Литейные материалы 101

Простое руководство по литью металла

  • Процесс литья металла имеет более чем 7000-летнюю историю, которая используется в производстве. Он определяется как процесс, при котором расплавленный металл заливают в форму, содержащую полую полость желаемой формы.
  • Металлическое литье можно разделить на две группы по основному характеру конструкции литейной формы. т. е. отливки в одноразовые и постоянные формы. В зависимости от материала рисунка их можно разделить на группы.
  • Высокотехнологичные отливки используются в 90 процентах товаров длительного пользования, включая автомобили, грузовики, аэрокосмическую промышленность, поезда, горнодобывающее и строительное оборудование, нефтяные скважины, бытовую технику, трубы, гидранты, ветряные турбины, атомные электростанции, медицинские устройства, товары для обороны, игрушки и др. более.

Серый чугун является одним из наиболее часто используемых литейных материалов в промышленном производстве. На него приходится большая часть рынков поставок литья, это прочное и универсальное вещество. Серый чугун легко поддается механической обработке, проверяется на качество без использования разрушающих методов, формулируется в соответствии с конкретными требованиями применения и экономически эффективен при больших объемах производства.

Литая сталь — это прочный материал для литья, хорошо подходящий для деталей, которые будут подвергаться исключительному износу, ударам или большим нагрузкам. Это полезно из-за его коррозионной стойкости в водной среде и для применений, связанных с повышенными температурами. Сталь часто смешивают с хромом, железом и никелем для дальнейшего улучшения ее коррозионной или термостойкости.

Одним из наиболее значительных преимуществ алюминиевого литья является то, что из него получаются более легкие детали с большим количеством вариантов обработки поверхности, чем из других литейных сплавов. Кроме того, литой алюминий универсален, устойчив к коррозии, сохраняет высокую размерную стабильность при тонких стенках и может применяться практически в любой отрасли.

Литые медные сплавы обладают высокой прочностью на растяжение и сжатие, имеют хорошие характеристики износа при контакте металл-металл, легко поддаются механической обработке, обладают хорошей тепло- и электропроводностью и высокой коррозионной стойкостью для достижения максимальных характеристик продукта. Наиболее часто используется в области изобразительного искусства.

Что следует учитывать при выборе материалов для литья


Выбор подходящих материалов для литья и форм для конкретного проекта может быть важной задачей. Некоторые из факторов, которые следует учитывать при принятии решения о кастинге, включают:

Эти факторы определяют возможный набор металлических сплавов, которые могут быть использованы при литье детали. Также может случиться так, что идентификация наиболее подходящего сплава исключит некоторые из доступных процессов литья даже на этой ранней стадии. Если бы было решено, например, что одна из литейных нержавеющих сталей или чугунов является наиболее подходящим сплавом, то это исключило бы использование литья под давлением.

Кроме того, дизайнеру придется работать с другими параметрами в отношении выбора подходящего материала. Они могут включать стоимость материала, стоимость производства, вес конечного продукта, размер продукта и диапазон температур, который может выдерживать выбранный материал.

Железо

Чугун представляет собой группу железоуглеродистых сплавов с содержанием углерода от 2% до 4%, а также с различным количеством кремния и марганца и следами примесей, таких как сера и фосфор. Его полезность обусловлена ​​его относительно низкой температурой плавления. Компоненты сплава влияют на его цвет при изломе: белый чугун имеет карбидные примеси, которые позволяют трещинам проходить прямо насквозь, серый чугун имеет чешуйки графита, которые отклоняют проходящую трещину и инициируют бесчисленное количество новых трещин при разрушении материала, а ковкий чугун имеет сферическую форму. графитовые «узелки», которые останавливают дальнейшее развитие трещины.

Запрос цитаты

Чугун

Хотя и сталь, и чугун содержат следы углерода и выглядят одинаково, между этими двумя металлами есть существенные различия. Сталь содержит менее 2% углерода, что позволяет конечному продукту затвердевать в виде единой микрокристаллической структуры. Более высокое содержание углерода в чугуне означает, что он затвердевает как гетерогенный сплав и, следовательно, имеет более одной микрокристаллической структуры, присутствующей в материале.

