Lití písku zůstává základním kamenem průmyslu tváření kovů, využití opakovaně použitelných nebo spotřebních forem naplněných pískem pro tvarování složitých geometrií.
Po nalití roztaveného kovu do těchto pískových dutin a ponechání ztuhnout, výrobci často používají cílené cykly tepelného zpracování.
Tyto tepelné procesy zjemňují tvrdost, mikrostruktura, a mechanický výkon splňující přísné specifikace zákazníka.
V tomto článku, prozkoumáme:
- Proč tepelně upravovat odlitky do písku?
- Tři základní fáze tepelného zpracování
- Běžné způsoby tepelného zpracování (žíhání, normalizace, Kalení, temperování)
- Vyčíslitelné výhody—s údaji — každého přístupu
1. Proč tepelně upravovat odlitky do písku?
Komponenty odlévané do písku – od vysoce výkonných bloků motorů (vážící až 200 kg) k přesným skříním převodovek – často vyžadují vylepšení pevnost v tahu, odolnost proti únavě, nebo Machinability.
Nekontrolované chlazení ve formě může vytvářet nerovnoměrné mikrostruktury, zanechávající vnitřní pnutí nebo hrubá zrnitost, která zhoršují výkon.
Integrací řízené cykly vytápění a chlazení, Foundries může:
- Upřesněte velikost zrna na <50 µm pro jednotné mechanické vlastnosti
- Ulevit až 80% zbytkových napětí z tuhnutí
- Tvrdost na míru od 150 HBW (žíhané) až do 600 HBW (ztvrdlý)
V důsledku toho, tepelné zpracování přemění odlévané díly na spolehlivé, vysoce výkonné komponenty vhodné pro automobilový průmysl, Aerospace, a průmyslové energetické systémy.
2. Tři základní stupně tepelného zpracování
Každý tepelným zpracováním následuje protokol pro odlévání do písku tři základní fáze.
I když teploty, držet časy, a chladicí média se liší podle slitiny a požadovaného výsledku, sekvence zůstává konzistentní:
| Fáze | Účel | Klíčové úvahy |
|---|---|---|
| 1. Topení | Uveďte celý odlitek na cílovou teplotu bez zkreslení | Rychlosti náběhu typicky 50–100 °C/hod; používejte rovnoměrnou atmosféru pece, aby se zabránilo oduhličení |
| 2. Namáčení | Udržujte teplotu dostatečně dlouho pro plnou mikrostrukturální transformaci | 1–4 hodiny v závislosti na tloušťce řezu; zajistit rovnoměrnou teplotu ±5 °C |
| 3. Chlazení | Dosáhněte požadované konečné struktury řízeným kalením nebo pomalým chlazením | Ochlaďte vzduchem, Olej/zhasit, nebo solná koupel; rychlost chlazení 1–50 °C/sec |
Selhání kontroly jakékoli fáze může způsobit praskliny, deformace, nebo nestejnorodé vlastnosti – narušující integritu odlitku.
3. Běžné metody tepelného zpracování lití do písku
Zatímco všechny metody sdílejí třístupňový rámec, rozdíly v rozmezí teplot, doby namáčení, a rychlosti chlazení poskytují zřetelné výsledky:
Žíhání
- Proces: Náběh na ~50 °C nad horní kritickou teplotu slitiny (NAPŘ., 900 °C pro nízkolegovanou ocel), vydržet 2–3 hodiny, poté pec ochladit na ≤20 °C/hod.
- Výsledek: Změkčuje materiál (až ~200 HBW), téměř uleví 90% zbytkového napětí, a produkuje plně sféroidizované mikrostruktura.
- Případy použití: Zlepšuje Machinability pro složité CNC práce; ideální, když následné tváření nebo obrábění vyžaduje tvárnost, kov bez pnutí.
Normalizace
- Proces: Zahřejte na 30–50 °C nad rozsah žíhání (NAPŘ., 950 °C pro uhlíkové oceli), vydržet 1–2 hodiny, pak chlazení vzduchem (≈25 °C/min).
- Výsledek: Zjemňuje zrna na 20–40 µm, zvyšuje tvrdost o ~20% (NAPŘ., z 200 HBW do 250 HBW), a dává a jednotnější feritovo-perlitová struktura.
- Případy použití: Vylepšuje houževnatost a Machinability v částech vystavených mírnému zatížení, jako jsou tělesa čerpadel a konstrukční držáky.
Kalení (Zhášení)
- Proces: Austenitizace při 800–900 °C (v závislosti na slitině), držet 30 minut za 25 mm tloušťka řezu, pak rychle uhasit ve vodě, solanka, nebo olej.
- Výsledek: Formuláře a Martensitic nebo bainitický struktura, která zvyšuje tvrdost na 450–600 HBW.
- Případy použití: Rozhodující pro součásti odolné proti opotřebení, jako jsou zuby ozubených kol, nůžky, a vysoce namáhané ojnice.
