Vật liệu đúc 101

Hướng dẫn đơn giản để đúc kim loại

  • Quá trình đúc kim loại có lịch sử hơn 7.000 năm được sử dụng trong sản xuất. Nó được định nghĩa là quá trình trong đó kim loại nóng chảy được đổ vào một khuôn có chứa một khoang rỗng có hình dạng mong muốn.
  • Đúc kim loại có thể được chia thành hai nhóm theo tính chất cơ bản của thiết kế khuôn. tức là khuôn có thể sử dụng và đúc khuôn vĩnh viễn. Nó có thể được chia nhỏ hơn nữa thành các nhóm tùy thuộc vào chất liệu hoa văn của chúng.
  • Các vật đúc được thiết kế kỹ thuật cao được tìm thấy trong 90% hàng hóa lâu bền, bao gồm ô tô, xe tải, hàng không vũ trụ, xe lửa, thiết bị khai thác và xây dựng, giếng dầu, thiết bị, đường ống, vòi nước, tuabin gió, nhà máy hạt nhân, thiết bị y tế, sản phẩm quốc phòng, đồ chơi và hơn.

Gang xám là một trong những vật liệu đúc được sử dụng thường xuyên trong sản xuất công nghiệp. Chiếm một phần lớn thị trường cung cấp vật liệu đúc, nó là một chất mạnh mẽ, linh hoạt. Sắt xám có thể được gia công dễ dàng, được kiểm tra chất lượng mà không cần sử dụng các phương pháp phá hủy, được pha chế để đáp ứng các yêu cầu ứng dụng cụ thể và tiết kiệm chi phí ở khối lượng lớn.

Thép đúc là một vật liệu đúc cứng, rất thích hợp cho các bộ phận chịu mài mòn đặc biệt, va đập hoặc tải nặng. Nó rất hữu ích cho khả năng chống ăn mòn trong môi trường nước và cho các ứng dụng liên quan đến nhiệt độ cao. Thép thường được trộn với crom, sắt và niken để cải thiện hơn nữa khả năng chống ăn mòn hoặc nhiệt của nó.

Một trong những lợi ích đáng kể nhất của việc đúc nhôm là nó tạo ra các bộ phận nhẹ hơn - với nhiều tùy chọn hoàn thiện bề mặt hơn so với các hợp kim đúc khác. Hơn nữa, nhôm đúc rất linh hoạt, chống ăn mòn, nó giữ được độ ổn định kích thước cao với các bức tường mỏng và có thể được sử dụng trong hầu hết các ngành công nghiệp.

Hợp kim đồng đúc có độ bền kéo và nén cao, chịu mài mòn tốt khi tiếp xúc kim loại với kim loại, dễ gia công, dẫn nhiệt và điện tốt, chống ăn mòn cao để tối đa hóa hiệu suất của sản phẩm. Nó được sử dụng nhiều nhất trong lĩnh vực mỹ thuật.

Những điều cần cân nhắc khi chọn vật liệu đúc


Lựa chọn vật liệu đúc và khuôn thích hợp cho một dự án cụ thể có thể là một mối quan tâm quan trọng. Một số yếu tố cần xem xét khi đưa ra quyết định tuyển chọn bao gồm:

Những yếu tố này xác định tập hợp các hợp kim kim loại có thể được sử dụng để đúc thành phần. Cũng có thể việc xác định hợp kim thích hợp nhất sẽ loại trừ một số quy trình đúc có sẵn, ngay cả ở giai đoạn đầu này. Ví dụ, nếu người ta quyết định rằng một trong những Thép không gỉ hoặc Bàn là đúc là hợp kim thích hợp nhất, thì điều này sẽ loại trừ việc sử dụng Đúc khuôn.

Ngoài ra, nhà thiết kế sẽ phải làm việc với các thông số khác liên quan đến vật liệu thích hợp để lựa chọn. Chúng có thể bao gồm chi phí vật liệu, chi phí sản xuất, trọng lượng sản phẩm cuối cùng, kích thước của sản phẩm và phạm vi nhiệt độ mà vật liệu đã chọn có thể giữ.