Серый чугун При разрушении металла разрыв происходит по чешуйкам графита, что придает ему серый цвет на поверхности излома металла. Название серого чугуна происходит от этой характеристики.
Серый чугун не такой пластичный, как другие формы чугуна, и его прочность на растяжение также ниже. Однако он является лучшим теплопроводником и имеет более высокий уровень гашения вибрации. Его демпфирующая способность в 20–25 раз выше, чем у стали, и выше, чем у всех других чугунов. Серый чугун также легче обрабатывать, чем другие чугуны, а его износостойкие свойства делают его одним из самых объемных изделий из чугуна.
Белое железо При резке белого чугуна поверхность излома кажется белой из-за отсутствия графита. Микрокристаллическая структура цементита твердая и хрупкая, обладает высокой прочностью на сжатие и хорошей износостойкостью. В некоторых специализированных применениях желательно иметь белое железо на поверхности изделия. Это может быть достигнуто за счет использования хорошего проводника тепла для изготовления части пресс-формы. Это позволит быстро отводить тепло от расплавленного металла из этой конкретной области, в то время как остальная часть отливки охлаждается медленнее.
Одним из самых популярных сортов белого чугуна является Ni-Hard Iron. Добавление сплавов хрома и никеля придает этому продукту превосходные свойства для применения с малой ударной нагрузкой и истиранием при скольжении.
Ковкое железо Белое железо может быть дополнительно переработано в ковкое железо в процессе термической обработки. Расширенная программа нагрева и охлаждения приводит к разрушению молекул карбида железа, высвобождая свободные молекулы графита в железо. Различные скорости охлаждения и добавление сплавов позволяют получить ковкий чугун с микрокристаллической структурой.
Ковкий чугун (узел с шаровидным графитом) Ковкий чугун, или чугун с шаровидным графитом, приобретает свои особые свойства за счет добавления в сплав магния. Присутствие магния приводит к тому, что графит принимает сфероидальную форму, а не чешуйки серого железа. Контроль состава очень важен в производственном процессе. Небольшие количества примесей, таких как сера и кислород, реагируют с магнием, влияя на форму молекул графита. Различные сорта ковкого чугуна формируются путем изменения микрокристаллической структуры вокруг графитового сфероида. Это достигается за счет процесса литья или термической обработки в качестве последующего этапа обработки.

Стали

Химический состав литой стали оказывает существенное влияние на эксплуатационные свойства и часто используется для классификации стали или присвоения стандартных обозначений. Литые стали можно разделить на две большие категории: углеродистые и легированные.

  • Углеродистые литые стали можно классифицировать по содержанию углерода. Низкоуглеродистая литая сталь (0,2% углерода) относительно мягкая и плохо поддается термической обработке. Среднеуглеродистая литая сталь (0,2–0,5 % углерода) несколько тверже и поддается упрочнению термической обработкой. Высокоуглеродистая литая сталь (0,5% углерода) используется, когда желательны максимальная твердость и износостойкость.
  • Alloy steel is categorized as either low or high-alloy. Low-alloy cast steel (≤ 8% alloy content) behaves similarly to normal carbon steel, but with higher hardenability. High-alloy cast steel (> 8% alloy content) is designed to produce a specific property, such as corrosion resistance, heat resistance, or wear resistance.
Запрос цитаты

Легированная сталь (включая нержавеющую сталь)

Цветные сплавы обладают отличной обрабатываемостью, и большинство из них легче сплавов железа, но они не обладают прочностью и ударной вязкостью, необходимыми для многих тяжелых условий эксплуатации.

Common high-alloy steels include stainless steel (> 10.5% chromium) and Hadfield’s manganese steel (11–15% manganese). The addition of chromium, which forms a passivation layer of chromium oxide when exposed to oxygen, gives stainless steel excellent corrosion resistance. The manganese content in Hadfield’s steel provides high strength and resistance to abrasion upon hard working.

