Газова срещу усукваща порьозност: Идентифициране на критични дефекти при леене

Накратко

Газовата и усукващата порьозност са чести дефекти при отливане с различни причини и външен вид. Газовата порьозност възниква поради задържан газ по време на затвърдяване, като се образуват гладки, сферични празнини. Напротив, усукващата порьозност се дължи на недостатъчно разтопен метал, за да компенсира обемното свиване при охлаждането на отливката, което води до образуването на неравни, ъгловати кухини. Разбирането на тези основни разлики по отношение на причините и морфологията е от решаващо значение за диагностицирането и предотвратяването на дефекти при метални отливки.

Разбиране на газовата порьозност: Причини и характеристики

Газовата порестост е чест дефект при леенето на метали, характеризиращ се с образуването на празноти поради задържани газове в затвърдяващия се метал. Докато разтопеният метал се охлажда, способността му да задържа разтворени газове, като водород при алуминиевите сплави, намалява значително. Този излишен газ се отделя от разтвора и образува мехурчета, които биват уловени, когато металът се затвърдява около тях. Тези дефекти могат да нарушият структурната цялост и плътността под налягане на крайния компонент, което прави предотвратяването им задължително за приложения с висока производителност.

Появата на газовата породност е една от най-значимите му характеристики. Пустотиите обикновено са сферични или удължени с гладки, често лъскави вътрешни стени. Тази морфология се случва, защото газовите мехурчета се образуват в течния или полутечния метал, което позволява на повърхностното напрежение да ги издърпа в слаба енергийна сферична форма, преди заобикалящата структура да стане твърда. Тези пори могат да се проявят под различни форми, включително подпочвени дупки, мехури на повърхността на отливката или фини, разпръснати дупки, често открити в горните части на отливката.

Причините за пористостта на газовете са различни, но почти винаги са свързани с въвеждането на газообразуващи материали или условия по време на процеса на топене и отливане. За да се направи ефективна диагноза, трябва внимателно да се изследва цялата производствена верига. Някои от най-честите причини включват:

• Разтворени газове в разтопяването: Разтопен метал може да абсорбира газове от атмосферата или от влажни или замърсени зарядни материали. Водородът е основен виновник в много нежелязни сплави.
• Турбуленция по време на заливане: Високоскоростното или турбулентно пълнене на формата може физически да задържи въздуха в разтопен метал, който след това образува празнини.
• Влага и замърсители: Всякаква влага от неправилно изсушени форми, ядра, лодки или инструменти може да се изпари при контакт с разтопен метал, създавайки пара, която се улавя в лиенето. Смазващите материали и свързващите вещества също могат да се разграждат и да освобождават газ.
• Ниска пропускливост на плесента: Ако формата или основният материал не могат да изпускат адекватно газовете, присъстващи в кухината, те са по-склонни да бъдат уловени от затвърждаващия се метал.

Разбиране на порозитета на свиването: причини и характеристики

Порозността на свиването се дължи на фундаментално различен механизъм: обемното свиване на метала, докато преминава от течно в твърдо състояние. Повечето метали са по-плътни в твърда форма, което означава, че заемат по-малко обем. Ако допълнителният разтопен метал, известен като входящ метал, не може да достигне до последните места за затвърдяване, свиването на материала ще създаде празнини. Тези дефекти са пряк резултат от прекъсване на хранителния път по време на последните етапи на втвърдяване.

За разлика от гладките пори на газовата порестост, усукването на порите се характеризира с ъгловата си, назъбена форма и неравни вътрешни повърхности. Това се дължи на това, че порите се образуват в извивките и тесните пространства между преплетените, дървовидни кристални структури, известни като дендрити, които растат по време на затвърдяване. Получаващата се кухина не е мехур, а по-скоро празно пространство, което следва сложния, фрагментиран модел на тези междудендритни области. Дефектите от свиване могат да се проявят като по-големи, отворени кухини на повърхността (канали) или като вътрешни, свързани мрежи от фини пукнатини (поресто или нишковидно свиване).

Основната причина за порестостта от свиване е неуспехът при ефективното управление на процеса на затвърдяване. Когато отливката се затвърдява, това идеално би трябвало да се случва посочно — последователно замръзвайки от точката, най-отдалечена от източника на течен метал, към резервоара или системата за хранене. Порестостта от свиване възниква, когато този процес бъде нарушен. Основните фактори, допринасящи за това, включват:

• Недостатъчна система за наливане: Подаващи канали, които са твърде малки или се затварят преди основното отливане, не могат да осигурят необходимия разтопен метал за компенсиране на усукването.
• Горещи точки: Дебелите участъци на отливката се охлаждат по-бавно в сравнение с по-тънките съседни участъци. Тези „горещи точки“ могат да се превърнат в изолирани джобове с течen метал и когато най-накрая се затвърдят и се свият, няма път за подаване на допълнителен метал, за да се запълни образувалата се празнина.
• Лоши топлинни градиенти: Неправилното разпределение на температурата във формата може да попречи на насоченото затвърдяване, което води до изолирани течни области, склонни към усукване.
• Геометрия на отливката: Сложни конструкции с рязка промяна в дебелината на сечението по принцип са по-склонни да образуват горещи точки и дефекти от усукване.

Сравнение начело: Газова порьозност срещу порьозност от усукване

Разграничаването между порите от газ и тези от свиване е първата ключова стъпка при отстраняване на дефектите при леене. Въпреки че и двете намаляват якостта на крайния продукт, различните им причини изискват различни решения. Най-надеждният метод за идентификация е визуална инспекция на морфологията на пората. Кухините от газ обикновено са сферични с гладки стени, докато тези от свиване са ъгловати и неравни.