Bàn là

Gang là một nhóm các hợp kim sắt-cacbon với hàm lượng cacbon từ 2% - 4%, cùng với lượng silic và mangan khác nhau và các dấu vết của các tạp chất như lưu huỳnh và phốt pho ... Tính hữu dụng của nó bắt nguồn từ nhiệt độ nóng chảy tương đối thấp. Các thành phần hợp kim ảnh hưởng đến màu sắc của nó khi bị đứt gãy: gang trắng có tạp chất cacbua cho phép các vết nứt đi thẳng qua, gang xám có các mảnh graphit làm lệch một vết nứt đi qua và tạo ra vô số vết nứt mới khi vật liệu bị vỡ và gang dẻo có hình cầu "nốt" than chì ngăn vết nứt tiến triển thêm.

Yêu cầu báo giá

Gang thép

Mặc dù cả thép và gang đều chứa dấu vết của cacbon và có vẻ giống nhau, nhưng có sự khác biệt đáng kể giữa hai kim loại. Thép chứa ít hơn 2% cacbon, cho phép sản phẩm cuối cùng đông đặc lại trong một cấu trúc vi tinh thể duy nhất. Hàm lượng cacbon cao hơn của gang có nghĩa là nó đông đặc như một hợp kim không đồng nhất, và do đó có nhiều hơn một cấu trúc vi tinh thể hiện diện trong vật liệu.

Sắt xám Khi kim loại bị gãy, sự đứt gãy xảy ra dọc theo các mảnh graphit, khiến nó có màu xám trên bề mặt kim loại bị đứt gãy. Tên gọi gang xám xuất phát từ đặc điểm này.
Gang xám không dẻo như các dạng gang khác và độ bền kéo của nó cũng thấp hơn. Tuy nhiên, nó là chất dẫn nhiệt tốt hơn và có mức độ chống rung cao hơn. Nó có khả năng giảm chấn cao hơn thép 20–25 lần và vượt trội hơn tất cả các loại bàn là đúc khác. Gang xám cũng dễ gia công hơn các loại gang khác, và đặc tính chống mài mòn của nó khiến nó trở thành một trong những sản phẩm gang có khối lượng lớn nhất.
Sắt trắng Khi cắt sắt trắng, mặt đứt gãy có màu trắng do không có than chì. Cấu trúc vi tinh thể xi măng cứng và giòn với cường độ nén cao và khả năng chống mài mòn tốt. Trong một số ứng dụng chuyên dụng, cần có sắt trắng trên bề mặt sản phẩm. Điều này có thể đạt được bằng cách sử dụng một chất dẫn nhiệt tốt để làm một phần của khuôn. Điều này sẽ hút nhiệt ra khỏi kim loại nóng chảy một cách nhanh chóng từ khu vực cụ thể đó, trong khi phần còn lại của vật đúc nguội đi với tốc độ chậm hơn.
Một trong những loại sắt trắng phổ biến nhất là Ni-Hard Iron. Việc bổ sung hợp kim crom và niken mang lại cho sản phẩm này các đặc tính tuyệt vời cho các ứng dụng mài mòn trượt, va đập thấp.
Sắt dẻo Sắt trắng có thể được tiếp tục chế biến thành sắt dễ uốn thông qua quá trình xử lý nhiệt. Một chương trình làm nóng và làm mát kéo dài, dẫn đến sự phân hủy các phân tử sắt cacbua, giải phóng các phân tử graphit tự do vào sắt. Tốc độ làm nguội khác nhau và việc bổ sung các hợp kim sẽ tạo ra một loại sắt dễ uốn có cấu trúc vi tinh thể.
Sắt dễ uốn (Sắt dạng sợi) Sắt dẻo, hoặc sắt dạng nốt, có được các tính chất đặc biệt của nó thông qua việc bổ sung magiê vào hợp kim. Sự hiện diện của magiê làm cho than chì hình thành hình cầu thay vì các mảnh sắt xám. Kiểm soát thành phần là rất quan trọng trong quá trình sản xuất. Một lượng nhỏ tạp chất như lưu huỳnh và oxy phản ứng với magiê, ảnh hưởng đến hình dạng của các phân tử graphit. Các cấp độ khác nhau của gang dẻo được hình thành bằng cách điều khiển cấu trúc vi tinh thể xung quanh hình cầu than chì. Điều này đạt được thông qua quá trình đúc, hoặc thông qua xử lý nhiệt, như một bước xử lý cuối cùng.

