Отливки металлические: классификация, способы изготовления и области применения
Металлические отливки представляют собой заготовки или готовые детали, полученные методом литья заполнения полости формы расплавленным металлом с последующей кристаллизацией. Технология позволяет воспроизводить конфигурации практически любой сложности: от простых корпусных элементов до тонкостенных лопаток газовых турбин и крупногабаритных станин прессов. Основные группы отливки из чёрных сплавов (серый, высокопрочный, ковкий чугун; углеродистые и легированные стали) и цветных сплавов (алюминиевые, медные, магниевые, титановые, цинковые). Выбор материала и метода литья диктуется условиями эксплуатации: статические и динамические нагрузки, рабочая температура, коррозионная среда, герметичность.
Способы получения металлических отливок
В промышленности применяют несколько принципиально разных технологий литья, каждая из которых обеспечивает определённый диапазон точности размеров, шероховатости поверхности и механических свойств:
- Литьё в песчано-глинистые формы универсальный метод для единичного и серийного производства. Размеры отливок от нескольких килограммов до сотен тонн. Допуски по ГОСТ 26645 714-й классы точности. Применяется для станин станков, корпусов насосов, деталей горнорудного оборудования.
- Литьё по выплавляемым моделям (прецизионное литьё) обеспечивает шероховатость Ra от 1,25 до 6,3 мкм и минимальные припуски на механическую обработку. Используется для лопаток турбин, импеллеров, деталей топливной арматуры из жаропрочных сплавов.
- Литьё в кокиль заливка расплава в металлическую форму (кокиль). Скорость охлаждения выше, чем в песчаной форме, что даёт мелкозернистую структуру и повышенную плотность. Характерно для алюминиевых и чугунных отливок в автотракторостроении (блоки цилиндров, головки блоков).
- Литьё под давлением расплав подаётся в пресс-форму под давлением от 30 до 100 МПа. Обеспечивает высокую производительность (до 200 циклов в час) и точность размеров до 56-го квалитета. Применяется для корпусов электроинструмента, деталей бытовой техники, автомобильных кронштейнов.
- Центробежное литьё заливка металла во вращающуюся форму. Используется для изготовления тел вращения: втулок, гильз цилиндров, труб, бандажей. Структура металла направленная, без усадочных раковин в центральной зоне.
Материалы и их эксплуатационные характеристики
Свойства отливки определяются химическим составом сплава и режимом термической обработки. Ниже приведены типовые параметры для распространённых литейных материалов:
| Материал | Предел прочности в, МПа | Твёрдость HB | Рабочая температура, C | Типичные изделия |
|---|---|---|---|---|
| Серый чугун СЧ20 | от 200 до 250 | от 170 до 220 | от 20 до +400 | Станины, корпуса редукторов |
| Высокопрочный чугун ВЧ40 | от 400 до 500 | от 180 до 250 | от 40 до +500 | Коленвалы, шестерни |
| Сталь 20Л (углеродистая) | от 420 до 550 | от 130 до 180 | от 40 до +425 | Рычаги, кронштейны |
| Алюминиевый сплав АК7ч (АЛ9) | от 180 до 240 | от 50 до 70 | от 60 до +200 | Корпуса насосов, картеры |
| Бронза БрО10Ф1 | от 250 до 350 | от 80 до 120 | от 40 до +250 | Втулки, червячные колёса |
Контроль качества и дефекты отливок
Качество металлических отливок регламентируется ГОСТ 19200 (термины и дефекты), ГОСТ 26358 (общие технические условия на чугунные отливки) и отраслевыми стандартами. Основные виды несплошностей: усадочные раковины, газовые поры, горячие и холодные трещины, спаи, недоливы. Методы неразрушающего контроля включают:
- Визуальный и измерительный контроль (геометрические размеры, отклонения формы).
- Радиографический контроль (рентгеновское или гамма-излучение) выявление внутренних дефектов.
- Ультразвуковая дефектоскопия контроль толщины стенок и обнаружение расслоений.
- Капиллярный (цветной) и магнитопорошковый контроль для выявления поверхностных трещин.
- Гидравлические испытания проверка герметичности корпусных деталей, работающих под давлением от 1 до 100 МПа.
Применение в промышленности
Металлические отливки востребованы в отраслях, где требуется сочетание сложной геометрии, прочности и износостойкости:
- Тяжёлое машиностроение станины прессов, траверсы, корпуса прокатных клетей, зубчатые колёса.
- Нефтегазовое оборудование корпуса задвижек, шаровых кранов, насосов, арматура для трубопроводов высокого давления.
- Автомобилестроение блоки цилиндров, головки блоков, картеры сцепления, тормозные суппорты.
- Энергетика корпуса паровых и газовых турбин, рабочие колёса гидротурбин, детали котлов.
- Железнодорожный транспорт автосцепки, колёсные центры, буксы, тормозные колодки.
Вопросы и ответы
Какие методы литья обеспечивают наименьшую шероховатость поверхности?
Литьё по выплавляемым моделям и литьё под давлением. Шероховатость Ra достигает от 1,25 до 3,2 мкм, что в ряде случаев исключает финишную механическую обработку.
Чем отличается серый чугун от высокопрочного?
Серый чугун содержит пластинчатый графит, что снижает прочность на растяжение (в от 150 до 300 МПа) и делает материал хрупким. Высокопрочный чугун имеет шаровидный графит, обеспечивающий в от 350 до 800 МПа и пластичность до 15%.
Какие дефекты отливок считаются неисправимыми?
Сквозные трещины, грубые усадочные раковины, нарушающие герметичность, и несоответствие химического состава. Такие отливки отправляют в переплав.
Для каких деталей применяют центробежное литьё?
Для тел вращения: гильз цилиндров, втулок подшипников скольжения, труб, бандажей, а также для биметаллических заготовок (например, стальная основа с бронзовой рабочей поверхностью).