Металлы для литейного оборудования
1 Классификация отливок
Основным документом, содержащим сведения об отливках необходимые для выбора или разработки оптимального технологического процесса её изготовления является чертёж. На основании чертежа, отливки классифицируют:
— по материалу отливок (маркам литейного сплава);
— по группам ответственности назначения или применения деталей, получаемых из отливок;
— по классам точности;
— по группам сложности.
Такая классификация позволяет во-первых, произвести оценку возможности производства отливки в условиях конкретного литейного цеха, во-вторых, рассчитать материальные, энергетические и трудовые затраты на её изготовление. Рассмотрим признаки классификации подробнее.
1.1 Материалы отливок
Материалы отливок – литейные сплавы классифицируют на чёрные и цверные. К чёрным сплавам относят сплавы на основе железа. Это стали и чугуны различных марок, в том числе и легированные. К цветным сплавам относят группы сплавов на основе алюминия, меди, магния, цинка, серебра, золота и др.. Наиболее распространенными в машиностроении являются силумины, латуни, бронзы. К цветным сплавам относят также сплавы на основе титана, никеля, вольфрама, молибдена. Однако последние целесообразно выделить в группу тугоплавких, с разделением на легкие сплавы — на основе титана и тяжелые — на основе никеля, вольфрама, молибдена и т.п..
Классификация сплавов необходима как для выбора плавильного оборудования, технологии плавки и способа заливки, так и для выбора материала и способа изготовления литейных форм. При этом важнейшими характеристиками литейных сплавов являются, в первую очередь, химическая активность и температура расплава, что и определяет целесообразность выделения в отдельную группу цветных тугоплавких сплавов.
Наиболее ярким примером являются сплавы на основе титана. Высокая, более 1700°С, температура заливки и химическая активность расплава вызывают необходимость плавки в вакууме или среде нейтральных газов, а для изготовления литейных форм применять материалы с высокой огнеупорностью и основными или амфотерными химическими свойствами.
1.2 Группы ответственности
По ответственности назначения или применения деталей, их литые заготовки разделяют на три группы: общего назначения, ответственного назначения и особо ответственного назначения.
Группа общего назначения – отливки, не рассчитываемые на прочность, с размерами, определяемыми конструктивными и технологическими соображениями. Сдаточными характеристиками отливок являются внешний вид (качество поверхности), размеры (размерная точность) и химический состав (соответствие мерке).
Группа ответственного назначения – отливки, испытываемые на прочность, работающие при статических нагрузках, а также в условиях трения скольжения. К сдаточным характеристикам отливок, кроме внешнего вида, размеров и химического состава, добавляются механические свойства. Для различных сплавов могут быть регламентированы относительное удлинение, предел текучести, временное сопротивление разрыву.
Группа особо ответственного назначения – отливки, рассчитываемые на прочность, работающие в условиях динамических и знакопеременных нагрузках. Сдаточными являются характеристики, установленные для отливок группы ответственного назначения и, дополнительно, показатели испытаний на ударную вязкость.
Для отливок ответственного и особо ответственного назначения могут дополнительно предъявляться требования по металлографическому, рентгеновскому, флуоресцентному и другим видам контроля, что указывается в технических требованиях к чертежу отливки.
Перечень основных сдаточных характеристик отливок и требований по дополнительному контролю определяют состав оборудования и приборов цеховой или заводской лаборатории, а также наличие и состав оборудования для термической обработки отливок на соответствующие параметры механических свойств.
Точность отливок регламентируется национальным стандартом РФ ГОСТ Р 53464-2009 «Отливки из металлов и сплавов. Допуски размеров, массы и припуски на механическую обработку». Стандарт устанавливает допуски размеров, формы, расположения и неровностей поверхности, массы, а также припуски на механическую обработку. В приложениях к стандарту приведены основные, наиболее распространенные, технологические процессы изготовления отливок с указанием диапазонов достигаемых классов точности линейных размеров, степени коробления, степени точности поверхностей отливок и их массы. Кроме того, имеется информация, позволяющая оценить влияние характера производства (серийности), уровня механизации, термической обработки и сложности отливок на параметры точности.
1.4 Группы сложности
По сложности отливки подразделяют на шесть групп, с увеличением сложности увеличивается численное значение номера группы.
При определении группы сложности отливки учитываются её конструктивно-технологические показатели: конфигурация поверхностей, масса, максимальный габарит, толщина стенок, характеристика выступов, рёбер, углублений, отверстий, характер механической обработки.
