чугун
ЧПУ-обработка

Чугун — это семейство железо-углеродистых сплавов с содержанием углерода более чем 21% (обычно 2,5–4,5%), из-за чего избыток углерода осаждается в графит или железный карбид во время затвердевания. Эта микроструктура обеспечивает чугуну его определяющие характеристики: отличную прочность на сжатие, выдающуюся демпфирование вибраций, естественную смазочность за счёт графита и очень хорошую обрабатываемость при своей твёрдости. Чугун широко используется для оснований станков, блоков двигателей, корпусов насосов, тормозных деталей и тяжёлых конструкционных деталей, требующих жёсткости, износостойкости и размерной стабильности.

Серый чугун — самый широко используемый сорт чугуна, характеризующийся тем, что графит выпадает в виде пластинок внутри перлитно-ферритной матрицы. Распространённые grades включают ASTM A48 Class 20–40, ISO EN-GJL-150 до EN-GJL-300 и GB HT150–HT350. Серый чугун обладает великолепной обрабатываемостью, отличным демпфированием вибраций, хорошей прочностью на сжатие и низкой стоимостью. Он применяется для блоков двигателей, головок цилиндров, оснований станков, тормозных барабанов, корпусов насосов и корпусов редукторов. Эластичность на растяжение умеренная (150–350 МПа), но прочность на сжатие в 3–5 раз выше.

Ковко-литой чугун получают добавлением магния в расплав, что заставляет графит застывать в виде сферических нодулей, а не пластинок. Это значительно улучшает прочность на растяжение (400–900 МПа), удлинение (до 18–1%), и ударную вязкость по сравнению с серым чугуном — приближая свойства к стали, но сохраняя отличную обрабатываемость. Распространённые grades включают ASTM A536 Grade 65-45-12, 80-55-06 и EN-GJS-400-18 до EN-GJS-700-2. Ковко-литой чугун применяется для шатунов, зубчатых колес, корпусов дифференциала, гидравлических корпусов клапанов и конструкционных элементов, требующих как обрабатываемости чугуна, так и более высокой механической прочности.

Сплавленный чугун включает добавки хрома, никеля, молибдена или меди для получения свойств, превосходящих стандартный серый или ковко-литой чугун. Белый хромистый чугун (15–30% Cr) достигает HRC 55–65 для экстремальной износостойкости. Ni-Hard обеспечивает отличную износостойкость с улучшенной прочностью на удар и прочности. Аустенитный Ni-Resist чугун обеспечивает коррозионную стойкость и размерную стабильность при повышенных температурах до 800°C. Сплавленные чугуны применяются, когда стандартные чугуны не справляются с износом, высокими температурами или коррозией — они заметно труднее поддаются обработке и требуют инструментов на основе кубического нетрайнного алмаза (CBN).

Обработка чугуна влечет за собой несколько специфических проблем: (1) Жесткая поверхностная оболочка — после литья поверхность содержит зазоры, песчаные включения и жесткую охлажденную прослойку, которая быстро уничтожает инструмент, если первый проход не резит ниже нее. (2) Абразивный графит — графитовые хлопья ускоряют износ режущего кромки керамических инструментов. (3) Сухая или почти сухая обработка — чугун часто обрабатывают без смазки или с минимальным количеством охлаждающей жидкости, так как полная промывка может вызвать термический удар. (4) Пористость — внутренние пустоты могут вызывать размерные сюрпризы при обработке тонкостенных деталей. (5) Различия по твердости сплавного чугуна — высокохромистый белый чугун может заметно различаться по твердости в пределах одной отливки.

Стандартный допуска обработки серого и висмутно-орe foguèt чугуна на ЧПУ составляет ±0,02 мм для точеных элементов и ±0,05 мм для фрезерованных. Для точных посадочных корпусов и уплотняющих поверхностей допускается ±0,010–0,015 мм для серого и вязко-стружевого чугуна. Сплавной чугун обычно достигает ±0,02–0,03 мм на обработанных элементах из-за вариабельности твердости. Заметьте, что сами литья имеют присущие вариации размеров — выбор базовой точки и стратегия зажима должны учитывать вариацию литья до начала обработки. Отчеты CMM предоставляются для всех прецизионных изделий из чугуна.

Чугун имеет ограниченную коррозионную стойкость, и графитовая матрица может корродировать во влажной или влажной среде. Выбор обработки поверхности зависит от применения: основания станков и внутренние компоненты часто поставляются только с масляной защитой от ржавчины. Части в умеренных условиях получают черный оксид, фосфатирование или никелирование. Корпусы насосов и корпусные детали в условиях влажной эксплуатации получают эпоксидную краску или порошковое покрытие. Обратите внимание, что серый чугун не следует подвергать электропроцессам с кислотами без должной подготовительной обработки, так как сеть графитовых чешуек может задерживать водород и вызывать пузырение.

Сварка чугуна возможна, но требует специализированных процедур. Серый чугун необходимо подогревать до 300–600°C перед сваркой, чтобы предотвратить растрескивание при термо-усадке. Используются сварочные стержни на никелевой основе или стержни для чугуна. Достаточно сваривать кристаллически, но для литейного чугуна это требует подогрева. Хромистые сплавы обычно считаются неваримыми. Что касается термообработки: серый чугун может быть снят под напряжения (550–600°C) для снижения остаточных напряжений до начала точной обработки. Деформированный чугун можно отпустить, чтобы смягчить, или нормализовать и закалить и отпустить для повышения твердости.