Thép

Thành phần hóa học của thép đúc có ảnh hưởng đáng kể đến các đặc tính tính năng và thường được sử dụng để phân loại thép hoặc gán ký hiệu tiêu chuẩn. Thép đúc có thể được chia thành hai loại lớn - thép đúc cacbon và thép đúc hợp kim.

  • Thép đúc cacbon có thể được phân loại theo hàm lượng cacbon của chúng. Thép đúc cacbon thấp (0,2% cacbon) tương đối mềm và không dễ xử lý nhiệt. Thép đúc cacbon trung bình (0,2–0,5% cacbon) hơi cứng hơn và có thể gia cố bằng cách xử lý nhiệt. Thép đúc cacbon cao (0,5% cacbon) được sử dụng khi mong muốn độ cứng và khả năng chống mài mòn tối đa.
  • 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.
Yêu cầu báo giá

Thép hợp kim (Bao gồm thép không gỉ)

Hợp kim màu có khả năng gia công tuyệt vời và hầu hết đều nhẹ hơn họ sắt, nhưng chúng không có độ bền và độ dẻo dai cần thiết cho nhiều ứng dụng khắc nghiệt.

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 Thép không gỉ Austenit với hàm lượng Ni hơn 8%, hợp kim cấp thực phẩm, có thể được sử dụng để đúc các thành phần thép không gỉ cho cả ứng dụng gia dụng và thương mại. Nó là vật liệu đúc thép không gỉ được sử dụng rộng rãi nhất. Bàn đúc inox 304 có thể sử dụng trong môi trường không khí ít bị ăn mòn.
316 Ngoài ra thép không gỉ Austenit với hàm lượng Ni hơn 10%. Đối với hàm lượng Ni cao hơn, thép đúc 316 có khả năng chống ăn mòn tốt hơn thép không gỉ 304. Các vật liệu đúc bằng thép không gỉ như vậy phù hợp hơn với môi trường biển với điều kiện không khí tương đối khắc nghiệt hoặc các vật liệu hóa học cần tiếp xúc.
304L / 316L Các tính chất cơ học gần giống với các vật liệu 304 và 316. L đại diện cho hàm lượng cacbon thấp hơn, làm cho vật liệu dễ uốn hơn, có hiệu suất hàn tốt và có khả năng chống ăn mòn đáng tin cậy hơn. Giá thành cao hơn so với các vật liệu cùng loại.
410 & 416 Series 400 thuộc loại thép không gỉ martensitic, được đặc trưng bởi độ bền cao, hiệu suất xử lý tốt và độ cứng xử lý nhiệt cao, không chứa Ni nên khả năng chống ăn mòn yếu.
17-4 PH 17-4 thuộc loại thép không gỉ Mactenxit với hàm lượng Ni 3% -5% và chống ăn mòn tốt. Nó có độ bền cao nhất trong dòng thép không gỉ và thường được sử dụng cho các sản phẩm và linh kiện không dễ bị biến dạng.
2205 Thép không gỉ Duplex 2205 là thép không gỉ tổng hợp bao gồm 22% crom, 2,5% molypden và 4,5% niken-nitrogen, có độ bền cao, độ dai va đập tốt và khả năng chống ăn mòn ứng suất tổng thể và cục bộ tốt.

