Ključni uzroci pucanja u lijevanju pod tlakom objašnjeni

KRATKO

Blistering u odlijevanju je površinski defekt karakteriziran uzdignutim mjehurcima uzrokovanim širenjem zarobljenog plina odmah ispod kože metala. Glavni uzrok je zatvaranje plina ili zraka zbog turbulentnog protoka metala i neadekvatnog otpuštanja plijesni. Drugi kritični čimbenici uključuju prekomjernu temperaturu topljenog metala ili matice, nepravilnu primjenu lubrikantiju za matice te onečišćenja ili fizičke nedostatke unutar same aluminijske legure.

Uloga gasova i zraka u stvaranju mjehura

Najosnovniji uzrok nastanka mjehurića kod pod pritiskom lijevanja je zarobljavanje plina unutar kalupa tijekom ulijevanja metala. Mjehurići su zapravo određeni oblik poroznosti uzrokovane plinom, pri čemu je zarobljeni plin smješten točno ispod površine odljevka. Dok se rastopljeni metal stvrdnjava, ovaj zarobljeni plin nalazi se pod ogromnim tlakom. Kada se komad izbaci iz kalupa, uklanja se vanjska potpora, pa mekanu površinsku kožicu može plin koji se širi gurnuti prema van, stvarajući karakteristični mjehurić.

Ovaj plin može potjecati iz nekoliko izvora. Najčešći je zrak koji se već nalazi unutar kalupa i sustava kanala prije ulijevanja. Ako se rastopljeni metal ubrizgava prebrzo ili ako put strujanja nije optimiziran, dolazi do turbulencije. Ovo turbulentno, kaotično strujanje preklopit će se samo na sebe, zarobljavajući džepove zraka koji ne mogu pobjeći prije nego što se metal stvrdne. Kao što je detaljno opisano u tehničkoj analizi od strane CEX Casting , loš dizajn uljeva i kanala je čest uzrok, jer ne osigurava glatko, laminarno strujanje metala u kalup.

Nedovoljno ventiliranje je još jedan kritični faktor. Ventili su mali kanali koji omogućuju zraku iz šupljine da izađe dok se ona puni tekućim metalom. Ako su ti ventili blokirani, preuski ili loše postavljeni, zrak nema kamo izaći i ostaje zarobljen unutar odljevka. Posljedica su poroznost i, ako je blizu površine, mjehurići. Optimizacija sustava ventilacije ključan je korak u sprečavanju ovakvih grešaka.

Kako bi se smanjilo zarobljavanje plinova i zraka, treba primijeniti nekoliko najboljih praksi:

• Optimizirajte dizajn uljeva i kanala: Koristite softver za simulaciju strujanja u kalupu kako biste osmislili sustav koji omogućuje glatko, neturbulentno punjenje šupljine kalupa.
• Osigurajte dovoljno ventiliranje: Dizajnirajte i održavajte čiste, učinkovite ventile i prelivne uljeve kako bi se omogućilo potpuno ispuštanje zraka.
• Kontrolirajte brzinu uljevanja: Prilagodite profil uljeva, posebno početnu fazu sporog uljeva, kako biste nježno istisnuli zrak iz šupljine prije nego što započne ulijevanje velikom brzinom.
• Koristite vakuumsku pomoć: Za kritične komponente, provedba procesa die castinga s vakuumom može aktivno ukloniti zrak iz šupljine prije ulijevanja, time gotovo potpuno eliminirajući rizik od grešaka zbog zarobljenog plina.

Parametri procesa: Kako temperature i podmazivači uzrokuju mjehuriće

Osim fizičkog zarobljavanja zraka, operativni parametri procesa imaju značajnu ulogu u stvaranju uvjeta za nastanak mjehurića. Upravljanje temperaturom i nanošenje podmazivača su dvije najvažnije oblasti koje treba kontrolirati. Previše visoke temperature, bilo u rastalovanom metalu ili u kalupu, mogu pogoršati probleme vezane uz plinove. Prema pregledu objavljenom na Sunrise Metal , visoke temperature mogu povećati tlak para unutar rastopljene legure te uzrokovati razgradnju podmazivača za kalupe, pri čemu se oslobađa plin koji ostaje zarobljen.

