Чем можно обработать чугун
ВЫСОКИЕ ТЕХНОЛОГИИ
Обработка чугуна
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.
Токарная обработка чугуна: особенности
Чугунные детали пользуются большой популярностью в машиностроении. Однако обработка этого металла сопряжена с рядом сложностей. Важно правильно подобрать инструмент, чтобы достичь максимальной производительности.
Наибольшее количество хлопот доставляют повышенная твёрдость чугуна, а также сильный нагрев во время обработки этого материала.
Причем в зависимости от состава сплава обрабатываемость чугуна может сильно варьироваться. Если обработка наименее прочных серого и ковкого чугунов в целом не вызывает проблем, то обработка остальных видов чугунов сопровождается сложностями, поэтому к каждому виду чугуна необходимо подходить индивидуально.
Инструмент по обработке чугуна должен обладать предсказуемой надёжностью при высоких скоростях резания, несмотря на то, что при резании разных видов этого металла механизм износа токарных пластин будет отличаться. Есть ли универсальный инструмент для токарной обработки чугуна и какими характеристиками он должен обладать?
Специфика токарного инструмента по чугуну
Для обработки чугуна идеальным инструментом будут пластины из прочных мелкозернистых твёрдых сплавов. Они отличаются повышенной прочностью и износостойкостью даже при растачивании в тяжелых условиях. Чтобы песок и другие включения, характерные для чугунных сплавов, не изнашивали токарные пластины, пользуйтесь инструментом, сочетающим в себе износостойкость и низкий уровень хрупкости.
При изготовлении большого количества чугунных изделий стоит отдавать предпочтение пластинам со специальными покрытиями, облегчающими теплоотвод. Например, с покрытием оксида алюминия. Тогда износ инструмента будет заметно ниже.
Что касается геометрии, то для облегчения резания чугуна выбирайте пластины без задних углов, а передний – должен иметь отрицательный или небольшой положительный угол.
Резание чугуна: особенности
Неравномерный припуск на чугунных деталях и наличие литейной корки – основные проблемы при токарной обработке. Поэтому во время обдирки чугунных деталей весь слой до чистого металла необходимо снимать за один проход, чтобы резец оставался в пределах литейной корки. Это позволит избежать абразивного износа инструмента.
Графит в составе чугуна, высвобождаясь во время обработки, сильно пылит. А стружка образуется мелкая и сыпучая. Чтобы температура не увеличивалась из-за налипшей стружки и пыли, стоит регулярно очищать оборудование.
«Сухая» или «мокрая» обработка?
При «мокром» резании с применением смазочно-охлаждающей жидкости образуется чугунная пыль, но зато уменьшается риск температурной деформации заготовок. СОЖ усиливает температурные колебания, ведет к термическим трещинам и выкрашиванию пластин. Поэтому предпочтительнее обрабатывать «на сухую». Это позволит свести к минимуму температурные колебания на режущей кромке и увеличить срок эксплуатации инструмента.
В любом случае чугун является довольно абразивным материалом, поэтому его обработка требует в три раза больше времени, чему, например, стали, так как требуется занижать режимы резания. Неправильный выбор токарного инструмента является причиной быстрого затупления режущей кромки, и, как следствие, ужасного качества обработки поверхности.
Во всем мире большой популярностью для обработки чугуна пользуются токарные пластины компании Kennametal, которые представлены в нашем каталоге.
Актуальные цены и наличие на складе этих пластин представлены в нашем онлайн каталоге.
Как обрабатывается чугун токарным инструментом Kennametal можно увидеть на видео:
Почему ржавеет чугунная посуда и как ее очистить
Чугунная посуда имеет массу достоинств. В ней можно приготовить вкусную и полезную еду, ведь материал при нагреве не выделяет никаких вредных примесей. Порой хозяйки интересуется, ржавеет ли чугун, могут ли сковорода или казан испортиться, или же посуда служит вечно? Чтобы надолго сохранить изделия в первозданном виде, за ними нужно правильно ухаживать, и тогда регулярно менять кухонную утварь не потребуется.
Причины появления ржавчины
Чугун, несмотря на высокую прочность, тоже может ржаветь, ведь этот материал относится к черным металлам, значит, подвержен коррозии. Ржавчиной называется продукт окисления металлов, который появляется при реакции последних с кислородом при участии воды или агрессивных химических веществ. Легко ржавеет только обычная углеродистая сталь, остальные металлы меньше страдают от коррозии.
