Что такое стальные отливки? Производство и применение

Сталь является незаменимым базовым материалом в современном промышленном производстве. При производстве стальных отливок в качестве основного сырья используется расплавленная сталь, а с помощью процессов плавки и литья изготавливаются детали сложной конструкции и высокой прочности. Будь то машиностроение, энергетическое оборудование или транспортный сектор, стальные отливки выполняют важные несущие и опорные функции в критически важных компонентах.

1.Что такое литая сталь?

Литая сталь — это процесс заливки расплавленной стали в форму, где она охлаждается и затвердевает, принимая желаемую форму детали. В отличие от ковки или механической обработки, это процесс «жидкого формования», что делает его подходящим для производства деталей со сложной геометрией и значительными изменениями толщины стенок.

По сравнению с железом сталь имеет более высокую температуру плавления и худшую текучесть, что требует более строгих требований к процессу литья. Точный контроль химического состава и температуры во время плавления необходим для предотвращения дефектов, таких как пористость, трещины или неоднородность микроструктуры.

Типичный процесс литья стали включает в себя: подготовку формы → плавку стали → заливку → охлаждение и затвердевание → снятие формы → последующую обработку (например, термообработку, механическую обработку, полировку).

В настоящее время литые стальные компоненты широко используются в различных отраслях промышленности, включая машиностроение, горнодобывающую промышленность, энергетику и химическую промышленность, автомобилестроение, судостроение, авиакосмическую промышленность и строительство. Они служат для изготовления таких важных деталей, как корпуса насосов, корпуса клапанов, шестерни, кронштейны, шатуны, турбины и оси.

2.Почему для литья выбирают сталь?

Основная причина выбора стали для литья заключается в ее сбалансированном сочетании прочности, вязкости и обрабатываемости, что позволяет ей удовлетворять инженерные требования, когда сосуществуют сложные геометрические формы и высокие эксплуатационные характеристики.

Ключевые характеристики стальных отливок включают:

• Высокая прочность: стальные отливки могут выдерживать значительные механические нагрузки, что делает их идеальными для конструкционных и несущих давление компонентов.
• Хорошая твердость: После термообработки твердость стальных отливок может быть значительно повышена, что обеспечивает их ударопрочность и износостойкость.
• Высокая пластичность: обладает хорошей пластичностью и деформируемостью, что делает ее менее подверженной хрупкому разрушению.
• Отличная износостойкость: подходит для механических компонентов, подверженных трению и износу, таких как шестерни и вкладыши.
• Коррозионная стойкость: отливки из нержавеющей стали демонстрируют исключительную стойкость к коррозии во влажной или химической среде.
• Хорошая обрабатываемость: несмотря на высокую твердость, некоторые виды стали остаются обрабатываемыми, что позволяет производить детали с жесткими требованиями к точности размеров.

3.Почему используются стальные отливки?

Стальные отливки выбираются за их сочетание высокой прочности, вязкости и гибкости конструкции. Регулируя химический состав стали, можно добиться различных свойств, а процесс литья позволяет производить крупногабаритные детали сложной конструкции с высокой целостностью.

Такие отливки выдерживают большие нагрузки и удары, обеспечивая при этом надежность конструкции, что делает их идеальными для крупномасштабных проектов.

4.Каковы четыре основных типа стали?

Классификация стали варьируется, но по общепринятой классификации она делится на четыре основных типа: углеродистая сталь, легированная сталь, нержавеющая сталь и инструментальная сталь.

Углеродистая сталь

Углеродистая сталь, в основном состоящая из железа и углерода, обычно содержит менее 2% углерода. В зависимости от содержания углерода она подразделяется на низкоуглеродистую, среднеуглеродистую и высокоуглеродистую сталь. Углеродистая сталь обладает отличной обрабатываемостью и экономичностью, что делает ее подходящей для строительных конструкций, трубопроводных систем и общих механических компонентов.

Легированная сталь

Легированная сталь производится путем добавления таких элементов, как никель, хром, молибден или ванадий, к железо-углеродной основе для повышения прочности, износостойкости, вязкости или коррозионной стойкости. Литой легированный сталь обычно используется в автомобильных компонентах, валах, шестернях и различных конструкционных деталях, поскольку хорошо подходит для применения в условиях высоких нагрузок или специальных условий эксплуатации.

