1. Уводзіны
Ліццё ў форму з шэрага чыгуну заслугоўвае пільнай увагі, таму што яно ліквідуе разрыў паміж традыцыйным пясчаным ліццём і сучаснай высокадакладнай вытворчасцю.
Такія галіны, як аўтамабільная, станкі, і выпрацоўка энергіі пачалі ўсё больш спадзявацца на кампаненты з шэрага чыгуну, адлітыя ў абалонку з-за найвышэйшай дакладнасці памераў і якасці паверхні.
У гэтым артыкуле, мы вывучаем металургію шэрага чыгуну, падрабязна апісваюць працэс фармавання абалонкі, аналізаваць механічныя ўласцівасці, і абмеркаваць перавагі, праблемы, і прымяненне ў сучаснай вытворчасці.
2. Што такое шэры чыгун?
Шэры чыгун гэта тып чыгуну, які характарызуецца сваёй унікальнай мікраструктурай графіту, які выглядае ў выглядзе шэрых шматкоў пры разломе - адсюль і назва.
Гэта адзін з найстарэйшых і найбольш часта выкарыстоўваюцца ліцейных сплаваў чорных металаў дзякуючы сваёй выдатнай апрацоўцы, вібрацыя амартызацыя, і нашэнне супраціву.
Шэры чыгун гуляе жыццёва важную ролю ў розных галінах прамысловасці, асабліва там, дзе сіла, цеплаправоднасць, і стабільнасць памераў з'яўляюцца ключавымі.
Склад і мікраструктура
Шэры чыгун у асноўным складаецца з жалеза, вуглярод (2.5–4,0%), і крэмнім (1.0–3,0%).
Высокае ўтрыманне вугляроду і крэмнія спрыяе адукацыі графітавых шматкоў у матрыцы перліту, ферыт, альбо спалучэнне абодвух.
Гэтая структура графітавых шматкоў адрознівае шэры чыгун ад іншых тыпаў, як пластычны або белы чыгун.
Тыповы хімічны склад:
| Элемент | Дыяпазон (%) | Функцыя |
|---|---|---|
| Вуглярод | 2.5 - 4.0 | Спрыяе адукацыі графіту; паляпшае обрабатываемость |
| Крэмнім | 1.0 - 3.0 | Ўзмацняе графитизацию; дапамагае ў адукацыі шматкоў |
| Марганец | 0.2 - 1.0 | Паляпшае трываласць; процідзейнічае серы |
| Серы | < 0.15 | Ўплывае на цякучасць; кантралюецца для памяншэння далікатнасці |
| Фосфар | < 1.0 | Паляпшае ліццё; лішак можа паменшыць трываласць |
3. Што такое корпуснае ліццё?
Ліццё ў формы ў абалонку — таксама называецца працэсам ліцця ў пясок з папярэднім пакрыццём,
Гарачае фармаванне адлівак, або працэс ліцця стрыжня, гэта разнавіднасць ліцця па выплавляемым мадэлям, у якой выкарыстоўваецца пакрытая смалой пясчаная сумесь для стварэння тонкага пласта, жорсткая форма або «абалонка» вакол шаблону.
У адрозненне ад сыпкіх пясчаных формаў, абалонка формы забяспечваюць вялікую дакладнасць памераў, больш тонкая аздабленне паверхні, і больш тонкія сценкі.
Працэс выкарыстоўвае цяпло для зацвярдзення звязальнага смалы (звычайна на фенольнай або фурановой аснове) на паверхні шаблону формы, ствараючы абалонку таўшчынёй усяго 10-15 мм.
Шляхам паўтарэння цыклаў смаляна-пясчанага пакрыцця і нагрэву, вытворцы ствараюць форму, здольную вытрымліваць тэмпературу расплаўленага металу.
4. Агляд працэсу ліцця ў формы
Стварэнне і зборка васковых узораў
Ліццё па выплавляемым мадэлям пачынаецца з вырабу дакладнага васковага малюнка.
Для шэрага чыгуну, васковыя ўзоры ствараюцца шляхам упырску гарачага воску ў сталёвыя штампы, адпаліраваныя да люстранога стану, забяспечваючы выключна гладкую паверхню канчатковай адліўкі (Ra ≈ 0,8–1,2 мкм).
Некалькі аднолькавых узораў усталяваны на цэнтральным дрэве варот, прызначаны для аптымізацыі патоку жалеза і кампенсацыі ўсаджвання пры зацвярдзенні (~ 2 % для шэрага чыгуну).
Будынак абалонкі: Гнаявая жыжка, Ляпніна, і напластаванне
Сабранае васковае дрэва падвяргаецца шматразоваму акунанню ў запатэнтаваную абалоніну, як правіла, калоідны дыяксід крэмнія або злучнае на аснове цырконія, змешанае з дробнымі вогнетрывалымі часціцамі (20–50 мкм).
Паміж пластамі, шкарлупіна «абштукавана» ўсё больш грубымі часцінкамі,
стварэнне абалонкі таўшчынёй сценкі 10-15 мм, здольнай вытрымліваць расплаўлены чыгун (~ 1400 ° С) без лішняга стрэсу.
Колькасць слаёў і ўмовы сушкі старанна кантралююцца для кантролю пранікальнасці, моц, і характарыстыкі цеплавога пашырэння.
Дэпарафінізацыя і снарадны абпал
Як толькі абалонка дасягне неабходнай таўшчыні, воск выдаляецца з дапамогай паравога аўтаклававання або нізкатэмпературнай печы для дэпарафінізацыі, звядзенне да мінімуму парэпання абалонкі.
Пасля дэвакс, высокатэмпературны абпал (800-1000 °C на працягу 2-4 гадзін) спекается абалонка,
адганяе рэшткі злучнага, і шкловае вогнетрывалы.
Правільныя графікі стральбы неабходныя для дасягнення моцнага, пранікальная абалонка, якая можа змясціць ўсаджванне жалеза і вылучэнне газу.
Плаўленне, Наліць, і Зацвярдзенне
Шэры чыгун плавяць у індукцыйнай або вагранцы, з дакладным кантролем складу—вугляродны эквівалент, крэмніевы ўзровень, і мікраэлементы—для забеспячэння патрэбнай мікраструктуры.
Звычайна, расплаўлены чыгун падтрымліваецца пры 1350–1450 °C, затым разліваюць у разагрэтыя формы (> 300 ° С) каб звесці да мінімуму цеплавой ўдар.
Жалеза запаўняе паражніны пад кантраляваным стробам, каб прадухіліць турбулентнасць.
Зацвярдзенне накіраванае; стаякі стратэгічна размешчаны для падачы вадкага чыгуну ў зоны ўсаджвання, пакуль адліўка не стане цалкам цвёрдай.
Выдаленне абалонкі і канчатковая аздабленне
Пасля 4-6 гадзін астуджэння, абалонка адрываецца шляхам механічнага выбівання або хімічнай зачысткі.
Рэшткавыя часціцы абалонкі выдаляюцца дробеструйной апрацоўкай або паветрам пад высокім ціскам, выяўляючы амаль сеткаватую форму адліўкі з шэрага чыгуну.
Мінімальная шліфоўка, нудны, або патрабуецца механічная апрацоўка дзякуючы высокай дакладнасці памераў працэсу абалонкі (± 0.25 мм на 100 мм).
Канчатковая праверка ўключае візуальныя праверкі, вымярэнне памераў, і магчымая аздабленне паверхні ў адпаведнасці са спецыфікацыямі заказчыка.
5. Механічныя ўласцівасці адлівак з шэрага чыгуну (Класы ASTM A48)
| Маёмасць | Класіфікаваць 20 | Класіфікаваць 30 | Класіфікаваць 40 | Класіфікаваць 50 | Класіфікаваць 60 |
|---|---|---|---|---|---|
| Трываласць на расцяжэнне | ≥ 138 МПА (20 ксі) | ≥ 207 МПА (30 ксі) | ≥ 276 МПА (40 ксі) | ≥ 345 МПА (50 ксі) | ≥ 414 МПА (60 ксі) |
| Трываласць на сціск | ~3–4× трываласць на разрыў | ~3–4× трываласць на разрыў | ~3–4× трываласць на разрыў | ~3–4× трываласць на разрыў | ~3–4× трываласць на разрыў |
| Брынэл цвёрдасць (Hb) | 130–160 | 150–180 | 180–200 | 200–230 | 230–250 |
| Модуль эластычнасці | ~100–110 ГПа | ~105–115 ГПа | ~110–120 ГПа | ~120–130 ГПа | ~130–140 ГПа |
| Ёмістасць амартызацыі | Выдатны | Вельмі добра | Добры | Умераны | Ніжэйшы |
| Цеплаправоднасць | Высокі | Высокі | Умераны - высокі | Умераны | Умераны |
| Апрацоўка | Выдатны | Вельмі добра | Добры | Умераны | Кірмаш |
6. Перавагі ліцця ў формы для шэрага чыгуну
Ліццё ў форму для ліцця ў формы дае значныя перавагі для вытворчасці кампанентаў з шэрага чыгуну:
Выключная дакладнасць памераў:
Вытворцы рэгулярна дасягаюць допуску ± 0.25 мм на дэталі сярэдняга памеру (100- дыяпазон 300 мм), у параўнанні з ± 0,5–1,0 мм для пясчанага ліцця.
Такім чынам, наступныя патрабаванні да апрацоўкі зніжаюцца на 30–50 %.
Тонкая аздабленне паверхні:
Літыя паверхні часта маюць 1,2–2,0 мкм Ra, пазбаўляючы ад неабходнасці шырокай шліфоўкі або паліроўкі.
Наадварот, для тыповых адлітых з пяску частак патрабуецца Ra 5–10 мкм, патрабуе істотнай другаснай аздаблення.
Магчымасць тонкага зрэзу:
Абалонкавыя формы дазваляюць таўшчыню сценак з шэрага чыгуну да 3–4 мм, стварэнне складанай геаметрыі з рэбрамі, тонкія фланцы, і інтэграваныя каналы астуджэння.
Гэтая магутнасць зніжае вагу на 10–20 % у параўнанні з звычайна больш тоўстымі адлітымі з пяску секцыямі.
Скарачэнне часу і кошту апрацоўкі:
Паколькі адліваныя кампаненты набываюць форму, набліжаную да сеткі, з жорсткімі допускамі, машынныя майстэрні здымаюць менш матэрыялу.
У масавай вытворчасці (10³–10⁵ шт/год), крамы часта паведамляюць пра 20–30 % эканомія працы на апрацоўцы.
Паўтараемасць для сярэднесерыйнай вытворчасці:
Лініі для вырабу абалонак вырабляюць 1 000–100 000 дэталяў у год. Пасля таго, як шаблоны і параметры абалонкі ўстаноўлены, паслядоўная якасць з'яўляецца партыя за партыяй, мінімізацыя ставак лому (часта < 5 %).
7. Абмежаванні і праблемы
Нягледзячы на свае перавагі, ліццё корпуса з шэрага чыгуну стварае некалькі праблем:
Больш высокія выдаткі на інструменты і выкрайкі:
Выраб цвёрдых металічных узораў з убудаванымі награвальнымі каналамі можа каштаваць 20 000–50 000 долараў за унікальны дызайн — у некалькі разоў даражэй, чым простыя драўляныя або эпаксідныя ўзоры для пясчаных форм.
Гэтыя выдаткі патрабуюць дастатковага аб'ёму вытворчасці, каб апраўдаць першапачатковыя інвестыцыі.
Кіраванне газам смалы:
Пры отверждении фенольных або фурановых смол вылучаюцца арганічныя газы (e.g., CO, Co₂, пары фенолу) пры дэпарафінізацыі і заліванні.
Ліцейным прадпрыемствам патрабуюцца надзейныя сістэмы вентыляцыі і тэрмічныя акісляльнікі або ачышчальнікі, каб адпавядаць экалагічным правілам і абараняць здароўе работнікаў.
Даломкасць абалонкі:
Хоць памер сценкі ракавіны складае ўсяго 10-15 мм, іх отвержденная смаляная матрыца робіць іх далікатнымі.
Няправільнае абыходжанне падчас выбівання або зборкі формы можа выклікаць расколіны, што прыводзіць да дэфектаў ліцця, такіх як пранікненне металу або збоі.
Ліцейныя прадпрыемствы павінны строга навучаць персанал і кантраляваць працэдуры апрацоўкі абалонак.
Кантроль структуры графіту:
Больш нізкая цеплаправоднасць формы для абалонак можа часам ствараць зоны астуджэння - вобласці хуткага астуджэння каля сценкі абалонкі, дзе адстае выпадзенне графіту, утвараючы лакалізаванае белае жалеза або карбіды.
Такія мікраструктурныя анамаліі зніжаюць трываласць на паверхні.
Каб змякчыць гэта, ліцейныя вытворчасці рэалізуюць стратэгіі прышчэпкі (0.05–0,1 мас % Ca–Si-лігатуры) і адрэгулюйце тэмпературу папярэдняга нагрэву корпуса для раўнамернага астуджэння.
8. Прымяненне корпуснага шэрага чыгуну
Аўтамабільная прамысловасць
- Блокі рухавіка, Галоўкі цыліндру, Тармазныя кампаненты (e.g., ротары і барабаны), картэры счаплення, калектары
Прамысловыя машыны і абсталяванне
- Картэры рэдуктараў, Такарныя ложкі, целы помпы, Кампрамставыя корпусы, корпусы клапана
Пакаленне электраэнергіі
- Корпусы турбін, Корпусы генератара, базы рухавікоў, электрычныя карпусы
Сельскагаспадарчая і будаўнічая тэхніка
- Картэры каробкі перадач, тармазныя пласціны, падшыпнікі, апоры рухавіка
Сістэмы вентыляцыі і кандыцыянавання вадкасці
- Трубавыя фітынгі, крыльчаткі помпы, flow housings, control valve bodies
Кампаненты прыбораў і інструментаў
- Electric motor housings, support frames, fixture bases
9. Металы і сплавы для ліцця ў формы
Shell mold casting is a versatile process compatible with a wide range of ferrous and non-ferrous alloys.
Its ability to produce высокадакладныя, якасны castings with intricate details makes it ideal for both performance-critical and aesthetically demanding components.
| Метал / Сплаў | Ключавыя ўласцівасці | Перавагі | Тыповыя прыкладанні |
|---|---|---|---|
| Шэры чыгун | Добрая цеплаправоднасць, Высокая амартызацыя, Добрая апрацоўка | Эканамічна эфектыўны, выдатная ліцейнасць | Блокі рухавіка, Машынныя базы, brake drums |
| Пластычнае жалеза | Высокая трываласць і пластычнасць, добрая ўстойлівасць да стомленасці | Better impact resistance than grey iron | Коленфоры, трубаправодная арматура, Кампаненты падвескі |
Вугляродная сталь |
Высокая трываласць на расцяжэнне, Умераная ўстойлівасць да карозіі | Даступны, моцны, зварваецца | Дэталі канструкцыі, фланцы, general machinery |
| Сплава сталі | Enhanced strength, вынослівасць, і нашэнне супраціву | Suitable for heat treatment, durable under stress | Перадачы, power tools, аэракасмічныя збудаванні |
| З нержавеючай сталі | Corrosion resistant, high strength at temperature, clean surface finish | Ideal for food, марская, і медыцынскае асяроддзе | Помпы, клапаны, посуд, марскія часткі |
Aluminum Alloys |
Лёгкі, corrosion resistant, thermally conductive | Лёгка паддаецца апрацоўцы, good for thin walls and complex shapes | Аўтамабільныя дэталі, дапрацоўкі, аэракасмічныя збудаванні |
| Медныя сплавы | Высокая праводнасць, excellent corrosion and wear resistance | Доўгі тэрмін службы, great thermal/electrical performance | Electrical terminals, утулкі, сантэхнічная арматура |
| Нікелевыя сплавы | High temperature strength, найвышэйшая ўстойлівасць да карозіі і акіслення | Вытрымлівае экстрэмальныя ўмовы, доўгі тэрмін службы | Турбін, цеплаабменнікі, кампаненты хімічнага працэсу |
10. Conclusion
Ліццё ў форму з шэрага чыгуну прапануе пераканаўчае спалучэнне высокай дакладнасці памераў, тонкая аздабленне паверхні, і жаданыя механічныя ўласцівасці.
Прамысловасць імкнецца да ўсё больш складаных канструкцый і больш жорсткіх допускаў, ліццё ў формы з шэрага чыгуну працягвае развівацца,
якія ўключаюць перадавыя матэрыялы абалонкі, аўтаматызацыя, і інструменты мадэлявання, якія яшчэ больш павышаюць якасць.
Каля Гэтае, Мы гатовыя да партнёра з вамі ў выкарыстанні гэтых перадавых метадаў для аптымізацыі вашых кампанентаў, Выбар матэрыялу, і вытворчыя працоўныя працэсы.
Пераканайцеся, што ваш наступны праект перавышае ўсе паказчыкі і ўстойлівасць.
FAQ
Што робіць ліццё ў ліццё ў формы лепш традыцыйнага пясчанага ліцця для шэрага чыгуну?
Ліццё ў формы для ліцця ў абалонку прапануе значна лепшае dimensional accuracy (±0,25 мм) і аздабленне паверхні (Ra 3,2–6,3 мкм).
Гэта таксама дазваляе больш тонкія ўчасткі сцен, паменшаная апрацоўка, і лепшая паўтаранасць, асабліва ў сярэдніх- да масавай вытворчасці.
Ці можна складаныя або танкасценныя дэталі з шэрага чыгуну вырабляць з дапамогай ліцця ў абалонку?
Так. Добра падыходзіць для ліцця ў формы складаныя геаметрыі і Кампаненты з тонкасці, з такой нізкай таўшчынёй сценак 3–4 мм.
Гэты працэс забяспечвае добрую цякучасць расплаўленага жалеза і дакладную калянасць абалонкі для складаных формаў.
Які тыповы аб'ём вытворчасці вырабленых дэталяў з шэрага чыгуну?
Ліццё з ракавін ёсць эканамічна выгадна для сярэдніх і вялікіх аб'ёмаў— звычайна паміж 1,000 да 100,000+ штук у год, у залежнасці ад інвестыцый у аснастку і складанасці дэталі.
Ці патрэбна якая-небудзь апрацоўка пасля ліцця для ліцця з шэрага чыгуну?
Так. Пост-працэсы, такія як тэрмічная апрацоўка, ачыстка паверхні (Стрэл выбух),
і пакрыцці (фарбы, фасфат, эмаль) можа прымяняцца ў залежнасці ад умоў эксплуатацыі і патрабаванняў да каразійнай стойкасці.