304 Аустенитная нержавеющая сталь с содержанием никеля более 8%, пищевой сплав, может использоваться для литья компонентов из нержавеющей стали как для бытового, так и для коммерческого применения. Это наиболее широко используемый материал для литья из нержавеющей стали. Отливки из нержавеющей стали 304 можно использовать в средах с менее агрессивным воздухом.
316 Также аустенитная нержавеющая сталь с содержанием Ni более 10%. Из-за более высокого содержания никеля отливки из нержавеющей стали 316 обладают лучшей коррозионной стойкостью, чем отливки из нержавеющей стали 304. Такие отливки из нержавеющей стали лучше подходят для морской среды с относительно суровыми условиями воздуха или необходимостью контакта с химическими материалами.
304 л / 316 л Механические свойства близки к материалам 304 и 316. L представляет более низкое содержание углерода, что делает материал более пластичным, имеет хорошие сварочные характеристики и более надежную коррозионную стойкость. Цена выше, чем у материалов того же класса.
410 & 416 Серия 400 относится к мартенситной нержавеющей стали, которая характеризуется высокой прочностью, хорошими характеристиками обработки и высокой твердостью при термообработке и не содержит никеля, поэтому коррозионная стойкость слабая.
17-4 пн 17-4 относится к мартенситной нержавеющей стали с содержанием Ni 3%-5% и хорошей коррозионной стойкостью. Обладает самой высокой прочностью в ряду нержавеющих сталей и обычно используется для изделий и комплектующих, не склонных к деформации.
2205 Дуплексная нержавеющая сталь 2205 представляет собой композитную нержавеющую сталь, состоящую из 22% хрома, 2,5% молибдена и 4,5% никеля-азота. Она обладает высокой прочностью, хорошей ударной вязкостью и хорошей общей и местной устойчивостью к коррозии под напряжением.

Алюминий

Одним из наиболее значительных преимуществ алюминиевого литья является то, что из него получаются более легкие детали с большим количеством вариантов обработки поверхности, чем из других литейных сплавов. Конечно, многие инженеры выбирают его, потому что материал легко поддается механической обработке и резке. Кроме того, литой алюминий универсален, устойчив к коррозии; он сохраняет высокую размерную стабильность с тонкими стенками и может использоваться практически в любой отрасли.

Запрос цитаты

Алюминиевые сплавы

Существует восемь различных алюминиевых сплавов, которые пронумерованы от одного до восьми. Первые три цифры обозначают сплав, с которым был соединен алюминий. Для литейных сплавов между третьей и четвертой цифрами ставится десятичная дробь, причем четвертая цифра указывает на форму изделия. В качестве дополнительного показателя каждому сплаву присваивается номер трещины, коррозии, отделки и соединения от одного до пяти, где один — лучший, а пять — худший. Сплавы серии 1000 имеют оценку один во всех категориях, а серия 8000 имеет оценку пять во всех категориях.