Нержавеющая сталь

Нержавеющая сталь содержит высокую долю хрома (обычно ≥10,5%), что позволяет ей сохранять отличную коррозионную стойкость во влажных или агрессивных средах. Она широко используется в кухонной посуде, оборудовании для химической обработки, архитектурной облицовке и медицинских устройствах, где коррозионная стойкость имеет важное значение.

Инструментальная сталь

Инструментальная сталь содержит высокую долю легирующих элементов, таких как вольфрам, молибден, ванадий и хром, что обеспечивает ей отличную термостойкость, износостойкость и высокую твердость. Она подходит для изготовления режущих инструментов, форм, штамповочных инструментов и режущих приспособлений, демонстрируя исключительно хорошие характеристики при прецизионной обработке и в условиях высоких нагрузок.

5.Марки стальных отливок

Различные марки стали используются для разных целей. Требования к отливкам определяют подходящую марку стали. К распространенным маркам стали относятся:

ASTM A27

Эта спецификация регулирует отливки из углеродистой стали. Марки ASTM A27 в основном предназначены для общего применения.

ASTM A216

ASTM A216 обозначает чугунный сплав, состоящий из железа и углерода. Ее свойства включают коррозионную стойкость, термостойкость и износостойкость. Обычно она используется в областях, требующих высокой прочности. Этот сорт также подходит для применения в сварке.

ASTM A352

Стальные отливки сорта ASTM A352 обычно используются для изготовления деталей, работающих под давлением, таких как клапаны, фланцы и фитинги. Отливки этого сорта требуют термообработки.

ASTM A487

Компоненты из литой стали этого сорта подходят для химической и нефтехимической промышленности. Они обладают высокой прочностью и коррозионной стойкостью.

ASTM A148

Это высокопрочная сталь, в основном используемая для строительных целей, подходящая для строительства и промышленного оборудования.

Другие типы сортов литой стали включают:

• ASTM A732
• ASTM A743
• ASTM A744
• ASTM A890

6.Четыре процесса литья стальных отливок

(1) Литье в песчаные формы

Литье в песчаные формы — наиболее широко используемый метод литья стали, при котором песок используется для формирования форм, в которые заливается расплавленная сталь и затвердевает при высоких температурах. Гибкость в дизайне форм в сочетании с их способностью выдерживать высокую температуру плавления стали и медленную скорость охлаждения делает этот метод особенно подходящим для производства средних и крупных сложных конструкционных компонентов, таких как станины станков, корпуса насосов и коробки передач.

Преимущества песчаного литья заключаются в низких затратах на изготовление форм и адаптируемости, что делает его особенно подходящим для мелко- и среднесерийного производства. Кроме того, дефекты литья можно эффективно минимизировать с помощью хорошо спроектированных систем заливки и систем вентиляции.

(2) Литье по выплавляемым моделям

Литье по выплавляемым моделям (также известное как литье по выплавляемым моделям) использует восковые модели для создания полостей в формах, в которые заливается расплавленная сталь, заменяющая воск и затвердевающая. Этот процесс обеспечивает исключительную точность размеров и качество поверхности. Этот метод особенно подходит для сложных геометрических форм и тонкостенных компонентов, отвечая строгим требованиям к плотности и механическим свойствам высокопроизводительных стальных отливок.

Типичные области применения включают небольшие прецизионные компоненты трансмиссии, шестерни, колеса насосов и корпуса клапанов для автомобильной и аэрокосмической отраслей. Литье по выплавляемым моделям позволяет изготавливать сложные формы с минимальной вторичной обработкой за счет точного контроля формы, что повышает эффективность производства.

(3) Литье под давлением

Хотя высокая температура плавления стали ограничивает широкое применение традиционного литья под давлением, стальные отливки, изготовленные методом литья под высоким давлением, сохраняют преимущества при производстве небольших высокоточных деталей. При литье под давлением расплавленная сталь быстро впрыскивается в полости металлической формы под высоким давлением, что обеспечивает быстрое затвердевание. Это позволяет получить отливки с отличной плотностью и качеством поверхности, что делает их очень подходящими для массового производства деталей, таких как небольшие компоненты трансмиссии, корпуса клапанов и корпуса насосов.

Стальные отливки, изготовленные методом литья под давлением, не только снижают требования к механической обработке, но и гарантируют точность размеров и плотность внутренней микроструктуры.

(4) Центробежное литье

Центробежное литье использует вращающийся сердечник для равномерного распределения расплавленной стали в полости формы. Центробежная сила заставляет расплавленную сталь плотно прилегать к стенкам формы во время затвердевания, что значительно снижает пористость и количество включений, обеспечивая при этом внутреннюю плотность.