Если на чугуне обнаружены пятна ржавчины, причины этого явления могут быть следующими:
Подготовка к использованию
Чтобы новое изделие длительно служило хозяйке, после покупки нужно уделить внимание его подготовке к приготовлению пищи. Вначале казан, кастрюлю, сковороду моют с хозяйственным мылом или любым средством для посуды. После вытирают чугун мягким полотенцем, ставят на плиту, вливают небольшое количество растительного масла. Прокаливают посуду, равномерно распределяя масло по поверхности. Такая процедура поможет закрыть поры в новом материале и послужит профилактикой коррозии.
Изделия без пластиковых ручек удобно прокаливать в духовке, влив масло и оставив нагреваться до появления легкого дыма. Можно немного нагреть в духовом шкафу пустую сковороду, а затем сразу же промазать ее растительным маслом при помощи силиконовой кисточки.
Как очистить чугун от ржавчины?
Пятна ржавчины могут негативно повлиять на здоровье, ведь их частицы попадают в пищу. Поэтому готовить в посуде с элементами коррозии нельзя, вначале от них надо полностью избавиться. Чтобы надежно очистить от ржавчины чугунную посуду и предупредить появление новых дефектов, вначале производят обработку химическим или механическим способом, а затем создают защитное покрытие. Для чистки можно применять народные методы и различные моющие вещества.
Пищевая сода
Обычной содой можно убрать ржавчину с чугунного казана, если она занимает небольшую площадь и не захватила изделие полностью. Особенно хорошо очищается коррозия при ее тонком слое, поскольку сода является довольно мягким абразивом. Для очищения посуды поступают таким образом:
Соль тоже используется при локальном поражении чугунных изделий ржавчиной. Можно механически почистить утварь солью, немного смочив ее, либо сделать так:
После рекомендуется смешать крупную соль поровну с подсолнечным маслом, тщательно обработать массой сковороду изнутри, потом сполоснуть.
Уксус
Когда ржавчина имеет толстый слой, рекомендуется использовать уксус. Соединяют столовый уксус и воду поровну, наливают в посуду доверху, оставляют на 3 часа. Если казан заржавел снаружи, придется погрузить его в более крупную емкость с таким же раствором. При отсутствии эффекта можно прокипятить утварь в уксусном растворе с добавлением небольшого количество соли в течение 2 часов на медленном огне, а затем отчистить остатки загрязнений.
Сильные чистящие средства
Когда простые абразивы не помогают, можно использовать чистящие средства на основе соляной кислоты, она вызывает переход ржавчины в состояние пудры. Надевают перчатки, наносят средство на стенки посуды, оставляют на 30 минут. После изделие отмывают с хозяйственным мылом, вытирают насухо.
«Пемолюкс»
Обычным чистящим порошком для кухни посыпают влажную посуду, затем очищают ее стенки от ржавчины щеточкой, мочалкой. Не стоит применять подобное средство для внутренних частей сковород, казанов, таким образом можно обрабатывать утварь только снаружи.
Наждачка
При появлении толстого слоя ржавчины отличный результат в очищении дает наждачка. Подойдет наждачная бумага с зерном №5 для удаления самых крепких загрязнений, а также более мелкая для чистовой шлифовки. Нужно аккуратно, последовательно оттирать ржавый налет, пока он полностью не исчезнет, затем хорошо промыть изделие.
Вываривание
Данный метод чистки сразу удалит не только ржавчину, но и нагар, сажу, иные типы загрязнений, в том числе – прилипшую пищу. В воде необходимо растворить 100 г натертого хозяйственного мыла, 100 г канцелярского клея. Состав нагреть, поместив в него посуду, варить 4 часа на медленном огне. Затем снять любую грязь можно простой губкой.
Кока-кола
Напитки «Кока-кола» или «Пепси» содержат фосфорную кислоту, которая растворяет ржавчину. В емкость нужно налить напиток в достаточном количестве, погрузить чугунное изделие, довести на плите до кипения. После закипания жидкости выключить огонь, подержать утварь до остывания напитка, затем очистить нагар, ржавчину.
Рыбий жир
Жиром тщательно смазывают сковороду, оставляют на 4 часа. После обрабатывают чугун металлической щеткой, легко снимая ржавчину, моют водой с хозяйственным мылом.
Особенности ухода за чугунной посудой
После любого типа очистки нужно провести мероприятия по созданию защитного слоя на чугуне, чтобы предотвратить появление коррозии в будущем:
Чугун всегда должен оставаться немного жирным – это позволит ему поддерживать защиту от коррозии в течение длительного времени. В дальнейшем надо соблюдать такие советы по уходу:
Качественный уход за чугуном позволит сохранить изделия в отличном состоянии, исключить появление ржавчины, при этом подержать антипригарные качества и способность сохранять тепло.
