Odlewnictwo jest jedną z ważnych podstawowych branż gospodarki narodowej, ale kontrola, projektowanie i przebieg procesu odlewania często opierają się na ocenie empirycznej, dlatego jakość odlewów jest trudna do zagwarantowania, a poziom złomu jest wysoki. Odlewanie ciśnieniowe jest rodzajem odlewu specjalnego. Jej istotą jest metoda, w której ciekły lub półpłynny metal wypełnia wnękę formy z dużą prędkością pod wysokim ciśnieniem i pod ciśnieniem krzepnie, otrzymując odlewy. Aby uzyskać wysokiej jakości części odlewane ciśnieniowo na wysokim poziomie i zapewnić, że części odlewane ciśnieniowo spełniają wymagania dotyczące gładkości, wyraźnego konturu, gęstej struktury i wysokiej wytrzymałości, konieczna jest koordynacja i ujednolicenie czynników wpływających w proces odlewania ciśnieniowego. W przypadku części odlewanych ciśnieniowo ze stopów aluminium, od przygotowania produkcji po produkcję masową, istnieje wiele powiązań i wiele czynników wpływających, w tym materiały, formy, sprzęt, procesy i inne aspekty.
Wady porowatości odlewów ciśnieniowych i ich przyczyny
Przedmioty obrabiane wytwarzane metodą odlewania ciśnieniowego stopów aluminium są często złomowane ze względu na obecność porów. Istnieje wiele przyczyn powstawania porów. Rozwiązywanie tego problemu z jakością produktu często jest trudne. Jak szybko i prawidłowo podjąć działania, aby zmniejszyć ilość odpadów powodowanych przez pory? Jest to problem, który niepokoi wszystkich producentów odlewów ciśnieniowych ze stopów aluminium.
W produkcji odlewów ciśnieniowych ze stopów aluminium przyczyny porów często można podzielić na następujące kategorie.
Porowatość spowodowana słabą jakością odgazowania rafinacyjnego
W produkcji odlewów ciśnieniowych stopów aluminium temperatura zalewania płynnego stopionego aluminium wynosi zwykle od 610 do 660 stopni. W tej temperaturze w cieczy aluminiowej rozpuszcza się duża ilość gazu (głównie wodoru). Rozpuszczalność wodoru w stopie aluminium jest ściśle związana z rozpuszczalnością stopu aluminium. Temperatura jest ze sobą ściśle powiązana. W ciekłym aluminium w temperaturze około 660 stopnia wynosi to około 0,69 cm3/100g, natomiast w stałym stopie aluminium w temperaturze około 660 stopni wynosi tylko 0,036cm3/100g. W tym czasie zawartość wodoru w ciekłym aluminium wynosi około 0,69 cm3/100g. 19 do 20 razy. Dlatego też, gdy stop aluminium krzepnie, w odlewie ciśnieniowym stopu aluminium uwalniana jest duża ilość wodoru w postaci pęcherzyków.
Zmniejsz zawartość gazu w cieczy aluminiowej i zapobiegnij wytrącaniu się dużej ilości gazu i tworzeniu porów, gdy stop aluminium krzepnie. Ma to na celu rafinację i odgazowanie podczas procesu wytapiania stopu aluminium. Jeśli początkowo zmniejszy się zawartość gazu w cieczy aluminiowej, ilość gazu wydzielającego się podczas krzepnięcia zostanie zmniejszona, a powstające pęcherzyki również zostaną znacznie zmniejszone. Dlatego rafinacja stopu aluminium jest bardzo ważnym procesem. Jeśli jakość rafinacji jest dobra, porów musi być mniej. Jeśli jakość rafinacji jest niska, porów musi być więcej. Miarą zapewnienia jakości rafinacji jest dobór dobrego środka rafinującego. Dobry środek rafinujący może reagować i wytwarzać pęcherzyki w temperaturze około 660 stopni. Wytwarzane bąbelki nie są zbyt gwałtowne, ale powstają równomiernie i w sposób ciągły. Poprzez adsorpcję fizyczną pęcherzyki te mieszają się ze środkiem rafinującym. Ciecz aluminiowa jest w pełnym kontakcie, adsorbując wodór zawarty w cieczy aluminiowej i wydobywając go z powierzchni cieczy. Dlatego czas barbotowania nie powinien być zbyt krótki, zwykle wynosi od 6 do 8 minut.