Этот метод особенно подходит для кольцеобразных или валовых компонентов, таких как втулки, ролики и детали колес, особенно толстостенных или высоконагруженных кольцевых конструкций. Центробежное литье не только улучшает механические свойства отливок, но и экономит материал и улучшает общее качество литья.

7.Процесс производства стальных отливок

Процесс производства стальных отливок в основном состоит из следующих этапов:

(1) Подготовка сырья

Стальной лом, легирующие элементы и внутренний лом сортируются, классифицируются и дозируются в соответствии с техническими требованиями. В процессе дозирования строго контролируется состав, чтобы обеспечить соответствие расплавленной стали проектным требованиям при плавке.

(2) Плавка

• Плавка в электродуговой печи: графитовые электроды генерируют высокие температуры для плавки стального лома и сплавов, а кислородная очистка удаляет примеси и растворенные газы. Электродуговые печи позволяют точно контролировать температуру и химический состав, служа основным оборудованием для массового производства стальных отливок.
• Плавка в индукционной печи: электромагнитная индукция эффективно нагревает стальную шихту с минимальными потерями материала, что делает ее подходящей для производства чистой стали или высоколегированных сталей. Однако ее очищающая способность немного уступает способностям электродуговых печей.

(3) Очистка и корректировка состава

Во время плавки используется вдувание кислорода или химические добавки для удаления шлака и контроля содержания газа. Состав сплава корректируется на основе результатов анализа шихты, чтобы обеспечить соответствие расплавленной стали проектным спецификациям.

(4) Литье и формовка

Расплавленная сталь переносится с помощью ковшей в формы, где она затвердевает с помощью таких методов, как литье в песчаные формы, литье по выплавляемым моделям, литье под давлением или центробежное литье, для формирования необходимых компонентов. Предварительные процессы литья, такие как удаление шлака и раскисление, еще больше улучшают качество стали.

(5) Термообработка

После затвердевания отливки подвергаются термообработке для улучшения механических свойств и внутренней микроструктуры. Обычные методы включают:

• Отжиг: медленное охлаждение после нагрева для повышения пластичности и устранения внутренних напряжений.
• Нормализация: охлаждение на воздухе для повышения прочности и вязкости.
• Закалка и отпуск: быстрое охлаждение с последующим отпуском для достижения баланса между твердостью и вязкостью.

8.Комплексные методы контроля стальных отливок

Для обеспечения качества и надежности стальных отливок необходимо проводить комплексный контроль размеров, состояния поверхности, внутренней целостности, химического состава и механических свойств. Основные методы включают следующие аспекты:

(1) Контроль точности размеров

Проверка соответствия размеров отливки допускам по конструкции, включая припуски на механическую обработку. Для отливок со сложной внутренней геометрией разрушающие испытания могут включать разрезание образцов для измерения внутренних характеристик, чтобы убедиться, что компоненты соответствуют проектным спецификациям.

(2) Проверка качества поверхности

Исследование поверхности позволяет выявить дефекты, невидимые невооруженным глазом, такие как мелкие трещины, газовые поры или включения песка. На качество поверхности влияют тип формы, формовочный песок, покрытия формы, вес отливки и методы очистки. Следовательно, оценка качества поверхности имеет решающее значение для оценки эстетического вида и предварительного качества.

(3) Испытание внутренней целостности

Во время затвердевания могут возникать такие дефекты, как пористость, включения и усадочные полости:

• Пористость: гладкие внутренние пузырьки, обычно вызванные неполным выходом газа.
• Включения: неметаллические или металлические примеси, увлеченные в расплавленный металл, происходящие из формовочного песка, стержней или самого расплавленного стали.
• Усадочные полости: области низкой плотности, образованные в результате недостаточного пополнения материала во время затвердевания, с шероховатой кристаллической поверхностью.

(4) Испытание химического состава

• Анализ в печи и горячий анализ: отбор проб и анализ химического состава расплавленного металла перед плавкой или разливкой. Любые недостатки или отклонения в легирующих элементах могут быть оперативно скорректированы в печи или ковше.
• Анализ продукции: отдельные отливки анализируются после разливки для проверки соответствия химического состава спецификациям. Поскольку во время разливки может произойти окисление или сегрегация элементов, анализ продукции дополняет результаты анализа партии в печи, чтобы гарантировать соответствие каждой отливки требованиям качества.

