Lijev od lijevanog željeza je proizvodni proces u kojem se rastaljena željezna legura — koja sadrži 2–4 % ugljika i 1–3 % silicija — ulijeva u šupljinu kalupa, obično napravljenu od pijeska, i ostavlja se da se skrutne u gotovo konačni oblik komponente. Najčešća metoda koja se koristi u cijelom svijetu je lijevanje u pijesak, koje čini većinu dijelova od lijevanog željeza proizvedenih u svijetu zbog niske cijene alata i fleksibilnosti za proizvodnju malih serija i masovnu proizvodnju. Proces se preferira za proizvodnju komponenata sa složenim geometrijama, dobrom obradivošću, visokom tlačnom čvrstoćom i izvrsnim prigušivanjem vibracija — svojstvima koja čine lijevano željezo materijalom izbora za blokove motora, cijevne spojnice, baze strojeva i kućišta pumpi.
Ukratko: lijevanje od lijevanog željeza kombinira jeftini materijal koji se lako oblikuje sa svestranim procesom oblikovanja, što ga čini jednim od najekonomičnijih puteva za proizvodnju izdržljivih metalnih komponenti u velikom broju.
Lijevanje u pijesku ostaje dominantna tehnika za proizvodnju lijevanog željeza jer može prihvatiti i jednostavne i vrlo složene geometrije dijelova uz relativno niske troškove. Proces slijedi dosljedan slijed faza.
Uzorak — obično izrađen od drva, metala ili smole — proizvodi se u točnom obliku završnog dijela, ali malo prevelik da bi se uračunalo skupljanje tijekom hlađenja. Sivo željezo se obično skuplja 1,0–1,2% tijekom skrućivanja , a ovaj dodatak mora biti ugrađen u dimenzije uzorka.
Pijesak pomiješan s vezivom (obično bentonitna glina ili smola) nabijen je oko uzorka kako bi se formirala šupljina kalupa. Za dijelove s unutarnjim šupljinama, kao što su spojevi cijevi ili blokovi motora, izrađuju se odvojene pješčane jezgre i stavljaju u kalup prije zatvaranja.
Željezo se tali u kupolnoj ili indukcijskoj peći na temperaturama između 1350°C i 1450°C , zatim se ulijeva u kalup kroz sustav zatvarača dizajniran za kontrolu protoka i minimiziranje turbulencije, što pomaže u smanjenju zarobljavanja plina i inkluzija.
Odljevak se ostavi da se skrutne i ohladi unutar kalupa — vrijeme hlađenja ovisi o debljini stijenke, u rasponu od manje od jednog sata za tanke dijelove do nekoliko sati za teške odljevke. Nakon što se ohladi, pješčani kalup se odvaja u procesu koji se naziva istresanje.
Vrata, usponi i bljesak se uklanjaju, a površina se čisti pjeskarenjem. Strojna obrada se zatim primjenjuje na kritične dimenzije i spojne površine kako bi se zadovoljile konačne tolerancije.
Odabir pravog kvaliteta jedna je od najvažnijih odluka u projektu lijevanja, budući da se mehanička svojstva značajno razlikuju od vrste lijevanog željeza.
Najrašireniji tip, karakteriziran grafitnom strukturom u obliku pahuljica. Sivi lijev nudi vlačnu čvrstoću u rasponu od 150 do 400 MPa ovisno o klasi, uz izvrsnu obradivost i prigušivanje vibracija, što ga čini idealnim za baze i kućišta strojeva.
Sadrži sferoidne kvržice grafita umjesto ljuskica, što mu daje znatno veću vlačnu čvrstoću i istezanje. Nodularni lijev razreda 65-45-12 isporučuje minimalnu vlačnu čvrstoću od 65 000 psi (450 MPa) s istezanjem od 12% , što ga čini prikladnim za tlačne cijevi, koljenasta vratila i zupčanike.
Proizveden brzim hlađenjem koje suzbija stvaranje grafita, što rezultira tvrdom, krhkom karbidnom strukturom. Njegova ekstremna tvrdoća (obično 450–650 HB) čini ga prikladnim za aplikacije otporne na habanje kao što su kugle za mljevenje i obloge pumpi za mulj, iako ga je teško obraditi.
| Ocjena | Vlačna čvrstoća | Tipična primjena |
|---|---|---|
| Klasa sivog željeza 30 | 210 MPa | Postolja strojeva, nosači |
| Nodularni lijev 65-45-12 | 450 MPa | Priključci za cijevi, koljenasta vratila |
| Bijelo željezo | 200–400 MPa | Nosite obloge, materijal za mljevenje |
Dosljedna kvaliteta u lijevanju od lijevanog željeza ovisi o kontroli procesa taljenja i gotovog proizvoda. Ugledne ljevaonice primjenjuju kombinaciju sljedećih provjera.
Spektrometri se koriste za provjeru sadržaja ugljika, silicija, mangana i elemenata u tragovima prije izlijevanja. Odstupanje od samo 0,2% u ekvivalentu ugljika može pomaknuti mehanička svojstva dovoljno da zakaže specifikacija , tako da je analiza taline u stvarnom vremenu standardna praksa u ljevaonicama usmjerenim na kvalitetu.
Uobičajene metode uključuju:
Kuponi za uzorke koji se lijevaju uz proizvodne dijelove testiraju se na vlačnu čvrstoću, tvrdoću (obično Brinellovim ispitivanjem) i, za kritične komponente, na udarnu žilavost — čime se osigurava da svaka serija ispunjava zahtjeve specificirane kvalitete.
Koordinatni mjerni strojevi (CMM) ili 3D skeniranje potvrđuju da su kritične dimenzije unutar tolerancije, obično unutar ±0,5 mm do ±1,5 mm ovisno o veličini dijela i načinu lijevanja, prema standardima kao što je ISO 8062.
Razumijevanje tipičnih nedostataka pomaže kupcima i inženjerima da rano prepoznaju probleme s kvalitetom i rade s ljevaonicama kako bi ispravili temeljne uzroke.
Kada ocjenjuju ljevaonicu za lijevanje od lijevanog željeza, kupci bi trebali gledati dalje od cijene i procijeniti sposobnost procesa i certifikaciju.
Ljevaonice s dokumentiranom kontrolom procesa obično prijavljuju stope otpada ispod 5% , u usporedbi s 10–15% ili više u objektima bez rigoroznih sustava kvalitete — razlika koja izravno utječe i na trošak i na pouzdanost isporuke.
Lijevanje od lijevanog željeza, posebno putem lijevanja u pijesku, ostaje jedna od najisplativijih i najsvestranijih metoda za proizvodnju izdržljivih metalnih komponenti u svim industrijama. Uspjeh ovisi o odabiru odgovarajuće kvalitete za primjenu, praćenju kontroliranog procesa lijevanja u pijesku i primjeni rigorozne kontrole kvalitete u svakoj fazi — od kemije taljenja do konačne dimenzionalne inspekcije. Kupci koji razumiju ove osnove bolje su opremljeni za ispravno specificiranje dijelova i odabir partnera za ljevaonice sposobnih za isporuku dosljednih odljevaka bez grešaka.
