Прежде чем рассмотреть некоторые различия между литьем и ковкой, давайте сначала поговорим о двух материалах, которые обычно подвергаются этим процессам: железо и сталь. Железо — очень привычный материал в нашей повседневной жизни, который используется для создания различных инструментов и других изделий. Железо также является основным компонентом стальных сплавов, так чем же отличаются эти два материала?

Первое важное различие, которое следует уяснить: термин «железо», используемый в повседневной речи, зачастую относится не к чистому элементарному железу, а к его сплаву. Элементарное железо имеет очень высокую температуру плавления и используется для производства различных сплавов железа и стали, которые затем классифицируются в зависимости от используемого метода производства и процентного содержания железа, углерода и других элементов, присутствующих в сплаве.

Вероятно, каждый знает пару основных различий между железом и сталью и может определить несколько обычных предметов, сделанных из них. Такие объекты, как традиционный чайник или крышка люка проезжей части, могут быть изготовлены из чугуна, а в качестве примеров использования стали можно назвать кухонные ножи и стальные трубы. Разнообразие доступных сплавов железа и стали обеспечивает широкий выбор материалов на основе желаемых свойств. Другие факторы, такие как региональные стандарты, установленные правительственными агентствами, также могут повлиять на выбор материалов для того или иного промышленного оборудования.

Основное различие в составе стали и железа заключается в количестве углерода, присутствующего в сплаве. Чугун обычно содержит по весу более 2,0% углерода; для производства стали содержание углерода снижается до 0,008 – 2,0%. Чугун имеет относительно низкую температуру плавления (ниже, чем у элементарного железа), а сталь плавится при более высокой температуре, чем чугун. Эти различия существенно влияют на то, как металлы могут быть сформированы и использованы. Низкая температура плавления чугуна и легкость его текучести являются ключевыми причинами, по которым его широко используют при литье самых разных изделий.

Однако, чугун предназначен исключительно для литья и совершенно непригоден для ковки. Кроме того, хотя чугун отличается превосходными литейными качествами и способностью повторять контуры формы, он не может быть надежно сварен из-за более высокого содержания углерода, которое делает сварной шов хрупким. По существу, он не обеспечивает прочности или соединения трубопроводов, которые обычно требуются для процессов с высоким давлением и высокой температурой. В таких случаях подходящим выбором является сталь.

С другой стороны, сталь может быть отлита или выкована в желаемую форму. Её также можно сваривать, она, как правило, прочнее чугуна, что делает её идеальным выбором для использования при высоком давлении и температуре. Самый распространенный стальной сплав — углеродистая сталь. Однако, в зависимости от предполагаемого назначения конечного продукта, материал может состоять из сплавов более высокого качества, таких как нержавеющая сталь или молибденовая сталь. Обычно такие специальные легированные стали выбираются из-за их более высокой устойчивости к коррозии и износу или для удовлетворения требований высоких температур.

Литье

Литые изделия изготавливаются путем полного плавления материала до жидкого состояния и последующего заливания его в форму для застывания. Материал принимает очертания формы при охлаждении и затем удаляется из неё после застывания. Сковорода — это один из примеров предметов повседневного обихода, изготовленных методом литья из железа.

На этой анимации показан общий пример литья на основе метода литья в песчаную форму.

Ковка

Ковка — это процесс формования металла (обычно в виде слитка или листа) с использованием высокого давления посредством ударов молотком или пресса штампом. Для облегчения ковки материал часто нагревают заранее, но он остается твердым на протяжении всего процесса. Кухонные ножи и другие их лезвия являются типичными примерами изделий, изготовленных методом ковки. Поскольку сталь может быть кованной или литой, производители обычно указывают фактическую марку и тип материала как «литая сталь» или «кованая сталь», чтобы уточнить, какой процесс был использован.

На этой анимации изображен общий пример ковки, основанной на методе штамповки на падающем молоте.

Зачем отливать клапан?

При производстве изделий с замысловатыми контурами лучше всего использовать литьё из-за относительной легкости формовки материала. Полностью расплавляя материал и выливая его в форму, литье позволяет наиболее эффективно создавать изделия со сложным внутренним пространством, например, там, где требуются камеры или другие полые области. TLV производит конденсатоотводчики FreeFloat® посредством литья, чтобы обеспечить всевозможные проходы и пространство внутри конденсатоотводчика, необходимые для работы свободного поплавка FreeFloat®.

Зачем ковать клапан?

Поскольку процесс ковки придает твердому материалу необходимую форму за счет приложения большого давления, это не идеальный метод для изделий, требующих полых пространств или сложных конструкций. Чтобы производить такие изделия путем ковки, необходимо вырезать или открывать отверстия позже на этапе обработки. Однако ковка стали — это относительно быстрый процесс, обеспечивающий большую прочность и однородность. TLV создает конденсатоотводчики дискового типа высокого давления с помощью ковки, поскольку их конструкция относительно проста, и они не требуют много пустого пространства или последующей обработки.

Как метод формования влияет на массовое производство

Как уже упоминалось выше, сталь может быть кованной или литой. Однако, если литье дает большую гибкость в создании изделий более сложной формы, почему бы просто не отлить все клапаны? На самом деле, ни один из методов формовки не является лучшим, поскольку и ковка, и литье имеют свои плюсы и минусы в зависимости от конкретных требований к применению.

Высокая температура плавления стали затрудняет отливку, к тому же, существует риск образования воздушных полостей, если расплавленный материал не может проникнуть во все щели формы. С другой стороны, ковка предлагает более низкую стоимость при производстве в больших объемах, но также может представлять определенные риски, например, несоосность. Именно она при ковке может привести к неправильной форме, растрескиванию или другому повреждению изделия.

Следовательно, чтобы создать продукт, в котором должным образом сбалансированы стоимость и качество, важно учитывать все характеристики, такие как размер продукта, сложность формы, количество, которое будет произведено на партию, и количество необходимых процессов обработки после начальное формирование. В конце концов, окончательное решение о ковке или литье должно быть принято путем выбора метода, который предлагает оптимальный баланс этих факторов.