Следует отметить, что группа сложности отливок, как комплексный параметр для определения их стоимости, в СССР определялась в прейскуранте №25-01 оптовых цен на отливки и включала ещё ряд признаков, в том числе ответственность.
Определение группы сложности отливок по конструктивно-технологическим показателям – не простая задача из-за большого числа и присутствия некоторой субъективности в оценке этих признаков. Однако классификация по группам сложности имеет большое значение не только при оценке трудоемкости и возможности изготовления конкретных отливок в конкретном литейном цехе, но и при выборе способа литья, типа и количества единиц основного и вспомогательного оборудования в проекте нового литейного производства.
Рассмотрим некоторые классификационные признаки групп сложности отливок.
Отливки I группы сложности
Поверхности – плоские, цилиндрические, полусферические. Наружные поверхности с наличием невысоких ребер, буртов, бобышек, фланцев и отверстий. Внутренние полости отсутствуют.
Толщина основных стенок – более 30 мм.
Модель – без отъемных частей.
Количество стержней – до 2 шт..
Пример отливки
Отливки II группы сложности
Поверхности – плоские, цилиндрические, полусферические, открытой коробчатой формы. Наружные поверхности прямолинейные и криволинейные с ребрами, буртами, бобышками и углублениями. Внутренние полости с прямолинейными поверхностями, со свободным широким выходом наружу.
Толщина основных стенок – 25…30 мм.
Модель – с 1…2 отъемными частями.
Количество стержней – 3…5 шт..
Пример отливки
Отливки III группы сложности
Поверхности – открытой коробчатой, сферической, цилиндрической формы. Наружные поверхности прямолинейные и криволинейные с ребрами, буртами, бобышками и углублениями. Внутренние полости в основном с прямолинейными поверхностями, со свободным широким выходом наружу.
Толщина основных стенок – 19…24 мм.
Модель – 3 отъемные части.
Количество стержней – 6…12 шт..
Пример отливки
Отливки IV группы сложности
Поверхности – открытой и закрытой коробчатой, сферической, цилиндрической формы. Наружные поверхности прямолинейные и криволинейные. Внутренние полости средней сложности, с прямолинейными и криволинейными поверхностями, со свободным и затрудненным выходом наружу.
Толщина основных стенок – 13…18 мм.
Модель – 4 отъемные части.
Количество стержней – 13…20 шт..
Пример отливки
Отливки V группы сложности
Поверхности – закрытой коробчатой, сферической, цилиндрической или комбинированной формы. Наружные поверхности прямолинейные и криволинейные с примыкающими патрубками, фланцами и ребрами. Внутренние полости сложной конфигурации с пересекающимися прямолинейными и криволинейными поверхностями, с наличием ленточных и кольцевых каналов свободным и затрудненным выходом наружу.
Толщина основных стенок – 7…12 мм.
Модель – 5 отъемных частей.
Количество стержней – 21…30 шт..
Пример отливки
Отливка VI группы сложности
Поверхности – закрытой коробчатой, сферической, цилиндрической или комбинированной формы. Наружные поверхности образуются сопряжением прямолинейных и криволинейных поверхностей с переходами, тонкими ребрами, выступами, углублениями. Внутренние полости особо сложной конфигурации с криволинейными поверхностями, с наличием ленточных и кольцевых каналов, расположенных в два и более ярусов, с затрудненным выходом наружу.
Толщина основных стенок – менее 7 мм.
Модель – более 5 отъемных частей.
Количество стержней –свыше 30 шт..
Пример отливки
1.2 Классификации литейных процессов
Изготовление отливки – совокупность процессов взаимодействия жидкого металла с литейной формой для придания ему геометрических, размерных параметров, а также свойств согласно требованиям чертежа.
Если отливка является результатом взаимодействия жидкого металла и формы, то для её получения как минимум необходим жидкий металл и форма. Процессы выплавки металла в большей степени относятся к вопросам металлургии, а процессы изготовления литейных форм, заполнения форм жидким металлом, затвердевания отливки, охлаждения отливки в форме, формирование деформаций и напряжений в следствие усадки металла имеют прямое отношение к литейному производству и называются литейными процессами.
