Порьозност при прецизното леене на алуминий: причини и решения

Накратко

Порьозността при алуминиевото пресоване се отнася до малки празноти или кухини, които се образуват в метала по време на затвърдяването. Този често срещан производствен дефект се класифицира основно на два типа: газова порьозност, причинена от задържани газове, и порьозност от свиване, резултат от намаляване на обема по време на охлаждането. Порьозността компрометира структурната цялост, плътността под налягане и качеството на повърхността на детайла, което потенциално може да доведе до повреда на компонента. Въпреки това, тя може ефективно да се управлява и минимизира чрез прецизен контрол върху качеството на материала, конструкцията на формата и процеса на леене. Разбирането на нейните причини е първата стъпка към предпазването.

Определяне на порьозността при алуминиево пресоване

В света на високото налягане при леене под налягане постигането на безупречен, цялостен компонент е крайната цел. Въпреки това, често срещано предизвикателство, с което се сблъскват производителите, е порьозността. С прости думи, порьозността представлява наличието на малки, нежелани празноти, дупки или въздушни джобове в готовата отливка. Според експерти по производство, този дефект е основна грижа, защото директно подкопава механичните свойства и работоспособността на крайния продукт. Тези празноти могат значително да намалят якостта, издръжливостта и устойчивостта на компонента към умора.

Порьозността не е един-единствен вид дефект; тя се проявява по няколко начина, които влияят върху полезното предназначение на компонента. Тези форми обикновено се класифицират според местоположението и свързаността им:

• Сляпа порьозност: Това са пори, отворени към повърхността на отливката, но не преминаващи напълно през детайла. Въпреки че те може да не намалят структурната здравина на компонента, могат да задържат течности или почистващи химикали от последващи обработки като анодизиране, което с времето води до повърхностни дефекти и корозия.
• Проникваща порьозност: Този тип създава непрекъснат път на изтичане от една повърхност на отливката до друга. За компоненти, които трябва да са плътни на налягане, като резервоари за течности или пневматични корпуси, проникващата порьозност е критична точка на повреда, която прави детайла негоден за употреба.
• Напълно затворена порьозност: Това са вътрешни пори, напълно запечатани в стените на отливката. Те са невидими отвън и може да не представляват проблем, освен ако не бъдат разкрити по време на последващи машинни операции, след което се превръщат в слепи или проникващи пори.

Последствията от порестостта са сериозни, особено при критични приложения като автомобилни и аерокосмически компоненти. Пореста част може да се развали под натоварване, да пропуска течности или газове, или да има лошо качество на повърхността след механична обработка. Затова разбирането на нейния произход е задължително за всяка производствена операция с високо качество.

Основните типове: порестост от газ срещу порестост от усукване

Въпреки че различни фактори могат да доведат до порестост, дефектите почти винаги се дължат на една от две основни причини: задържан газ или усукване на метала. Разграничаването между тези две причини е от решаващо значение за ефективно откриване и предотвратяване на проблемите, тъй като външният им вид и основните им причини са различни. Всеки тип представлява уникални предизвикателства и изисква различни решения.

Газова порьозност

Газовата порестост се причинява от задържането на газ в разтопения алуминий по време на процесите на инжектиране и затвърдяване. Основните виновници са водородът, който е високо разтворим в разтопен алуминий, но не и в твърдото му състояние, и въздухът, който се задържа в полостта на формата. Докато метала се охлажда, разтворените газове се избутват извън разтвора, образувайки мехурчета. Тези мехурчета остават завинаги задържани, когато метала затвърдява около тях. Газовите пори обикновено се характеризират с гладка, сферична или овална форма и често се намират близо до повърхността на отливката.

