Основни причини за образуване на мехури при прецизното леене, обяснени

Накратко

Мехуренето при прецизното леене е повърхностен дефект, характеризиращ се с изпъкнали мехури, причинени от разширяването на задържан газ непосредствено под повърхността на метала. Основната причина е задържане на газ или въздух, резултат от турбулентен поток на метал и недостатъчно вентилиране на формата. Други важни фактори включват прекомерно висока температура на разтопения метал или формата, неправилно прилагане на смазващи вещества за формата и замърсявания или физически несъвършенства в самия алуминиев сплав.

Ролята на задържаните газове и въздух при образуването на мехурчета

Най-основната причина за образуването на мехури при прецово леене е задържането на газ в кухината на формата по време на инжектиране на метала. Мехурите по същество представляват специфичен вид газова порестост, при който задържаният газ се намира точно под повърхността на отливката. Докато разтопеният метал се затвърдява, този задържан газ е под огромно налягане. Когато детайлът бъде изхвърлен от матрицата, външната опора престава да съществува и все още меката метална повърхност може да бъде избутана навън от разширяващия се газ, като по този начин се образува характерен мехур.

Този газ може да произлиза от няколко източника. Най-често срещаният е въздухът, който вече присъства в кухината на формата и системата за подаване преди инжектирането. Ако разтопеният метал се инжектира твърде бързо или ако пътят на потока не е оптимизиран, се създава турбулентност. Това турбулентно, хаотично течение се прекъсва само върху себе си, улавяйки джобове с въздух, които не могат да излязат, преди метала да се затвърдее. Както е посочено в технически анализ от CEX Casting , лошото проектиране на порите и канали е честа причина, тъй като не осигурява гладко, ламинарно течение на метала в матрицата.

Друг критичен фактор е недостатъчната вентилация. Вентилационните канали са малки пасажи, предназначени да позволяват на въздуха в кухината да излиза, докато разтопеният метал я запълва. Ако тези вентилационни отвори са блокирани, твърде малки или неправилно разположени, въздухът няма къде да отиде и остава затворен в отливката. Резултатът е порестост и, ако е близо до повърхността, мехури. Оптимизирането на вентилационната система е ключов етап за предотвратяване на този тип дефект.

За намаляване на задържането на газ и въздух трябва да се приложат няколко най-добри практики:

• Оптимизиране на проектирането на пори и канали: Използвайте софтуер за симулация на течение в калъпа, за да проектирате система, която осигурява гладко, нетурбулентно запълване на кухината на матрицата.
• Осигурете адекватна вентилация: Проектирайте и поддържайте чисти и ефективни вентилационни отвори и преливни пори, за да се гарантира напълно отстраняване на въздуха.
• Контрол на скоростта на инжектиране: Настройте профила на изстрелване, особено първоначалната фаза с бавно изстрелване, за да изтласквате внимателно въздуха от кухината, преди да започне пълненето с висока скорост.
• Използвайте вакуумно подпомагане: При критични компоненти прилагането на процес за вакуумно леене под налягане може активно да отстранява въздух от кухината преди инжектирането, почти напълно елиминирайки риска от дефекти поради затворен газ.

Параметри на процеса: Как температурата и смазките причиняват мехурчета

Освен физическото задържане на въздух, операционните параметри на процеса имат съществено значение за създаването на условия за образуване на мехурчета. Контролът на температурата и нанасянето на смазка са две от най-важните области за управление. Твърде високи температури, независимо дали в разтопения метал или в матрицата, могат да влошат проблемите, свързани с газовете. Според обобщение от Sunrise Metal , високите температури могат да увеличат налягането на парите в разтопения сплав и да предизвикат разграждането на смазките за матрици, като по този начин се отделят газове, които се задържат.

Смазките за матрици или агентите за отделяне са необходими, за да се предотврати залепването на отливката към формата, но тяхното неправилно използване е основен източник на газова порестост и мехури. Когато се приложи твърде много смазка или тя се нанесе неравномерно, излишната течност може да се събира в матрицата. При контакт с горещия разтопен метал тази излишна смазка моментално се изпарява, създавайки голям обем газ, който няма време да излезе през отдушниците. Както се посочва в доклад на The Hill & Griffith Company , смазването на буталото често е най-големият отделен фактор, особено когато се използва допълнителна смазка, за да се компенсира износен връх на буталото.

