Společnost odlévání z uhlíkového ocelového písku

Odlévání do písku je páteří výroby vysoce výkonných součástí, kombinující nízké náklady na nástroje s téměř neomezenou geometrickou svobodou.

Mezi litými slitinami, Uhlíková ocel (s uhlíkem níže 0.30 WT%) vyniká tím, že dodává houževnatost, pevnost, a svařitelnost dílů od malých skříní čerpadel až po mnohatunové skříně převodovek.

V této obsáhlé recenzi, zkoumáme odlévání uhlíkové oceli do písku od jeho metalurgických kořenů prostřednictvím procesních kroků, designové postupy, a kontroly kvality.

2. Co je lití do písku z uhlíkové oceli?

V lití do písku z uhlíkové oceli, slévárny nalévají roztavenou uhlíkovou ocel – definováno 0.05-0,30 % hmotn. uhlíku—do forem vytvořených z nepojeného nebo pojeného písku.

Na rozdíl od vysoce legovaných ocelí, uhlíková ocel nabízí a křehká rovnováha z pevnost, houževnatost, Machinability, a svařovatelnost, vše za nižší cenu za kilogram.

Navíc, Rozpočty na nástroje pro lití do písku začínají tak nízko USD 500 pro jednoduché vzory, umožňující ekonomickou výrobu prototypů a jednorázových dílů, stejně jako šarže se pohybují v desítkách tisíc jednotek.

3. Metalurgické základy

Robustní porozumění metalurgii uhlíkové oceli je základem každé úspěšné aplikace lití do písku.

Zejména, souhra obsah uhlíku, hladiny křemíku, a vedlejší legovací prvky diktuje plynulost, smršťovací chování,

a odlitou mikrostrukturu, z nichž každý ovlivňuje mechanický výkon a náchylnost k defektům.

Uhlík & Klasifikace oceli

Uhlíkové oceli spadají do tří širokých kategorií na základě jejich hmotnostního procenta uhlíku:

• Nízkouhlíkové oceli (≤ 0.15 % C): Mezní pevnosti v tahu (UTS) z 350–450 MPa a prodloužení přesahující 20 %, což je činí vysoce tažnými a svařitelnými.
• Středně uhlíkové oceli (0.15–0,30 % C): Nabídka UTS of 450-550 MPa s prodloužením 10–15 %, vyvážení pevnosti a houževnatosti.
• Vysoce uhlíkové oceli (> 0.30 % C): Vystavte UTS výše 600 MPA, ale jejich křehkost po odlití omezuje široké použití při lití do písku.

Běžné odlitky včetně ASTM A216 WCB (0.24–0,27 % C, UTS ~ 415 MPA), ASTM A27 (0.23–0,29 % C, UTS ~ 345 MPA), a DIN GS-42 (0.38–0,45 % C, UTS ~ 520 MPA).

Tyto třídy ilustrují, jak se jemné posuny v obsahu uhlíku promítají do odlišných profilů pevnosti a tažnosti.

Role křemíku v tekutosti & Srážení

Křemík, obvykle přítomen v 1.8–2.2 %, plní dvojí funkci:

1. Zlepšení tekutosti: Každý 0.5 % zvýšení Si může zlepšit tekutost roztavené oceli až o 12 %, zajišťuje úplnější vyplnění formy a jemnější reprodukci detailů.
2. Řízení smršťování: Křemík podporuje grafitizaci během tuhnutí, snížení pórovitosti objemového smrštění přibližně o 15 % ve srovnání se slitinami s nízkým obsahem křemíku.

V důsledku toho, slévárny se často zaměřují na hladiny křemíku blízko horního rozsahu, aby minimalizovaly vnitřní dutiny a zlepšily kvalitu povrchu.

