Литье – один из важнейших методов быстрого изготовления различных деталей сложной формы, которые другими методами металлообработки было бы сложно получить. Существует много видов литья по способу нагрева металла, технологии плавки, по способам розлива, типам изготовления форм, температурным режимам. Также процессы литья существенно отличаются для разных металлов и сплавов. Поскольку значительную долю литья на литейных заводах и производствах составляет стальное литье, то рассмотрим его более подробно.читать далее ... (развернуть/свернуть полный текст)
Главными потребителями стального литья являются железнодорожное и транспортное машиностроение, судостроение, металлургическая промышленность, дорожное машиностроение и многие другие отрасли машиностроения.
Отливкой из стали могут быть получены изделия весом от нескольких граммов до нескольких сотен тонн, с толщиной стенки от нескольких миллиметров до нескольких десятков сантиметров. Современная техника литейного производства фасонного стального литья практически позволяет получать изделия такой же степени сложности, как и из чугуна.
Классификация стального литья
Основными признаками классификации стального литья являются способ его производства, химический состав, физико-химические и механические свойства литья на заводе.
По способу производства различают в зависимости от физико-химических условий плавки стали, полученные кислым и основным процессами плавки. Жидкая сталь для отливки фасонных изделий выплавляется в следующих плавильных агрегатах:
1) в конвертерах с боковым дутьем (воздушным; воздушным, обогащенным кислородом, или кислородным), имеющих футеровку из кислых огнеупорных материалов (малое бессемерование и его разновидности);
2) в мартеновских печах с футеровкой из кислых или основных огнеупоров;
3) в электродуговых печах с футеровкой из кислых или основных огнеупоров;
4) в индукционных бессердечниковых печах, тигли которых могут быть изготовлены из кислых или из основных огнеупоров.
Плавка в кислых печах независимо от типа применяемого плавильного агрегата более производительна и экономична, но может применяться только при наличии шихтовых материалов, содержащих фосфор и серу в таких пределах, которые обеспечивают получение стали, удовлетворяющей требованиям соответствующих стандартов или технических условий.
В стальном фасонном литье наряду с углеродом всегда имеется еще некоторое количество примесей, к числу которых относятся Mn, Si, S, Р, Cr, Ni, О (N и Н). Безусловно вредными при производстве фасонных стальных изделий являются Р, S, О, N и Н.
В стали имеются и другие элементы, присутствие которых можно установить только спектральным анализом. В ряде случаев наличие очень малых количеств тех или иных элементов, не контролируемых в обычных условиях литейного производства, может оказать существенное влияние на свойства стали и явиться причиной серьезных дефектов литья.
В углеродистой стали для литья обычно содержится 0,35-0,8% Мn, 0,17-0,37% Si, до 0,3% Сr и до 0,3% Ni. При более высоком содержании этих элементов и при специальной добавке других сталь следует рассматривать как легированную.
В зависимости от содержания легирующих примесей стали для фасонных отливок могут быть разделены на четыре класса:
I класс - углеродистая;
II класс - низколегированная (до 2,5% легирующих примесей);
III класс - среднелегированная (от 2,5 до 10,0% легирующих примесей);
IV класс - высоколегированная (более 10% легирующих примесей).
Химический состав, физико-механические свойства и технические условия на отливки из углеродистой стали регламентированы ГОСТ. В соответствии с указанным стандартом отливки в зависимости от предъявляемых к ним требований делятся на три группы:
I группа - отливки нормального качества;
II группа - отливки повышенного качества;
III группа - отливки особого качества.
Механические свойства стали, установленные на так называемых образцах-«свидетелях» (отлитых отдельно, но обязательно из той же плавки, что и контролируемое литье), должны удовлетворять требованиям.
Цифра перед буквой Л в обозначении марки стали соответствует среднему содержанию углерода в сотых долях процента. Допускаемое отклонение: от-0,02 до -0,03%, +0,05%. Содержание кремния во всех марках от 0,17 до 0,37%, марганца от 0,35 до 0,65% в марках 15Л и 20Л и от 0,50 до 0,80% в остальных марках. Отклонения по содержанию углерода, марганца и кремния не являются браковочным признаком, если это специально не оговаривается в технических условиях. Содержание фосфора и серы в зависимости от группы литья и типа плавильного агрегата должно соответствовать требованиям.
По механическим свойствам для отливок группы I (нормального качества) обязательными являются требования в отношении предела прочности при растяжении и относительного удлинения; для отливок групп II и III обязательны также нормы требований по пределу текучести, сужению площади поперечного сечения и ударной вязкости. Нормы по относительному удлинению и по сужению площади поперечного сечения для литья группы III могут быть повышены на 20%. Соответствующими стандартами или техническими условиями устанавливаются требования и условия приемки литья из сталей II, III и IV классов.