Datový bod: Správné kalení může zvýšit pevnost v tahu 350 MPA (as-cast) do konce 1,200 MPA.
Temperování
- Proces: Vytvrzené odlitky zahřejte na 150–650 °C (pod spodním kritickým bodem), namočit 1–2 hodiny, pak chlazení vzduchem.
- Výsledek: Zmírňuje křehkost, vyrovnávací tvrdost (až na 350–500 HBW) s vylepšeným ovlivnit houževnatost (až do 40 J v Charpyho testech).
- Případy použití: Poslední krok po kalení pro díly jako klikové hřídele, kde kompromis mezi pevností a houževnatostí zajišťuje odolnost.
4. Výhody tepelného zpracování lití do písku
Použití řízených cyklů tepelného zpracování na pískové odlitky odemyká řadu výkonnostních a výrobních výhod.
Níže jsou uvedeny klíčové výhody – každá podpořená kvantitativními údaji, pokud jsou k dispozici –, které zajišťují kvalitu pohonu, konzistence, a nákladovou efektivitu:
Optimalizovaná tvrdost a pevnost
- Kvantifikovatelný zisk: Tvrdost stoupá od ~200 HBW (as-cast) do konce 500 HBW po kalení a temperování, A >150 % zvýšení.
- Dopad: Vylepšená odolnost proti opotřebení prodlužuje životnost nástroje a minimalizuje prostoje při údržbě v abrazivních provozních prostředích.
Úleva od napětí a rozměrová stabilita
- Snížení stresu: Žíháním lze zmírnit až 90 % zbytkových napětí nahromaděných během tuhnutí.
- Prospěch: Snížená deformace a praskání při následném obrábění, svařování, nebo provozní zatížení – což má za následek užší tolerance (±0,1 mm vs. ±0,5 mm v litém stavu).
Rafinovaná mikrostruktura a houževnatost
- Kontrola velikosti zrna: Normalizace zjemňuje průměr zrna od 60 µm dolů 30 µm, zvýšení rázové houževnatosti až o 25 %.
- Výsledek: Zvýšená odolnost proti nárazům a cyklickému zatížení, kritické pro skříně převodovek a součásti motoru s vysokým výkonem.
Vylepšená obrobitelnost
- Nastavení tvrdosti povrchu: Žíhané odlitky (180-220 HBW) stroj 20–30 % rychlejší než odlitky.
- Výsledek: Nižší opotřebení nástrojů a kratší doby cyklů při CNC frézování a soustružení – až o snížení nákladů na obrábění jednotlivých součástí 15 %.
Mechanické vlastnosti přizpůsobené
- Všestrannost: Změnou doby namáčení a zhášení média, slévárny mohou zvolit pevnost v tahu z 350 MPa až přes 1,200 MPA.
- Výhoda: Umožňuje jedné slitině sloužit více rolím – od tvárných skříní čerpadel až po vysoce pevné hnací hřídele – bez výměny suroviny.
Vylepšený únavový život
- Datový bod: Komponenty, které procházejí uvolněním pnutí a temperováním, vykazují 30–50 % zvýšení únavové životnosti při zrychleném testování.
- Aplikace: Prodlužuje servisní intervaly pro díly v opakovaných scénářích zatížení, jako jsou zemědělské stroje a stavební stroje.
Řízené magnetické a elektrické vlastnosti
- Přizpůsobitelnost: Tepelné zpracování může upravit elektrickou vodivost o ±10 % a magnetická permeabilita v ocelových odlitcích pro specializované elektromagnetické aplikace.
- Relevance: Ideální pro skříně motorů, Housečky senzorů, a kryty citlivé na EMI.
| Prospěch | Žíhání | Normalizace | Kalení + Temperování |
|---|---|---|---|
| Tvrdost (HBW) | 180–220 | 230–270 | 350–600 |
| Velikost zrna (µm) | 40–60 | 20–40 | 10–20 |
| Úleva zbytkového stresu (%) | 90–95 | 70–80 | 50–60 |
| Zvýšení pevnosti v tahu (%) | - | +20 | +250 |
| Tvrdost Charpy (J) | 80–100 | 60–80 | 20–40 |
5. Závěr
Výběr vhodné cesty tepelného zpracování litím do písku závisí na Chemie slitin, geometrie odlévání, a zamýšlené servisní podmínky.
Řízením rychlostí ohřevu, namáčet časy, a chladicí profily, výrobci přeměňují surové pískové díly na komponenty
s předvídatelným, vysoce výkonné vlastnosti – připraveno pro CNC obrábění, kování, nebo přímou instalaci do kritických sestav.
Chcete-li se dozvědět více o optimalizaci tepelného zpracování vašich pískových odlitků, kontaktujte náš tým metalurgických odborníků.
Využití řízení procesů založených na datech, zajišťujeme, že každý odlitek dosáhne svého plného potenciálu v pevnosti, trvanlivost, a spolehlivost.