Legovací přísady pro specializované nemovitosti

Kromě uhlíku a křemíku, mangan, Chromium, a molybden přizpůsobení výkonu pro náročná prostředí:

• Mangan (0.6–1.0 %): Působí jako deoxidizer, zjemňuje zrnitost, a zvyšuje pevnost v tahu až o 20 % aniž by to vážně ohrozilo tuhost.
• Chromium (≤ 0.5 %): Zvyšuje prokalitelnost a odolnost proti opotřebení, zvláště cenné v součástech vystavených abrazivním médiím.
• Molybden (≤ 0.3 %): Zvyšuje pevnost při vysokých teplotách a odolnost proti tečení, takže je nepostradatelný v částech, jako jsou výfukové potrubí a tělesa lapačů páry.

Mikrostruktura As-Cast

Jak se roztavená ocel ochladí v pískové formě, tuhne do a ferit-perlit matice:

• Ferit (měkký, Dukes) vzniká nejprve při teplotách těsně pod likvidem, poskytuje základ pro tuhost.
• Pearlite (lamelární cementit–ferit) vzniká při nižších teplotách, dodává tvrdost a odolnost proti opotřebení.

Typické rychlosti chlazení litím do písku (1–5 °C/s) výnos a feritová frakce 40–60 %, s perlitem tvořícím zbytek.

V silnějších částech, pomalejší chlazení může zvýšit obsah perlitu, zvýšení tvrdosti až o 15 HB ale snížení prodloužení o 2–3 %.

4. Přehled procesu lití do písku

Odlévání do písku přeměňuje roztavenou uhlíkovou ocel na složité tvary pomocí spotřebních pískových forem.

Níže, podrobně popisujeme každý hlavní krok – tvorbu vzoru a jádra, konstrukce formy, lití a tuhnutí, a protřepejte čištěním – a zároveň zdůrazněte osvědčené postupy založené na datech.

Vzor a tvorba jádra

V první řadě, přesnost vzoru určuje tolerance v odlitku. Slévárny obvykle používají:

Vzorové materiály:

• CNC obráběný hliník drží ± 0,02 mm rozměrová přesnost.
• Dřevěné vzory (pro nízké objemy) dosáhnout ± 0,2 mm.
• 3D-tištěná pryskyřice vzory eliminují průběžné doby u složitých tvarů.

Výroba jádra:

• Zelenopísková jádra kombinovat 85–90 % křemičitý písek, 5–7 % bentonitový jíl, a 2–3 % voda, poté zhutněte pod tlakem vzduchu 4–6 barů.
• Nepečená pryskyřicová jádra použijte fenolová nebo furanová pojiva, nabízí hlavní silné stránky 4-6 MPa s propustností výše 300 Plyn m³/m²·min.

Prostřednictvím přesného vzoru a výroby jader, slévárny minimalizují rozměrové odchylky a vnitřní vady.

Konstrukce forem

Složení formy:

• 90 % křemičitý písek, 5–7 % jíl, a 2–3 % voda pro zelené pískové plísně.
• Chemicky spojené písky (NAPŘ., furanová pryskyřice) snížit vlhkost na < 0.5 %, utahovací tolerance na CT9 - CT12.

Zhutňování & Tvrdost:

• Cíl tvrdost matrice z 60– 70 HA (Shore A) zajišťuje integritu formy a konzistentní smršťování.
• Správné propustnost (≥ 300 Plyn m³/m²·min) zabraňuje zachycování plynu a poréznosti.

Sestava plísní:

• Inženýři umísťují jádra do čela a táhnou, pomocí věnečků nebo otisků jádra k udržení zarovnání uvnitř ± 0,5 mm.
• Aplikují separační nátěry (obvykle tloušťky 0,1–0,3 mm) pro usnadnění uvolnění vzoru a zlepšení povrchové úpravy.

Řízením vlastností a zhutnění písku, formy na lití do písku důsledně splňují ISO CT11 - CT14 schopnosti.

Lití a tuhnutí

S připravenými formami, slévárny pokračují:

Příprava taveniny:

• Indukční pece ohřívají uhlíkovou ocel na 1450–1550 °C, držení po dobu 5–10 minut pro homogenizaci chemie.
• Slévárenští inženýři odstruskují a upravují uhlík a křemík na cílové složení (± 0.02 % C, ± 0.05 % A).