Gdy stop aluminium jest schładzany do 300 stopni, rozpuszczalność wodoru w stopie aluminium jest tylko mniejsza niż 0,001 cm3/100g, co stanowi tylko 1/700 rozpuszczalności w stanie ciekłym. Pory powstałe w wyniku wytrącania się wodoru po zestaleniu są rozproszone i małe. Otworki nie mają wpływu na wyciek powietrza i obrabianą powierzchnię i są w zasadzie niewidoczne gołym okiem.
Kiedy ciecz aluminiowa krzepnie, pęcherzyki powstałe w wyniku wytrącania się wodoru są stosunkowo duże, głównie w środku końcowego krzepnięcia cieczy aluminiowej. Chociaż są one również rozproszone, pęcherzyki te często prowadzą do wycieków, a w ciężkich przypadkach przedmiot obrabiany jest często złomowany.
Pory spowodowane złym wydechem
W przypadku odlewania ciśnieniowego stopu aluminium, ze względu na słaby kanał wylotowy formy i słabą konstrukcję wylotu formy, gaz z wnęki nie może być całkowicie i płynnie odprowadzany podczas odlewania ciśnieniowego, co powoduje występowanie porów w niektórych stałe części produktu. Pory utworzone przez gaz we wnęce formy są czasami duże, a czasami małe. Wewnętrzne ścianki porów mają kolor utleniania spowodowany utlenianiem aluminium i powietrza. Różnią się one od porów powstałych w wyniku wytrącania się gazowego wodoru. Wewnętrzne ściany porów wytrącania wodoru nie są tak gładkie jak otwory powietrzne i nie mają koloru utlenienia. To jasnoszara ściana wewnętrzna. W przypadku porów spowodowanych słabym wydechem należy poprawić kanał wylotowy formy, a z czasem można uniknąć pozostałości aluminiowej powłoki na kanale wylotowym formy.
Porowatość spowodowana napowietrzeniem w wyniku niewłaściwych parametrów odlewania ciśnieniowego
W produkcji odlewów ciśnieniowych parametry odlewania są niewłaściwie dobierane. Szybkość napełniania hydraulicznego odlewu aluminium jest zbyt duża, tak że gaz we wnęce nie może zostać całkowicie i płynnie wytłoczony z wnęki na czas i jest wciągany do cieczy aluminiowej przez przepływ cieczy aluminiowej. Ze względu na powierzchnię stopu aluminium, po szybkim schłodzeniu jest on owinięty w zestaloną powłokę ze stopu aluminium i nie można go rozładować, tworząc większe pory. Tego rodzaju pory często znajdują się pod powierzchnią przedmiotu obrabianego. Wejście cieczy aluminiowej jest mniejsze niż końcowe zlanie się, w kształcie gruszki lub owalu, a w końcowym punkcie krzepnięcia jest ich wiele i są duże. W przypadku tego rodzaju porów należy dostosować prędkość napełniania, aby zapewnić płynny przepływ cieczy ze stopu aluminium, bez powodowania szybkiego przepływu i napowietrzania.
Otwory skurczowe ze stopu aluminium
Stopy aluminium, podobnie jak inne materiały, kurczą się podczas krzepnięcia. Im wyższa temperatura odlewania stopów aluminium, tym większy skurcz. W końcowej części stopu podczas krzepnięcia występuje pojedynczy por spowodowany skurczem objętościowym, który ma nieregularny kształt i jest poważny. Czasami w kształcie siatki. Często w produktach współistnieje z porami w wyniku wydzielania się wodoru podczas krzepnięcia. Wokół porów wydzielania się wodoru lub porów zwijających się znajdują się pory skurczowe oraz pory nitkowate lub przypominające siatkę rozciągające się na zewnątrz wokół pęcherzyków.
W przypadku tego rodzaju porów powinniśmy zacząć od temperatury odlewania, aby go rozwiązać. Jeżeli warunki procesu odlewania ciśnieniowego na to pozwalają, należy w miarę możliwości obniżyć temperaturę odlewania ciekłego aluminium podczas odlewania. Może to zmniejszyć skurcz objętościowy odlewu, zmniejszyć dziury skurczowe i porowatość skurczową. Jeśli takie pory często pojawiają się w części grzewczej, można rozważyć dodanie rdzenia ciągnącego lub zimnego żelaza, aby zmienić końcową część zestaloną i rozwiązać problem wad nieszczelności.
Porowatość spowodowana nadmierną różnicą grubości ścianek produktu
Kształt produktu często charakteryzuje się problemem nadmiernej różnicy grubości ścianek. Środek grubości ścianki to miejsce, w którym ostatecznie twardnieje płyn aluminiowy i jest to również najbardziej prawdopodobne miejsce tworzenia się porów. Pory przy tej grubości ścianki są mieszaniną porów opadów i porów skurczowych, które nie są zwyczajne. środków, którym można zapobiec.
