Литейные стали и алюминиевые сплавы: производство, свойства и применение

Литейные стали, регламентированные ГОСТ 977-88, подразделяются на углеродистые и легированные. Углеродистые качественные стали содержат от 0.15 до 0.55% углерода и маркируются как 15Л...55Л, где литера «Л» указывает на принадлежность к литейным сталям. Низкоуглеродистая сталь обладает феррито-перлитной структурой с преобладанием мягкого феррита и невысокой прочностью. С увеличением содержания углерода доля прочного перлита в структуре возрастает, что приводит к росту прочности и снижению пластичности.

Литейные свойства сталей существенно уступают чугунам. Усадка углеродистой стали значительно выше, чем у серого чугуна, что требует активной борьбы с усадочными дефектами путем установки прибылей, питающих бобышек и холодильников. Низкая жидкотекучесть стали обуславливает необходимость повышенной температуры заливки, увеличенной площади сечения питателей и обязательного применения прибылей. Плавку осуществляют в электропечах, используя в качестве шихты стальной лом, передельный чугун и флюсы.

Для получения отливок из сталей широко применяют литье в песчаные формы, по выплавляемым моделям и под давлением. Для измельчения крупнозернистой литой структуры, снятия внутренних напряжений и повышения механических свойств отливки подвергают термической обработке – отжигу и нормализации. Области применения углеродистых сталей разнообразны: 15Л – неответственные детали; 25Л – корпусные детали; 30Л – станины, ступицы; 35Л – балки мостов; 45Л – зубчатые колеса; 55Л – валки прокатных станов.

Легированные стали находят применение в энергомашиностроении, химической и нефтегазовой промышленности. Из них изготавливают турбинные лопатки, клапаны гидропрессов и химическую арматуру. Примером служит высоколегированная сталь 110Г13Л (сталь Гадфильда), содержащая 1.1% углерода и 13% марганца, которая используется для производства особо износостойких деталей, таких как траки гусеничных машин.

Производство отливок из алюминиевых сплавов регламентировано ГОСТ 1583-93. Наибольшее распространение получили сплавы на основе систем Al-Si (силумины), Al-Cu и Al-Mg. Силумины характеризуются высокими литейными свойствами: хорошей жидкотекучестью и небольшой усадкой. Другие алюминиевые сплавы часто обладают пониженной жидкотекучестью, повышенной усадкой и склонны к газонасыщению водородом в расплавленном состоянии.

Плавку алюминиевых сплавов ведут в электрических печах сопротивления и индукционных печах под слоем покровного флюса из хлористых солей для защиты от окисления. Перед разливкой сплавы подвергают рафинированию пропусканием хлора для удаления газов и включений. Силумины дополнительно модифицируют солями натрия и калия для улучшения структуры и механических свойств.

Основными способами получения отливок являются литье в кокиль, под давлением и в песчаные формы. Для борьбы с дефектами применяют фильтрацию расплава через сетчатые фильтры и расширяющиеся литниковые системы. Отливки из алюминиевых сплавов широко используются в авиационной, автомобильной и машиностроительной промышленности для изготовления блоков цилиндров, головок блоков, корпусов насосов и других сложных деталей.

Сведения об авторах и источниках:

Авторы: Башнин Ю.А., Ушаков Б.К., Секей А.Г., Геллер Ю.А., Рахштадт А.Г., Третьякова Н.В., и др.

Источник: Основы производства металлов.

Данные публикации будут полезны студентам технических специальностей, начинающим специалистам в области металлургии и машиностроения, а также всем, кто интересуется основами промышленного производства.