Черные и цветные металлы

Характеристики и состав металла для проектирования отливок

Любой твердый металл, который можно расплавить, можно отлить. Литейные заводы – это фабрики, которые занимаются литьем, развивают опыт работы с несколькими металлами и методами и разрабатывают стандартные продукты, чтобы максимизировать ценность и эффективность производства.

Металлы и методы литья влияют друг на друга:на лучший выбор литья изделия влияет то, как его металл будет вести себя в расплавленном, охлаждающемся и твердом состояниях. Для этих зависимостей особенности литейного производства являются частью определения того, какие продукты они производят. Литейное производство детских игрушек, отлитых под давлением, обычно отличается от литейного производства высококачественных деталей двигателей.

Одно из основных различий в специализации заключается в том, работают ли литейные заводы с черными металлами, цветными металлами или с обоими. Определение черного металла - это любой металл, содержащий железо; цветные металлы нет. Черная металлургия составляет примерно 90% мирового производства металла. Серый чугун является наиболее распространенным металлом, отливаемым в литейных цехах. Вне литейного производства сталь – это ферросплав, который чаще всего используется в промышленности, строительстве и на транспорте.

Литейные заводы, которые специализируются на распространенных методах литья, таких как литье в песчаные формы, обычно работают с металлами, выбранными по определенным качествам, таким как простота плавления и заливки, захват деталей внутри формы, предсказуемое поведение при охлаждении и готовность к механической обработке или чистовой обработке.

Черные металлы и их свойства

Отличительными чертами железа являются то, что оно плотное, прочное в смеси с углеродом, обильное и легко очищаемое, очень склонное к коррозии и магнитное. Легирование железа другими элементами в различных соотношениях может смягчить или устранить один или несколько из этих факторов.

Известны сотни ферросплавов. Они определяются пропорциями каждого элемента в их составе, а также указаниями по их плавке и отделке. Сплавы железа с углеродом обычно называют железом или сталью и могут содержать любое количество других элементов, от алюминия до ванадия, в зависимости от их спецификации. Эти металлы обычно выбирают из-за их механических свойств. Инженеров и дизайнеров могут интересовать их предел текучести, ударная вязкость, пластичность, свариваемость, эластичность, сдвиг и тепловое расширение, все из которых описывают, как материал будет вести себя под воздействием определенных факторов нагрузки.

Эти отличительные черты железа могут быть изменены в сплавах, которые смешивают железо с другими элементами. Хорошим примером является нержавеющая сталь, причем некоторые сплавы нержавеющей стали немагнитны и не вызывают коррозии. Обычный способ определить, является ли металл сталью, - это приложить к нему магнит, поскольку железо в сплаве заставит магнит прилипать; однако люди, которые пытались прикрепить магниты к своему холодильнику из нержавеющей стали, знают, что это не надежный тест. Хотя железо все еще присутствует в этом железном сплаве, высокий процент никеля изменяет микроструктуру стали в достаточной степени, чтобы предотвратить магнитную реакцию. Нержавеющая сталь может ржаветь, хотя она намного более устойчива к коррозии, чем другие типы сплавов железа. Это связано с добавлением хрома. Хром защищает от ржавчины с помощью процесса, называемого пассивацией, при котором верхние молекулы металла окисляются, но остаются прочно связанными с нижним металлом, образуя непроницаемую оболочку.

В черных металлах наиболее распространенными литейными материалами являются железо и сталь.

Железо

Чугун относятся к категории сплавов железа с содержанием углерода более 2%. Это относительно недорогие, плотные утюги. Когда они нагреваются и отливаются, они обладают гораздо более высокой текучестью при более низких температурах, чем сталь, а это означает, что они могут течь и заполнять части сложной формы с большей эффективностью. Чугун также дает усадку в два раза меньше, чем сталь, при охлаждении.

Базовые чугуны обладают хорошими свойствами сжатия, но они хрупкие:они сломаются, прежде чем согнуться или деформироваться. Эта уязвимость может означать, что хрупкие сорта чугуна не используются для конструкций с выдавливанием или сложными деталями или с очень острыми краями, поскольку эти элементы могут отколоться.

Серое железо это наиболее распространенный тип чугуна, производимого в настоящее время, который используется во всем, от крышек люков до дисковых тормозов автомобилей. Он получил свое название из-за цвета, который он приобретает при разрушении, который становится серым из-за присутствия графита в качестве углеродной добавки. Серый чугун содержит 2,5–4% углерода по весу и дополнительно содержит 1–3% кремния, который стабилизирует графит. Он обладает многими свойствами обычного чугуна:он недорогой и обладает высокой текучестью по сравнению со сталью в расплавленном состоянии, но присутствие графита делает железо несколько менее хрупким, что упрощает его обработку. Серое железо по-прежнему негибкое:оно очень мало гнется, прежде чем сломаться.

ковкий чугун это форма чугуна, в которой добавленный углерод представляет собой сферический (шаровидный) графит. Ковкий чугун обычно содержит 3,2–3,6% углерода по весу, кремний и другие элементы. Более высокие уровни феррита означают, что он накапливается на режущих инструментах во время обработки, поэтому он часто используется в основном в производстве литья, где очень высокая текучесть делает его отличным выбором для обработки мелких деталей. Сфероидальная форма графита, придающая ковкому чугуну более высокую ударопрочность и прочность на растяжение, чем у литого или серого чугуна, делает возможными детализированные или кромочные конструкции. Ковкий чугун является относительным новичком в спецификации чугуна, так как он был впервые обнаружен в 1943 году.