Projektując kształt produktu, należy zwrócić uwagę na zminimalizowanie problemu nierównej lub nadmiernej grubości ścianek, przyjęcie pustej konstrukcji i dodanie ciągnięcia rdzenia lub zimnego żelaza, chłodzenia wodą lub zwiększenia chłodzenia w formie. w projekcie formy. prędkość. Przy produkcji odlewów ciśnieniowych należy zwrócić uwagę na wielkość przechłodzenia w obszarach o dużej grubości i odpowiednio obniżyć temperaturę odlewania.
Z powyższej klasyfikacji porów widać, że istnieje wiele powodów, dla których produkty wytwarzają pory podczas produkcji odlewów ciśnieniowych stopów aluminium. Konieczne jest ustalenie przyczyny i przepisanie odpowiedniego leku, który rozwiąże problem. Główne środki i sposoby zapobiegania porom to:
- Aby zapewnić jakość rafinacji i odgazowania wytapiania stopu aluminium, należy stosować dobre środki rafinujące i odgazowujące, aby zmniejszyć zawartość gazu w cieczy aluminiowej i szybko usunąć tlenki, takie jak szumowiny i pęcherzyki z powierzchni cieczy, aby zapobiec ponownemu przedostawaniu się gazu. w odlewach ciśnieniowych.
- Wybierz dobry środek antyadhezyjny. Wybrany środek antyadhezyjny nie powinien wytwarzać gazu podczas odlewania ciśnieniowego i mieć dobre właściwości antyadhezyjne.
- Upewnij się, że wylot formy jest gładki i niezablokowany, a wydech w formie jest całkowicie rozładowany. Szczególnie w końcowym punkcie polimeryzacji cieczy aluminiowej kanał wylotowy musi być drożny.
- Dostosuj parametry odlewania, a prędkość napełniania formy nie powinna być zbyt duża, aby zapobiec uwięzieniu powietrza. Należy również kontrolować temperaturę odlewania.
- Podczas projektowania produktu i projektowania form należy zwrócić uwagę na zastosowanie ciągnięcia i chłodzenia rdzenia, aby zminimalizować nadmierne różnice w grubości ścianek.
- W przypadku porów, które często pojawiają się w częściach stałych, należy ulepszyć formę i konstrukcję.
Nowe osiągnięcia w technologii odlewania ciśnieniowego stopów aluminium
W ostatnich latach ludzie nadal udoskonalają technologię próżniową, aby rozwiązać problemy porów i wnęk skurczowych wewnątrz odlewów ciśnieniowych, dzięki czemu można wytwarzać odlewy ciśnieniowe o wysokiej wytrzymałości, dużej gęstości, spawalności, obróbce cieplnej, skręcalności i innych właściwościach. Oprócz odlewania ciśnieniowego opracowano nowe technologie, takie jak odlewanie w stanie ciekłym i odlewanie półstałe, które są ogólnie nazywane „metodą odlewania ciśnieniowego o dużej gęstości”.
Technologia odlewania próżniowego
Metoda odlewania próżniowego polega na usunięciu lub częściowym usunięciu gazu z wnęki formy w celu zmniejszenia ciśnienia powietrza we wnęce formy, ułatwienia napełniania formy i wyeliminowania gazu ze stopionego stopu, dzięki czemu stopiony stop wypełnia wnękę formy pod ciśnieniem, i pod ciśnieniem zestalony w celu uzyskania gęstych odlewów ciśnieniowych.
Technologia odlewania ciśnieniowego z tlenem
Większość gazów stosowanych w odlewach ciśnieniowych to N2 i H2, prawie bez O2. Głównym powodem jest to, że O 2 reaguje z aktywnymi metalami, tworząc stałe tlenki, co stanowi teoretyczną podstawę technologii odlewania ciśnieniowego z tlenem. Odlewanie ciśnieniowe z tlenem polega na wypełnieniu wnęki formy tlenem w celu zastąpienia powietrza przed odlewaniem ciśnieniowym. Po wejściu do gniazda formy część tlenu jest usuwana z rowka wylotowego, a pozostały tlen reaguje ze stopionym metalem, tworząc rozproszone cząstki tlenku, tworząc natychmiastowe podciśnienie w formie, uzyskując w ten sposób odlew ciśnieniowy pozbawiony porów.
