砂型鋳造 金属製の産業の礎石のままです, 複雑な幾何学を形作るために砂が詰め込まれた再利用可能または消耗品の金型を活用する.
溶融金属をこれらの砂の空洞に注ぎ、それを固めることを可能にした後, 製造業者は、ターゲットを絞った熱治療サイクルを多くの場合適用します.
これらの熱プロセスは硬度を改善します, 微細構造, 厳密な顧客仕様を満たすための機械的パフォーマンス.
この記事では, 探索します:
- なぜ砂の鋳物を加熱するのか?
- 熱処理の3つの基本段階
- 一般的な熱処理方法 (アニーリング, 正規化, 硬化, 焼き戻し)
- 定量化可能な利点 - データ付き - 各アプローチ
1. なぜ砂の鋳物を加熱するのか?
サンドキャストコンポーネント - ヘビーデューティエンジンブロックから存在します (体重を計ります 200 kg) Gearbox Housingsを精密にするために、多くの場合、強化されます 抗張力, 疲労耐性, または 被削性.
金型の制御されていない冷却は、不均一な微細構造を作成する可能性があります, パフォーマンスを低下させる内部応力または粗い穀物サイズを残す.
統合して 制御された加熱と冷却サイクル, Foundries Can:
- 穀物のサイズを洗練します <50 均一な機械的特性のµm
- に和らげます 80% 凝固からの残留応力の
- から硬度を調整します 150 HBW (焼きなましされた) まで 600 HBW (硬化)
その結果, 熱処理は、キャスト部品を信頼できるように変換します, 自動車に適した高性能コンポーネント, 航空宇宙, および産業電力システム.
2. 熱処理の3つの基本段階
毎 熱処理 砂の鋳物のプロトコルが続きます 3つのコアステージ.
気温, 時間を保持します, そして、冷却媒体は合金と望ましい結果によって異なります, シーケンスは一貫したままです:
| ステージ | 目的 | 主な考慮事項 |
|---|---|---|
| 1. 加熱 | キャスティング全体を歪みなくターゲット温度に持ち込みます | 通常、ランプ率は50〜100°C/時です; 均一な炉の雰囲気を使用して、脱炭を防ぎます |
| 2. 浸漬 | 完全な微細構造変換には、温度を十分に維持します | 1–4時間セクションの厚さに応じて; 均一な温度±5°Cを確保します |
| 3. 冷却 | 制御されたクエンチまたはゆっくりした冷却により、希望の最終構造を実現します | エアクール, オイル/クエンチ, またはソルトバス; 冷却速度1〜50°C/秒 |
ステージを制御できないと、亀裂が導入される可能性があります, 反る, または不均一な特性 - キャスティングの完全性を埋める.
3. 一般的な砂鋳造熱処理方法
一方、すべての方法は3段階のフレームワークを共有しています, 温度範囲の違い, 期間を浸します, 冷却速度は明確な結果をもたらします:
アニーリング
- プロセス: 合金の上部臨界温度より〜50°Cに上昇する (例えば, 900 低合金鋼用°C), 2〜3時間保持します, 次に、炉式燃料/時間以下の炉です.
- 結果: 素材を柔らかくします (〜200 HBWまで), ほぼ安心します 90% 残留応力の, 完全に生成します スフェロイド化 微細構造.
- ユースケース: 改善します 被削性 複雑なCNC作業用; その後の形成または加工が延性を要求するときに理想的です, ストレスのない金属.
正規化
- プロセス: アニーリング範囲から30〜50°Cに加熱します (例えば, 950 炭素鋼用°C), 1〜2時間保持します, それから エアクール (≈25°C/min).
- 結果: 穀物を20〜40 µmに洗練します, 硬度を〜20％上げます (例えば, から 200 hbw to 250 HBW), そして、aを生み出します もっと均一 フェライトピアライト構造.
- ユースケース: 強化 靭性 そして 被削性 中程度の負荷の対象となる部分で, ポンプハウジングや構造括弧など.
硬化 (焼入れ)
- プロセス: 800〜900°Cでオーステナイト化します (合金に応じて), 所有 30 あたりの分 25 mmセクションの厚さ, それから 急速に消す 水中, 塩水, またはオイル.
- 結果: フォームa マルテンサイト系 または ベイニティック 硬度を450〜600 HBWに上昇させる構造.
- ユースケース: 耐摩耗性のコンポーネントにとって重要です, ギア歯など, せん断刃, および高ストレスコネクティングロッド.