Сталь

Стали тоже иногда отливают всякие. Как правило, сталь имеет содержание углерода менее 2,14% по весу и часто легирована другими элементами. Сталь обладает более высокими механическими свойствами, чем чугуны, но прибавка в ударной вязкости теряется в текучести. Расплавленная сталь должна быть намного горячее, чем расплавленное железо, чтобы течь в детализированные формы, а высокие температуры, необходимые для работы со сталью, сложны в управлении и могут ухудшить дизайн и отделку объекта, который выходит из формы. Как и во всех отливках, разные части детали могут охлаждаться с разной скоростью, и эта разница вызывает напряжение в изделии:поскольку сталь дает усадку сильнее и быстрее, чем чугун, эти напряжения требуют более тщательного контроля в стальном литье.

Эти проблемы означают, что сталь может быть гораздо более трудоемкой для качественного литья. Требует внимания специалистов на всех этапах производства. Тем не менее, высокая механическая прочность конечного продукта может сделать стальной сплав очевидным выбором для некоторых применений, а механическая обработка обеспечивает финишную отделку.

Другие сплавы железа

Другие сплавы железа существуют помимо этих распространенных типов и используются в конкретных приложениях, где их механические свойства полезны. Например, элинвар — это железоникелевый сплав, который не расширяется и не сжимается при нагревании и используется в очень мелких деталях часов и других точных устройств.

Цветные металлы и их применение

К таким металлам относятся все металлы и сплавы, не содержащие железа. Краткий список распространенных цветных металлов будет включать:

• Драгоценные металлы, такие как серебро, платина и золото.
• Медь и ее сплавы, такие как бронза и латунь.
• Никель, палладий, платина
• Титан
• Алюминий
• Олово, свинец
• Цинк

С таким широким спектром материалов в этой группе многие механические свойства, которые рекомендуют железо, могут быть обнаружены в цветных металлах. Например, во многих случаях сталь можно было бы заменить сплавами алюминия или титана, если бы это не было слишком дорого. Магнитные способности железа можно эмулировать с помощью никеля, кобальта или редкоземельных элементов, сплавленных с другими металлами.

Однако, поскольку цветные металлы часто стоят дороже, их, как правило, выбирают из-за их уникальных свойств, а не из-за того, что они могут вести себя как сталь. Меньший вес, электропроводность, коррозионная стойкость, немагнитные свойства, традиции или декоративная ценность — вот некоторые из причин, по которым следует выбирать цветной металл. Некоторые металлы ценятся именно потому, что они редки:до того, как стало возможным массовое производство алюминия, алюминий был роскошным металлом, который использовался в элитной посуде.

Отливают всевозможные специализированные материалы. Однако в традиционных литейных цехах для литья в песчаные формы используются три заслуживающих внимания отливки цветных металлов.

Бронза и латунь

Бронза и латунь были первыми металлами, отлитыми человечеством в бронзовом веке, и эти медные сплавы до сих пор отливаются в песчаные формы. Они плавятся при гораздо более низких температурах, чем железосодержащие материалы, и хорошо отливают детали, поэтому их часто используют в декоративных целях, таких как скульптуры. Бронза и латунь мягче стали, но они устойчивы к коррозии даже в присутствии соли, поэтому эти металлы используются в стандартных морских приложениях, таких как фурнитура на лодках. Латунь также устойчива к истиранию, то есть износу металла, поэтому латунь иногда отливается для механических деталей, таких как морские гребные винты, или подвергается механической обработке для изготовления подшипников и застежек-молний. Оба сплава довольно дороги, поскольку в их основе лежит медь, металл, пользующийся спросом благодаря своим электрическим свойствам.

Алюминий

Алюминий — это металл с гораздо меньшей плотностью, чем у железа, что делает его жизненно важным материалом в приложениях, где требуется прочность без веса, например, в аэрокосмической промышленности. Он устойчив к коррозии, поскольку алюминий, как и нержавеющая сталь, реагирует на окисление, создавая защитную оболочку из оксида металла.

Алюминий также имеет более низкую температуру плавления, чем многие стали или чугуны, которые он может заменить, что облегчает литье, чем сталь, и требует меньшего контроля для сложных форм. Самым большим недостатком алюминия является его стоимость.

Относительно литейных материалов

При проектировании отливки найти идеальный металл, чтобы сбалансировать ценность и форму, — это искусство и наука. Правильный металл для работы будет соответствовать как эстетическим, так и механическим требованиям приложения, и это повлияет на методы производства, необходимые для превращения прототипа в конечный продукт.

Черные металлы являются наиболее распространенным выбором для отливок, часто выбираемых из-за их экономической эффективности и механических свойств. Иногда выбор диктует не прочность металла, а такие свойства, как вес, коррозионная стойкость или немагнитность. Цветные сплавы, такие как бронза и латунь, также могут быть выбраны из соображений традиции или красоты.

Консультация с инженером может помочь дизайнеру найти гармонию между различными аспектами своего проекта, выбрав идеальный металл, соответствующий требованиям и бюджету.

Чтобы получить дополнительную информацию о металлах или запросить стоимость индивидуального проекта, свяжитесь с нами.