Как очистить чугун от ржавчины
Что такое чугун и почему он ржавеет
Чугун относится к чёрным металлам и представляет собой двухкомпонентный микропористый сплав железа с углеродом. Углерод придаёт обычному железу прочность и твёрдость, но совершенно не препятствует вступлению в химические реакции с другими элементами.
Ржавчина на чугуне появляется в результате того, что железо окисляется, т. е. вступает в реакцию с кислородом, содержащимся в воздухе. Способствуют же этому процессу влага и щёлочи, содержащиеся, например, в моющих средствах. Кроме того, из-за пористости чугуна он может ржаветь, даже находясь на хранении без доступа влаги. Проникая в поры, кислород и вода способствуют разрушению чугунных изделий изнутри.
Почему необходимо удалять ржавчину с чугуна
Удалять ржавчину с чугуна необходимо не только из эстетических соображений, но также по причине того, что она еще более пористая, чем сам чугун и задерживает влагу внутри изделия, ускоряя его разрушение.
Что касается посуды, то здесь ржавчина на чугуне может вызвать ещё и образование нерастворимых солей в организме, из которых образуются камни в почках и других органах.
Ржавчина на таких бытовых предметах, как, например, ванна является рассадником болезнетворных бактерий, которые с радостью размножаются в её порах, где есть много влаги и питательных веществ, но куда практически не проникают дезинфицирующие средства.
Чем удалить ржавчину с чугуна
Очистить чугун от ржавчины можно механическим способом, подручными методами и при помощи специальных химических средств.
Чистка чугуна механическим способом
Перед тем, как преступить к обработке заржавевшего чугунного изделия, в первую очередь необходимо снять наросшую ржавчину механическим путём. Иногда, если слой не большой, для этого достаточно обычной жёсткой губки с песком, мелкой наждачки или металлической мочалки для посуды. Но если ржавчина въелась глубоко, то вручную будет довольно трудно снять большие металлические наросты. В этом случае поможет щётка с металлической щетиной, а ещё лучше подойдет полирующая насадка с проволокой для дрели или болгарки.
В конце механической обработки чугуна очень важно заполировать поверхность, чтобы не было глубоких царапин, из-за которых в последующем коррозия может проникнуть ещё глубже. Это можно сделать, например, очень мелкой наждачной бумагой.
Как очистить чугун от ржавчины подручными средствами
После того, как основную часть ржавчины сняли механическим способом, необходимо удалить её остатки не только с поверхности, но и из пор. При отсутствии химических средств бабушки и дедушки боролись с коррозией следующими методами:
Средства для чистки чугуна от ржавчины
Современными химическими средствами удалить ржавчину с чугуна намного проще и быстрее, хотя их стоимость иногда довольно высокая. Большинство из средств, продающихся в магазинах, просто растворяют оксид железа и потом смываются водой, но использовать непроверенное средство для чистки пищевой чугунной посуды не желательно. Во-первых, далеко не вся химия легко смывается с первого раза, а во-вторых, как уже ни раз упоминалось, чугун – металл очень пористый, и ядовитое средство может остаться в порах.
Для того чтобы очистить чугун, не предназначенный для контакта с пищей или частого контакта с кожей человека, после механической обработки лучше всего использовать преобразователь ржавчины, который не только уберёт её, но и защитит металл от дальнейшей коррозии.
Преобразователь ржавчины имеет в своём составе фосфорную кислоту и разные добавки (в зависимости от производителя), которые не только растворяют ржавчину, но и, вступая в реакцию с железом, образуют на поверхности обработанного предмета химически инертный слой, который не даёт чугуну вступать в реакцию с кислородом или другими веществами. После нанесения такого средства чугун можно спокойно окрашивать или чем-то обрабатывать.
Как защитить чугун от ржавчины
Так как чугун относится к черным металлам, самым трудным в борьбе с ржавчиной будет не очистить её, а предохранить предмет от её нового появления. Для того чтобы чугун не ржавел, необходимо исключить его контакт с кислородом. Для этого отчищенный от ржавчины чугун прокаливается, а затем покрывается преобразователем ржавчины, краской или химическими маслами.
Однако чугунную посуду нельзя красить или смазывать машинным маслом, но именно она чаще всего соприкасается с водой или щелочными моющими средствами.
Защитить чугунную посуду от ржавчины во время хранения поможет простое подсолнечное масло или жир, которым необходимо её смазать. Более надежным является бабушкин метод обжига чугуна с растительным маслом или жиром:
Сгоревшее масло является безопасным и надёжно запечатывает поры чугуна от попадания влаги и воздуха. Именно поэтому бабушки не отчищали чёрный нагар снаружи чугунных сковородок и казанов.
Как избежать проблем при обработке чугуна
За счёт большого количества углерода чугун намного твёрже стали. Но при этом очень пластичен и хрупок. Поэтому имеет довольно много специфических особенностей при обработке.
Чугун является востребованным материалом в металлообработке. Он намного дешевле стали, но при этом прочнее её. Чугун идеально подходит, если вам нужно изготовить большую партию изделий. Поэтому материал широко используется в автомобильной промышленности и в художественном литье.
Но чугун чугуну рознь. В зависимости от технологии производства металла, его свойства сильно различаются.
Если рассуждать максимально примитивно, то чугун изготавливают следующим образом. Берут металлический лом, расплавляют его в большом чане – чугун готов. Соответственно, чем больше различных компонентов на входе, тем менее предсказуемо поведёт себя чугун.
Основные виды чугуна
Исходя из количества углерода в составе сплава, чугун делят на несколько сортов.
Белый чугун отличается тем, что почти весь углерод в его составе химически связан в карбид железа. В машиностроительном производстве белый чугун применяется редко, так как он очень твёрдый, но при этом довольно хрупкий. Данный сплав тяжело поддаётся резке из-за своих абразивных качеств. И обычно в процессе обработки от него откалываются куски. Из-за своих свойств белый чугун используется в основном для отливания деталей, не требующих какой-либо обработки, либо в качестве заготовки для производства ковкого чугуна, о котором мы поговорим ниже.
Серый чугун – наиболее популярная разновидность данного металла. В этом сплаве углерод присутствует преимущественно в виде графитовых включений. Это придаёт металлу хрупкость. Зато в отличие от белого чугуна, серый имеет хорошую теплопроводность, выделяет меньше тепла и во время обработки отлично поглощает вибрации. Кроме того, серый чугун обладает высокой прочностью, поэтому часто применяется для производства деталей, имеющих циклическую нагрузку.
Высокопрочный чугун – альтернатива высокоуглеродистой стали. Он хорошо поддается литью и способен заменять стальные литые элементы в механизмах. Углерод в составе металла присутствует в форме шаровидного графита. Это делает материал пластичным и прочным. Высокий уровень теплопроводности позволяет использовать данный вид при изготовлении отопительных приборов и трубопроводов.
Ковкий чугун к ковке металла никакого отношения не имеет. Говорят, что название материалу дали подковы, которые выполнялись из данного сплава. Ковкий чугун получается путём отжига заготовок из белого чугуна. Углерод в составе сплава находится в форме хлопьевидного графита. Это делает металл менее чувствительным к растрескиванию. При этом он остаётся по-прежнему прочным и износостойким, поэтому активно используется в машиностроении.
Особенности обработки чугуна
Как мы выяснили выше, структура чугуна неоднородна, что сильно отражается на его обрабатываемости. Белый чугун – самый твёрдый (500 HB). Он очень абразивен и сложен в обработке. Высокопрочный чугун имеет твёрдость до 400 HB, поэтому металлорежущий инструмент сильно изнашивается. Ковкий и серый чугуны твёрдостью до 250 HB намного легче поддаются резанию. Таким образом, чем больше содержание графита в сплаве, тем обработка будет проще.
Обработка чугуна – довольно грязное дело, так как графит, который содержится в составе сплава, сильно пылит. Пыль, оседая, загрязняет деталь, станок и всю рабочую зону. Обычно с такой проблемой борются с помощью СОЖ, но не в случае чугуна, ведь СОЖ вызывает довольно серьезные термические колебания. Поэтому обработку предлагается проводить насухую и использовать специальный инструмент по графиту, который и без того испытывает довольно сильные нагрузки.
Высокий нагрев во время обработки является одной из главных причин износа металлообрабатывающего инструмента. А высокая твердость чугуна лишь усугубляет ситуацию. Это необходимо учитывать при выборе инструмента, отдавая предпочтение износостойкому из твёрдого сплава с покрытием в котором оксид алюминия (Al2O3) чередуется с толстыми слоями карбонитрида титана (TiCN). Это позволяет избежать перегрева и повышенного абразивного износа.
Чтобы определиться с правильным инструментом для обработки чугуна, читайте наши статьи в блоге по токарной и фрезерной обработке этого металла.
В линейке монолитных твердосплавных фрез корейского производителя Widin есть специальная серия для обработки чугуна Zamus Classic.
Актуальные цены и наличие на складе этих пластин представлены в нашем онлайн каталоге.
Как обрабатывается чугун токарным инструментом Kennametal, можно увидеть на видео ниже: