Ливење

Лијевање у пјешћани калуп за једнократну употребу.

Калуп за лијевање у пијеску с уметнутим језграма.

Одљевак од бронце, гдје се види уљевни сустав с ушћем и појилом.

Шкољкасти лијев.

Улијевање текуће бронце температуре 1200 °Ц у калуп.

Одљевак добивен прецизним лијевом.

Одливени комади од сребра.

Блок мотора направљен од тлачног лијева с алуминијском и магнезијевом легуром.

Метални калуп за тлачни лијев.

Центрифугално лијевање.

Непрекинути или континуирани лијев. 1: уљевна чаша. 2: Посуда за талину. 3: Калуп. 4: Плазма пламеник. 5: Заустављивач. 6: Подручје изравнавања.

Дијелови уљевног сустава.

Ливење или лијевање (енгл. Foundry) је поступак обликовања при којему се растаљени метал улијева у неку шупљину (калуп), хлади и скрућује у њој, те поприма њен облик (одљевак). Алати за лијевање могу бити пјешчани калупи за једнократну употребу и метални (кокиле) за вишекратну употребу. Улијевање може бити гравитацијско под дјеловањем силе теже или тлачно под повишеним притиском ради бољег попуњавања калупне шупљине.

Највећа примјена одљевака је у аутомобилској индустрији у облику лијеваног жељеза или алуминијског лијева. У један аутомобил уграђено је више од 100 одљевака. Осим аутомобилске индустрије, одљевци се користе у стројоградњи, грађевинској индустрији, медицини, бродоградњи, за жељезничка возила, енергетици, зрачној и свемирској индустрији, код лијевања умјетничких скулптура.

Предности лијевања су што се може добити сложена геометрија вањског и унутарњег дијела одљевка, могуће је добити димензијски точан облик или приближно точан облик, могуће произвести врло велике одљевке, може се лијевати било који метал, могућа масовна производња, велик распон димензија одљевка: од 1 грам до 250 тона. Недостаци лијевања су ограничења у механичким својствима (често се јавља порозност), често недовољна димензијска точност и квалитета површине, опасности у производњи, те неповољан утјецај на околиш.

Врсте лијевања

Лијевање се може подијелити на:

• Лијевање у једнократне калупе:

• Лијевање у пјешћане калупе или пјешћани лијев
• Шкољкасти лијев
• Лијевање у калупе с испарљивим моделима
• Прецизни или точни лијев
• Лијевање у калупе од гипса
• Лијевање у керамичке калупе
• Вакуумско калупљење пијеска

• Лијевање у сталне калупе:

• Кокилни лијев
• Тлачни лијев
• Центрифугални лијев
• Непрекинути или континуирани лијев

Лијевање у пијесак или пјешчани лијев

Лијевање у пијесак или пјешчани лијев је најраширенији поступак лијевања. Димензије одљевака могу бити од малих до врло великих. Величине серија су од једног комада до милијунских серија. Користи се калуп израђен од пијеска. Модели могу бити у комаду, од више дијелова, на једној моделној плочи за горњак и доњак, посебна моделна плоча за горњак, посебна за доњак. Језгре обликују унутрашњу површину одљевка. У калупе се додаје пијесак помијешан с водом и везивом (глина – бентонит). Типична мјешавина је 90% пијеска, 3% воде, 7% глине и додаци пијеску (служе за повећање чврстоће и/или пропусности). Пијесак је ватроотпоран материјал, подноси високе температуре.

Величина и облик зрна пијеска могу бити:

• ситно зрно: боља квалитета површине одљевка;
• крупније зрно: боља пропусност за плинове тијеком улијевања;
• неправилан облик зрна: због међусобног укљештења зрна калупи су чвршћи, али је смањена пропусност.

Калупи могу бити:

• калуп од влажног пијеска: мјешавина пијеска, глине и воде. Назива се енглески греен санд јер садржи влагу приликом улијевања;
• калуп од сухог пијеска: умјесто глине садржи органска везива. Калуп се прије улијевања пече како би му се повећала чврстоћа;
• површински осушен калуп: површина калупне шупљине од влажног пијеска; суши се помоћу пламеника или лампи до дубине од 10 – 25 мм.

Калупна шупљина обликује се набијањем пијеска око модела. Калуп се најчешће састоји од два дијела. Калуп треба садржавати ушћа и појила, односно уљевни сустав. Ако се жели обликовати шупљина унутар одљевка користе се језгре. За сваки одљевак потребно је направити нови калуп. Може се догодити да у једном калупу истовремено лијевамо више комада.