Способ литья – сочетание литейных процессов, в первую очередь изготовления форм и заливки металлом, обеспечивающее эффективное изготовление качественных отливок в условиях заданного характера производства (серийности). Многообразие способов литья обусловлено как многообразием сочетаний признаков классификаций отливок, так и многообразием сочетаний серийности, уровней механизации и автоматизации с целью снижения трудоемкости, энерго- и материалоемкости, т.е. повышения эффективности производства.
Сложно выбрать из существующего многообразия способов литья один оптимальный, максимально удовлетворяющий параметрам качества и эффективности производства.
Для облегчения выбора рассмотрим возможные признаки и классификации по ним процессов изготовления литейных форм и заливки форм металлом.
1.2.1. Классификация литейных форм
По признакам применения и изготовления, что в первую очередь имеет отношение к эффективности производства, формы разделяют на постоянные и одноразовые.
Постоянные формы используют многократно, от нескольких сотен до нескольких тысяч и десятков тысяч заливок. Изготавливают постоянные формы разъёмными, из двух и борее частей, механической обработкой, литьём по мастер-модели или литьём с последующей механической обработкой. Применяют преимущественно для литья цветных сплавов на основе алюминия, цинка, меди в условиях серийного, крупносерийного и массового производства.
Одноразовые формы используют для одной заливки, разрушая при выбивке отливок и изготавливая новую для последующей заливки. В отличие от постоянных, одноразовые формы разделяют на разъёмные и неразъёмные.
Разъёмные одноразовые формы изготавливают по постоянным моделям из двух и более частей, а неразъёмные — по одноразовым моделям, удаляемым из полости формы до или в процессе заливки.
Одноразовые формы используют для литья любых литейных сплавов при любой серийности производства.
Здесь важно отметить, что преимущества, прежде всего экономические, постоянных форм становятся очевиднее с увеличением серийности производства отливок.
По материалу формы классифицируют на металлические, песчаные и керамические. Вероятно, следует выделить ещё один класс, назвав его формами со специальными свойствами. Это литейные формы из графита, гипса, пластмасс, эластичных материалов, например резины.
Если рассмотренные выше признаки применения и изготовления определяют технико-экономические показатели производства, то материал формы имеет прямое отношение к формированию качества отливок. Теплофизические свойства материала формы влияют на кинетику затвердевания отливки, на формирование усадочных дефектов, структуры металла. Термостойкость и химические свойства влияют на качество поверхности отливок. Газопроницаемость – на формирование газовой пористости и раковин. Податливость – на формирование трещин усадочного происхождения.
Из металла изготавливают постоянные формы. Наиболее распространенные материалы – низкоуглеродистая сталь, серый и высокопрочный чугун. Для металлических форм характерны стабильность размеров рабочей полости, отсутствие газопроницаемости и податливости, что ограничивает область применения высокоточными, но не сложными отливками.
Песчаные формы, самые распространенные в литейном производстве. подразделяют на сырые и сухие. Сырые песчано-глинистые формы можно назвать классикой литейного производства. Однако, из-за влажности на уровне 3…5%, сырые песчано-глинистые формы не применяют при изготовлении отливок из легированных сталей, цветных сплавов склонных к окислению, например на основе меди, и тугоплавких цветных сплавов.
Сухие песчано-глинистые, песчано-смоляные, песчано-масляные, на неорганических связующих материалах и без связующих применяют для для изготовления отливок практически из любых сплавов.
В песчаных формах получают отливки любой группы сложности и ответственности, но менее точные по сравнению с литьем в металлические.
Керамические формы характеризуются высокой точностью отпечатка модели, высокой термостойкостью, удовлетворительной газопроницаемостью и податливостью. Применимы для изготовления высокоточных отливок любой группы сложности и ответственности из любых литейных сплавов. Из-за высокой стоимости керамических форм, целесообразность их применения определяется значительным снижением затрат на последующую механическую обработку заготовок или отсутствием альтернативных вариантов изготовления, например лопатки газовых турбин.
Формы со специальными свойствами разовые и постоянные применяют ограниченно. Графитовые, например, для литья титана и сплавов на его основе, формы из термостойкой резины – для литья сплавов с низкой температурой плавления (на основе олова, цинка), например мебельной фурнитуры.
1.2.2 Классификация процессов заливки форм
Свободная заливка (гравитационная) – заполнение формы металлом в нормальных (атмосферное давление) условиях под воздействием силы тяжести. Самый распространенный в литейном производстве процесс заливки. Заполняемость полости формы определяется, кроме технологических свойств жидкого металла, металлостатическим напором, что в определенной степени ограничивает качество заполнения тонких стенок, например в нижней и верхней частях формы. При заполнении форм свободной заливкой на качество отливок большое влияние оказывает квалификация заливщика.
