Сталь широко применяется для изготовления большого ассортимента металлоизделий (от гвоздей и шурупов до ответственных деталей двигателя внутреннего сгорания) в связи с тем, что ее физико-механические свойства имеют высокие значения по сравнению с другими металлами и сплавами, например чугуном, алюминием, магнием, медью и их сплавами. Самые ответственные детали машин и приборов часто изготавливают из стали, которая удовлетворяет самым высоким требованиям (детали рулевого управления автомобиля, сосуды высокого давления, ходовая часть транспортных средств, детали подъемных механизмов и т. д.). Но необходимо помнить, что литая структура иногда не обеспечивает требуемых прочностных свойств заготовок, для гарантированной прочности и вязкости литые заготовки должны пройти горячую пластическую деформацию. Поэтому не менее 80 % литой стали подвергается прокатке, а затем из прокатанных заготовок изготавливают детали ответственного назначения. Сталелитейные цехи на металлургических предприятиях поставляют слитки для прокатного производства. Иногда слитки поступают в кузнечные цехи для изготовления из них поковок ковкой или горячей штамповкой.
Из цветных металлов наибольшее применение получили: алюминий, медь, титан, магний и их сплавы. Они обладают такими свойствами, которые позволяют изготавливать уникальные изделия, обладающие небольшим весом, высокой электро- и теплопроводностью, устойчивостью к агрессивной среде и т. д.
Алюминий имеет низкое удельное электросопротивление, высокую теплопроводность, коррозионную стойкость. Алюминий выпускают высокой чистоты (А999 с 0,001 % примесей), технической чистоты (А85, А8, А7, А7Е, А0,), технически дефомируемый (АД0, АД00, АД000, АД0Е, АД1, АД.). Алюминиевые сплавы бывают деформируемые и литейные (из них изготавливают заготовки методами резания и литья).
Медь отличается высокой электропроводностью, теплопроводностью, коррозионной стойкостью, хорошей пластичностью. Широко применяется в электротехнической промышленности, машиностроении и приборостроении. Из медных сплавов наибольшее распространение получили латуни (сплав меди с цинком) и бронзы (сплав меди другими химическими элементами, кроме цинка).
Титан и титановые сплавы являются перспективными материалами, из которых можно изготавливать легкие, высокопрочные и коррозионностойкие детали. В частности, производство современных летателъных устройств немыслимо без применения титана. Титановые сплавы подразделяют на литейные и деформиуемые. Наиболее распространены литейные сплавы ВТ1Л, ВТ5Л, ВТ10Л. Титановые сплавы также обладают высокой химической стойкостью и жаростойкостью, удовлетворительной технологичностью при обработке, поэтому требуют строгого соблюдения параметров обработки.
Все цветные металлы и сплавы выплавляют из соответствующих руд и материалов методами электрометаллургии или электрохими что требует огромных затрат энергии. В связи с этим до настояшего времени их производство достаточно дорогостоящее. Изделия из цветных металлов и сплавов применяют только в технически и экономически обоснованных случаях, там, где невозможно применить черные металлы и сплавы вместо цветных. Целесообразно создавать композиционные материалы, в которых сталь выполняет роль, несушую основную нагрузку, преимущественно определяет прочностные параметры изделия, а цветные металлы придают ему, например, свойство противостоять коррозии или уменьшать контактное трение.
Литейное производство изготавливает достаточно большой ассортимент различных заготовок из черных и цветных металлов и сплавов. Характерной особенностью способа получения заготовок литьем является техническая и экономическая целесообразность его применения при индивидуальном, серийном и массовом производстве, причечем масса отливок может лежать в широком диапазоне.
Сущность способа литья заготовок заключается в том, что приготовленный по специальной технологии расплав металла определенного состава разливают в литейные формы, где он, застывая, приобретает соответствующие размеры и форму. В зависимости от вида литейной формы разливают литье в разовые и постоянные (многоразовые) формы. Наибольшее количество отливок (до 80 %) получай литьем в песчаные (землянопесчаные) формы, так как этот метод является универсальным применительно к литейным материалам, типу производства, к массе и габаритам отливок. Этим способом отливают: станины и корпуса машин, шкивы, диски, кольца, секции отопительных радиаторов, головки и блоки цилиндров двигателей, люки и плиты, зубчатые колеса и т. д.
Многоразовые формы изготавливают из металлических сплавов (чугун, сталь, алюминиевые сплавы и т. д.), гипса, глины, графита, керамических и металлокерамических материалов, бетона. Метод литья в многоразовые формы не может быть применен в индивидуальном и мелкосерийном производстве, поскольку изготовление постоянной литейной формы - дорогостоящий процесс по сравнению с производством песчаной формы. Литье в металлические формы получило название литье в кокиль. Распространен метод литья в металлические формы под давлением, который позволяет получить отливки с более плотной структурой при минимальном количестве внутренних пустот.
При разработке и реализации технологического процесса изготовления литья важно получить плавку сплава нужного химического состава и отлить из него качественное литье без внутренних и внешних дефектов. Вторая задача решается выбором соответствующей литейной формы и конструированием литниковой системы, которая обеспечивает качественное заполнение всех элементов формы и получение плотной структуры металла отливки.
Технологичность конструкции отливки характеризуется условиями формовки песчаной формы, заливки ее жидким металлом, остывания расплава, извлечения отливки из формы (выбивки), удаления стержней, формирующих внутренние полости заготовки, отделения литниковой системы от отливки, обрубки заусенцев.
При изготовлении литейной песчаной формы применяют металлические опоки, а также деревянные или металлические модели. Формовку осуществляют на специальных формовочных вибрационных Машинах, которые уплотняют формовочную смесь вокруг модели и позволяют получить достаточную прочность ее сцепления со стенками опоки, представляющей собой ящик без дна. После уплотнения смеси опоку поднимают над плитой и моделью и совмещают со второй соответствующей опокой, оформляющей вторую половину отливки. В одной из опок формируют литник и литниковую систему, по которой расплавленный металл поступает в полость формы. При наличии в отливке внутренних полостей, например, в секции отопительного радиатора, в одну из опок устанавливают так называемые стержни, выполненные из специальной смеси, которая должна после затвердевания металла легко удаляться механическим разрушением.
Для массовой отливки мелких и средних заготовок применяют метод литья в оболочковые формы (литье по выплавляемым, раство-} ряемым, замораживаемым моделям и т. п.), суть которого заключается в том, что модель изготавливается из легкоплавкого (технический воск) или растворяемого материала. Эту модель путем погружения, например, в жидкостекольныи раствор, покрывают топким слоем твердеющего при повышенной температуре специального состава. При затвердевании оболочки сама модель расплавляется и удаляется. Оболочки объединяются литниковой системой. Этот способ позволяет получить высококачественное и точное литье с низкой шероховатостью поверхности. Таким образом получают лопатки турбин, шестерни, детали машин и приборов.
Плавку чугуна осуществляют в вагранках, затем жидким расплавом заполняют специальные разливочные ковши. Сталь и цветные металлы плавят в злектродуговых и индукционных печах, используя металлолом или специальные чушки, поступающие с металлургических предприятий. При выплавке чугуна в относительно небольших объемах применяют также электродуговые и индукционные установки.
Обычно литейный цех состоит из участков: подготовки шихты (исходных материалов для загрузки их в плавильные установки), плавки металла, подготовки формовочной смеси, стержней, формовки, заливки, выбивки отливок, термообработки и отделки. Учитывая специфику литейного производства, требующего высокой квалификации металлургов, производство литья целесообразно выполнять на специализированных предприятиях, получивших наименование «цетролиты». Они способны обеспечить высококачественным литьем предприятия, относящиеся к различным типам производства и отраслям.
Заготовки в виде литья могут быть успешно использованы для изготовления деталей, не испытывающих ударных нагрузок, не рассчитываемых на прочность, с размерами, определяемыми конструктивными технологическими соображениями. Детали ответственного назначения, особенно такие, которые обеспечивают безопасность функционирования устройства машины или механизма, например детали рулевого механизма автомобиля, не могут быть изготовлены из отливок.