Производни поступак у љеваоници је:

1. Растаљени метал улијева се у пијешћани калуп;

2. Метал скрућује;

3. Калуп се истреса како би се извадио одљевак;

4. Одљевак се чисти и прегледава;

5. (По потреби) примјењује се накнадна топлинска обрада како би се побољшала својства одљевка.

Шкољкасти лијев

Шкољкасти лијев или лијевање у шкољке омогућује да дебљина стијенки калупа износи само 3 до 10 мм, док код пјешћаног лијева дебљина стијенки калупа износи 100 до 200 мм, па и више, те је потрошак пијеска мањи. Зрнца пијеска могу се већ прије израде калупа обавити фенолформалдехидном смолом. Тако добивена мјешавина сипа се на металну моделну плочу загријану на 250 – 300 ºЦ. Будући да је талиште смоле између 60 и 90 ºЦ, она се отопи, те веже слој пијеска око моделне плоче (маска, шкољка). Дебљина шкољке овиси о температури и времену печења. Пијесак који се није ухватио стресе се са шкољке. Шкољка се стврдне за 40 до 60 секунди.

Лијевање у калупе с испарљивим моделима

Предност овог поступка је да се калуп не састоји од два дијела, већ се лијева у калупе испуњене испарљивим моделима од експандираног полистирена, који се отопи код улијевања талине метала. Одљевак има точне мјере и нема рубове који иначе настају на спојним плохама вишедјелних калупа. Модел од експандираног полистирена се премазује посебним премазима који служе као заштитни слој калупне површине. Овај је поступак прикладан за рад с једноставнијим калупима без језгри, а ако је језгра потребна, она се улаже у калуп заједно с моделом.

Прецизни или точни лијев

Прецизни лијев или точни лијев користи растаљиве моделе којим се добијају једнодијелни калупи врло точних димензија и врло глатких радних површина калупа. Први је корак овог поступка израда [[|Восак|воштаног]] модела. Будући да су ти модели обично мањих димензија, то се више воштаних модела скупи у збирни модел или тзв. уљевни грозд. Грозд се пресвуче заштитним ватросталним премазом.

Предности овог поступка су да је могуће одлити дијелове велике сложеноти, добра димензијска точност и квалитета површине, восак се најчешће може сакупити за поновно кориштење и ово је поступак којим се добива готов дио и додатна обрада најчешће није потребна. Недостатак је велик број корака приликом производње и релативно скуп поступак.

Лијевање у калупе од гипса

Овај поступак је једнак лијевању у пијесак, једино што се умјесто пијеска користи гипс (ЦаСО₄ • 2Х₂О). Смјеса гипса и воде прелијева се преко пластичног или металног модела како би се добио калуп. Предност је добра димензијска точност и квалитета површине, те могућност добивања танких попречних пресјека на одљевку. Недостатак је што влага из гипса узрокује проблем, па је калуп потребно пећи, како би се уклонила влага, јер може проузрочити грешке на одљевцима; код превеликог печења калуп губи чврстоћу, а влага узрокује грешке; гипсани модели не подносе превисоке температуре.

Лијевање у керамичке калупе

За тај је поступак мјешавина састављена од силумината у праху. Као везиво служи отопина етилсиликата. Термостабилна зрнца и отопина етилсиликата помијешају се у густу текућу мјешавину којом се тада залијева модел. Убрзивачем се бира вријеме везивања између 30 секунди и 3 минуте, овисно о величини калупа. По завршетку везивања калуп постане еластичан и може се без потешкоћа одвојити од модела. Након тога се калуп загрије, а алкохол се, настао у току хидролизе спали. При том калуп губи еластичност и стврдне се. Силицијски гел ослобађа воду:

Си(ОХ)₄ => СиО₂ + Х₂О,

а зрнца везују костур кремена. На површини калупа стварају се микроскопске пукотине које повећавају пропустљивост калупа за плинове.

Вакуумско калупљење пијеска

Користи се загријана фолија која се стави преко модела доњака. Кад се фолија охлади напуни се калупник пијеском. Горња страна пијеска такођер се прекрије фолијом. Сада се вакуумира пијесак, тако да фолије и даље приањају на пијесак и тако дефинирају облик калупне шупљине. Исто се направи и са горњаком. За вријеме уљевања и горњак и доњак су вакуумирани. Након скрућивања вакуум се искључи и одљевак с приљевцима испадне ван.

