Производство стального литья:свойства и состав

Испытания и проверки на литейном заводе

Литая сталь представляет собой сплав железа с максимальным содержанием углерода примерно 0,75%. Стальные отливки представляют собой твердые металлические изделия, получаемые путем заполнения пустот в литейной форме жидкой сталью. Они доступны во многих из тех же углеродистых и легированных сталей, которые могут быть произведены как кованые металлы. Механические свойства литой стали обычно ниже, чем у кованых сталей, но с таким же химическим составом. Литая сталь компенсирует этот недостаток своей способностью формировать сложные формы за меньшее количество шагов.

Свойства литой стали

Литые стали могут быть изготовлены с широким диапазоном свойств. Физические свойства литой стали существенно изменяются в зависимости от химического состава и термической обработки. Они выбираются в соответствии с требованиями к производительности предполагаемого приложения.

• Твердость
  Способность материала противостоять истиранию. Содержание углерода определяет максимальную твердость стали или прокаливаемость.

• Сила
  Количество силы, необходимой для деформации материала. Более высокое содержание углерода и твердость делают сталь более прочной.

• Пластичность
  Способность металла деформироваться при растяжении. Более низкое содержание углерода и меньшая твердость делают сталь более пластичной.

• Прочность
  Способность противостоять стрессу. Повышенная пластичность обычно связана с лучшей ударной вязкостью. Прочность можно регулировать добавлением легирующих металлов и термической обработкой.

• Износостойкость
  Сопротивление материала трению и эксплуатации. Литая сталь обладает такой же износостойкостью, как и кованые стали аналогичного состава. Добавление легирующих элементов, таких как молибден и хром, может повысить износостойкость.

• Коррозионная стойкость
  Стойкость материала к окислению и ржавчине. Литая сталь обладает такой же коррозионной стойкостью, что и кованая сталь. Высоколегированные стали с повышенным содержанием хрома и никеля отличаются высокой устойчивостью к окислению.

• Обрабатываемость
  Легкость, с которой стальная отливка может изменить форму путем удаления материала посредством механической обработки (резки, шлифовки или сверления). На обрабатываемость влияют твердость, прочность, теплопроводность и тепловое расширение.

• Свариваемость
  Способность стальной отливки свариваться без дефектов. Свариваемость в первую очередь зависит от химического состава стальной отливки и термической обработки.

• Высокотемпературные свойства
  Стали, работающие при температурах выше температуры окружающей среды, подвержены ухудшению механических свойств и преждевременному выходу из строя из-за окисления, повреждения водородом, образования сульфитных отложений и нестабильности карбида.

• Низкотемпературные свойства
  Ударная вязкость литой стали сильно снижается при низких температурах. Легирование и специальная термическая обработка могут улучшить способность отливки выдерживать нагрузки и напряжения.

Химический состав литой стали

Химический состав литой стали оказывает существенное влияние на эксплуатационные свойства и часто используется для классификации стали или присвоения стандартных обозначений. Литые стали можно разделить на две большие категории:углеродистые и легированные.

Углеродистая литая сталь

Как и кованые стали, углеродистые литые стали можно классифицировать в зависимости от содержания в них углерода. Низкоуглеродистая литая сталь (0,2% углерода) относительно мягкая и плохо поддается термической обработке. Среднеуглеродистая литая сталь (0,2–0,5 % углерода) несколько тверже и поддается упрочнению термической обработкой. Высокоуглеродистая литая сталь (0,5% углерода) используется, когда желательны максимальная твердость и износостойкость.

Легированная сталь

Легированная литая сталь подразделяется на низколегированную и высоколегированную. Низколегированная литая сталь (содержание легирующих элементов ≤ 8%) ведет себя аналогично обычной углеродистой стали, но обладает более высокой прокаливаемостью. Высоколегированная сталь (с содержанием легирующих элементов> 8 %) предназначена для получения определенных свойств, таких как коррозионная стойкость, жаростойкость или износостойкость.

Обычные высоколегированные стали включают нержавеющую сталь (> 10,5% хрома) и марганцевую сталь Гадфилда (11–15% марганца). Добавление хрома, который образует пассивирующий слой оксида хрома при воздействии кислорода, придает нержавеющей стали превосходную коррозионную стойкость. Содержание марганца в стали Гадфилда обеспечивает высокую прочность и стойкость к истиранию при тяжелых работах.

