Odlew żeliwny to proces produkcyjny, podczas którego stopiony stop żelaza — zawierający 2–4% węgla i 1–3% krzemu — wlewa się do gniazda formy, zwykle wykonanej z piasku, i pozostawia do zestalenia, uzyskując niemal ostateczny kształt elementu. Najpowszechniejszą metodą stosowaną na całym świecie jest odlewanie w formach piaskowych, z którego pochodzi większość części żeliwnych produkowanych na całym świecie ze względu na niski koszt oprzyrządowania i elastyczność zarówno w przypadku produkcji małoseryjnej, jak i masowej. Proces ten jest preferowany w przypadku wytwarzania komponentów o złożonej geometrii, dobrej obrabialności, wysokiej wytrzymałości na ściskanie i doskonałym tłumieniu drgań — właściwości, które sprawiają, że żeliwo jest preferowanym materiałem na bloki silników, łączniki rurowe, podstawy maszyn i obudowy pomp.
W skrócie: odlewanie żeliwa łączy tani, łatwy do formowania materiał z wszechstronnym procesem formowania, co czyni go jedną z najbardziej ekonomicznych metod produkcji trwałych elementów metalowych na dużą skalę.
Odlewanie piaskowe pozostaje dominującą techniką produkcji żeliwa, ponieważ umożliwia obróbkę zarówno prostych, jak i bardzo skomplikowanych geometrii części przy stosunkowo niskich kosztach. Proces przebiega według spójnej sekwencji etapów.
Wzór — zwykle wykonany z drewna, metalu lub żywicy — jest wytwarzany dokładnie w kształcie końcowej części, ale jest nieco większy, aby uwzględnić skurcz podczas chłodzenia. Żeliwo szare zwykle kurczy się podczas krzepnięcia o 1,0–1,2%. , a naddatek ten musi być wbudowany w wymiary wzoru.
Piasek zmieszany ze spoiwem (zwykle glinką bentonitową lub żywicą) jest ubijany wokół modelu, tworząc wnękę formy. W przypadku części z wewnętrznymi wnękami, takich jak łączniki rurowe lub bloki silnika, wykonuje się oddzielne rdzenie piaskowe i umieszcza je wewnątrz formy przed zamknięciem.
Żelazo topi się w żeliwiaku lub piecu indukcyjnym w temperaturach pomiędzy 1350°C i 1450°C , następnie wlewa się do formy przez system wlewowy zaprojektowany w celu kontrolowania natężenia przepływu i minimalizowania turbulencji, co pomaga zmniejszyć uwięzienie gazu i wtrącenia.
Odlew pozostawia się do zestalenia i ostygnięcia wewnątrz formy — czas chłodzenia zależy od grubości ścianki i waha się od niecałej godziny w przypadku cienkich przekrojów do kilku godzin w przypadku ciężkich odlewów. Po ochłodzeniu pleśń piaskowa zostaje rozbita w procesie zwanym wytrząsaniem.
Bramy, nadstawki i nadstawka są usuwane, a powierzchnia jest czyszczona poprzez śrutowanie. Następnie wymiarom krytycznym i powierzchniom współpracującym poddawana jest obróbka skrawaniem, aby zachować ostateczne tolerancje.
Wybór odpowiedniego gatunku jest jedną z najważniejszych decyzji w projekcie odlewu, ponieważ właściwości mechaniczne różnią się znacznie w zależności od rodzaju żeliwa.
Najpowszechniej stosowany gatunek, charakteryzujący się strukturą grafitu płatkowego. Żeliwo szare oferuje wytrzymałość na rozciąganie w zakresie od 150 do 400 MPa w zależności od klasy, wraz z doskonałą obrabialnością i tłumieniem drgań, dzięki czemu idealnie nadaje się na podstawy i obudowy maszyn.
Zawiera sferoidalne kulki grafitu zamiast płatków, co nadaje mu znacznie większą wytrzymałość na rozciąganie i wydłużenie. Żeliwo sferoidalne gatunku 65-45-12 zapewnia minimalną wytrzymałość na rozciąganie 450 MPa (65 000 psi) przy wydłużeniu 12% , dzięki czemu nadaje się do rur ciśnieniowych, wałów korbowych i przekładni.
Wytwarzany w wyniku szybkiego chłodzenia, które zapobiega tworzeniu się grafitu, w wyniku czego powstaje twarda, krucha struktura węglika. Jego wyjątkowa twardość (zwykle 450–650 HB) sprawia, że nadaje się do zastosowań odpornych na zużycie, takich jak kule mielące i tuleje pomp szlamowych, chociaż jest trudny w obróbce.
| Ocena | Wytrzymałość na rozciąganie | Typowe zastosowanie |
|---|---|---|
| Żeliwo szare klasy 30 | 210 MPa | Podstawy maszyn, wsporniki |
| Żeliwo sferoidalne 65-45-12 | 450 MPa | Złączki rurowe, wały korbowe |
| Białe żelazo | 200–400 MPa | Nosić wkładki, środki szlifierskie |
Stała jakość odlewów żeliwnych zależy od kontroli zarówno procesu topienia, jak i gotowego produktu. Renomowane odlewnie stosują kombinację poniższych kontroli.
Spektrometry służą do sprawdzania zawartości węgla, krzemu, manganu i pierwiastków śladowych przed wylaniem. Odchylenie wynoszące zaledwie 0,2% ekwiwalentu węgla może zmienić właściwości mechaniczne na tyle, że nie spełnia wymagań specyfikacji dlatego analiza stopu w czasie rzeczywistym jest standardową praktyką w odlewniach stawiających na jakość.
Typowe metody obejmują:
Próbki odlane wraz z częściami produkcyjnymi są testowane pod kątem wytrzymałości na rozciąganie, twardości (zwykle za pomocą testu Brinella) oraz, w przypadku kluczowych komponentów, udarności – upewniając się, że każda partia spełnia określone wymagania.
Współrzędnościowe maszyny pomiarowe (CMM) lub skanowanie 3D sprawdzają, czy krytyczne wymiary mieszczą się w granicach tolerancji, zazwyczaj w granicach ±0,5 mm do ±1,5 mm w zależności od rozmiaru części i metody odlewania, zgodnie z normami takimi jak ISO 8062.
Zrozumienie typowych defektów pomaga kupującym i inżynierom wcześnie zidentyfikować problemy z jakością i współpracować z odlewniami w celu usunięcia przyczyn źródłowych.
Oceniając odlewnię zajmującą się odlewaniem żeliwa, kupujący powinni patrzeć poza cenę i oceniać możliwości procesu i certyfikację.
Odlewnie posiadające udokumentowaną kontrolę procesu zazwyczaj zgłaszają poziom złomu poniżej 5% w porównaniu do 10–15% lub więcej w obiektach bez rygorystycznych systemów jakości – różnica, która bezpośrednio wpływa zarówno na koszty, jak i niezawodność dostaw.
Odlewanie żeliwa, zwłaszcza metodą piaskową, pozostaje jedną z najbardziej opłacalnych i wszechstronnych metod produkcji trwałych elementów metalowych w różnych gałęziach przemysłu. Sukces zależy od wyboru odpowiedniego gatunku do danego zastosowania, po kontrolowanym procesie odlewania w piasku i zastosowaniu rygorystycznej kontroli jakości na każdym etapie — od składu chemicznego stopu po końcową kontrolę wymiarową. Kupujący, którzy rozumieją te podstawy, są lepiej przygotowani do prawidłowego określania części i wybierania partnerów odlewniczych, którzy są w stanie dostarczyć spójne, wolne od wad odlewy.