Кокилни лијев

Кокиле су метални калупи за вишекратно гравитацијско улијевање нежељезних метала. У новије вријеме улијева се и под ниским тлаком до 1 бара, ради бољег попуњавања калупа и добивања потребног облика производа. Производи лијевани у кокилама имају добру точност мјера, глатку површину и финозрнату микроструктуру. Лијевање је економично за израду сложених дијелова мотора, возила и алатних стројева у великим количинама (кућиште редуктора, тијело цилиндра, блок мотора).

Кокиле се састоје од двије калупне плоче и језгри за обликовање отвора у одљевку. Језгре су више изложене топлинском и механичком оптерећењу, па се раде од легираног челика за рад у топлом стању, а калупне плоче обично од сивог лијева. Кокиле могу бити једноставне с оквирном стегом, клизне или зглобне с бравом, те сложене с механички или хидраулички покретаним елементима.

Тлачни лијев

Тлачно лијевање је поступак улијевања растаљеног метала под високим тлаком и великом брзином у метални калуп, те завршног прешања тијеком скрућивања. Производи (отпресци) су високе точности мјера, до ± 0,02 мм, глатке површине овисно о квалитети полирања калупа, добре попуњености танких стијенки и одличног вањског облика. Високим тлаком повећава се и чврстоћа производа. Могуће је залијевање и страних тијела у одљевак, као што су навојни уметак, сворњак и слично. Због великих трошкова израде алата, поступак је економичан за велике количине производа, као нпр: радијатори од алуминијских легура, кућиште статора електромотора, разни дијелови аутомобила, одљевци шиваћег строја. Материјали за тлачно лијевање су претежно нежељезне легуре лаких и тешких метала (алуминиј, цинк, бакар, магнезиј, олово, коситар.

Поступци тлачног лијевања и припадајући стројеви разликују се по температури таљења метала:

• тлачни лијев с топлом комором за метале с нижим талиштем до око 400 ºЦ (олово, коситар, цинк), али и магнезијеве легуре с вишим талиштем око 650 ºЦ, због њихове кемијске пасивности према жељезу. Направа за улијевање је уроњена у каду с талином и саставни је дио строја. Тлак за улијевање талине (30 - 250 бара) постиже се клипом или стлаченим зраком. Површине калупа се предгријавају прије лијевања, да се спријечи хлађење талине прије потпуног попуњавања калупа и да се спријечи топлинско напрезање калупа.
• тлачни лијев с хладном комором за метале с вишим талиштем, као нпр: легуре алуминија с око 700 ºЦ или бакра с температуром лијевања изнад 900 ºЦ. Метал се тали у посебној пећи и помоћу жлице (ручно или механичка рука) уноси у “ хладну комору”, односно у уљевни цилиндар с тлачним клипом за улијевање.

Центрифугални лијев

Центрифугални лијев је поступак којим се лијевају ваљкаста ротацијска тијела примјеном центрифугалне силе. За центрифугално лијевање користе се кокиле које се врте, или око своје вертикалне, водоравне или косе оси. Калупи који се врте око вертикалне оси служе за мање одљевке, као на примјер за лежајне прстене којима је висина мања од промјера. За одљевке веће висине, а релативно мањег промјера употребљавају се кокиле које се окрећу око водоравне оси. За лијевање већих и тежих цијеви служи строј за лијевање с оси нагнутом за око 5º.

При центрифугалном лијевању мора дјеловање центрифугалне силе бити веће од силе тежине, да би се талина равномјерно расподијелила по ободу калупа. Зато успјешност лијевања овиси о брзини вртње, која мора бити довољно велика да се спријечи капање талине на стијенки кокиле (метални калуп). Кокиле за центрифугално лијевање израђују се од сивог или челичног лијева. Примјеном кокила постиже се брзо хлађење и ситнозрната микроструктура одљевака, а одљевци су врло високих механичких својстава.

Непрекинути или континуирани лијев

Непрекинуто лијевање метала или лијевање у неограниченој дуљини је развијено због сложене припреме кокила за инготе, њихових ограничења у мјерама, високог удјела материјала за компензацију усахлина у појилима. Растаљени метал улијева се у отворену бакрену кокилу хлађену водом. Одвођењем топлине, талина скрућује од рубова према средини и помицањем према доље настаје бесконачна гредица или трака. За убрзање хлађења користи се секундарно хлађење воденим спрејом. Гредице се режу на одређену мјеру и након тога, ако је површина добре квалитете, пролазе кроз пећ и одлазе на вруће ваљање и тако настаје потпуно континуирани процесс производње производа од челика. Могу се лијевати и алуминијске и бакрене легуре. На овај начин производи се 80 - 90% челика у Западном свијету. Предности у односу на инготе: смањење губитака метала на појила, већа продуктивност, боља прилагодба облика за даљње преобликовање (ваљање).