Усадъчна порьозност

Свиването поради порьозност възниква, защото алуминият, както повечето метали, е по-плътен в твърдото си състояние, отколкото в течно. Докато разтопеният метал се охлажда и затвърдява, обемът му намалява. Ако няма достатъчно течен метал, за да запълни образуващите се празнини поради свиването, се формират кухини. Този дефект е най-често срещан в по-дебелите участъци на отливката, които се затвърдяват последни. За разлика от гладките мехурчета при газова порьозност, свиването поради порьозност изглежда като неравни, ъгловати или линейни пукнатини. То е пряк резултат от недостатъчно захранване с разтопен метал в крайните етапи на затвърдяване.

За по-ясно разграничаване, по-долу е дадено сравнение на двата основни вида порьозност:

Основни причини и превантивни стратегии

Предотвратяването на порестостта е далеч по-ефективно и икономично, отколкото отстраняването на дефектни части след производството. Успешната стратегия за предотвратяване изисква холистичен подход, който отчита конструкцията на формата, материала и самия процес на отливане. Контролирайки ключови параметри, производителите могат значително да намалят възникването както на газови, така и на свивачни дефекти.

Отстраняване на причините, свързани с газовете

Газовата порестост произлиза от внасянето на газ в метала или задържането му във формата. Предпазването се фокусира върху изключване на газовете.

• Контрол на качеството на разтопената маса: Използвайте чисти и сухи суровини, за да избегнете въвеждането на влага, която образува водороден газ в разтопения алуминий. Дегазирането на разтопената маса с азот или аргон преди отливането е много ефективен метод.
• Оптимизиране на нанасянето на смазващо средство: Въпреки че е необходимо, прекомерното или неправилно приложено смазващо средство за матрици може да се изпари по време на инжектиране, като създаде газ, който се задържа. Използвайте минимално количество висококачествено смазващо средство и го нанасяйте равномерно.
• Осигурете правилно вентилиране: Матрицата трябва да разполага с достатъчно вентилационни отвори и преливни канали, за да позволява на въздуха в кухината да излиза, докато се инжектира разтопения метал. Запушени или лошо проектирани вентилационни отвори са основна причина за задържане на въздух.
• Регулиране на процеса на инжектиране: Турбулентният процес на пълнене може да увлече въздух в метала. Оптимизирането на скоростта на инжектиране и профила на налягането осигурява гладко, постепенно пълнене, което изтласква въздуха напред от потока от метал.

Контрол на причините, свързани със свиване

Свиването поради порьозност е борба срещу физиката, управлявана чрез контрол върху охлаждането на отливката. Ключовото е да се осигури постоянен доставка на разтопен метал към дебелите участъци, докато те напълно не се затвърдеят.

• Поддържайте високо налягане на метала: Фазата с високо налягане при леене под налягане е от решаващо значение за борбата срещу свиването. Както поясняват експерти от индустрията, система-усилвател прилага огромно налягане по време на затвърдяването, за да изтласква разтопения метал в развиващите се пори от свиване. Поддържане на достатъчно статично и усилено налягане е от съществено значение.
• Оптимизирайте температурата на формата: Неравномерното охлаждане причинява горещи петна, които са склонни към свиване. Чрез използване на стратегически разположени охлаждащи и нагревателни канали във формата производителите могат да насърчат посоково затвърдяване, при което отливката замръзва постепенно към входа, като така може постоянно да се захранва с разтопен метал.
• Подобрете конструкцията на детайла и формата: Конструирането на части с еднородна дебелина на стените е най-добрият начин да се избегне свиването. Там, където дебелите участъци са неизбежни, те трябва да бъдат разположени близо до входа. Трябва да се използват достатъчно големи заоблени ъгли и закръглени ръбове вместо остри ъгли, които могат да създават изолирани горещи точки.

В крайна сметка, предотвратяването на порестостта започва с надежден процес на проектиране и производство. Сътрудничеството с доставчик, който демонстрира дълбока експертност в контрола на процесите, е от решаващо значение. Например, доставчиците, притежаващи сертификат IATF16949 за автомобилни части, наблягат на строг контрол на качеството и вътрешно проектиране на форми, като по този начин директно се справят с основните причини за дефекти като порестост още от началото на проекта.