Стальное литье из углеродистой стали обычного назначения на литейном заводе подвергается отжигу или нормализации.
Примерное значение предела прочности при растяжении σвр углеродистой отожженной стали может быть определено в зависимости от химического свсгава по следующим эмпирическим формулам:
для стали, выплавляемой в конвертерах малого бессемерования, σвр= 29 + 38,5 С + 11 Si + 13 Мn + 60 Р кГ/мм2, а для стали, выплавленной в основных мартеновских или электрических дуговых печах,
σвр = 25 + 63 С + 16 Si + 8 Мn кГ/мм2,
где С, Si, Мn и Р - процентное содержание соответствующих элементов в стали.
Влияние элементов на свойства стального литья
Углерод. С повышением содержания углерода в стальном литье повышаются предел прочности при растяжении авр, предел текучести от и твердость. При содержании С > 0,40 - 0,45% предел текучести не увеличивается и резко падает пластичность стали. Поэтому для обычного стального литья применяется сталь, содержащая не более 0,45 - 0,50% С.
Углерод благоприятно влияет на практическую жидкотекучесть стали, что имеет существенное значение при производстве тонкостенного и сложного по конфигурации стального литья.
В связи с понижением теплопроводности и увеличением температурного интервала затвердевания, а также вследствие увеличения усадки в твердом состоянии сталь с большим содержанием углерода имеет больший объем усадочных раковин. Однако при оценке этого фактора в литейном производстве следует иметь в виду, что в достаточно перегретой стали повышение практической жидкотекучести с увеличением содержания углерода благоприятно сказывается на улучшении условий питания отливки во время ее кристаллизации из прибыли. Повышение содержания углерода положительно сказывается:
а) на уменьшении опасности образования горячих трещин в отливках с механическим торможением усадки;
б) на уменьшении опасности образования газовых раковин и неметаллических включений;
в) на уменьшении пригара, так как возможна заливка при относительно более низкой температуре.
Повышение содержания углерода в литой стали отрицательно сказывается на образовании литейных напряжений и зональной ликвации.
Наибольшее распространение на литейных заводах имеет углеродистая сталь марок 25Л, 30Л и 35Л .
Марганец. В обычных углеродистых сталях содержание марганца определяется необходимостью перевода серы, оставшейся в стали, в сульфид марганца и обеспечения раскисления стали. Для образования в стали сложных сульфидов, содержащих серу в виде сульфида марганца (менее вредного, чем сульфид железа), содержание марганца должно быть минимум в 4 раза больше содержания серы. Сверх этого для раскисления стали требуется около 0,5% Мп. Следовательно, в соответствии с данными максимально допускаемому содержанию серы должно соответствовать следующее минимальное содержание марганца: 0,06-4+ 0,5 = 0,74%.
Повышение содержания марганца незначительно увеличивает усадку стали в жидком состоянии и линейную усадку в отливках из конструкционной стали. В высокомарганцёвой стали линейная усадка значительно больше и при 10-12% Мn составляет 2,8 - 3,0%, что вызывает опасность образования горячих усадочных трещин.
Практическая жидкотекучесть стали при неизменной температуре заливки с повышением содержания марганца увеличивается.
Сталь, содержащая около 12-14% Мn (сталь Г12 или сталь Гадфильда), характеризуется наиболее высоким по сравнению со всеми другими известными марками стали сопротивлением износу. Такая сталь в литом состоянии имеет структуру, состоящую из аустенита и карбидов. После закалки в воду с температуры 1100о С структура ее состоит из аустенита. Механические свойства этой стали после закалки: предел прочности при растяжении σв = 80 - 100 кГ /мм2; относительное удлинение δ5 = 30-50%; твердость НB = 180 - 200; ударная вязкость ан= 20 - 30 кГ/см2.
Сталь Гадфильда под действием ударной или истирающей нагрузки (давления) подвергается наклепу, и твердость ее повышается до НB = 550-600. С большим трудом она поддается обработке на очень малых скоростях резания твердыми сплавами и абразивными инструментами.
Из стали Гадфильда изделия изготовляют отливкой на литейных заводах. Наряду с успешным применением ее для деталей, работающих при больших ударных истирающих нагрузках (детали дробилок, экскаваторов, драг, траки гусеничных машин, крестовины стрелок железнодорожных путей и т. д.), она применяется и в качестве немагнитного материала.