Nhôm

Một trong những lợi ích đáng kể nhất của việc đúc nhôm là nó tạo ra các bộ phận nhẹ hơn - với nhiều tùy chọn hoàn thiện bề mặt hơn so với các hợp kim đúc khác. Tất nhiên, nhiều kỹ sư lựa chọn nó vì vật liệu dễ gia công và cắt gọt. Hơn nữa, nhôm đúc rất linh hoạt, chống ăn mòn; nó giữ được độ ổn định kích thước cao với các bức tường mỏng và có thể được sử dụng trong hầu hết các ngành công nghiệp.

Yêu cầu báo giá

Hợp kim nhôm

Có tám hợp kim nhôm khác nhau, được đánh số từ một đến tám. Ba số đầu tiên cho biết hợp kim mà nhôm đã được kết hợp với nhau. Đối với hợp kim đúc, một số thập phân được đặt giữa chữ số thứ ba và thứ tư với số thứ tư cho biết hình thức của sản phẩm. Như một chỉ số bổ sung, mỗi hợp kim được đánh số vết nứt, ăn mòn, hoàn thiện và gia nhập từ một đến năm với một là tốt nhất và năm là kém nhất. Hợp kim sê-ri 1000 có xếp hạng là một trong tất cả các loại trong khi sê-ri 8000 có xếp hạng năm ở tất cả các loại.

Dòng 1000 Dòng 1000 là loại hợp kim tinh khiết nhất với 99% hàm lượng nhôm. Nó mềm và dễ uốn với khả năng làm việc tuyệt vời. Dòng 1000 có thể chịu đựng sự hình thành cực độ vì nó cứng lại từ từ. Nó có thể dễ dàng hàn và hoạt động tốt trong quá trình xử lý.
Dòng 2000 Dòng sản phẩm 2000 được hợp kim hóa bằng đồng có chứa 2% đến 10% đồng và bổ sung một lượng nhỏ các nguyên tố khác. Đồng tăng cường độ bền và độ cứng của nhôm nhưng làm giảm độ dẻo và khả năng chống ăn mòn của nó. Dòng 2000 rất khó hàn nhưng có thể xử lý nhiệt.
Dòng 3000 Nguyên tố hợp kim chính của loạt 3000 là mangan. Sự kết hợp của mangan với nhôm có khả năng chống ăn mòn tốt nhưng bền vừa phải. Nó là một hợp kim nhôm không gia cố đã được xử lý nhiệt. Những lợi ích chính của dòng 3000 là mật độ thấp, độ dẻo và khả năng hàn tốt, chống ăn mòn, độ dẻo và bề mặt hoàn thiện đặc biệt mịn.
Dòng 4000 Dòng 4000 được hợp kim hóa với silicon, giúp hợp kim có điểm nóng chảy thấp và cải thiện tính lưu động của nó. Nó là một trong những hợp kim đúc phổ biến hơn do dễ tạo hình ở trạng thái nóng chảy. Dòng 4000 được sử dụng làm chất hàn và hàn.
Dòng 5000 Dòng 5000 được hợp kim với magiê, mang lại cho nó độ bền và độ bền kéo vượt trội. Nó được phân loại là hợp kim dạng tấm và tấm có độ bền cao với khả năng hàn cao. Sự ưa thích của dòng 5000 cho các ứng dụng kim loại tấm là do khả năng chống ăn mòn của axit và kiềm. Những đặc điểm này làm cho dòng 5000 có thể thích nghi với môi trường khắc nghiệt.
Dòng 6000 Dòng 6000 được hợp kim với magiê và silicon, mang lại độ bền, tính chất cơ học và khả năng chống ăn mòn của hợp kim. Một số phiên bản của dòng 6000 được kết hợp với dòng 4000 và 5000 để nâng cao các thuộc tính của dòng 6000. Quá trình xử lý sê-ri 6000 đòi hỏi thiết bị công nghệ tiên tiến chuyên dụng, rất phức tạp và đắt tiền. Thêm vào khả năng chống ăn mòn và oxy hóa tuyệt vời của nó là sự dễ dàng mà nó có thể được phủ và xử lý cũng như khả năng làm việc của nó.
Dòng 7000 Hợp kim nhôm sê-ri 7000 là hợp kim mạnh nhất và đàn hồi nhất trong số các hợp kim có hệ số sức bền bằng 2/3 thép loại A3 công nghiệp. Do độ cứng cao, dòng 7000 có khả năng chống mài mòn đặc biệt, tính chất cơ học tốt và phản ứng cực dương. Nó rất lý tưởng để đúc các bộ phận cần phải chịu nhiều áp lực như các bộ phận của máy bay. Kẽm là hợp kim của nhôm 7000, giúp tăng độ cứng của nó mặc dù kẽm có cùng độ cứng với nhôm trên thang Mohs.
Dòng 8000 Hợp kim chính của sê-ri 8000 là thiếc với một lượng nhỏ đồng và niken. Mặc dù hợp kim này có độ bền thấp, nhưng nó có khả năng gia công và chống mài mòn tuyệt vời. Cấu hình của hợp kim cho sê-ri 8000 thay đổi tùy theo cách sản phẩm được sản xuất sẽ được sử dụng. Cấu hình của nó xác định hiệu suất nhiệt độ, mật độ và độ cứng của kim loại.