<тд>24 <тд>35 <тд>24 <тд>35 <тд>35 <тд>40 <тд>24 <тд>35 <тд>35 <тд>35

ASTM	Химические требования					Требования к растяжению
МАРКА СТАЛИ	Углерод	Марганец	Кремний	Сера	Фосфор	Прочность на растяжение	Точка текучести	Удлинение в 2 дюйма	Уменьшение площади
	Макс. %/диапазон					Мин. тыс.фунтов/кв.дюйм [МПа] / диапазон		Мин. %
	ASTM A27/A27M
ASTM A27, класс N-1	0,25	0,75	0,80	0,06	0,05	Н/Д	Н/Д	Н/Д	Н/Д
ASTM A27, класс N-2	0,35	0,60	0,80	0,06	0,05	Н/Д	Н/Д	Н/Д	Н/Д
ASTM A27, класс U60-30	0,25	0,75	0,80	0,06	0,05	60 [415]	30 [205]	22	30
ASTM A27, класс 60–30	0,30	0,60	0,80	0,06	0,05	60 [415]	30 [205]
ASTM A27, класс 65–35	0,30	0,70	0,80	0,06	0,05	65 [450]	35 [240]
ASTM A27, класс 70–36	0,35	0,70	0,80	0,06	0,05	70 [485]	36 [250]	22	30
ASTM A27, класс 70–40	0,25	1.20	0,80	0,06	0,05	70 [485]	40 [275]	22	30
	ASTM A148/A148M
ASTM A148, класс 80–40	Н/Д	Н/Д	Н/Д	0,06	0,05	80 [550]	40 [275]	18	30
ASTM A148, класс 80-50	Н/Д	Н/Д	Н/Д	0,06	0,05	80 [550]	50 [345]	22
ASTM A148, класс 90–60	Н/Д	Н/Д	Н/Д	0,06	0,05	90 [620]	60 [415]	20
	ASTM A216/A216M
ASTM A216, класс WCA	0,25	0,70	0,60	0,045	0,04	60-85 [415-585]	30 [205]
ASTM A216, класс WCB	0,30	1,00	0,60	0,045	0,04	70–95 [485–655]	36 [250]	22
ASTM A216, класс WCC	0,25	1.20	0,60	0,045	0,04	70–95 [485–655]	40 [275]	22

• Загрузите нашу таблицу марок литой стали

Марки литой стали

Марки стали были созданы организациями по стандартизации, такими как ASTM International, Американский институт чугуна и стали и Общество автомобильных инженеров, для классификации сталей с определенным химическим составом и физическими свойствами. Литейные заводы могут разрабатывать собственные марки стали для удовлетворения потребностей пользователей в определенных свойствах или для стандартизации определенных производственных марок.

Спецификации для кованых сталей часто используются для классификации различных литейных сплавов по их основным легирующим элементам. Однако литые стали не обязательно соответствуют составу кованой стали. Содержание кремния и марганца в литых сталях часто выше, чем в их кованых аналогах. В дополнение к их преимущественно более высоким уровням кремния и марганца, легированные литые стали используют алюминий, титан и цирконий для раскисления в процессе литья. Алюминий в основном используется в качестве раскислителя из-за его эффективности и относительно низкой стоимости.

Производство стального литья

Практика литья стали восходит к концу 1750-х годов, намного позже, чем литье других металлов. Высокая температура плавления стали и отсутствие технологий для плавки и обработки металлов задержали развитие сталелитейной промышленности. Эти проблемы были преодолены благодаря достижениям в технологии печей.

Печи представляют собой сосуды с огнеупорной футеровкой, которые содержат «шихту», то есть материал для плавки, и обеспечивают энергию для плавки. В современном сталелитейном производстве используются печи двух типов:электродуговые и индукционные.

Дуговая печь

В электродуговой печи плавятся партии металла, называемые «нагревами», с помощью электрической дуги между графитовыми электродами. Заряд проходит непосредственно между электродами, подвергая его тепловой энергии от продолжающегося электрического разряда.

Электродуговые печи следуют рабочему циклу от выпуска к выпуску:

1. Зарядка печи
   В печь добавляют стальной лом и сплавы.

<старт ="2">

Таяние
Сталь плавится путем подачи энергии внутрь печи. Электроэнергия подается через графитовые электроды и обычно вносит наибольший вклад в операции плавки стали. Химическая энергия подается с помощью кислородно-топливных горелок и кислородных фурм.

<старт ="3">

Уточнение
Кислород впрыскивается для удаления примесей и других растворенных газов в процессе плавления.

<старт ="4">

Удаление зашлакованности
Избыточный шлак, который часто содержит нежелательные примеси, удаляется из ванны перед выпуском. Удаление шлака также может происходить в ковше перед заливкой.