(5) Испытание механических свойств

• Разрушающие испытания: образцы отливок подвергаются испытаниям на растяжение, изгиб или удар. Качество материала оценивается путем наблюдения за внутренней структурой и изменениями характеристик. Хотя этот метод непосредственно показывает состояние образца, он не может представлять все отливки.
• Неразрушающие испытания: с помощью ультразвуковых, радиографических, магнитопорошковых или капиллярных методов обнаруживаются внутренние и поверхностные дефекты без повреждения отливки. Испытанные отливки могут быть непосредственно введены в эксплуатацию.

9.Области применения стальных отливок

(1) Транспорт / Автомобилестроение / Железные дороги / Тяжелые транспортные средства

Стальные отливки используются в блоках цилиндров двигателей, корпусах трансмиссий, дифференциалах, осях, колесах и соединителях шасси. Их высокая несущая способность, износостойкость и отличная формуемость делают их пригодными для сложных конструкционных элементов.

(2) Строительная техника / Строительное оборудование / Горное оборудование

В экскаваторах, бульдозерах, кранах, вагонетках, дробилках и транспортировочном оборудовании стальные отливки образуют рамы, корпуса, соединительные стержни и монтажные кронштейны, обеспечивая высокую прочность, ударопрочность и износостойкость.

(3) Насосы, клапаны и оборудование для перекачки жидкостей

В химической, нефтехимической, металлургической, водоочистной и энергетической промышленности стальные отливки используются для изготовления корпусов насосов, корпусов клапанов, фланцев, корпусов насосов и регуляторов. Они выдерживают высокое давление, повышенные температуры и коррозионные среды, при этом обеспечивая большую экономическую эффективность по сравнению с механической обработкой сложных внутренних геометрических форм.

(4) Нефтяная, газовая и морская инженерия

Стальные отливки широко используются в нефтяном буровом оборудовании, устьевых устройствах, морских платформах, узловых соединениях, фланцах трубопроводов и устьевых системах для обеспечения прочности и долговечности.

(5) Тяжелое машиностроение / Энергетика / Горнодобывающая промышленность / Металлургическое оборудование

Примерами могут служить валки прокатных станов, рамы прокатных станов, корпуса прессов, литейное оборудование и опорные конструкции ветряных турбин. Стальные отливки в этих системах выдерживают высокие нагрузки и условия эксплуатации с высокой усталостью материала.

(6) Оборонная промышленность / Аэрокосмическая промышленность / Железнодорожный транспорт

Стальные отливки также используются для изготовления сложных компонентов, требующих высокой прочности и надежности, таких как арматура для военных кораблей, конструкционные детали самолетов, направляющие рельсы и компоненты локомотивов.

(7) Машиностроение / Тяжелая промышленность

Стальные отливки широко используются в общем машиностроении, системах передачи, корпусах редукторов, валах редукторов, муфтах и других подобных областях.

(8) Коммунальное хозяйство / инфраструктура / коммунальные услуги

Хотя стальные отливки менее распространены в коммунальном хозяйстве, чем чугунные, они используются в конструкционных элементах мостов, опорных кронштейнах, соединителях колонн и компонентах фундаментов для тяжелых нагрузок.

Выберите LVXUN для ваших проектов по производству стальных отливок

Выбор LVXUN гарантирует надежные стальные отливки высокого качества. Наша компания располагает современным оборудованием для плавки и литья, которое позволяет выполнять различные процессы литья, включая литье по выплавляемым моделям и литье под давлением. Это обеспечивает гибкое производство сложных форм и литья больших и средних размеров.

Благодаря строгому контролю состава, управлению разливкой и процессам охлаждения мы гарантируем, что каждое изделие имеет плотную структуру и стабильные механические свойства. Кроме того, наши комплексные системы термообработки и контроля гарантируют, что продукция соответствует строгим требованиям к точности размеров, качеству поверхности и внутренней целостности, обеспечивая надежную материальную поддержку для критически важных компонентов в ключевых отраслях промышленности.

10.Резюме

Ключ к производству стальных отливок заключается в обеспечении чистоты расплавленной стали и точного состава на этапе плавки, а затем в использовании подходящих технологий литья для разливки и затвердевания. Полученные отливки находят широкое применение в несущих критических участках машин, энергетических систем и транспортного оборудования, обеспечивая надежную работу в сложных условиях эксплуатации.

Часто задаваемые вопросы: