Производственный процесс
Процесс производства литейной стали достаточно сложен, и каждый этап должен строго контролироваться для обеспечения качества конечного продукта. Ниже приведено более подробное описание процесса производства литейной стали:
1.Выплавка
Плавка является начальным этапом производства литейной стали, где сырье плавится и добавляются легирующие элементы для регулирования состава и эксплуатационных характеристик стали. Обычное плавильное оборудование включает:
Электродуговая печь (ЭДП): В основном используется для плавки стального лома. Лом плавится под воздействием высокой температуры электрической дуги, и при необходимости добавляются различные легирующие элементы.
Вакуумная индукционная плавка (ВИП): Сталь плавится в вакуумной среде, эффективно удаляя газы и примеси из расплавленной стали, улучшая ее чистоту и обеспечивая равномерное распределение легирующих элементов. Этот метод используется для производства высококачественной литейной стали.
Электрошлаковый переплав (ЭШП): В этом процессе расплавленная сталь переплавляется под действием электрического тока в шлаковой ванне, что способствует устранению примесей и улучшению зернистой структуры, в результате чего получается более однородный и высококачественный продукт.
В процессе плавки в зависимости от требуемого типа стали и эксплуатационных характеристик добавляются различные легирующие элементы (хром, молибден, вольфрам, ванадий, никель, кобальт и т. д.). Эти легирующие элементы влияют на такие свойства, как твердость, износостойкость, вязкость и термическая стабильность.
2.Кастинг
После плавки расплавленную сталь разливают в слитки или заготовки, обычно используя следующие методы:
Литье слитков: Расплавленная сталь заливается в формы для охлаждения и формирования литейной стали в форме слитка или блока. Литье в слитки обычно используется для более крупных размеров, которые позже будут подвергаться ковке.
Непрерывное литье: Расплавленная сталь непрерывно разливается в заготовки, обеспечивая лучшую однородность и меньше дефектов. Этот метод подходит для крупномасштабного производства и точного контроля свойств стали.
В процессе литья скорость охлаждения должна строго контролироваться. Слишком быстрое или слишком медленное охлаждение может привести к дефектам, таким как пористость или трещины. Правильный контроль охлаждения напрямую влияет на микроструктуру и физические свойства стали.
3.Ковка
Ковка — это процесс нагрева литого стального слитка до высоких температур и приложения механического давления для его пластической деформации, что дополнительно улучшает его внутреннюю структуру и механические свойства.
Обогрев: Сначала стальной слиток нагревают до температуры ковки (обычно 1000–1200 °C), гарантируя, что материал станет достаточно пластичным для формования.
Ковка: Слиток подвергается давлению со стороны ковочной машины, которая сжимает и удлиняет его, придавая ему необходимую форму, например, круглую, квадратную и т. д. В процессе ковки структура зерна стали измельчается, что приводит к повышению прочности и вязкости.
Устранение внутренних дефектов: Ковка также помогает удалить внутренние дефекты, образовавшиеся во время литья, такие как газовые пузырьки или включения, улучшая плотность и однородность стали.
После ковки сталь для пресс-форм претерпевает значительные улучшения как макро-, так и микроструктуры, приобретая более однородный размер зерна и более высокую прочность на разрыв.
4.Термическая обработка
Термическая обработка является критически важным этапом в производстве литейной стали. Цель состоит в том, чтобы отрегулировать микроструктуру стали для повышения ее твердости, износостойкости и прочности. Обычные процессы термической обработки включают:
Отжиг: Отжиг подразумевает нагрев стали до определенной температуры, а затем ее медленное охлаждение для устранения внутренних напряжений, возникающих во время ковки, что делает структуру материала более однородной и снижает твердость для улучшения обрабатываемости.
Нормализация: Подобен отжигу, но с более быстрым охлаждением, обычно с использованием воздуха. Нормализация улучшает механические свойства стали, в частности прочность на разрыв и твердость.
