Principals causes de bombolleig en la fundició a pressió explicades

TL;DR

La bolsura en la fosa per pression és un defecte de superfície caracteritzat per bombolles elevades causades per l'expansió del gas atrapat just sota la pell del metall. La causa principal és el gas o l'aire atrapat a causa del flux de metall turbulent i la ventilació de molde inadequada. Altres factors crítics inclouen temperatures excesives de metall fundit o matriu, aplicació inadequada de lubricants de matriu, i contaminants o imperfeccions físiques dins de la mateixa aliatge d'alumini.

El paper del gas i l'aire en la formació de ampolles

La causa més fonamental de les ampolles en la fosa amb matriu és la captura de gas dins de la cavitat del molde durant la injecció de metall. Les ampolles són essencialment una forma específica de porositat de gas, on el gas atrapat es troba just sota la superfície de la fosa. A mesura que el metall fundit es solidifica, aquest gas atrapat està sota una pressió immensa. Quan la part és expulsa del matís, el suport extern s'elimina, i la pell de metall encara suau pot ser empès cap a fora pel gas que s'expandeix, formant una ampolla distintiva.

Aquest gas pot originar-se de diverses fonts. El més comú és l'aire que ja està present en la cavitat del molde i el sistema de corredors abans de l'aresta. Si el metall fundit s'injecta massa ràpidament o si la ruta de flux no és optimitzada, crea turbulències. Aquest flux turbulent i caòtic es dobla sobre si mateix, atrapant bosses d'aire que no poden escapar abans que el metall es solidifiqui. Tal com es detalla en una anàlisi tècnica de Fosa CEX , un disseny deficient del sistema de colada i canals és una causa freqüent, ja que no proporciona un flux suau i laminar del metall a la matriu.

Una ventilació inadequada és un altre factor crític. Els sistemes de ventilació són canals petits dissenyats per permetre que l'aire de la cavitat surti quan el metall fos es distribueix. Si aquests sistemes estan bloquejats, són massa petits o mal situats, l'aire no té cap lloc on anar i queda atrapat dins la peça. El resultat són porositats i, si és a prop de la superfície, bombolles. Optimitzar el sistema de ventilació és un pas fonamental per prevenir aquest tipus de defecte.

Per reduir l'encapsulament de gasos i aire, s'haurien d'aplicar diverses bones pràctiques:

• Optimitzar el disseny del sistema de colada i canals: Utilitzeu programari de simulació de flux en motlles per dissenyar un sistema que promogui un ompliment suau i no turbulent de la cavitat de la matriu.
• Assegurar una ventilació adequada: Dissenyeu i mantingueu vents i portes d'excés nets i eficaços per permetre l'evacuació completa de l'aire.
• Controlar la velocitat d'injecció: Ajusteu el perfil del buit, especialment la fase inicial de buit lent, per empènyer suaument l'aire fora de la cavitat abans que comenci l'ompliment a alta velocitat.
• Utilitzeu assistència de buit: Per a components crítics, la implementació d'un procés de col·locació a pressió amb buit pot extreure activament l'aire de la cavitat abans de la injecció, eliminant gairebé completament el risc de defectes per gas atrapat.

Paràmetres del procés: Com les temperatures i els lubrificants provoquen bombolles

Més enllà de l'atrapatge físic d'aire, els paràmetres operatius del procés tenen un paper important en crear les condicions perquè es formin bombolles. El control de la temperatura i l'aplicació de lubrificants són dues de les àrees més crítiques a gestionar. Unes temperatures excessivament altes, tant en el metall fos com en el motlle, poden agreujar els problemes relacionats amb gasos. Segons una visió general de Sunrise Metal , les temperatures elevades poden augmentar la pressió de vapor dins l'aliatge fos i provocar la descomposició dels lubrificants del motlle, alliberant gasos que queden atrapats.

Els lubricants per a motlles, o agents de desmoldatge, són necessaris per evitar que la peça colada s'enganxi al motlle, però el seu ús inadequat és una causa important de porositat per gas i bombolles. Quan s'aplica massa lubricant o es fa de manera irregular, el líquid en excés pot acumular-se al motlle. En contacte amb el metall fos calent, aquest lubricant en excés es vaporitza instantàniament, generant un gran volum de gas que no té temps d'escapar-se pels conductes d'evacuació. Tal com es va assenyalar en un informe de The Hill & Griffith Company , el lubricant del pistó sovint és el factor individual més important, especialment quan s'utilitza lubricant addicional per compensar una punta de pistó desgastada.