1000 серия Серия 1000 — самый чистый из сплавов с содержанием алюминия 99%. Он мягкий и пластичный с отличной обрабатываемостью. Серия 1000 может выдерживать экстремальное формование, поскольку она медленно затвердевает. Он легко поддается сварке и хорошо работает во время обработки.
Серия 2000 Серия 2000 легирована медью, содержащей от 2% до 10% меди и небольшими добавками других элементов. Медь повышает прочность и твердость алюминия, но снижает его пластичность и коррозионную стойкость. Серия 2000 плохо поддается сварке, но поддается термообработке.
Серия 3000 Основным легирующим элементом для серии 3000 является марганец. Сочетание марганца с алюминием обладает хорошей коррозионной стойкостью, но умеренно прочно. Это неармированный алюминиевый сплав, прошедший термообработку. Основными преимуществами серии 3000 являются ее низкая плотность, хорошая пластичность и свариваемость, коррозионная стойкость, пластичность и исключительно гладкая обработанная поверхность.
Серия 4000 Серия 4000 легирована кремнием, что придает сплаву низкую температуру плавления и улучшает его текучесть. Это один из самых популярных литейных сплавов из-за простоты формования в расплавленном состоянии. Серия 4000 используется в качестве наполнителя для сварки и пайки.
Серия 5000 Серия 5000 легирована магнием, что придает ей исключительную прочность на растяжение и формуемость. Он классифицируется как высокопрочный листовой и листовой сплав с высокой свариваемостью. Предпочтение серии 5000 для обработки листового металла обусловлено ее устойчивостью к кислотной и щелочной коррозии. Эти характеристики позволяют адаптировать серию 5000 к суровым неблагоприятным условиям.
Серия 6000 Серия 6000 легирована магнием и кремнием, что придает сплаву прочность, механические свойства и коррозионную стойкость. Некоторые версии серии 6000 сочетаются с сериями 4000 и 5000 для улучшения свойств серии 6000. Обработка 6000-й серии требует специализированного высокотехнологичного оборудования, сложного и дорогого. К превосходной коррозионной стойкости и стойкости к окислению добавляется простота нанесения покрытия и обработки, а также удобство обработки.
Серия 7000 Алюминиевые сплавы серии 7000 являются самыми прочными и эластичными сплавами с коэффициентом прочности, равным двум третям прочности стали промышленного класса A3. Благодаря высокой твердости сплавы серии 7000 обладают исключительной износостойкостью, хорошими механическими свойствами и анодной реакцией. Он идеально подходит для литья деталей, которые должны выдерживать большие нагрузки, таких как компоненты самолетов. Цинк представляет собой сплав алюминия 7000, что помогает повысить его твердость, хотя цинк имеет такую ​​же твердость, как алюминий по шкале Мооса.
Серия 8000 Основным сплавом серии 8000 является олово с небольшим содержанием меди и никеля. Хотя этот сплав имеет низкую прочность, он обладает отличной обрабатываемостью и износостойкостью. Конфигурация сплавов для серии 8000 меняется в зависимости от того, как будет использоваться производимый продукт. Его конфигурация определяет температурные характеристики, плотность и жесткость металла.

Медь

Литые медные сплавы обладают высокой прочностью на растяжение и сжатие, имеют хорошие характеристики износа при контакте металл-металл, легко поддаются механической обработке, обладают хорошей тепло- и электропроводностью и высокой коррозионной стойкостью для достижения максимальных характеристик продукта. Наиболее часто используется в области изобразительного искусства.

Потому что его легко отливать, он имеет долгую историю успешного использования, легко доступен из множества источников, может достигать ряда физических и механических свойств и легко подвергается механической обработке, пайке, пайке, полировке или гальваническому покрытию.

Запрос цитаты

Литье медных сплавов

Чистая медь чрезвычайно трудно поддается литью, а также склонна к растрескиванию поверхности, проблемам с пористостью и образованию внутренних полостей. Литейные характеристики меди можно улучшить добавлением небольшого количества элементов, включая бериллий, кремний, никель, олово, цинк, хром и серебро.

Литейные медные сплавы используются для таких применений, как подшипники, втулки, шестерни, фитинги, корпуса клапанов и различные компоненты для химической промышленности. Эти сплавы заливают во многие типы отливок, такие как литье в песок, в оболочку, по выплавляемым моделям, в постоянные формы, химический песок, центробежное литье и литье под давлением.

Латунь Латуни — это медные сплавы, в которых цинк является основной легирующей добавкой.
Латунь также может содержать определенное количество свинца, олова, марганца и кремния.
Чем ниже содержание цинка в сплавах медь-олово-(свинец)-цинк, тем более медеподобными или «красными» они выглядят.
Бронзы Термин «бронза» первоначально относился к сплавам, в которых олово было основным легирующим элементом.
Оловянные бронзы обладают отличной коррозионной стойкостью, достаточно высокой прочностью и хорошей износостойкостью. Используемые в подшипниках скольжения, они особенно хорошо изнашиваются по стали.
Монель/мельхиор Никель-оловянные бронзы характеризуются умеренной прочностью и очень хорошей коррозионной стойкостью, особенно в водных средах. Один из членов этого семейства, C94700, может подвергаться дисперсионному твердению до типичной прочности на растяжение до 75 тысяч фунтов на квадратный дюйм (517 МПа). Износостойкость особенно хороша. Как и оловянные бронзы, никель-оловянные бронзы используются для подшипников, но эти универсальные сплавы чаще находят применение в качестве компонентов клапанов и насосов, зубчатых колес, вилок переключения передач и деталей автоматических выключателей.