<старт ="5">

Нажатие (или нажатие)
Металл удаляют из печи, наклоняя печь и выливая металл в передаточный сосуд, такой как ковш.

<старт ="6">

Обход печи
Выпуск и подготовка к следующему циклу загрузки печи завершены.

На различных стадиях этого процесса часто предпринимаются непрерывные дополнительные шаги для дальнейшего раскисления стали и удаления шлака из металла перед заливкой. Возможно, потребуется скорректировать химический состав стали, чтобы учесть истощение сплава во время продолжительной отпуска.

Индукционная печь

Индукционная печь представляет собой электрическую печь, в которой тепловая энергия передается индукцией. Медная катушка окружает непроводящий контейнер для заряда, и через катушку проходит переменный ток для создания электромагнитной индукции внутри заряда.

Индукционные печи способны плавить большинство металлов, и их можно эксплуатировать с минимальными потерями расплава. Недостатком является то, что возможна небольшая очистка металла. В отличие от электродуговой печи, сталь нельзя преобразовать.

Современные сталелитейные заводы часто используют переработанный стальной лом, чтобы снизить стоимость и воздействие на окружающую среду при производстве отливок. Устаревшие автомобили, механические компоненты и подобные предметы разделяются, калибруются и отправляются на литейные заводы в виде металлолома. Он смешивается с внутренним ломом, образующимся в процессе литья, и с различными легирующими элементами для загрузки плавильной печи.

Термическая обработка

После того, как отливка затвердевает, вынимается из формы и очищается, физические свойства стальной отливки улучшаются за счет надлежащей термической обработки.

• Отжиг
  Нагрев стальных отливок до определенной температуры, выдержка в течение определенного периода времени, а затем медленное охлаждение.

• Нормализация
  Подобно отжигу, но стальные отливки охлаждают на открытом воздухе, иногда с помощью вентиляторов. Это помогает отливкам достигать более высокой прочности.

• Тушение
  Аналогично нормализации, но охлаждение происходит гораздо более быстрыми темпами при использовании принудительного воздуха. В качестве охлаждающей среды используются вода или масла.

• Закаливание (или снятие стресса)
  Техника, используемая для снятия внутренних напряжений внутри отливок. Эти напряжения могут возникать в процессе литья или во время упрочняющей или упрочняющей термической обработки, такой как нормализация или закалка. Снятие напряжения включает нагрев отливок до температуры значительно ниже температуры отжига, выдержку при этой температуре и затем медленное охлаждение.

Осмотр литой стали

Стальные отливки часто подвергаются проверкам для проверки определенных физических свойств, таких как точность размеров, состояние поверхности отливки и внутренняя прочность. Кроме того, необходимо проверить химический состав. Химический состав сильно зависит от добавления в материал второстепенных легирующих элементов. Литейные стальные сплавы подвержены изменениям своего химического состава, поэтому перед литьем требуется химический анализ для проверки точного химического состава. Небольшой образец расплавленного металла заливают в форму и анализируют.

Точность размеров

Проводится контроль размеров, чтобы убедиться, что произведенные отливки соответствуют требованиям заказчика по размерам и допускам, включая припуски на механическую обработку. Иногда может потребоваться уничтожить образцы отливок, чтобы измерить внутренние размеры.

Состояние отделки поверхности

Проверка чистоты поверхности отливок используется для изучения эстетического вида отливок. Они ищут дефекты на поверхности и под поверхностью отливок, которые могут быть неочевидны визуально. На чистоту поверхности стальной отливки могут влиять тип рисунка, формовочная смесь и используемое покрытие формы, а также вес отливки и методы очистки.

Внутренняя надежность

Все отливки имеют определенный уровень дефектов, а допустимый порог дефектов определяется спецификацией прочности. Завышение максимально допустимого уровня брака приведет к увеличению доли брака и повышению стоимости литья. Занижение максимально допустимого уровня дефекта может привести к сбою.

Три общих внутренних дефекта, которые возникают в стальных отливках:

1. Пористость
   Пустоты в стальной отливке с гладкими блестящими внутренними стенками. Пористость обычно является результатом газовыделения или захвата газа в процессе литья.

<старт ="2">

Включения
Кусочки постороннего материала в отливке. Включение может быть металлическим, интерметаллическим или неметаллическим. Включения могут появиться внутри формы (обломки, песок или материалы сердечника) или попасть в форму во время заливки отливки.

