Литьё является ключевым методом получения сложных металлических деталей с заданными геометрическими формами и характеристиками. В промышленности наиболее распространены два вида литья: чугунное и стальное. Несмотря на сходство базового процесса — заливки расплавленного металла в форму и его последующего затвердевания — эти технологии имеют ряд существенных различий, которые определяют их преимущества, ограничения и области применения.
1. Химический состав и структура
- Чугун: сплав железа с углеродом (2–4 %) и кремнием (1–3 %). Графит может иметь форму пластин (серый чугун) или шариков (ковкий чугун). Высокое содержание углерода снижает температуру плавления до 1150 °C и обеспечивает хорошую литейную способность.
- Сталь: сплав железа с углеродом (<2 %) и разнообразными легирующими элементами (Cr, Ni, Mo, Mn и др.). Температура плавления стали выше — около 1500 °C, что требует более энергоёмких процессов и улучшенного оборудования.
2. Технологические особенности
ПараметрЛитьё чугунаЛитьё стали
Температура плавления
1100–1200 °C
1450–1550 °C
Формовочные смеси
Песок с классическими связующими (глина, полимеры)
ХТС и специальные формовочные смеси для стали
Скорость заливки
Высокая литейная способность, медленное охлаждение
Требует быстрого заливки и контроля затвердевания
Усадка
1,0–1,5 %
1,5–2,0 %
Машины и печи
Песчаные и металлические кокили; индукционные печи
Вакуумные и электрошлаковые печи
Дополнительная обработка
Часто минимальная (точность формы)
Частая механическая и термообработка для точности
- Формование:
- Для чугуна традиционно используют песчаные формы с глино-песчаным связующим.
- Для стали применяют ХТС (холодно-твердеющие смеси) или оболочковые формы, обеспечивающие точность и однородность.
- Плавка и заливка:
- Чугунные печи проще по конструкции, менее энергоёмки.
- Сталь плавят в вакуумных или электрошлаковых печах, обеспечивающих чистоту металла и контроль легирующих элементов.
- Охлаждение и усадка:
- Чугун застывает относительно медленно, что снижает внутренние напряжения.
- Сталь охлаждается быстрее, требует контроля процесса, чтобы избежать трещин и пор.
3. Механические свойства и износостойкость
- Чугун: высокая прочность на сжатие, отличная вибро- и шумопоглощаемость, но относительно низкая ударная вязкость (за исключением ковкого чугуна). Отлично справляется с абразивным износом за счёт пластинчатого или сфероидального графита.
- Сталь: более высокая прочность на растяжение и ударная вязкость, широкий диапазон твердости и пластичности за счёт легирования и термообработки. Износостойкость достигается сочетанием твёрдых карбидов и нерушимого стального каркаса.
4. Сферы применения
- Чугунное литьё:
- Корпуса насосов, клапанов, компрессоров и гусениц строительной техники.
- Дробилки, молотки, футеровочные плиты — детали с абразивной нагрузкой.
- Осьевые и радиальные опоры, фасонные и декоративные элементы.
- Стальное литьё:
- Критические компоненты двигателей, турбин и насосов высокого давления.
- Шестерни, валы, шлицевые соединения, где важна ударная вязкость.
- Элементы мостостроения, строительных конструкций и тяжёлых машин.
5. Экономика и жизненный цикл
- Стоимость производства: чугун дешевле в плавке и формовании; сталь требует более сложного оборудования и энергоёмких процессов.
- Жизненный цикл: стальные отливки при равных габаритах и условиях службы обычно служат дольше благодаря высокой ударной вязкости и гибкости металла.
Выбор между чугунным и стальным литьём зависит от требований к механическим свойствам, условиям эксплуатации, точности геометрии и экономическим соображениям. Чугун остаётся незаменимым для износостойких и виброгасящих деталей, тогда как стальное литьё — для ответственных нагруженных компонентов с высокими требованиями к прочности и ударной вязкости.