Метал відіграє важливу роль у житті людства. Цей матеріал використовується людьми у всіх галузях і у величезній кількості. Тому не дивно, що темпи металургійного виробництва тільки нарощуються.
Попри науково-технічний прогрес, альтернативи залізу, сталі, чавуну та іншим близьким до них речовин поки не знайдено. Вивчити докладніше процес виготовлення продукції з цих матеріалів допоможе доповідь на тему лиття металів.
Історія розвитку ливарного виробництва
За нинішнім розмахом промисловості сучасна цивілізація всього за один рік переробляє метал в такому обсязі, на видобуток якого в колишні часи пішло б як мінімум пара століть. І справа не тільки в удосконалених технологіях і збільшеної швидкості виробничих процесів. Такий обсяг металопромислової продукції – реальна нагальна потреба сучасного людства.
У доповіді з фізики про лиття металів не можна не приділити трохи уваги зародженню і розвитку ливарної справи. Здатність заліза застигати в заданій формі за певних умов була високо оцінена людьми ще в давнину. За припущеннями багатьох вчених і дослідників, знайомство людства з металом здійснилося за допомогою метеоритів.
Стародавні люди досить швидко вивчили основи процесу “приборкання” металу, після чого настала стадія розвитку лиття як складової життєдіяльності. До епохи Середньовіччя ливарна справа була вже великою галуззю з великим оборотом грошових коштів.
Протягом багатьох століть людство осягало таємниці металу і не дарма. Зараз пізнання вже досягло такого високого рівня, що практично будь-який майстер-любитель може в домашніх умовах виготовити просту і невелику металеву деталь.
Загальна інформація
Основний спосіб отримання металевих виробів – це лиття. Суть цього процесу полягає в заповненні будь-якої ємності або порожнини матеріалом в рідкому агрегатному стані. Розплавлений метал заливають в спеціальну ливарну форму.
Робочою частиною цієї ємності служить порожнина певного формату. Вона задає вміщеному в неї матеріалу потрібні параметри:
- форму;
- розмір;
- поверхню і її якість.
Подальший етап – це термічний перехід речовини з рідкого у твердий агрегатний стан. На цьому етапі матеріал, який залили в порожнину, охолоджується і твердне, в результаті чого набуває задані ливарною формою габарити, конфігурацію та інші характеристики. Отримані вироби називаються виливками.
Після затвердіння і охолодження матеріалу в порожнині утворюється виливок – заготівля деталі.
Варто підкреслити, що отриманий результат ливарного виробництва — це саме заготівля, а не копія деталі. Вироблений виливок при правильному проведенні процесу створення максимально наближений за розмірами і формою до оригінальної деталі, але все ж не повторює її повністю.
Найменування лиття застосовується до всього, що отримують за допомогою процесу відливу металів. Ця категорія представлена не тільки продукцією ливарного виробництва, а й художніми виробами, а також продуктами народних промислів.
Галузі застосування лиття
Технологічний процес лиття металів відрізняється високою затребуваністю, оскільки його застосування дозволяє виробляти різноманітну продукцію високої якості, не вдаючись до громіздкого обладнання і величезної кількості працівників.
Цей спосіб виробництва використовується для створення і випуску різних металевих виробів, які, своєю чергою, широко застосовуються в наступних галузях:
- автомобілебудування;
- авіаційна промисловість;
- машинобудування;
- електротехніка;
- медична промисловість (зокрема – стоматологічна та ортопедична);
- ювелірна справа і т. д.
На сучасному ринку металопромисловості ця виробнича технологія мати найвищий попит. Більш того, лиття металів входить в топову десятку кращих світових технологій, найбільш ефективних і найбільш вживаних.
Класифікація лиття
Лиття охоплює безліч підкатегорій, що відрізняються один від одного за різними критеріями. Класифікація лиття металів на основні різновиди зображена в таблиці.
| Критерії класифікації | Категорії та різновиди |
| Матеріал відливу |
|
| Технологія відливу |
|
| Вимоги до виливків (розмірна точність, ступінь шорсткості поверхні та інші) |
|
| Призначення виливків |
|
Основними критеріями вважаються матеріал виробу і технологія відливу. Тому варто розглянути категорії, що відносяться до них, докладніше.