Влагата е друг важен фактор. Всяка остатъчна влага във формата – от течащи водни тръби, капещи пръскачки или дори от самия агент за отделяне – при впръскването се превръща в пара. Тази пара се държи като всеки друг задържан газ, създавайки налягане под повърхността на отливката, което може да доведе до образуване на мехури. Поради това поддържането на суха среда в матрицата е от първостепенно значение.

За да се предотвратят мехурчета, причинени от технологични параметри, операторите трябва да спазват следните коригиращи действия:

1. Поддържайте стриктен контрол на температурата: Осигурете както разтопения сплав, така и матрицата да се поддържат в зададените температурни диапазони, за да се предотврати прегряване и прекомерно образуване на газове.
2. Нанасяйте смазката умерено и равномерно: Използвайте автоматизирани системи за пръскане, за да нанесете минимално, последователно покритие с висококачествен освобождаващ агент с ниско съдържание на остатъци.
3. Осигурете време за изпарение: Гарантирайте достатъчно закъснение след пръскане, за да може водата или разтворителите в смазката напълно да се изпарат, преди матрицата да бъде затворена.
4. Провеждайте редовно техническо обслужване: Редовно проверявайте за течащи водни или хидравлични тръби и поправяйте тях, и се уверете, че дюзите за пръскане не капят.

Материални и физически дефекти като основни причини

Последната категория причини е свързана с цялостността на леярския материал и наличието на физически несвързаности в течението на метала. Мехурчетата могат да възникнат от замърсители в самия сплав. Например елементи с ниска точка на кипене, като олово или кадмий, могат да се изпарят по време на процеса на леене или последваща термична обработка, създавайки вътрешно газово налягане. По същия начин алуминиевите сплави могат да абсорбират водород по време на стопяване, който ще се опита да излезе при затвърдяване, което води до порестост и мехурчета.

Физическите дефекти, въведени по време на процеса на пълнене, също са силно вредни. Изследване, публикувано в Engineering Failure Analysis подчертава, че студените люспи — полузатворени парченца метал, отлъчващи се от стените на впръскващия ръкав, — са основна причина за големи мехури, особено в зоните близо до системата за наливане. Тези люспи създават прекъсвания в микроструктурата на отливката. Газът, присъстващ в тези пори, се разширява по време на термичната обработка и образува значителни повърхностни мехури. Други подобни дефекти включват студени капки, студени впръсквания и оксидни пленки, всички те нарушават хомогенността на метала и действат като места на зарождане на мехурене.

Предотвратяването на тези дефекти, свързани с материала, изисква строг контрол върху целия процес – от обработката на суровите материали до крайното производство. От съществено значение е сключването на партньорство с доставчик, който демонстрира силна ангажираност към качествения контрол. Например производителите на високоефективни автомобилни части често разчитат на сертифицирани процеси като IATF16949 и вътрешен контрол на качеството, за да гарантират цялостността на материала от началото до края на процеса – ключова практика за предотвратяване на подобни дефекти.

За по-добро разбиране на тези различни причини следната таблица сравнява мехурчетата, произлизащи от газова порьозност, с тези от физически или химически дефекти:

Решенията включват предварително загряване и основно изсушаване на суровините, използване на сплави с висока чистота и прилагане на ефективни дегазационни обработки с азот или аргон за премахване на разтворения водород преди леенето.

Често задавани въпроси относно мехурчетата при прецово леене

1. Каква е основната причина за образуването на мехурчета при прецово леене?

Основната причина за образуването на мехурчета е уловен газ, най-често въздух от формата, който се задържва поради турбулентен поток на разтопения метал и недостатъчно вентилиране. Този газ, намиращ се точно под повърхността на отливката, се разширява и избутва меката метална кожа навън, образувайки мехур.

2. Може ли термичната обработка да причини появата на мехури при отливане под налягане?

Да, термичната обработка често предизвиква образуването на мехури. Детайлът може да изглежда перфектно в състоянието си след отливане, но ако има уловен газ или физическа несвързаност под повърхността, високите температури по време на термичната обработка ще накарат газа значително да се разшири, като разкрие дефекта под формата на повърхностен мехур.

3. Как се различава мехурът от общата порьозност?

Мехурите са дефект на повърхността или близо до нея, който се проявява като издадени издутина по кожата на отливката. Общата порьозност, от друга страна, се отнася за празноти, които могат да бъдат разположени навсякъде в отливката, включително и дълбоко във вътрешността на детайла. Въпреки че и двете се причиняват от уловен газ, мехурите са точно тези пори, които са достатъчно близо до повърхността, за да я деформират.