Пісочний кастинг залишається наріжним каменем металообробної промисловості, використання багаторазових або одноразових форм, наповнених піском, для формування складних геометрій.
Після заливання розплавленого металу в ці піщані порожнини та дати йому застигнути, виробники часто застосовують цілеспрямовані цикли термічної обробки.
Ці термічні процеси покращують твердість, мікроструктура, і механічні характеристики, щоб відповідати суворим специфікаціям замовника.
У цій статті, ми дослідимо:
- Навіщо термічно обробляти виливки з піску?
- Три основних етапи термічної обробки
- Загальні методи термічної обробки (відпал, нормалізуючий, загартовування, загартовування)
- Переваги, що піддаються кількісному вимірюванню—з даними—кожного підходу
1. Навіщо термічно обробляти піщане лиття?
Компоненти, виготовлені з піщаного лиття, починаючи від потужних блоків двигунів (вагою до 200 кг) до корпусів прецизійних коробок передач — часто потребують вдосконалення Сила на розрив, втома, або обробка.
Неконтрольоване охолодження в прес-формі може створювати нерівні мікроструктури, залишаючи внутрішні напруги або грубі розміри зерен, які погіршують продуктивність.
Шляхом інтеграції контрольовані цикли нагріву та охолодження, ливарні можуть:
- Уточніть розмір зерна <50 мкм для однорідних механічних властивостей
- Полегшити до 80% залишкових напруг від затвердіння
- Кравецька твердість від 150 HBW (відпалений) до 600 HBW (загартований)
Отже, термічна обробка перетворює литі деталі на надійні, високопродуктивні компоненти, придатні для автомобільної промисловості, аерокосмічний, і промислові енергетичні системи.
2. Три фундаментальні стадії термічної обробки
кожен теплова обробка protocol for sand castings follows three core stages.
Although temperatures, hold times, and cooling media vary by alloy and desired outcome, the sequence remains consistent:
| етап | Мета | Ключові міркування |
|---|---|---|
| 1. Нагрівання | Bring the entire casting to target temperature without distortion | Ramp rates typically 50–100 °C/hour; use uniform furnace atmosphere to prevent decarburization |
| 2. Замочування | Maintain temperature long enough for full microstructural transformation | 1–4 hours depending on section thickness; ensure uniform temperature ±5 °C |
| 3. Охолодження | Achieve desired final structure by controlled quenching or slow cooling | Air cool, масло/гасити, or salt bath; cooling rate 1–50 °C/sec |
Failure to control any stage can introduce cracks, викривлення, or non-uniform properties—undermining the casting’s integrity.
3. Загальні методи термічної обробки лиття з піску
While all methods share the three‐stage framework, differences in temperature ranges, тривалість замочування, і швидкості охолодження дають різні результати:
Відпал
- Обробка: Збільшення до ~50 °C вище верхньої критичної температури сплаву (Напр., 900 °C для низьколегованої сталі), витримати 2-3 години, потім охолодіть піч при ≤20 °C/год.
- Результат: Пом'якшує матеріал (до ~200 HBW), майже полегшує 90% залишкової напруги, і виробляє повністю сфероїдований мікроструктура.
- Використання випадків: Покращується обробка для складних робіт з ЧПК; ідеально підходить, коли подальше формування або механічна обробка вимагає пластичності, безнапружений метал.
Нормалізація
- Обробка: Нагрійте до 30–50 °C вище діапазону відпалу (Напр., 950 °C для вуглецевих сталей), витримати 1-2 години, потім повітряно-охолоджений (≈25 °C/хв).
- Результат: Подрібнює зерна до 20–40 мкм, підвищує твердість на ~20% (Напр., з 200 HBW до 250 HBW), і дає a більш рівномірний ферито-перлітної структури.
- Використання випадків: Покращує міцність і обробка в деталях, що піддаються помірним навантаженням, таких як корпуси насосів і конструктивні кронштейни.
Загартовування (Гасіння)
- Обробка: Аустенітизують при 800–900 °C (залежно від сплаву), утримувати 30 хвилин за 25 товщина профілю мм, потім швидко гасити у воді, розсіл, або масло.
- Результат: Форми а мартенситний або бейнітний структура, що підвищує твердість до 450–600 HBW.
- Використання випадків: Критичний для зносостійких компонентів, наприклад, зубці шестерень, ножиці, і високонапружені шатуни.
Точка даних: Правильна загартування може збільшити міцність на розрив 350 MPA (як литий) до понад 1,200 MPA.