Technologia odlewania półstałego
Odlewanie ciśnieniowe półstałe to technologia polegająca na mieszaniu ciekłego metalu po jego zestaleniu, przy określonej szybkości chłodzenia uzyskuje się zawiesinę zawierającą około 50% lub więcej składnika stałego, a następnie kształtuje się zawiesinę poprzez odlewanie ciśnieniowe. Obecnie istnieją dwa procesy odlewania półstałego: proces formowania przepływowego i proces tiksoformowania. Ten pierwszy polega na wprowadzeniu ciekłego metalu do specjalnie zaprojektowanego cylindra do formowania wtryskowego, gdzie za pomocą spiralnego urządzenia stosowane jest ścinanie w celu schłodzenia go do półstałej zawiesiny, a następnie następuje odlewanie ciśnieniowe. Ten ostatni polega na dostarczaniu stałych cząstek metalu lub wiórów do spiralnej wtryskarki, a półstałe cząstki metalu są odlewane ciśnieniowo w warunkach ogrzewania i ścinania.
Technologia odlewania ciśnieniowego metodą wytłaczania
Odlewanie ciśnieniowe nazywane jest również „formowaniem ciekłego metalu”. Jego odlewy charakteryzują się dobrą gęstością, wysokimi właściwościami mechanicznymi i brakiem pionów podczas zalewania. Niektóre przedsiębiorstwa w naszym kraju zastosowały go w rzeczywistej produkcji. Technologia odlewania ciśnieniowego metodą wyciskania ma doskonałe zalety procesowe. Może nie tylko zastąpić tradycyjne procesy odlewania ciśnieniowego, odlewania w stanie ciekłym, odlewania pod niskim ciśnieniem i odlewania próżniowego, ale jest również kompatybilny z procesami odlewania pod ciśnieniem różnicowym, odlewania ciągłego i kucia ciągłego oraz procesów odlewania reologicznego półstałego. . Eksperci uważają, że technologia odlewania ciśnieniowego przez wytłaczanie to nowa, najnowocześniejsza technologia, która obejmuje wiele dziedzin procesu, jest bogata w konotacje, wysoce innowacyjna i niezwykle wymagająca.
Technologia odlewania niskociśnieniowego z pompą elektromagnetyczną
Odlewanie niskociśnieniowe z pompą elektromagnetyczną to nowo powstający proces odlewania niskociśnieniowego. W porównaniu z technologią odlewania niskociśnieniowego na bazie gazu, jest ona zupełnie inna pod względem metod zwiększania ciśnienia. Wykorzystuje bezdotykową siłę elektromagnetyczną do bezpośredniego działania na ciekły metal, co znacznie zmniejsza problemy z utlenianiem i zasysaniem spowodowane przez zanieczyszczone sprężone powietrze i nadmierne ciśnienie cząstkowe, a także zapewnia płynny transport i napełnianie ciekłego aluminium. Zapobiegaj wtórnym zanieczyszczeniom spowodowanym turbulencjami. Dodatkowo system pomp elektromagnetycznych jest całkowicie kontrolowany przez komputerowe elementy cyfrowe, a realizacja procesu jest bardzo dokładna i powtarzalna. Proces ten ma oczywiste zalety pod względem wydajności, właściwości mechanicznych, jakości powierzchni i wykorzystania metalu. W miarę pogłębiania się badań technologia ta staje się coraz bardziej dojrzała.
Wniosek
Ze względu na nierówną grubość ścianek krążka ze stopu aluminium i cylindrycznych części odlewanych ciśnieniowo, podatne są na wady jakościowe odlewania, takie jak pory i dziury skurczowe. Dzięki ciągłym eksperymentom z odlewaniem inżynierowie mogą poszukiwać bardziej zoptymalizowanych parametrów procesu odlewania ciśnieniowego. W ten sposób można wybrać rozsądne parametry procesu i uniknąć strat w kosztach odlewania, co przynosi przedsiębiorstwu znaczne korzyści ekonomiczne. Mamy nadzieję, że ten temat będzie pomocny w rzeczywistej produkcji. Ostatecznym celem jest produkcja kwalifikowanych części odlewanych ciśnieniowo, aby zaspokoić rzeczywiste potrzeby produkcyjne przedsiębiorstw. Sądząc po krajowych i zagranicznych badaniach nad odlewami ciśnieniowymi przeprowadzonych w ostatnich latach, wraz z pogłębieniem badań teoretycznych, zwłaszcza rozwojem technologii symulacji komputerowej, wzorcem przepływu metalu wypełniającego wnękę, procesem krzepnięcia metalu we wnęce oraz nastąpił wielki teoretyczny przełom w zakresie ciśnienia przepływu wewnętrznej cieczy metalicznej, gradientu temperatury formy i odkształcenia formy.