Закалка: Сталь нагревается до температуры аустенизации, а затем быстро охлаждается (обычно в воде или масле) для образования мартенсита. Закалка значительно повышает твердость стали, но также может сделать ее хрупкой. Для повышения вязкости обычно требуется последующий процесс отпуска.
Закалка: После закалки сталь становится чрезвычайно твердой, но также и хрупкой. Отпуск выполняется путем повторного нагрева стали до более низкой температуры для снижения твердости при одновременном повышении ударной вязкости и износостойкости. Конкретная температура и время отпуска имеют решающее значение для определения окончательной производительности.
5.Обработка
После термической обработки сталь для форм проходит дополнительную обработку с помощью механической обработки, чтобы гарантировать, что ее форма, размер и качество поверхности соответствуют требуемым спецификациям. Распространенные процессы механической обработки включают:
Резка: Сталь разрезается на заготовки необходимого размера с использованием таких методов, как распиловка, лазерная резка или плазменная резка.
Токарная обработка, фрезерование, шлифование: Эти процессы используются для улучшения формы стали формы, обеспечивая точные размеры. Шлифовка, в частности, используется для улучшения качества поверхности, особенно для сталей высокой твердости.
Сверление и нарезание резьбы: Для некоторых сталей для пресс-форм может потребоваться сверление или нарезание резьбы для создания каналов охлаждения или отверстий для сборки.
6.Обработка поверхности
Для повышения износостойкости, коррозионной стойкости или усталостной прочности стали для пресс-форм могут применяться дополнительные виды обработки поверхности. Обычные виды обработки поверхности включают:
Цементация: Сталь нагревается и обрабатывается в среде, богатой углеродом, что позволяет поверхности поглощать углерод и формировать закаленный слой. Науглероживание значительно повышает износостойкость и обычно используется для пресс-форм с высоким износом.
Азотирование: Сталь нагревается в среде азота или аммиака, образуя на поверхности закаленный слой нитрида. Этот слой обеспечивает превосходную твердость и коррозионную стойкость, что делает его идеальным для сталей для пресс-форм, которым требуется высокая износостойкость и длительный срок службы.
Гальванопокрытие или покрытие: Слой металла или сплава (например, хрома или никеля) наносится на поверхность стали с помощью гальванопокрытия или нанесения покрытия для повышения коррозионной стойкости и износостойкости.
7.Проверка качества
На протяжении всего процесса производства литейная сталь проходит строгий контроль качества и испытания. Общие испытания качества включают:
Анализ химического состава: Спектрометрические или химические методы используются для анализа содержания различных легирующих элементов, гарантируя, что сталь соответствует требуемым характеристикам.
Испытание на твердость: Испытание на твердость необходимо для оценки износостойкости стали и сопротивления деформации. Обычные испытания на твердость включают испытания на твердость по Бринеллю, Роквеллу и Виккерсу.
Испытание механических свойств: Включает испытания на растяжение, ударные испытания и усталостные испытания для обеспечения прочности, вязкости и долговечности стали в рабочих условиях.
Неразрушающий контроль (НК): Такие методы, как ультразвуковой контроль, магнитопорошковая дефектоскопия и рентгеновский контроль, используются для обнаружения внутренних трещин, пористости или включений, которые могут повлиять на целостность стали.
8.Упаковка и доставка
После завершения всех процессов обработки и проверки сталь для форм упаковывается для доставки. Упаковка обычно выполняется с использованием деревянных ящиков, поддонов или других материалов для защиты стали от повреждений во время транспортировки. В зависимости от требований заказчика сталь может быть разрезана на куски разной длины, формы или с разной обработкой поверхности перед отправкой.
Благодаря вышеуказанным сложным производственным этапам производительность литейной стали постепенно оптимизируется для соответствия различным требованиям, таким как высокая твердость, износостойкость, коррозионная стойкость и прочность. Каждый этап процесса, от плавки до упаковки, тщательно контролируется, чтобы гарантировать высокое качество конечного продукта и соответствие потребностям клиентов.