La humitat és un altre factor clau. Qualsevol humitat residual al motlle, procedent de canonades d'aigua amb fuites, aspersors que gotejen o fins i tot de l'agent de desmoldatge mateix, es transformarà en vapor durant la injecció. Aquest vapor es comporta com qualsevol altre gas atrapat, creant pressió sota la superfície de la peça colada que pot provocar bombolles. Per tant, mantenir un entorn sec al motlle és fonamental.

Per evitar bombolles causades per paràmetres del procés, els operadors haurien de seguir les següents accions correctives:

1. Mantenir un control estricte de la temperatura: Assegurar que tant l'aliatge fos com la matriu es mantinguin dins dels seus rangs de temperatura especificats per evitar sobrecalfament i formació excessiva de gasos.
2. Aplicar lubricant amb moderació i uniformitat: Utilitzar sistemes automàtics d’aspersió per aplicar un recobriment mínim i consistent d’un agent desmoldant de qualitat elevada i de baix residu.
3. Permetre temps d’evaporació: Assegurar que hi hagi un retard suficient després de l’aspersió perquè qualsevol aigua o dissolvent portador del lubricant s’evapori completament abans de tancar la matriu.
4. Realitzar manteniment regular: Revisar rutinàriament si hi ha fuites en canonades d’aigua o hidràuliques i assegurar-se que els batecs d’aspersió no estiguin degotant.

Defectes materials i físics com a causes arrel

La categoria final de causes fa referència a la integritat del material de colada i a la presència de discontinuïtats físiques dins el flux de metall. Les butllofes poden originar-se a partir de contaminants presents en l'aliatge mateix. Per exemple, elements amb un punt d'ebullició baix, com el plom o el cadmi, poden vaporitzar-se durant el procés de colada o el tractament tèrmic posterior, creant pressió interna de gas. De manera similar, els aliatges d'alumini poden absorbir hidrogen durant la fusió, que intentarà escapar-se durant la solidificació, provocant porositat i butllofes.

Els defectes físics introduïts durant el procés d'ompliment també són molt perjudicials. La recerca publicada a Engineering Failure Analysis s'assenyala que les escates fredes—trossos semifosos de metall que es desprèn de les parets del cilindre d'injecció—són una causa principal de bombolles grans, especialment en zones properes al sistema d'injecció. Aquestes escates creen discontinuïtats en la microestructura de la peça colada. El gas present en aquests buits s'expandeix durant el tractament tèrmic, formant bombolles superficials importants. Altres defectes similars inclouen gotes fredes, rajades fredes i pel·lícules d'òxid, tots ells alteren la homogeneïtat del metall i actuen com a punts d'inici per a la formació de bombolles.

Prevenir aquests defectes relacionats amb el material requereix un control rigorós de tot el procés, des de la manipulació de matèries primeres fins a la producció final. És essencial col·laborar amb un proveïdor que demostra un fort compromís amb el control de qualitat. Per exemple, els fabricants de peces automotrius d'alt rendiment sovint confien en processos certificats com l'IATF16949 i en controls de qualitat interns per garantir la integritat del material des del principi fins al final, una pràctica crítica per prevenir aquests defectes.

Per entendre millor aquestes causes diferents, la següent taula compara les butllofes originades per porositat de gas amb les derivades de defectes físics o químics:

Les solucions inclouen preescalfar i assecar completament les matèries primeres, utilitzar aliatges d'alta puresa i aplicar tractaments eficaços de desgasificació amb nitrogen o argó per eliminar l'hidrogen dissolt abans de la colada.

Preguntes freqüents sobre bombolles en la colada a pressió

1. Quina és la causa principal de les bombolles en la colada a pressió?

La causa principal de les bombolles és el gas atrapat, normalment aire de la cambra del motlle, que queda encerclat a causa del flux turbulent del metall fos i una ventilació insuficient. Aquest gas, situat just sota la superfície de la peça colada, s'expandeix i empeny cap a fora la fina capa de metall tou, formant una bombolla.

2. El tractament tèrmic pot causar ampolles en una part de fundició?

Sí, el tractament tèrmic és un desencadenant comú de la formació de ampolles. Una part pot semblar perfecta en el seu estat de fundició, però si hi ha gas atrapat o una discontinuitat física sota la superfície, les altes temperatures del tractament tèrmic causaran que el gas s'expandeixi significativament, revelant el defecte com una ampolla superficial.

3. Com es diferencia una ampolla i una porositat general?

Les ampolles són un defecte a nivell superficial o gairebé superficial, que apareixen com protuberàncies elevades a la pell del material. La porositat general, per altra banda, es refereix a buits que es poden trobar en qualsevol lloc de la fosa, incloent-hi a l'interior de la part. Mentre que ambdós són causats per gas atrapat, les ampolles són específicament aquells poros prou propers a la superfície per deformar-la.