Кремний. В углеродистой стали пределы содержания кремния регламентируются необходимостью получения хорошей степени раскисления. Содержание Si > 0,4 - 0,5% вызывает повышение прокаливаемости стали. Сталь, содержащая более 0,5% Si, может рассматриваться как легированная. Повышение содержания Si в кремнистых сталях сильно уменьшает теплопроводность, что имеет следствием увеличение объема усадочных раковин. Стали с повышенным содержанием кремния характеризуются склонностью к образованию в отливках термических напряжений, трещин, газовых раковин и неметаллических включений.
Низкоуглеродистая сталь, легированная кремнием, отличается большой пластичностью и вязкостью. Так, при одинаковом пределе прочности пластичность и вязкость ее примерно в 1,5 раза выше, чем углеродистой. Высокоуглеродистая кремнистая сталь характеризуется по сравнению с предыдущей повышенным значением предела прочности при растяжении и падением пластичности. Отливки из такой стали наряду с достаточно большим сопротивлением пластическим деформациям обладают большой износостойкостью. Такая сталь применяется, например, для отливки бегунков кранов, деталей, работающих в условиях абразивного воздействия среды (например, в пыльной атмосфере), и т. п. Высоколегированные кремнистые стали применяются в химическом машиностроении, где они используются для отливок, работающих в условиях коррозионного воздействия кислот (за исключением соляной и фтористоводородной).
Фосфор. Этот элемент снижает пластичность стали в условиях нормальных и низких температур (вызывает хладноломкость). Вредное влияние фосфора проявляется тем заметнее, чем выше содержание углерода в стали. В легированной никелем и марганцем стали фосфор повышает чувствительность к отпускной хрупкости. Только в низкоуглеродистой стали (около 0,1% С) содержание фосфора может быть доведено до 0,2% без появления хладноломкости. В такой стали повышенное содержание фосфора благоприятно сказывается на повышении предела упругости и сопротивления атмосферной коррозии и на улучшении обрабатываемости.
Фосфор является элементом, способствующим ликвации в толстых медленно затвердевающих сечениях отливок, начиная примерно с толщины 100-120 мм.
Сера. В стали, применяемой для изготовления отливок, сера является наиболее вредной примесью: она не только вызывает образование красноломкости и горячих трещин, но и ухудшает другие свойства отливок.
Повышение содержания серы в стали, предназначенной для литья, тем опаснее, чем сложнее по форме отливка и чем большее сопротивление оказывает литейная форма усадке металла.
Никель. Положительное влияние никеля в качестве легирующего элемента при производстве стального литья основано на том, что он:
1) способствует переохлаждению стали и уменьшает критическую скорость закалки, при этом резко увеличивает прокаливаемость стали;
2) повышает предел текучести более интенсивно, чем предел прочности;
3) уменьшает чувствительности стали к перегреву и росту зерна при длительных воздействиях высоких температур.
Отливки из никелевой стали, содержащие до 2%Ni, относятся к перлитному классу. Повышение содержания никеля до 5% приводит к получению наряду с высокими механическими свойствами особых химических свойств. Дальнейшее повышение содержания никеля переводит сталь из мартенситного класса в аустенитный. Отливки из такой стали характеризуются высокой коррозионной стойкостью и удовлетворительной обрабатываемостью. Магнитные свойства никелевой стали зависят от содержания никеля.
Литейные свойства никелевой стали хуже, чем углеродистой. Повышение содержания никеля до 0,5-1,0% резко уменьшает жидкотекучесть стали, затем она остается неизменной до 3-4% Ni, при дальнейшем повышении содержания никеля жидкотекучесть улучшается. Интервал затвердевания никелевых сталей меньше, чем углеродистых, поэтому никелевые стали быстрее затвердевают. Соответственно должна быть большей и скорость заливки форм на литейном заводе.
Никелевые стали характеризуются малой теплопроводностью. Более высокая температура заливки и меньшая теплопроводность приводят к образованию больших усадочных раковин, что должно учитываться как при конструировании, так и при разработке технологического процесса отливки. Термические напряжения в отливках с повышением содержания никеля увеличиваются.
В большинстве случаев никель в качестве легирующего элемента применяется вместе с хромом, ванадием, марганцем, молибденом и др.
Хром. Влияние хрома на свойства стали следует рассматривать, как и для большинства других легирующих элементов, в связи с содержанием углерода, так как в зависимости от соотношения содержания углерода и хрома могут быть получены стали ферритного, полуферритного, перлитного, мартенситного, карбидного и ледебуритного классов.
Хром увеличивает прокаливаемость литой стали и способствует получению равномерной твердости в различных сечениях отливки. Он резко повышает сопротивление пластическим деформациям и понижает пластичность стали. Однако хромистая сталь отличается более высокой пластичностью, чем углеродистая, при одинаковых значениях предела прочности при растяжении. Сталь с высоким содержанием хрома и углерода отличается высоким сопротивлением износу.