Заливка с применением разности давлений – заполнение формы металлом в условиях, когда давление на жидкий металл P1 и давление в полости формы P2 отличаются на величину, существенно превышающую значения металлостатического напора при свободной заливке (рис.1.1).
Рисунок 1.1. Схема заливки литейных форм с применением разности давлений
В зависимости от соотношения величин P1, P2 и атмосферного (нормального) давления, процесс заливки с применением разности давлений классифицируют на три варианта (способа): заливку под низким давлением, заливку вакуумным всасыванием и заливку с противодавлением.
Заливка под низким давлением – это вариант, при котором давление воздействия на металл P1 в разы превышает атмосферное, а давление в полости формы P2 определяется газопроницаемостью литейной формы. Наиболее распространённый интервал изменения значений P1 – 0,2…0,4МПа, редко до 0,6МПа, что лимитируется конструкцией серийного оборудования. Удаление из полости формы воздуха, вытесняемого в процессе заливки жидким металлом, происходит путём фильтрации через стенки формы, если последняя обладает хорошей газопроницаемостью, или через специальные вентиляционные каналы в форме. Как правило, значения P2 очень незначительно превышают значения атмосферного давления.
Этот вариант заливки форм является наиболее распространенным, т.к. обеспечивает: хорошую заполняемость литейных форм, особенно тонких стенок; повышенную по сравнению со свободной заливкой плотность отливок, обеспечиваемую условиями затвердевания при воздействии давления; высокие показатели по экономии жидкого металла из-за отсутствия питающей системы (прибылей). Управление качеством отливок осуществляют регулированием давления на жидкий металл. Отсюда заливка с применением разности давлений имеет ещё одно название – литьё под регулируемым давлением.
Заливка вакуумным всасыванием – это вариант, при котором давление воздействия на металл равняется атмосферному, а давление в полости формы ниже атмосферного, т.е. в полости формы создают разрежение. Главным преимуществом заливки вакуумным всасыванием являются высокие показатели по заполняемости литейных форм, особенно при изготовлении тонкостенных отливок. В отличие от заливки под низким давлением, вакуумное всасывание сводит практически до нуля вероятность формирования газовых раковин, но не создаёт условий для минимизации дефектов усадочного происхождения, т.к. на момент окончания заполнения формы разность давлений P1 и P2 равняется нулю. Затвердевание отливки происходит без избыточного давления.
Заливка с противодавлением – это вариант, при котором давление воздействия на металл P1 и давление в полости формы P2 превышает атмосферное, но значения P1 всегда выше значений P2. Условия заполнения формы и затвердевания отливки аналогичны заливке под низким давлением. Цель варианта заливки с противодавлением – обеспечить управляемость процесса заливки формы в отношении скорости подъёма уровня металла и повысить плотность отливок увеличением всестороннего давления на металл. По причине отсутствия явного увеличения плотности отливок, но усложнения конструкции оборудования заливка форм с противодавлением не получила значимого распространения.
Заливку форм с применением разности давлений используют при изготовлении высококачественных отливок из цветных, преимущественно на алюминиевой основе, сплавов в условиях серийного и крупносерийного производства. Ярким примером являются литые диски автомобильных колёс.
Центробежная заливка – это свободная (гравитационная) заливка вращающихся вокруг горизонтальной или вертикальной оси форм (рис. 1.2). Заполнение форм и затвердевание отливок происходит при избыточном давлении на жидкий металл за счет воздействия центробежной силы. Область эффективного применения – литые заготовки тел вращения. Это втулки, полые валы (трубы). Однако не исключается заливка фасонных отливок расположенных в форме симметрично оси вращения. Подачу металла производят вдоль оси вращения формы. Размеры и масса изготавливаемых отливок зависят от возможностей применяемого оборудования. Основное преимущество – высокая плотность металла и мезанические свойства, часто не уступающие свойствам деформированного металла.
Литейные стали: характеристики и особенности
Для производства различных металлических отливок применяются специальные виды металла – литейные стали. К ним относят железоуглеродистые сплавы, которые содержат углерод (не более 2,14%), а также другие элементы таблицы Менделеева (фосфор, марганец, никель, сера, хром, ванадий и др.).
