Литьё — технология формования металлов и сплавов¶
Литьё — группа технологий формования материалов, заключающаяся в заполнении расплава в полость литейной формы и его затвердевании с образованием изделия заданной формы и размеров. Литьё относится к числу древнейших производственных технологий и применяется для получения деталей из металлов, сплавов, полимеров, стекла, керамики и других материалов.
¶Общие сведения
Литьё является одним из основных способов получения заготовок и готовых изделий в машиностроении, металлургии и строительстве. По данным отраслевых обзоров, объём мирового производства литых изделий исчисляется десятками миллионов тонн в год. Технология позволяет получать детали сложной конфигурации, в том числе полые и с внутренними каналами, практически без механической обработки или с минимальной её долей.
Основные параметры процесса литья: температура перегрева расплава над жидкотекучестью, скорость заполнения формы, время затвердевания, свойства литейной формы и её материала.
¶Классификация
Литьё классифицируют по нескольким признакам.
По виду литейной формы:
- Открытая форма — заливка ведётся сверху, кристаллизация происходит под давлением столба металла.
- Закрытая форма — расплав подаётся через литниковую систему, кристаллизация идёт под давлением сжатых газов.
По материалу формы:
- Земляное литьё — одноразовые формы из формовочной смеси (песок, глина, связующие).
- Кокильное литьё — многоразовые металлические формы (кокили).
- Литьё под давлением — металлическая пресс-форма, заполняемая под высоким давлением.
- Литьё по выплавляемым моделям (литьё по утрачиваемым моделям, «литьё по воску») — использование одноразовых моделей из легкоплавкого материала.
- Литьё под низким давлением — расплав вытесняется в форму сжатым газом при давлении 0,02–0,6 МПа.
- Центробежное литьё — форма вращается, расплав распределяется по стенкам под действием центробежной силы.
- Конвейерное литьё — непрерывная заливка в движущиеся формы (широко применяется при производстве чугунных труб).
По типу затвердевания:
- Обычное литьё — естественное охлаждение.
- Кристаллизация под давлением — давление поддерживается до конца затвердевания (литьё под давлением, литьё под низким давлением).
¶Материалы
Наиболее распространённые материалы для литья:
| Материал | Типичные сплавы | Область применения |
|---|---|---|
| Чугун | Серый, ковкий, высокопрочный | Блоки цилиндров, трубы, корпусные детали |
| Сталь | Углеродистые, легированные | Рельсы, колёса, валы, корпусные детали |
| Алюминиевые сплавы | АК, АМ, силумины | Корпусные детали, диски, элементы транспорта |
| Медные сплавы | Бронзы, латуни | Насосы, арматура, детали трения |
| Цинковые сплавы | ЦАМ, ЦАМ4-1 | Мелкие штамповки, корпуса приборов |
| Магниевые сплавы | МЛ5, МЛ6 | Авиационные и приборные детали |
В России традиционно развито производство чугунного и стального литья. Крупнейшие литейные предприятия страны работают в Волгограде, Липецке, Челябинске, Санкт-Петербурге и других промышленных центрах.
¶Технологический процесс
Типичный технологический цикл земляного литья включает:
- Приготовление формовочной смеси — кварцевый песок, глина, связующие.
- Изготовление модели — деревянная, металлическая или полимерная копия будущей детали.
- Формовка — уплотнение смеси вокруг модели в опоке.
- Извлечение модели и изготовление стержней — для образования внутренних полостей.
- Сборка формы и заливка — расплав подаётся в полость через литниковую систему.
- Кристаллизация и охлаждение.
- Разборка формы, выбивка, очистка — удаление формовочной смеси, обрезка литников.
- Правка и термообработка — устранение дефектов, снятие внутренних напряжений.
¶Дефекты литья
Основные дефекты литых изделий: усадочные раковины и поры, неметаллические включения, непроливы, смещения стержней, горячие и холодные трещины, газовые поры. Причины их образования связаны с неправильным расчётом литниково-прибыльной системы, нарушением режимов заливки, загрязнением металла и низким качеством формовочных материалов.
¶История
Литьё известно с III тысячелетия до н. э. — ранние образцы медного и бронзового литья найдены на Ближнем Востоке, в Египте и Индии. В Древнем Египте отливали статуи, оружие, украшения. В античном мире технология достигла высокого уровня: римляне производили массовое литьё оружия, колоколов, сантехнических изделий.
В России литьё развивалось с X века в связи с развитием кузнечного и оружейного дела. В XVI–XVII веках были созданы первые литейные дворы, в том числе Пушкарский двор в Москве. В XVIII веке в России развернулось производство чугунного литья — в 1702 году Никита Демидов основал Невьянский завод, где было налажено выпуск чугунных изделий. В XIX веке российская металлургия вышла на мировой уровень по объёму чугунного литья.
¶Применение
Литьё применяется в широком спектре отраслей:
- Машиностроение — блоки цилиндров, корпуса насосов и клапанов, рамы станков.
- Транспорт — колёса, тормозные диски, детали шасси.
- Энергетика — турбинные лопатки, корпуса реакторных установок.
- Строительство — чугунные трубы, канализационные люки, фасадные элементы.
- Художественное литьё — памятники, скульптуры, колокола.
¶Литература
- Балакин В. Г., Гуляев В. Б. Металлургия чугуна. — М.: Металлургия, 1985.
- Смирнов В. О. и др. Литьё металлов и сплавов. — М.: МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2009.
- Патон Б. Е. Литьё и сварка в космосе. — М.: Машиностроение, 1972.