Gating & Design stoupaček:

• Dobře vyvážený oblast brány (brána: běžecký poměr ~ 1:3) zajišťuje laminární proudění.
• Stoupačky velikosti na 10 % smrštění posuvu objemu odlitku, obvykle umístěn v nejtěžší části, aby se podpořilo směrové tuhnutí.

Rychlosti chlazení:

• Tenké řezy se ochladí na 5–10 °C/s, podporuje tvorbu feritu a jemnější zrnitost (~ 15 µm).
• Silné stěny chladí na 1–3 °C/s; zimnice (NAPŘ., měděné vložky) urychlit lokální tuhnutí až o 50 %, snížení smršťovací pórovitosti.

Kombinací přesné regulace taveniny s optimalizovaným vtokem, slévárny dosahují zvuku, rozměrově konzistentní odlitky.

Vytřást, Čištění, a Fettling

Konečně, odlitky vystupují z formy:

Vytřást:

• Automatizované vibrační systémy oddělují písek od kovu během 5–10 minut na dávku.

Odsýpání & Výstřel:

• Vysokotlaké vzduchové nebo kolové tryskací systémy odstraňují zbytkový písek, dosažení základní povrchové úpravy RA 6–12 µm.

Fettling Operations:

• Dělníci brousí nebo obrábějí pahýly brány a stoupačky, trim flash, a prolnutí přechodů, typicky odstranění 1–3 mm zásob, aby byly splněny konečné rozměrové tolerance.

Předběžná kontrola:

• Odlitky procházejí vizuální kontrolou a rozměrovým bodovým měřením (± 0.5 mm na kritických funkcích) před přechodem na úplnou kontrolu.

Systematickým vytřepáním a čištěním, slévárny připravují odlitky z uhlíkové oceli pro přísné zajištění kvality a možné úpravy po lití.

5. Design pro lití do písku

Efektivní odlitky zohledňují:

• Úhly ponoru (1–3 °): Zabraňte poškození vzoru; užší úhly zvyšují opotřebení nástroje.
• Obrábění skladu (1–3 mm): Zajišťuje, aby do nich spadaly konečné vlastnosti ČT11–CT12 bez přepracování.
• Příspěvek za kontrakce (1.0–1,3 mm/100 mm): Kompenzuje smrštění tuhnutí.
• Jednotná tloušťka stěny (±10 mm): Zabraňuje horkým místům a vnitřnímu stresu.
• Filé & Poloměry (> 1 mm): Snižte koncentraci napětí a zefektivněte tok kovu.
• Umístění vtoku / stoupačky: Zarovnejte nálitky s tlustými částmi, abyste je podpořili Směrové tuhnutí, snížení smršťovací pórovitosti o 30 %.

6. Schopnost procesu & Kontrola rozměrů

Kontrola rozměrů a dosahování opakovatelných tolerancí při odlévání uhlíkové oceli do písku zůstává výzvou i měřítkem slévárenské dokonalosti.

Toleranční stupně při lití do písku

Rozměrová tolerance se týká přípustných limitů odchylek ve fyzickém rozměru odlévané součásti.

Při lití do písku, tolerance jsou nejčastěji klasifikovány pod ISO 8062-3 norma, který definuje Stupně tolerance lití (Ct) z CT1 (nejpřesnější) na CT16 (nejméně přesné).

Pro pískové odlitky z uhlíkové oceli, dosažitelné stupně tolerance obvykle spadají:

Proces obsazení	Stupeň tolerance ISO	Lineární rozsah tolerancí rozměrů (mm)
Zelený písek	ČT13 – ČT14	±2,0 – ±3,5 mm (pro 100 rozměr mm)
Bez-pečení písek	ČT11 – ČT13	±1,0 – ±2,5 mm
Shell forma	ČT8 – ČT10	±0,6 – ±1,5 mm

Klíčové faktory ovlivňující rozměrovou přesnost

1. Vlastnosti písku

• Jízda zrna: Jemnější zrna zlepšují reprodukci detailů a povrchovou úpravu, ale snižují propustnost a mohou ovlivnit integritu formy.
• Vlhkost & Obsah pořadače: Nesprávné poměry směsi písku způsobují deformaci formy nebo vady související s plynem, což vede k rozměrovým nesrovnalostem.

2. Zhutňování plísní

• Rovnoměrné zhutnění zajišťuje konzistentní rozměry dutiny. Neadekvátní pěchování nebo vibrace mohou způsobit místní kolaps nebo odchylky stěny.

3. Přesnost vzorů

• Opotřebení vzoru, tepelné zkreslení, nebo ruční vyřezávání může způsobit chyby. CNC frézované nebo 3D tištěné vzory zlepšují reprodukovatelnost.

4. Tepelné smrštění

• Uhlíková ocel se obvykle smršťuje 1.0% na 2.5% při tuhnutí a chladnutí, v závislosti na složení a geometrii.
• Složité geometrie mohou vyžadovat různé přídavky na smrštění.

5. Tloušťka sekce

• Tenkostěnné oblasti se rychleji ochlazují a stahují se rovnoměrněji.
• Silné části mohou vykazovat smrštění středové linie, horká místa, nebo zkroucení, pokud není správně vykynuté nebo chlazené.

Techniky pro vylepšenou kontrolu rozměrů

Pro zvýšení přesnosti odlévání a snížení požadavků na následné obrábění, moderní slévárny používají několik strategií:

• Použití systémů pevných forem: Chemicky pojené pískové formy vykazují lepší rozměrovou stabilitu než tradiční zelený písek.
• Předehřívání formy: Zahřívání forem před litím snižuje teplotní rozdíly a deformace.
• Klidné umístění: Strategicky umístěné kovové chladiče urychlují chlazení v horkých místech, aby se snížilo nerovnoměrné stahování.
• Simulační software: Modelování tuhnutí a teplotní simulace pomáhají předvídat a kompenzovat smršťování a deformace v návrhu.

Očekávání povrchové úpravy

Drsnost povrchu uhlíkové oceli lité do písku se obecně měří v Ra (mikronů):

Proces formování	Typická drsnost povrchu (Ra)
Zelený písek	12 - 25 µm
Bez-pečení písek	6 - 12 µm
Shell formování	3 - 6 µm

7. Zajištění kvality & Testování

Mechanické testování

Slévárny ověřují mechanickou výkonnost za:

• ASTM E8: Pevnost v tahu a tažnost.
• ASTM E23: Rázová houževnatost Charpy V-vrub.
• Rockwellova tvrdost (HRC 20–30): Měří tvrdost povrchu.

Nedestruktivní hodnocení

Používáme:

• Radiografie: Detekuje vnitřní pórovitost ≥ 2 mm.
• Ultrazvukové testování: Vyhledá volumetrické vady ≥ 1 mm.
• Inspekce magnetická částice: Odhaluje povrchové trhliny ≥ 0.5 mm.

Statistická kontrola procesů

Sledováním Cp a CPK, slévárny zajišťují Cpk ≥ 1.33 pro kritické rozměry.

První inspekce článku (Fai) potvrzuje, že počáteční odlitky splňují požadavky DCTG před úplnými výrobními cykly.

8. Ošetření po odcizení

Zatímco počáteční proces odlévání definuje tvar a obecné vlastnosti součástí z uhlíkové oceli,

Úpravy po odlévání hrají zásadní roli při zlepšování mechanického výkonu, rozměrová přesnost, Kvalita povrchu, a dlouhodobou trvanlivost.

Tyto sekundární operace nejsou pouhými zušlechťováními – jsou to základní kroky, které přeměňují surové odlitky na vysoce výkonné průmyslové komponenty schopné odolat drsným provozním podmínkám..

Tepelné ošetření

Odlitky z uhlíkové oceli často procházejí řadou tepelné úpravy přizpůsobit jejich mikrostrukturu a zlepšit mechanické vlastnosti.

Volba ošetření závisí na požadavcích aplikace, požadovaná tvrdost, tažnost, a vnitřní stresový stav.