データポイント: 適切な消光は、引張強度を高める可能性があります 350 MPa (as-cast) オーバー 1,200 MPa.
テンパリング
- プロセス: 硬化した鋳物を150〜650°Cに再加熱します (より低い臨界点の下), 1〜2時間浸します, それから エアクール.
- 結果: 脆さを和らげます, 硬度のバランス (350〜500 HBWまで) 改善されています 衝撃靱性 (まで 40 jシャルピーテスト).
- ユースケース: クランクシャフトのような部品の硬化後の最終ステップ, 強度とタフネスの間の妥協が耐久性を保証する場合.
4. 砂鋳造熱処理の利点
制御された熱処理サイクルをサンドキャストコンポーネントに適用すると、さまざまなパフォーマンスと製造の利点のロックが解除されます.
以下は主な利点です。, 一貫性, および費用対効果:
最適化された硬度と強さ
- 定量化可能なゲイン: 硬度は約200 HBWから上昇します (as-cast) オーバー 500 クエンチとテンパーの後のHBW, ある >150 % 増加.
- インパクト: 耐摩耗性の改善はツールの寿命を延ばし、研磨サービス環境でのメンテナンスのダウンタイムを最小限に抑える.
ストレス緩和と寸法の安定性
- ストレス軽減: アニーリングは緩和できます 90 % 固化中に蓄積された残留応力の.
- 利点: その後の機械加工中の歪みと亀裂の減少, 溶接, またはサービスの読み込み - より厳しい許容範囲での結果 (±0.1 mm対. ±0.5 mm As-Cast).
洗練された微細構造と靭性
- 穀物サイズ制御: 正規化は、穀物の直径を洗練します 60 µmまで 30 μm, 衝撃の靭性を高めます 25 %.
- 結果: ショックと周期的な負荷に対する耐性の強化, ギアボックスハウジングと高稼ぎエンジンコンポーネントにとって重要です.
改善された機械性
- 表面硬度調整: アニールされた鋳物 (180–220 HBW) マシン20–30 % As-Cast部品よりも速い.
- 結果: CNCフライスとターニングでのツールの摩耗とより短いサイクル時間の短縮 - 営利の加工コストを削減します 15 %.
カスタマイズされた機械的特性
- 多用途性: 浸る時間とクエンチメディアを変化させることにより, Foundriesは引張強度をダイヤルすることができます 350 MPAからオーバー 1,200 MPa.
- アドバンテージ: 1つの合金が、延性ポンプハウジングから高強度の駆動シャフトまでの複数の役割を提供することを可能にします。.
疲労寿命の強化
- データポイント: ストレス抵抗と焼き戻しを受けるコンポーネントは、30〜50を示しています % 加速テスト中の疲労寿命の増加.
- 応用: 農業機器や建設機械などの反復負荷シナリオの部品のサービス間隔を拡張する.
制御された磁気および電気特性
- カスタマイズ可能性: 熱処理は、電気伝導率を±10の調整できます % 特殊な電磁アプリケーションのための鋼鋳物の磁気透過性.
- 関連性: モーターハウジングに最適です, センサーマウント, およびEMIに敏感なエンクロージャー.
| 利点 | アニーリング | 正規化 | 硬化 + テンパリング |
|---|---|---|---|
| 硬度 (HBW) | 180–220 | 230–270 | 350–600 |
| 粒度 (μm) | 40–60 | 20–40 | 10–20 |
| 残留応力の軽減 (%) | 90–95 | 70–80 | 50–60 |
| 引張強度の増加 (%) | - | +20 | +250 |
| シャルピータフネス (J) | 80–100 | 60–80 | 20–40 |
5. 結論
適切な砂鋳造熱処理パスを選択することは、 合金化学, 鋳造ジオメトリ, そして 意図されたサービス条件.
加熱速度を制御することにより, 時間を浸します, および冷却プロファイル, 製造業者は、生の砂岩部品をコンポーネントに変換します
予測可能で, 高性能特性 - CNC加工の準備, 鍛造, または重要なアセンブリに直接インストールします.
サンドキャストコンポーネントの熱処理の最適化の詳細については, 冶金専門家のチームに連絡してください.
データ駆動型のプロセスコントロールを活用します, 私たちは、すべてのキャスティングがその強さを最大限に活用することを保証します, 耐久性, そして信頼性.