Đồng

Hợp kim đồng đúc có độ bền kéo và nén cao, chịu mài mòn tốt khi tiếp xúc kim loại với kim loại, dễ gia công, dẫn nhiệt và điện tốt, chống ăn mòn cao để tối đa hóa hiệu suất của sản phẩm. Nó được sử dụng nhiều nhất trong lĩnh vực mỹ thuật.

Bởi vì nó dễ đúc, có lịch sử sử dụng thành công lâu dài, sẵn có từ nhiều nguồn, có thể đạt được một loạt các tính chất cơ lý và dễ dàng gia công, hàn, hàn, đánh bóng hoặc mạ.

Yêu cầu báo giá

Đúc hợp kim đồng

Đồng nguyên chất cực kỳ khó đúc cũng như dễ bị nứt bề mặt, các vấn đề về độ rỗng và hình thành các lỗ sâu bên trong. Các đặc tính đúc của đồng có thể được cải thiện bằng cách bổ sung một lượng nhỏ các nguyên tố bao gồm berili, silic, niken, thiếc, kẽm, crom và bạc.

Hợp kim đồng đúc được sử dụng cho các ứng dụng như vòng bi, bạc lót, bánh răng, phụ kiện, thân van và các thành phần khác cho ngành công nghiệp chế biến hóa chất. Các hợp kim này được đổ vào nhiều loại vật đúc như cát, vỏ, đầu tư, khuôn vĩnh cửu, cát hóa học, ly tâm, và đúc khuôn.

Đồng thau Đồng thau là hợp kim đồng trong đó kẽm là hợp kim chính bổ sung.
Đồng thau cũng có thể chứa một lượng chì, thiếc, mangan và silic được chỉ định.
Hàm lượng kẽm trong hợp kim thecopper-thiếc- (chì) -zinc càng thấp thì chúng càng giống đồng hoặc “đỏ” hơn.
Tiền đồng Thuật ngữ “đồng” ban đầu dùng để chỉ các hợp kim trong đó thiếc là nguyên tố hợp kim chính.
Đồng thiếc cung cấp khả năng chống ăn mòn tuyệt vời, độ bền cao hợp lý và khả năng chống mài mòn tốt. Được sử dụng trong vòng bi tay áo, chúng chống mài mòn đặc biệt tốt với thép.
Monel / Cupronickel Đồng niken-thiếc được đặc trưng bởi độ bền vừa phải và khả năng chống ăn mòn rất tốt, đặc biệt là trong môi trường nước. Một thành viên của họ này, C94700, có thể được làm cứng lâu năm đến độ bền kéo điển hình cao tới 75 ksi (517 MPa). Khả năng chống mài mòn là đặc biệt tốt. Giống như đồng thiếc, đồng niken-thiếc được sử dụng cho các ổ trục, nhưng những hợp kim linh hoạt này thường được ứng dụng nhiều hơn như các thành phần van và bơm, bánh răng, phuộc chuyển số và các bộ phận ngắt mạch.