<старт ="3">

Усадка
Вакансия или область с низкой плотностью, как правило, внутри отливки. Это вызвано островком расплавленного материала, который не имеет достаточного количества исходного металла, чтобы поставлять его во время процесса затвердевания. Усадочные полости характеризуются шероховатой кристаллической внутренней поверхностью.

Химический анализ

Химический анализ литых сталей обычно проводят методами мокрого химического анализа или спектрохимическими методами. Влажный химический анализ чаще всего используется для определения состава небольших образцов или для проверки результатов анализа продукта после производства. Напротив, анализ с помощью спектрометра хорошо подходит для рутинного и быстрого определения химического состава больших образцов в литейном производстве с высокой нагрузкой. Литейные заводы могут проводить химический анализ как на уровне плавки, так и на уровне продукта.

Анализ охоты

Во время термического анализа небольшой образец жидкой литой стали выливается из печи, ему дают затвердеть, а затем анализируют химический состав с помощью спектрохимического анализа. Если состав легирующих элементов неверен, перед разливкой в ​​печи или ковше можно произвести быструю корректировку. После того, как правильно, тепловой анализ, как правило, считается точным представлением состава всей плавки металла. Однако ожидаются изменения в химическом составе из-за сегрегации легирующих элементов и времени, необходимого для отвода тепла от стали. В процессе заливки может произойти окисление некоторых элементов.

Анализ продукта

Анализ продукта выполняется для проверки конкретного химического анализа, поскольку состав отдельных отливок может не полностью соответствовать применимой спецификации. Это может произойти даже в том случае, если изделие было отлито из плавки стали, где анализ плавки был правильным. Отраслевые практики и стандарты допускают некоторые различия между анализом тепла и анализом продукта.

Испытания литой стали

Различные механические свойства отливок из углеродистой и легированной стали могут быть достигнуты путем изменения состава и термической обработки отливок из стали. Литейные заводы используют специальные методы испытаний для проверки механических свойств перед изготовлением изделия.

Что касается контроля литой стали, в промышленности используются два типа контроля:разрушающий и неразрушающий контроль. Разрушающие испытания требует разрушения пробной отливки для визуального определения внутренней прочности детали. Этот метод предоставляет информацию только о состоянии тестируемой детали и не гарантирует, что другие детали будут в порядке. Неразрушающий контроль используется для проверки внутренней и внешней прочности отливки без повреждения самой отливки. После того, как отливка пройдет испытания, ее можно будет использовать по назначению.

Свойства при растяжении

Прочность стальных отливок на растяжение является показателем способности отливки выдерживать нагрузки в условиях медленного нагружения. Свойства при растяжении измеряются с использованием репрезентативного литого образца, который подвергается контролируемой растягивающей нагрузке — тянущим силам, приложенным к любому концу растягивающего стержня — до разрушения. В случае отказа проверяются свойства на растяжение.

СВОЙСТВА НА РАСТЯЖЕНИЕ

СВОЙСТВА

ОПИСАНИЕ

Прочность на растяжение

Напряжение, необходимое для разрушения отливки при растяжении или под действием растягивающей нагрузки.

Предел текучести

Точка, в которой отливка начинает поддаваться или растягиваться и демонстрировать пластическую деформацию при растяжении.

Удлинение (%)

Мера пластичности или способность отливки пластически деформироваться.

Уменьшение площади (%)

Вторичная мера пластичности отливки.

Демонстрирует разницу между исходной площадью поперечного сечения растянутого стержня и площадью наименьшего поперечного сечения после разрушения при растяжении.

Свойства сгиба

Свойства изгиба определяют пластичность отливки с помощью прямоугольного репрезентативного образца, изогнутого вокруг штифта под определенным углом. Полученный изогнутый стержень осматривают на наличие нежелательных трещин.

Свойства воздействия

Ударные свойства - это мера ударной вязкости, полученная в результате испытания энергии, необходимой для разрушения стандартного образца с надрезом. Чем больше энергии требуется для разрушения образца, тем прочнее литой материал.

Твердость

Твердость — это мера сопротивления отливки проникновению с помощью испытаний на вдавливание. Это свойство указывает на износостойкость и стойкость к истиранию литых сталей. Испытание на твердость также может быть простым рутинным методом проверки показателей прочности на растяжение в производственных условиях. Результат теста по шкале твердости обычно тесно связан со свойствами прочности на растяжение.

Услуги индивидуального кастинга

Reliance Foundry работает совместно с клиентами, чтобы определить наилучшие физические и химические свойства, термическую обработку и методы испытаний для каждой индивидуальной отливки. Запросите расценки, чтобы получить дополнительную информацию о том, как наша служба кастинга может соответствовать требованиям вашего проекта.