Влияние технологии отливки на микроструктуру чугуна в гильзах

Износостойкость и механические свойства чугунных деталей в значительной мере определяется его микроструктурой. В связи с этим химический состав чугуна, применяемый для изготовление гильз, подбирается, как правило, с расчётом получить оптимальную структуру отливки. Однако, в определённой степени она зависит и от особенностей технологии литья и конструкции отливки.

Наибольшее распространение получили заготовки чугунных гильз, отлитые в сырые песчано-глинистые формы и центробежным способом.

Структура чугуна в гильзах

Структура чугуна в гильзах, отлитых в сырых песчано-глинистых формах, преимущественно перлитная с небольшим (до 5%) количеством феррита и среднепластинчатым неориентированным графитом. В гильзах, отлитых из среднелегированного чугуна, металлическая основа чугуна чисто перлитная, причём перлит и графит имеют более тонкое строение, чем в низколегированном чугуне. Микроструктура и твёрдость чугуна по сечению гильзы, отлитой в песчано-глинистые формы, достаточно однородна.

Отливка гильз в песчано-глинистые формы

Отливка гильз в песчано-глинистые формы долгое время являлась основным процессом для заводов ЗИЛ, ГАЗ, ЯМЗ. Готовые гильзы цилиндров дизеля ЯМЗ-236, изготовленные таким способом, имеют на рабочей поверхности оптимальную структуру графита и требуемую твёрдость после закалки ТВЧ (42-50 НRС), что обеспечивает их высокую задиро- и износостойкость.

Литье в постоянные формы

Однако, трудоёмкие методы литья в песчано-глинистые формы в мире всё шире заменяются литьём в постоянные формы. Так, фирмы GКN (Великобритания) (потребителями её продукции являются многие известные авто- и двигателестроительные фирмы стран Западной Европы и Америки: Volvo, Scania, Ford, Jaguar и другие), Teves-Thompson (США), Renoult (Франция), а теперь и автозаводы ЗМЗ, КамАЗ, ЯМЗ изготавливают гильзы цилиндров методом центробежного литья. Высокая скорость вращения залитой формы до остывания заготовки позволяет оттеснить окалину, шлаки и газы к внутренней поверхности, откуда они удаляются в процессе механической обработки. Охлаждение металлической формы обеспечивает процесс застывания заготовки, протекающий от периферии к центру, создавая однородную мелкозернистую структуру рабочей поверхности. Однако серьёзный недостаток получения гильз центробежным методом литья – ликвидация фосфора (Р), серы (S) и кремния (Si) к внешней поверхности гильзы, уменьшающая твёрдость внутренней рабочей поверхности гильзы. Кроме того, часто наблюдается поверхностный отбел гильз, бывают случаи плохого контакта огнеупорного покрытия с внутренней поверхностью кокиля, что приводит к внедрению кварцевого песка во внешнюю поверхность отливки. И если отбел устраняется последующим отжигом, то удалить абразивный материал можно только снятием слоя металла.

При одном и том же химическом составе чугуна гильзы центробежной отливки имеют более мелкий графит и более дисперсный перлит, чем гильзы, отлитые в землю. Поэтому при переходе с земляной отливки гильз на отливку центробежным способом и наоборот для получения той же микроструктуры корректируют  химический состав чугуна  и  технологию его модифицирования.

Из представленного выше видно, что оба способа получения заготовок для гильз цилиндров имеют свои преимущества, которые необходимо сохранять, и свои недостатки, устраняемые либо совершенствованием процесса литья, либо в процессе последующих механической и термической обработок, которым подвергаются гильзы и после одного, и после другого способа отливки.