Уљевни сустав

Уљевни сустав је мрежа канала преко којих таљевина улази у калуп и испуњава калупну шупљину. Правилно конструиран уљевни сустав мора задовољити низ увјета: брзо попуњавање калупне шупљине; смањење турбуленције таљевине; избјегавање ерозије калупа и језгара; уклањање троске, металних оксида и укључака прије улаза у калупну шупљину; спријечити захваћање зрака и уклонити плинове из калупне шупљине; избјегавање искривљавања (дисторзије) одљевка; стварање повољних топлинских увјета; омогућити производњу одљевка уз најмању потребну количину метала (максимални извадак); економичност уклањања уљевног сустава; компатибилност с постојећим начином калуповања и лијевања.

Основни дијелови уљевног сустава:

• уљевна чаша
• спуст
• подножје спуста
• разводник
• ушће
• одзрачник
• појило.

Стезање током скрућивања

При пуњењу калупне шупљине, растаљени метал (таљевина) долази у додир с калупним материјалом. Температура таљевине у калупу постепено опада због одвођења топлине кроз стијенке калупа према околини. Кад се достигне ликвидус температура, започиње скрућивање, односно фазна претворба из текућег у круто стање. Тијеком скрућивања, због повећања густоће паковања услијед уградње атома у кристалну решетку, долази до дисконтинуиране промјене обујма, односно смањења обујма (стезање). Због смањења обујма, на мјесту које се задње скрућује у одљевку, настаје усахлина или шупљина (лункер). Да би се избјегла присутност ове грешке у одљевку, очито је да се тијеком скрућивања одљевка мора компензирати мањак таљевине дотоком таљевине из вањског приљевног дијела које се назива појило или хранитељ. Код сивог лијева и жилавог лијева може доћи и до пораста обујма.

Волумно стезање различитих метала након хлађења.

Метал	Постотак (%)
Алуминиј	6,6
Бакар	4,9
Магнезиј	од 4,0 до 4,2
Цинк	од 3,7 до 6,5
Нискоугљични челик	од 2,5 до 3,0
Високоугљични челик	4,0
Бијели лијев	од 4,0 до 5,5
Сиви лијев	од −2,5 до +1.6
Жилави лијев	од −4,5 до +2,7

Грешке на одљевцима

У технолошком процесу производње одљевака, поступцима који се проводе и материјалима који се користе, налази се много могућих мјеста настанка грешке. Везе између узрока и посљедица, те могућност међудјеловања различитих узрока настанка грешака врло су сложене. Један узрок може изазвати више различитих погрешака, а иста грешка може бити проузрокована дјеловањем различитих узрока или њиховом комбинацијом.

Постоји више подјела врста погрешака. Тако грешке можемо подијелити према поступку лијевања или изгледу погрешке. Грешке на одљевцима према поступцима лијевања дијеле се на:

• грешке до којих може доћи код било којег поступка лијевања,
• грешке карактеристичне за лијевање у пијесак.

Према изгледу, погрешке се могу подијелити на:

• у 7 основних разреда (ознака велика слова од А - Г);
• сваки разред је подијељен у скупине;
• скупине погрешака у подијељене су у подскупине
• а унутар подскупина наведене су појединачне грешке

Ознака појединачне погрешке садржи слово разреда, број скупине, број подскупине и број погрешке (нпр. А112 – ознака за жилице). Разреди грешака:

Шупљина у одљевку од сивог лијева.

Црвићасти лијев под повећањем од 100 пута.

• А – Металне израслине
• Б – Шупљине
• C – Прекинути одљевак
• D – Површински недостаци
• Е – Непотпуни одљевак
• Ф – Неточност мјера и облика
• Г – Укључци и хетерогености.

Метали за лијевање

Метали за лијевање се могу подијелити на:

• Жељезне љевачке легуре:

• Лијевано жељезо или жељезни лијев (сиви лијев, жилави лијев, бијели лијев, ковкасти лијев, црвићасти лијев);
• Челични лијев (виша температура улијевања, мања ливљивост, већа чврстоћа и жилавост, заварљивост);

• Нежељезне љевачке легуре:

• Лагани метали (алуминијске легуре, магнезијске легуре, титанијеве легуре);
• Тешки метали (коситрене легуре, бакрене легуре, легуре никла, легуре цинка).

Лијевање на Wикимедијиној остави