Загартовування
- Обробка: Загартовані відливки повторно нагрівають до 150–650 °C (нижче нижньої критичної точки), витримати 1-2 години, потім повітряно-охолоджений.
- Результат: Знімає ламкість, балансувальна твердість (до 350–500 HBW) з покращеним Вплив міцність (до 40 J в тестах Шарпі).
- Використання випадків: Останній етап після загартування для таких деталей, як колінчасті вали, де компроміс між міцністю та міцністю забезпечує довговічність.
4. Переваги термічної обробки піщаного лиття
Застосування контрольованих циклів термічної обробки компонентів, виготовлених з піщаного лиття, відкриває ряд переваг у продуктивності та виробництві.
Нижче наведено ключові переваги, кожну з яких підтверджено кількісними даними, якщо вони доступні, які забезпечують якість, консистенція, і економічна ефективність:
Оптимізована твердість і міцність
- Вимірний приріст: Hardness rises from ~200 HBW (як литий) до понад 500 HBW after quench-and-tempering, a >150 % increase.
- Вплив: Improved wear resistance extends tool life and minimizes maintenance downtime in abrasive service environments.
Зняття напруги та стабільність розмірів
- Зменшення стресу: Annealing can alleviate up to 90 % of residual stresses accumulated during solidification.
- Вигода: Reduced distortion and cracking during subsequent machining, зварювання, or service loading—resulting in tighter tolerances (±0.1 mm vs. ±0.5 mm as-cast).
Покращена мікроструктура та міцність
- Grain Size Control: Normalizing refines grain diameter from 60 µm down to 30 мкм, boosting impact toughness by up to 25 %.
- Результат: Enhanced resistance to shock and cyclic loading, critical for gearbox housings and high‐horsepower engine components.
Покращена оброблюваність
- Surface Hardness Adjustment: Annealed castings (180–220 HBW) machine 20–30 % faster than as-cast parts.
- Результат: Зменшення зносу інструменту та коротший час циклу фрезерування та токарної обробки з ЧПК — зниження витрат на обробку деталей до 15 %.
Спеціальні механічні властивості
- Універсальність: Змінюючи час замочування та гасіння середовища, ливарні заводи можуть набирати міцність на розрив 350 МПа до понад 1,200 MPA.
- Перевага: Дозволяє одному сплаву виконувати різні функції — від пластичного корпусу насоса до високоміцних приводних валів — без зміни сировини.
Збільшений термін служби втомленості
- Точка даних: Компоненти, які зазнають зняття напруги та загартування, мають показник 30–50 % збільшення втомної довговічності при прискорених випробуваннях.
- Застосування: Подовжує інтервали між обслуговуванням для деталей, що працюють у сценаріях повторюваного навантаження, наприклад для сільськогосподарського обладнання та будівельної техніки.
Контрольовані магнітні та електричні властивості
- Настроюваність: Термообробка може регулювати електропровідність на ±10 % і магнітна проникність у сталевих виливках для спеціальних електромагнітних застосувань.
- Актуальність: Ідеально підходить для корпусів двигунів, кріплення датчиків, та корпуси, чутливі до електромагнітних перешкод.
| Вигода | Відпал | Нормалізація | Загартовування + Загартовування |
|---|---|---|---|
| Твердість (HBW) | 180–220 | 230–270 | 350–600 |
| Розмір зерна (мкм) | 40–60 | 20–40 | 10–20 |
| Зняття залишкового стресу (%) | 90–95 | 70–80 | 50–60 |
| Збільшення міцності на розрив (%) | - | +20 | +250 |
| Жорсткість по Шарпі (J) | 80–100 | 60–80 | 20–40 |
5. Висновок
Вибір відповідного шляху термічної обробки піщаного лиття залежить від Хімія сплаву, геометрія лиття, і передбачені умови експлуатації.
Контролюючи швидкість нагріву, рази замочування, і профілі охолодження, виробники перетворюють необроблені піщанолиті деталі на компоненти
з передбачуваним, високопродуктивні характеристики — готові до обробки з ЧПУ, кування, або пряма установка в критичні збірки.
Щоб дізнатися більше про оптимізацію термічної обробки компонентів, вилитих з піску, зв'яжіться з нашою командою металургійних експертів.
Використання засобів керування процесом, що керуються даними, ми гарантуємо, що кожне лиття досягає свого повного потенціалу міцності, міцність, та надійність.
