Jak wybrać materiał na odlewy?

Wybór tworzywa odlewniczego jest niezwykle istotny w procesie produkcji, ponieważ bezpośrednio wpływa na właściwości techniczne, wytrzymałość i koszty wyrobu elementów. Różnorodność dostępnych materiałów sprawia, że decyzja o wyborze konkretnego z nich musi być dobrze przemyślana. Dobór tworzywa uzależniony jest przede wszystkim od środowiska pracy czy przewidywanego obciążenia. W tym artykule odpowiemy na pytanie, jak wybrać materiał na odlewy? Zapraszamy!

Podział materiałów odlewniczych

Materiały odlewnicze można podzielić ze względu na różne kategorie w zależności od ich właściwości fizycznych, chemicznych czy mechanicznych. Klasyfikacja ta pomaga w precyzyjnym doborze tworzywa do konkretnych zastosowań. Metale żelazne są wykorzystywane w odlewach o wysokiej wytrzymałości i odporności na obciążenia. Z kolei staliwo wyróżnia się szerokim zakresem właściwości, co pozwala na używanie go w odlewach wymagających odporności na skrajne temperatury, korozję i ścieranie.

Metale żelazne

Ta grupa obejmuje rozmaite materiały na odlewy. Do nich zaliczają się:

• żeliwo szare – odznacza się wytrzymałością na ściskanie, niską przewodnością cieplną i dobrą skrawalnością. Sprawdza się do odlewu elementów maszyn rolniczych i budowlanych.
• żeliwo ciągliwe – posiada wyższą plastyczność i odporność na rozciąganie niż żeliwo szare. Stosowane jest np. w branży motoryzacyjnej.
• żeliwo sferoidalne – charakteryzuje się wysoką odpornością na uderzenia i większą wytrzymałością niż inne typy żeliwa. Używa się go np. w kolejnictwie – powstają z niego m.in. koła lokomotyw, elementy wagonów czy klocków hamulcowych.
• żeliwo austenityczne – odporne na działanie wysokich temperatur, korozji i czynników chemicznych. Robi się z niego zawory, pompy, tuleje czy kompresory.
• żeliwo chromowe – znajduje zastosowanie w środowiskach wymagających zwiększonej odporności na ścieranie i korozję.

Staliwo

Do tej grupy materiałów odlewniczych zaliczają się m.in.:

• staliwo do użytku w niskich temperaturach – zachowuje plastyczność i wytrzymałość w ekstremalnych warunkach. Stosuje się je w przemyśle petrochemicznym.
• staliwo do użytku w wysokich temperaturach – nie traci właściwości mechanicznych nawet w temperaturze sięgającej 500°C.
• staliwo stopowe konstrukcyjne – wykorzystywane do produkcji elementów, które wymagają doskonałych parametrów wytrzymałościowych. To świetny materiał do odlewów o złożonym kształcie.
• staliwo narzędziowe – dzięki wysokiej twardości i odporności na ścieranie sprawdzi się do wyrobu narzędzi. Poza tym używa się go w hutnictwie.
• staliwo żaroodporne – niewrażliwe na działanie wysokich temperatur i gazów spalinowych. W związku z tym to tworzywo odlewnicze wykorzystywane jest do wyrobu elementów pieców.
• staliwo żarowytrzymałe – stosowane w miejscach, gdzie wymagane jest zachowanie dobrej wytrzymałości przy długotrwałym działaniu wysokiej temperatury. Produkuje się z niego np. ruszty.
• staliwo odporne na ścieranie – charakteryzuje się bardzo wysoką twardością i trwałością.
• staliwo odporne na korozję – doskonale nadaje się do środowisk o wysokiej wilgotności i do miejsc, gdzie znajdują się agresywne czynniki chemiczne. Wykonuje się z niego
• elementy śrub okrętowych, pomp czy turbin wodnych.
• staliwo niestopowe (węglowe) – z uwagi na dobrą wytrzymałość i niską ceną jest niezwykle popularne. Stosuje się je np. w budownictwie, kolejnictwie czy motoryzacji.

Właściwości materiałów odlewniczych

Podstawowym kryterium klasyfikacji materiałów na odlewy są ich właściwości. To one w głównej mierze decydują o zastosowaniu i sposobie przetwarzania tworzywa. Właściwości te można podzielić na 4 kategorie. Do nich zaliczają się:

• właściwości fizyczne – obejmują parametry takie jak gęstość, przewodność i rozszerzalność cieplna, właściwości magnetyczne czy odporność elektryczna. Te cechy wpływają na niewrażliwość materiału na zmiany temperatury i jego zachowanie w trakcie odlewania.
• właściwości chemiczne – określają reakcję materiału na kontakt z różnymi substancjami, np. odporność na kwasy, korozję czy utlenianie.
• właściwości mechaniczne i technologiczne – obejmują wytrzymałość na rozciąganie, ściskanie, twardość, a także plastyczność, udarność, ciągliwość, spawalność czy hartowność. Mają duże znaczenie przy projektowaniu odlewów o wysokiej odporności na obciążenia mechaniczne.
• właściwości użytkowe (techniczne) – wpływają na sposób wykorzystania materiału w produkcji – zdolność do formowania, skrawalność, spawalność i możliwość obróbki cieplnej, a także sprężystość, twardość czy żaroodporność.

Wszystkie te właściwości materiałów na odlewy należy uwzględnić podczas projektowania, aby zapewnić odpowiednie parametry do wyrobu produktów.

Dobór materiałów odlewniczych – najważniejsze kryteria

Aby wybrać właściwe materiały na odlewy, trzeba uwzględnić kilka istotnych kryteriów. Bez tego nie można mieć pewności, że zastosowane zostały odpowiednie tworzywa. Zatem o jakie kryteria chodzi? Wśród nich znajdują się:

• kryterium konstrukcyjne – dotyczy wytrzymałości mechanicznej, kształtu i wymiaru odlewu, czyli parametrów, które muszą być dostosowane do obciążeń i warunków pracy.
• kryterium technologiczne – umożliwia wykonanie odlewu z zastosowaniem materiału o określonych właściwościach. Dzięki temu można zaoszczędzić czas i energię, jakich wymagałby proces produkcji.
• kryterium ekonomiczne – dotyczy stosowania materiałów na odlewy, które są najłatwiej dostępne i tanie.
• kryterium estetyczne – skupia się ono na wyglądzie elementów, w tym ich kształcie, kolorze, możliwości formowania itp.
• kryterium ekologiczne – zgodnie z nim stawia się na materiały odlewnicze wyróżniające się najdłuższą żywotnością, a także możliwością utylizacji i ponownego przetworzenia.

Zastosowanie poszczególnych kryteriów umożliwia optymalizację wyboru materiału do odlewu, co wpływa na jakość, koszty i bezpieczeństwo produkcji. Należy jednak pamiętać, że nie w każdym przypadku wszystkie te kryteria są przydatne.

Wybór materiałów odlewniczych – podsumowanie

Dobór materiałów na odlewy to złożony proces, który wymaga uwzględnienia wielu zmiennych oraz szczegółowej analizy właściwości fizycznych, chemicznych i mechanicznych dostępnych tworzyw. Ważne jest też to, aby każdy etap – od wyboru surowca, przez projektowanie odlewu, po finalną jego obróbkę – był przemyślany i dopasowany do specyfiki produkcji. Współpraca z doświadczonymi specjalistami oraz analiza specyficznych warunków, w jakich będzie pracował dany odlew, pozwalają na optymalizację procesu i osiągnięcie najwyższej jakości gotowych wyrobów.