Сталь, содержащая 5% хрома, стойка в условиях воздействия среды, содержащей водород и сероводород при повышенных температурах. Она обладает также высоким сопротивлением коррозии в морской воде. Добавка к этой стали молибдена увеличивает прокаливаемость и сопротивление ползучести.
Высоколегированная хромистая сталь, содержащая более 13% Сг, характеризуется специальными химическими свойствами и является жароупорной и нержавеющей. Главным недостатком хромистой стали при использовании ее для производства отливок является высокая вязкость, что объясняется наличием в ней значительного количества нерастворенных неметаллических включений. Хромистая сталь склонна к крупнокристаллическому строению. Заливка хромистых сталей производится при относительно большой степени перегрева, что увеличивает усадку и вызызает опасность образования в литье таких дефектов, как усадочные раковины и трещины.
Хром и никель. Для производства фасонного литья широко используются различные типы хромоникелевых сталей. В настоящее время они являются наиболее распространенными из всех легированных сталей, применяемых для производства литья. Совместное влияние никеля и хрома позволяет получать сложные по форме и массивные стальные отливки, отличающиеся весьма высокой прочностью при сохранении высокой пластичности и ударной вязкости. Наиболее благоприятное сочетание прочности и пластичности получается при отношении Ni: Сг = 2- 2,5.
Хромоникелевые стали, легированные 0,2-0,4% Мо, обладают хорошей прокаливаемостью, высокими механическими свойствами, малой чувствительностью к хрупкости излома и удовлетворительной обрабатываемостью. Среднелегированные хромоникелевые стали применяются для изготовления отливок, предназначенных для работы в условиях воздействия щелочей или морской воды.
Высоколегированные хромоникелевые стали делятся по составу и применению на кислотоупорные и жароупорные. Кислотоупорная сталь содержит 0,08-0,25% С, 18-22% Сг, 7-9% Ni, 0,8-1,0% Si и 0,4-0,6% Мп. Высокая актнкоррозионность этой стали достигается после ее закалки в воде с температуры 1000-1050° С. Такая термическая обработка обеспечивает полное растворение имеющихся в литом состоянии карбидов и получение чисто аустенитной структуры. Эта сталь отличается малой теплопроводностью. При производстве массивных отливок содержание углерода в ней должно быть снижено до 0,08- 0,16%, в противном случае в толстых сечениях даже после закалки в воде могут оставаться карбиды.
Сталь, содержащая 6-10% Сг и 17-22% Ni, имеет аустенитную структуру в литом состоянии и поэтому в большинстве случаев не нуждается в специальной термической обработке. Такая сталь характеризуется не только хорошей антикоррозионностью, но и высокой жароупорностью. Содержание углерода в кислотоупорной стали не должно превышать 0,2%, а в жароупорной может быть повышено до 0,5%.
Молибден влияет на повышение в литой стали отношения предела текучести к пределу прочности при растяжении, на повышение прокаливаемости, понижение отпускной хрупкости и повышение сопротивления ползучести. Стали, легированные молибденом, применяются для производства отливок в котло- и турбостроении. Молибденовая сталь обладает несколько худшей жидкотекучестью, чем углеродистая. В отношении остальных литейных свойств молибденовая сталь мало отличается от углеродистой.
Ванадий, добавляемый в небольших количествах к сталям, легированным другими элементами, способствует получению в литом состоянии мелкозернистой структуры. Ответственное тонкостенное литье сложной конфигурации, которому угрожает коробление в процессе термообработки, можно изготовлять из ванадиевой стали без термообработки.
Наряду с благоприятным влиянием на повышение прочности и вязкости в обычных условиях ванадий (при содержании его 0,2-0,6%) заметно повышает ударную вязкость стали при температурах ниже 0о С.
По своим литейным свойствам ванадиевая сталь не отличается от углеродистой стали.
Вольфрам. Стали, легированные вольфрамом в литом состоянии, применяются преимущественно для изготовления литого инструмента. Вольфрамовая сталь отличается значительно меньшей теплопроводностью, чем углеродистая, дает большие усадочные раковины и склонна к образованию горячих трещин. В большинстве случаев легирование стали для изготовления отливок производится не одним, а двумя-тремя или несколькими легирующими элементами.
Как правило, стальные отливки на литейном заводе подвергаются термообработке. Для литья из углеродистых и малолегированных сталей чаще всего применяют отжиг и нормализацию. Отливки из легированных сталей подвергаются более сложным видам термообработки.
Все шаблоны прайс-листов для раздела
Шаблон прайс-листа для категории (Термическое, литейное)
Добавить заполненный прайс-лист
НОВЫЕ ОБЪЯВЛЕНИЯ
НОВОСТИ
НОВЫЕ СТАТЬИ