотекучестью обладает сплав с минимальной и постоянной температурой кристаллизации.

Любой сплав, в том числе и чугун, уменьшает свой объем при затвердевании, а отливки — размеры при охлаждении. Это свойство сплава называется усадкой. С явлением усадки связано образование в отливках усадочных раковин (пустот), напряжений, холодных и горячих трещин. Усадка сплава зависит от его природы; на ее величину воздействует охлаждение той или иной составляющей структуры сплава.

Так как составляющей чугуна является графит, плотность которого значительно меньше плотности самого сплава, процесс графитизации способствует уменьшению усадки чугуна. В связи с этим чугун обладает наименьшей объемной и линейной усадками по сравнению с другими литыми конструкционными материалами. Чем больше образуется графита, тем меньше усадка чугуна.

Так, усадку чугуна может регулировать его химический состав, а также условия отвода тепла при охлаждении отливки. Меньшая величина объемной усадки чугуна приводит к понижению опасности образования усадочных раковин в отливках, а следовательно, к более простой технологии их получения. Это один из важных факторов, обусловивший широкое распространение именного чугунного печного литья.

Для того чтобы из сплавов, обладающих значительной усадкой, получить печное литье без усадочных раковин, применяют прибыли — массивные надставки — приливы, в которых металл затвердевает позже, чем в самой отливке, и питает последнюю в момент затвердевания, предупреждая возникновение в ней усадочной раковины. Иногда для предупреждения усадочных раковин в отливке используют внутренние и наружные холодильники, которые ускоряют отвод тепла от массивных частей отливки, обеспечивая более быстрое и равномерное ее затвердевание.

Применение как прибылей, так и холодильников усложняет технологический процесс  изготовления чугунных деталей камина или печи, удорожает ее стоимость, поэтому сплав, обладающий меньшей усадкой, считается более технологичным. Именно таким сплавом является чугун. Отливки из серого чугуна вообще не требуют прибылей, в то время как на стальных отливках прибыли зачастую составляют до 30...40 % их массы.

Усадка металла в твердом состоянии вызывает уменьшение размеров печного и каминного литья по сравнению с моделью и полостью формы, куда заливается металл для ее изготовления. Если линейная усадка затормозится, в отливке возникают внутренние литейные напряжения, часто приводящие к разрушению детали камина или печи еще до полного их затвердевания. Но если литая деталь не растрескалась при охлаждении, долговечность ее может быть снижена вследствие внутренних литейных напряжений. Уменьшают такие напряжения специальной термической обработкой или другими методами, что также усложняет технологический процесс.

Величина литейных напряжений, возникающих в печном литье, пропорциональна линейной усадке затвердевшего сплава, поэтому напряжения, возникающие в чугунных отливках, незначительны: невелика также опасность образования в них трещин; не всегда даже необходима термическая обработка для снятия внутренних напряжений.

Следует помнить, что высококачественные чугуны для каминов и печей обычно обладают повышенной усадкой ввиду меньшего содержания в них углерода. Это явление хорошо известно специалистам, и при литье деталей из высококачественных чугунов они принимают соответствующие технологические меры.