Что касается маркировки, то такие литейные стали в обозначении всегда имеют букву «Л», например, 20Л, 25Л и т.д.
Углерод в составе литейной стали: на что влияет этот элемент?
Углерод, входящий в состав литейных сталей, оказывает значимое влияние на характеристики материала. Чем больше углерода в составе (но не более 1%), тем сталь тверже и прочнее. При этом большое количество углерода значительно уменьшает пластичность материала.
По мере увеличения содержания углерода в составе стального сплава меняются и другие характеристики металла. Например, уменьшается его ударная вязкость, повышается электрическое сопротивление, увеличивается температурный показатель, при котором металл переходит от вязкого разрушения к хрупкому.
Классификация литейных сталей
Существует несколько основных критериев, по которым классифицируется материал:
- Химический состав – различают углеродистые, высоколегированные, низко- и среднелегированные.
- Методика выплавления – выделяют стали, которые выплавляются в кислых и основных печах дугового типа, кислых и основных печах индукционного типа, кислых и основных печах мартеновского типа, а также в конвертерах или установках для переплавления электрошлакового типа.
- Исходя из дальнейшего предназначения стальной отливки и предъявляемых к ней требований, стали разделяются на три группы: для изготовления отливок общего, ответственного и особо ответственного назначения.
Возникли вопросы?
Свяжитесь с нами по телефону +7 (4842) 75-10-21
Свойства, по которым оцениваются литейные стали
Оценивают материал по следующим характеристикам:
- Жидкотекучесть – свойство, показывающее способность металла заполнять литейную форму, благодаря чему отпечаток поверхности формы на отливке получается высокого качества. Повышает жидкотекучесть углерод, а также марганец, медь, фосфор – чем их больше в составе стали, тем выше ее жидкотекучесть. Снижают жидкотекучесть сера и алюминий.
- Склонность к пленообразованию – если сталь обладает данным свойством, то велик риск получить из нее бракованные отливки по спайкам и пленам. Больше всего образованию дефектов способствуют титан, алюминий, хром, кремний. Наличие в составе последних двух элементов резко увеличивает пленообразование.
- Усадка – свойство, которое выражается в том, насколько литейная сталь уменьшается в размерах и объеме, после того как отливка охлаждается и сплав кристаллизируется. Поскольку у сплава есть три состояния – жидкое, стадия затвердевания и твердое, то каждому из них соответствует свой тип усадки. При этом, если для сплава характерна усадка на стадии затвердевания, это может привести к образованию усадочных дефектов больших размеров.
Есть и другие свойства, характерные для различных типов стальных литейных сплавов: плотность, теплоемкость, вязкость, поверхностное натяжение и др.
Области использования литейных сталей
Сплавы, в состав которых входит литейная сталь, сегодня широко используются в различных областях: химическая и нефтехимическая, энергетика, судостроение, добыча угля, производство целлюлозно-бумажной продукции, машиностроение и многие другие. В частности, низкоуглеродистые стали (например, 08Г2ДНФЛ, 20ХГСФЛ) используют при производстве сварно-литых изделий, которые в процессе эксплуатации могут подвергаться ударным нагрузкам высокой силы. Среднеуглеродистые литейные стали применяются для изготовления станин прокатных станков.
Стали с высоким содержанием углерода плохо поддаются сварке. Для них лучше применять другие способы обработки, например, штамповку. Из высокоуглеродистых сталей производят:
- проволоку различных диаметров;
- инструмент, предназначенный для работы без нагрева режущей кромки;
- слесарно-монтажный инструмент;
- фрезы, зенковки, топоры, стамески, предназначенные для обработки дерева.
По вопросам сотрудничества звоните – всегда готовы проконсультировать!
КАК СДЕЛАТЬ ЗАКАЗ?
Если у вас возникли вопросы или вы хотите узнать цены, обращайтесь в отдел сбыта по телефону:
+7 (4842) 75-10-21 (многоканальный)
Профессиональные сотрудники предоставят Вам дополнительную информацию и помогут оформить заявку.
Подать заявку на заказ продукции
Возникли вопросы?
Свяжитесь с нами по телефону +7 (4842) 75-10-21
Удобнее связаться по электронной почте?
Напишите нам на zsm-mk@yandex.ru
Источник https://sglebov.ru/page10
Источник https://zsm-m.ru/articles/liteynye-stali-kharakteristiki-i-osobennosti/