Методи за инспекция за откриване на порестост

Тъй като не всички поривност е видима на повърхността, производителите разчитат на редица методи за проверка, за да се гарантира, че частите отговарят на стандартите за качество. Тези техники, често наричани неразрушителни изпитвания (NDT), позволяват откриването на вътрешни дефекти, без да се повреди компонента. Изборът на правилния метод зависи от критичността на детайла, вида на подозираната порозност и бюджетните ограничения.

Общите техники за проверка включват:

• Визуална проверка: Най-простият метод, използван за идентифициране на повърхностна пористост като мехури или отворени дупки. Въпреки че е лесно да се изпълнява, не може да открие вътрешни дефекти.
• Рентгенова инспекция (радиография): Това е един от най-надеждните методи за откриване на вътрешна порозност. Частта се излага на рентгенови лъчи и получената снимка показва вариации в плътността. Пустотиите се появяват като по-тъмни петна на рентгенографията, което позволява на инспекторите да видят техния размер, форма и местоположение.
• Компютърна томография (КТ) сканиране: Напреднала форма на рентгеново излъчване, КТ сканирането създава пълен 3D модел на детайла, осигурявайки изчерпателен преглед на всички вътрешни и външни характеристики. То е изключително точно за определяне на точния обем и разпределение на порестостта, но е и най-скъпият метод.
• Тестване на налягане: Този метод се използва специално за откриване на чрезходна порестост в детайли, предназначени да бъдат непропускливи за налягане. Отливката се запечатва и подлага на налягане с въздух или течност. Намаляване на налягането или появата на мехурчета при потапяне във вода показва наличие на теч.

В много случаи стандарти за приемане, като тези на ASTM International, определят допустимото количество и размер на порестостта за дадено приложение. Както отбелязват специалистите по отливане, тези методи за неразрушаващ контрол са от съществено значение за проверка дали компонентите отговарят на изискваните стандарти за качество и безопасност, преди да бъдат пуснати в експлоатация. Тази проверка е критична част от производствения процес .

Често задавани въпроси

1. Какво причинява порестостта при алуминиево отливане?

Порьозността при отливане на алуминий се дължи основно на два фактора: разтварянето и последващото отделяне на водороден газ по време на затвърдяване (газова порьозност) и намаляването на обема или свиването на метала при охлаждането му от течно до твърдо състояние (порьозност от свиване). Други допринасящи фактори включват уловен въздух поради лошо вентилиране, прекомерно количество формово смазочно средство и непостоянно метално налягане.

2. Каква е порьозността при прецово отливане?

При прецовото отливане порьозността означава наличието на малки дупки, празноти или въздушни мехурчета в металната структура на отлятата детайл. Тя се счита за дефект, тъй като намалява плътността и механичната якост на компонента и може да създаде пътища за изтичане при части, които трябва да бъдат плътни под налягане.

3. Как се проверява порьозността при алуминиево отливане?

Порите в алуминиевите отливки могат да се проверяват чрез няколко метода за неразрушаващ контрол (NDT). Визуалната инспекция може да идентифицира повърхностни дефекти, докато изпитването под налягане се използва за откриване на течове. За вътрешни кухини най-ефективни са рентгеновата инспекция (радиография) и промишленото КТ сканиране, тъй като те могат да разкрият размера, формата и местоположението на порите вътре в детайла, без да го повредят.

4. Как да се избегнат пори при отливане?

Избягването на пори изисква контрол върху целия процес на отливане. Основни стратегии включват използването на чист, сух и правилно дегазиран разтопен метал, проектиране на формата с достатъчно вентилационни отвори и преливи, оптимизиране на скоростта и налягането при впръскване, поддържане на постоянна температура на формата за осигуряване на равномерно охлаждане и проектиране на детайла с еднаква дебелина на стените, за да се минимизира свиването.