Следната таблица представя пряко сравнение на основните характеристики, които отличават тези два често срещани дефекта при леене:

Времето на тяхното образуване е решаващ различаващ фактор. Газовата порестост може да се образува сравнително рано в зоната на каша, веднага щом температурата на метала спадне достатъчно, за да намали разтворимостта на газовете в него. Порите се образуват като мехурчета в още течна или полу-течна среда. Напротив, порестостта от свиване е дефект от късна фаза. Тя възниква дълбоко в зоната на каша, когато дендритната мрежа вече е добре оформена и плътна, което затруднява остатъчният течен метал да преминава и компенсира последните затвърдяващи области. Тази разлика обяснява защо порите от газ са гладки и кръгли, докато порите от свиване имат сложната форма на междудендритните празнини.

Стратегии за предотвратяване и намаляване на порестостта при леене

Ефективното предотвратяване на порестост изисква насочен подход, базиран на конкретния тип установен дефект. Стратегиите за газова порестост се фокусират върху контрола на източниците на газ, докато тези за порестост от свиване – върху управлението на затвърдяването и храненето. Комплексна стратегия за осигуряване на качеството обхваща и двете.

Предотвратяване на газова порестост

Намаляването на газовата порестост изисква строг контрол върху материали и процеси, за да се предотврати въвеждането или абсорбирането на газ в разтопения метал. Основни превантивни мерки включват:

1. Обработка на разтопа: Прилагайте методи за дегазиране, като ротационно дегазиране или обработка с флюс, за премахване на разтворен водород и други газове от разтопа преди отливане.
2. Подготовка на материали и инструменти: Напълно изсушавайте и загрявайте всички суровини, инструменти, легени и форми, за елиминиране на всякакъв източник на влага. Уверете се, че суровините са чисти и без корозия или мазнини.
3. Оптимизирана система за наливане и процес на наливане: Конструирайте система за наливане, която осигурява гладко, нетурбулентно течение на метала във формовата кухина. Това минимизира физическото улавяне на въздух по време на пълненето.
4. Правилно вентилиране на формата: Осигурете да има достатъчно отвори за вентилация във формата и ядрата, за да позволяват на въздуха и другите газове да напускат кухината, докато се запълва с разтопен метал.

Предотвратяване на порестост от свиване

Ключът към предотвратяването на свиване е осигуряването на непрекъснат доставка на течен хранителен метал до всички части на отливката, докато завърши процесът на затвърдяване. Това се постига чрез внимателно проектиране и контрол на процеса:

1. Ефективно проектиране на хранители и наливна система: Проектирайте хранители с достатъчно голям размер, така че да остават в разтопено състояние по-дълго от отливната част, която захранват. Наливната система трябва да осигурява насочено затвърдяване, при което отливката се затвърдява постепенно към хранителя.
2. Контрол на затвърдяването с охлаждащи плочи и ръкави: Използвайте охлаждащи вложки (метални вложки) за ускоряване на охлаждането в дебелите участъци и предотвратяване на горещи точки. Може да се използват топлоизолационни или екзотермични ръкави на изпускателите, за да останат разтопени по-дълго.
3. Геометрични модификации: Където е възможно, променете дизайна на детайла, за да избегнете рязки промени в дебелината на сечението и да осигурите по-плавни преходи, намалявайки вероятността от образуване на горещи точки.

За индустрии като автомобилната, където отказът на компоненти е недопустим, сътрудничеството със специалисти по напреднала метална формовка е от съществено значение. Например, доставчици като Shaoyi (Ningbo) Metal Technology показват нивото на прецизно инженерство и контрол на процеса, от проектирането на матриците до серийното производство, необходимо за производството на бездефектни компоненти, в техния случай за автомобилно коване. Тази ангажираност към качеството е от решаващо значение за намаляване на дефекти като порьозността и осигуряване на надеждност в критични приложения.

Често задавани въпроси

1. Каква е разликата между порьозност и свиване?

Основната разлика се крие в причината и външния вид. Порьозността, по-специално газова порьозност, се дължи на уловен газ и води до гладки, кръгли кухини. Свиването или порьозността от свиване се дължи на обемното свиване на метала при охлаждане, когато няма достатъчно течen метал за запълване на кухините, което води до грапави, ъгловати кухини.

2. Каква е причината за порьозност от свиване?

Порьозността от свиване се дължи на обемното свиване на метала при затвърдяване. Ако доставката на разтопен метал към даден участък от отливката бъде прекъсната, преди той напълно да се е затвърдил, това свиване ще доведе до образуване на кухина. Това често се дължи на недостатъчно хранене от надути или на образуването на изолирани горещи точки в по-дебелите сечения.

3. Какво представлява газовата порьозност?

Газовата порестост се отнася до празнини в метален отлив, които се образуват при улавяне на мехурчета газ. Газът може да произлиза от разтворени газове в разтопения метал, които се отделят по време на охлаждането, от въздух, уловен при турбулентно изливане, или от влага и други замърсители, които изпаряват при контакт с горещия метал.

4. По какъв начин можете да определите дали кухините в отливката са поради порестост или свиване?

Най-ефективният начин да се различат те е чрез визуална инспекция на морфологията на кухината. Кухините от газова порестост обикновено са сферични с гладки вътрешни стени, приличащи на мехур. Напротив, кухините от порестост поради свиване са ъгловати и имат неравни, кристални повърхности, тъй като се образуват в пространствата между затвърдяващите се дендрити.