Normalizace

• Proces: Zahřívání na ~870–950 °C, následuje chlazení vzduchu.
• Účel: Rafinuje strukturu zrn, uvolňuje vnitřní napětí, a zlepšuje obrobitelnost.
• Účinek: Podporuje jednotnou feritovo-perlitovou matrici se zlepšenou pevností a houževnatostí.

Zhášení a temperování

• Proces: Rychlé chlazení (obvykle v oleji nebo vodě) od austenitizační teploty (~840–900 °C), následuje opětovný ohřev na ~500–650 °C.
• Účel: Zvyšuje tvrdost a pevnost v tahu a zároveň kontroluje křehkost.
• Typická aplikace: Součásti odolné proti opotřebení a konstrukční díly vystavené nárazu.

Žíhání

• Proces: Pomalé chlazení od ~800–850 °C.
• Účel: Změkčuje materiál pro snadnější obrábění a zlepšuje rozměrovou stabilitu.
• Účinek: Vytváří hrubou feritickou strukturu se sníženou tvrdostí a pevností.

Ulehčení stresu

• Teplotní rozsah: 540–650 ° C..
• Účel: Snižuje zbytková napětí z nerovnoměrného tuhnutí nebo obrábění, aniž by výrazně změnila mikrostrukturu.

Datový bod: ASTM A216 WCB odlitky, běžná třída nízkouhlíkové oceli, typicky dosahují pevnosti v tahu 485–655 MPa po normalizaci a popouštění.

Metody vylepšení povrchu

Kvalita povrchu je rozhodující v prostředích vystavených opotřebení, koroze, nebo tření. Povrchové úpravy po lití nejen zlepšují estetiku, ale také výrazně prodlužují životnost součástí.

Tryskání a brokování

• Účel: Odstraňuje zbytky písku, měřítko, a oxidy; zlepšuje únavovou životnost vyvoláním tlakového povrchového napětí.
• Drsnost povrchu: Sníženo na 6–12 µm Ra, v závislosti na médiu a intenzitě.

Nátěry a Posunutí

• Zinkový povlak (Galvanizující): Zvyšuje odolnost proti korozi, zejména pro venkovní nebo námořní použití.
• Fosfátové a černé oxidové povlaky: Zajistěte mazání a minimální ochranu proti korozi.
• Chromování nebo niklování: Používá se ve specializovaných aplikacích pro zvýšenou tvrdost povrchu nebo chemickou odolnost.

Malování a Práškový povlak

• Společné pro nekritické povrchy, poskytuje jak odolnost proti korozi, tak vizuální přitažlivost.
• Obvykle se používá po obrábění pro zachování rozměrových tolerancí.

CNC obrábění lité uhlíkové oceli

Kvůli odlévací kůži, mikrostrukturní heterogenita, a potenciální zbytková napětí, litá uhlíková ocel vyžaduje pečlivý výběr CNC obrábění strategie k udržení tolerance a zamezení opotřebení nástroje.

Úvahy o obrábění:

• Nástroje: Použití tvrdokovových nebo povlakovaných nástrojů pro lepší odolnost proti opotřebení.
• Posuvy a rychlosti: Nižší řezné rychlosti (60–120 m/I) a mírné posuvy pro snížení chvění a tvorby tepla.
• Použití chladicí kapaliny: Emulgované řezné kapaliny se doporučují pro tepelnou kontrolu a odvod třísek.
• Příspěvek: Pro dokončovací obrábění na litých površích obvykle zůstává 1–3 mm obráběného materiálu.

9. Klíčové průmyslové aplikace

Olej & Plynárenský průmysl

• Tělesa ventilů
• Pouzdra čerpadel
• Příruby a armatury

Výroba těžkých zařízení

• Pouzdra převodovky
• Track Links and Idlers
• Protizávaží

Rozvoj infrastruktury

• Poklopy a rámy šachet
• Železniční komponenty
• Součásti vodovodního a kanalizačního systému

Automobilový průmysl a přeprava

• Součásti motoru
• Části podvozku a odpružení
• Díly nákladních vozidel a návěsů

Výroba energie

• Turbínové skříně
• Tlakové nádoby
• Komponenty výměníku tepla

Marine a stavba lodí

• Vrtulové hřídele a ložiska
• Komponenty palubních strojů
• Kování trupu

Obnovitelná energie

• Náboje a rámy větrných turbín
• Součásti hydroelektrických turbín
• Solární montážní konstrukce

10. Běžné třídy odlévání uhlíkové oceli (Globální přehled)

11. TENTOSchopnosti lití do písku

Jako důvěryhodné jméno v oblasti přesného lití kovů, Slévárna DEZE přináší desetiletí zkušeností a inovací do průmyslu pískového lití uhlíkové oceli.

