Производство отливок из стали

Сталью называют железоуглеродистые сплавы, содержащие до 2 % С. Наряду с углеродом в сталях присутствуют Mn, Si, S, Р, N, H, О и другие элементы, попавшие в нее из шихтовых материалов или введенные в процессе ее производства (Mn и Si в углеродистые стали вводят, например, для раскисления). Другие (легирующие) элементы добавляют для придания стали особых физических, физико-химических свойств или повышения ее прочности. Это чаще всего Cr, Ni, Mo, V, W, а также Mn и Si в количестве, превышающем потребности раскисления. Сталь широко применяют прежде всего для деталей, которые наряду с высокой прочностью должны обладать хорошими пластическими свойствами, быть надежными и долговечными в эксплуатации. Многие стали хорошо свариваются, что дает возможность изготовлять сложные сварно-литые конструкции.

Классификация стальных отливок. Стальные отливки можно классифицировать: по химическому составу; структуре; назначению отливок;

способу выплавки стали.

По химическому составу стальные отливки подразделяют на 4 класса:

1) из углеродистой нелегированной стали;

2) из низколегированной стали с содержанием легирующих элементов до 2,5 %;

3) из среднелегированной стали с содержанием от 2,5 до 10 % легирующих элементов;

4) из высоколегированной стали, содержащей более 10 % легирующих элементов.

По структуре раздельно классифицируют углеродистые и легированные стали, так как сходные структурные составляющие в зависимости от растворенного в них легирующего элемента обладают различными свойствами.

Отливки из углеродистой стали могут иметь ферритную и перлитную структуру. Следует отметить, что в реальных углеродистых сталях (даже низкоуглеродистых) чисто ферритной структуры не наблюдается. По границам ферритных зерен наблюдаются выделения третичного цементита, который, образуя хрупкую оболочку вокруг зерен феррита, заметно снижает его пластичность и вязкость.

Отливки из высоколегированных сталей по структуре делят на 6 классов: мартенситный, мартенсито-ферритный, ферритный, аустенито-мартенситный, аустенито-ферритный и аустенитный.

Структура отливок из высоколегированных сталей определяется содержанием легирующих элементов, углерода, режимом термообработки.

По назначению или служебным свойствам стальные отливки подразделяются на две группы:

1) отливки общего назначения из конструкционной стали;

2) отливки из стали со специальными свойствами (физическими, химическими, физико-химическими и др.).

Для первой группы определяющими характеристиками являются механические свойства (отливки этой группы изготавливают преимущественно из углеродистой и низколегированной стали). Ко второй группе относятся отливки из сталей: жаропрочных, жаростойких, коррозионно-стойких, износостойких и другого специального назначения (с особыми магнитными, электрическими и другими свойствами). Определяющими характеристиками таких сталей являются их специальные свойства.

По способу выплавки различают стали, приготовленные в печах с кислой или с основной футеровкой. Многие углеродистые и часть низколегированных сталей выплавляют в кислых печах, а среднеи высоколегированные стали – в основных печах. На практике для выплавки стали применяют:

кислые и основные дуговые печи (для мелких и средних отливок из углеродистых и низколегированных сталей);

кислые и основные индукционные печи (для мелких и средних отливок из легированных сталей);

кислые и основные мартеновские печи (для средних и крупных отливок из углеродистых, низкои среднелегированных сталей);

установки электрошлакового переплава – ЭШП (для особо ответственных отливок специального назначения);

конвертеры (для малоответственных мелких и средних отливок).

Маркировка литейных углеродистых сталей, химический состав и механические свойства регламентированы ГОСТ 977-88. Для изготовления отливок предусмотрены следующие марки стали: конструкционные нелегированные – 15Л, 20Л, 25Л, 30Л, 35Л, 40Л, 45Л, 50Л; конструкционные легированные – 20ГЛ, 35ГЛ, 20ГСЛ, 20Г1ФЛ и др. Литейные свойства углеродистых сталей значительно хуже литейных свойств чугуна и других сплавов. Суммарная объемная усадка затвердевания и усадка в жидком состоянии составляет 6,0 %. Поэтому стальные отливки, как и отливки всех других сплавов, кроме чугуна, необходимо получать с прибылями.

В ГОСТ 977-88 приведены химический состав и механические свойства легированных сталей после термической обработки – закалки (нормализации) и отпуска. Чаще других применяют стали, легированные кремнием, марганцем, хромом и никелем, медью и др. Марганцевые стали отличаются более высокой прочностью и особенно большей прокаливаемостью, чем углеродистые. Из них изготавливают отливки для железнодорожного транспорта, экскаваторов и других машин. У хромовых сталей (40ХЛ и др.) также повышенные по сравнению с углеродистой сталью механические свойства и прокаливаемость. Некоторые марки легированных сталей модифицируют бором, кальцием, церием и другими редкоземельными металлами (РЗМ). В результате улучшаются механические и литейные свойства стали. Состав и свойства высоколегированных сталей регламентированы ГОСТ 2176-77. Прежде всего, к ним относятся коррозионно-стойкие (нержавеющие) стали марок: 12Х18ТЛ, 15Х25ТЛ и др. Кислотоупорная хромоникелевая сталь, содержащая 18 % Cr и 8 % Ni, широко используется для отливок деталей насосов, фитингов и т.п.