Матеріал виливків
Литтю піддаються всі існуючі метали, але їх придатність для цього процесу далеко не однакова. Вони відрізняються один від одного за своїми ливарним властивостями — ключовими параметрами для процесу.
Цей параметр вказує на здатність до заповнення ливарної форми будь-якої конфігурації. Ступінь рідкотекучості речовини знаходиться в залежності від наступних її характерних особливостей:
- хімічний склад;
- внутрішня структура;
- температура плавлення.
Матеріал для відливу повинен володіти високим значенням рідкотекучості. Для цього у нього, зокрема, повинна бути низька температура плавлення. Чим нижче цей показник у матеріалу, тим легше проводиться його відлив і, відповідно, тим менше витрат вимагає виробничий процес. Саме тому найбільш затребувані і поширені в промисловості метали — це власники низької температури плавлення.
Метали, придатні для лиття і ті, що активно застосовуються в цьому процесі, діляться на три категорії:
- чорні;
- кольорові;
- рідкісноземельні.
Крім того, іноді в окрему категорію виділяються сплави, в основу яких покладені чорні або кольорові метали (наприклад, для перших це чавун з кулястим графітом). До групи чорних металів відносяться виливки зі сплавів на основі заліза:
- сталь;
- ковкий чавун;
- ливарний чавун.
Рідкоземельними металами називаються 17 елементів періодичної системи Менделєєва. Зрозуміло, по затребуваності в металопромисловості вони значно поступаються масштабам лиття чорних і кольорових металів.
Що стосується кольорових металів, то вони представлені дорогоцінними матеріалами, а також речовинами, що не включають до свого складу великої кількості заліза:
- алюміній;
- бронза;
- вісмут;
- золото;
- латунь;
- мідь;
- магній;
- нікель;
- олово;
- платина;
- свинець;
- срібло;
- титан;
- цинк і т. д.
Для кожного виду матеріалу, відповідно до його властивостей і характеристик, визначені кращі технології відливу. Це дозволяє зробити виріб з потрібними параметрами і якостями, а також, що не менш важливо, уникнути браку.
Технологія виробництва
З моменту виникнення ливарного виробництва і до теперішнього часу було розроблено безліч різних технік відливу, що відрізняються за умовами. Оскільки цих технологій дуже багато і охопити їх всі в рамках однієї доповіді неможливо, варто розглянути головні з них.
До основних способів лиття металів відносяться наступні:
- статичний;
- відцентровий;
- під тиском.
Статичне лиття виражається в заливці матеріалу в нерухому форму. Це найбільш часто застосовуваний метод і, ймовірно, найлегший і найпростіший. Метал, який розплавили, заливають в порожнину нерухомої ливарної ємності поки та не заповниться. Потім матеріал витримують у формі до його затвердіння.
Відцентровий тип лиття має на увазі заливку розплавленого матеріалу в спеціальну металеву або пісочну форму, яка обертається навколо осі (горизонтальної або вертикальної). Цей спосіб відливу відрізняється економічністю, до того ж для виробництва певних видів продукції він підходить набагато більше, ніж відлив статичного типу.
До такої продукції відносяться кільця і труби осесиметричного типу і багато іншого. Особливим попитом користуються виготовлені відцентровим способом заготовки з формою тіл обертання — це всілякі втулки, ротори, гільзи і т. д.
Метод виливки під тиском відрізняється:
- високою продуктивністю;
- високою якістю;
- точними розмірами виробу, що зводить потребу в його подальшій механічній обробці до мінімуму.
Суть процесу виражається в наступному – автоматичний ливарний механізм наповнює спеціальну прес-форму з металу (матрицю для виливки) розплавленим матеріалом під тиском в діапазоні 7-700 МПа. Виливки, вироблені таким методом, широко застосовуються як деталі при складанні автомобілів, комп’ютерів і великої частини побутової техніки.
Вивчення процесу лиття входить в шкільну програму і належить до фізики за восьмий клас. Така доповідь на тему лиття металів допоможе учням в засвоєнні досліджуваного матеріалу.