Kombinace pokročilých zařízení, robustní inženýrské postupy, a přísné zajištění kvality,

TENTO se etablovala jako strategický partner pro náročné globální klienty napříč ropou & plyn, přeprava, energie, a odvětví těžké techniky.

Slévárenská infrastruktura & Technologie

TENTO provozuje plně integrované linky na lití do písku určené pro střední až velké odlitky od 2 kg až přes 5,000 kg. Naše zařízení funkce:

• Automatizované formovací linky pro vysokou opakovatelnost a konzistentní rozměrovou přesnost
• Flexibilní typy forem: Zelený písek, furan nepečený, a systémy pojené pryskyřicí
• 3D-tištěné vzory a CNC obráběné nástroje pro rychlé prototypování a složité geometrie
• Kapacita tavení na místě s elektrickými obloukovými a indukčními pecemi podporujícími uhlíkové i nízkolegované oceli

Nabízené třídy uhlíkové oceli

Vyrábíme širokou škálu jakostí uhlíkové oceli, přizpůsobené jak pro strukturální aplikace, tak pro aplikace kritické proti opotřebení, včetně:

• ASTM A216 WCB – Součásti udržující tlak, uhlíková ocel pro všeobecné použití
• Třída ASTM A27 60-30 / 70-36 – Všeobecné průmyslové použití, nízká až střední pevnost
• ASTM A148 105-85 – Vysoce pevný odlitek pro odolnost proti opotřebení a únavě
• Přizpůsobené stupně s legujícími prvky (Cr, Mo, Mn, V) splnit specifikace klienta

Všechna složení taveniny jsou ověřena pomocí spektrometrické analýzy a kontrolované v rámci těsných tolerancí pro konzistenci.

Rozměrová přesnost & Řízení procesů

TENTO odlévá do tolerančních stupňů mezi CT10 - CT13, s dosažitelnými povrchovými úpravami RA 6–12 µm, v závislosti na procesu formy a složitosti součásti.

Přesnost rozměrů je vylepšena:

• Řízené zhutňování formy a regulace vlhkosti
• Simulace procesů pomocí MAGMAsoft® a ProCAST pro vrátkování, Riser, a optimalizace tuhnutí
• Průběžné monitorování a Statistická kontrola procesů (Spc) aby se minimalizovaly odchylky odlévání

Pro kriticky důležité komponenty, CT skenování a Kontrola CMM ověřit geometrickou shodu a vnitřní integritu.

Post-castingové služby

K dodání komponentů připravených k montáži, TENTO nabízí komplexní sadu dokončovacích a post-processingových služeb:

• Tepelné zpracování vlastní: normalizace, žíhání, zhášení, a temperování
• Obrábění do úzkých tolerancí s CNC soustružením, frézování, a vrtání
• Povrchová ochrana: výstřel, malování, galvanizující, a zakázkové nátěry
• Nedestruktivní testování (Ndt): ultrazvukové, radiografický, a inspekce magnetických částic

12. Závěr

Odlévání do písku z uhlíkové oceli poskytuje bezkonkurenční hodnotu pro velká zatížení, velkoobjemové komponenty.

Integrací zdravých hutnických postupů, robustní řízení procesu, design-for-castability, a přísné QA, výrobci mohou vyrábět odolné díly, které splňují přísné funkční požadavky za konkurenceschopné ceny.

TENTO je perfektní volbou pro vaše výrobní potřeby, pokud potřebujete vysoce kvalitní služby odlévání do písku z uhlíkové oceli.

Kontaktujte nás ještě dnes!