Sredstva za podmazivanje kalupa, odnosno sredstva za otpuštanje, potrebna su kako bi se spriječilo prijanjanje odljevka uz kalup, ali njihova nepravilna uporaba glavni je uzrok stvaranja plinskih šupljina i mjehurića. Kada se primijeni prevelika količina sredstva za podmazivanje ili se nanese neravnomjerno, višak tekućine može se sakupiti u kalupu. Pri kontaktu s vrućim rastaljenim metalom, ovaj višak sredstva trenutačno ispari, stvarajući veliku količinu plina koja nema vremena pobjeći kroz ventile. Kako je istaknuto u izvješću tvrtke The Hill & Griffith Company , sredstvo za podmazivanje kliznog batra često je najveći pojedinačni doprinositelj, osobito kada se dodatna količina koristi za nadoknadu istrošenog vrha kliznog batra.

Vlažnost je još jedan važan faktor. Svaka preostala vlaga u kalupu, iz curkavih vodova za hlađenje, curenja raspršivača ili čak iz samog sredstva za otpuštanje, pretvorit će se u paru tijekom ulijevanja. Ova para ponaša se poput svakog drugog zarobljenog plina, stvarajući tlak ispod površine odljevka koji može dovesti do pojave mjehurića. Stoga je od presudne važnosti održavanje suhog okruženja u kalupu.

Kako bi se spriječile mjehuriće uzrokovane parametrima procesa, operateri bi trebali pridržavati sljedećih korektivnih radnji:

1. Održavanje stroge kontrole temperature: Obavezno zadržite taljeni legurni materijal i kalup unutar propisanih raspona temperatura kako biste spriječili pregrijavanje i prekomjerno stvaranje plinova.
2. Nanesite podmazivanje umjereno i ravnomjerno: Koristite automatizirane sustave za prskanje kako biste nanijeli minimalni, dosljedni sloj visokokvalitetnog sredstva za otpuštanje s malo ostataka.
3. Obespečite vrijeme za isparavanje: Obavezno osigurajte dovoljno vremena od prskanja kako bi se voda ili otapala iz podmazivača potpuno isparila prije zatvaranja kalupa.
4. Provođenje redovitog održavanja: Redovito provjeravajte i popravljajte curenja vode ili hidrauličnih cijevi te osigurajte da mlaznice za prskanje ne curke.

Materijalni i fizički nedostaci kao temeljni uzroci

Konačna kategorija uzroka odnosi se na integritet materijala za lijevanje i prisutnost fizičkih prekida unutar toka metala. Mjehurići mogu nastati od onečišćenja unutar samog slitine. Na primjer, elementi s niskom točkom vrenja, kao što su olovo ili kadmij, mogu ispariti tijekom procesa lijevanja ili naknadne termičke obrade, stvarajući unutarnji tlak plina. Slično tome, aluminijeve slitine mogu apsorbirati vodik tijekom taljenja, koji će pokušati izaći tijekom kristalizacije, što dovodi do poroznosti i mjehurića.

Fizički nedostaci nastali tijekom procesa punjenja također su vrlo štetni. Istraživanje objavljeno u Engineering Failure Analysis ističe da su hladni iveri — poluočvrsnute čestice metala koje se odvajaju od zidova cijevi za uljev — primarni uzrok velikih mjehura, osobito u područjima blizu sustava uljeva. Ovi iveri stvaraju diskontinuitete u mikrostrukturi odljevka. Plin prisutan u tim šupljinama se širi tijekom toplinske obrade, stvarajući značajne površinske mjehure. Drugi slični nedostaci uključuju hladne kapi, hladne mlazove i oksidne filmove, koji svi remete homogenost metala i djeluju kao mjesta inicijacije mjehurenja.

Za sprečavanje tih nedostataka povezanih s materijalom potrebna je stroka kontrola cijelog procesa, od rukovanja sirovinom do krajnje proizvodnje. Od ključne je važnosti partnerstvo s dobavljačem koji pokazuje snažnu posvećenost kontroli kvalitete. U skladu s člankom 3. stavkom 1. točkom (a) Uredbe (EU) br. 596/2014, proizvođači automobila koji su proizveli dijelove automobila visokih performansi često se oslanjaju na certificirane procese poput IATF 16949 i unutarnje kontrole kvalitete kako bi osigurali integritet materijala od početka do kraja,

Da bi se bolje razumjeli ovi različiti uzroci, u sljedećoj tablici se uspoređuju plikovi koji potječu od poroznosti plina s onima koji potječu od fizičkih ili kemijskih defekata:

Rješenja uključuju predgrijavanje i temeljito sušenje sirovina, korištenje slitina visoke čistoće te provedbu učinkovitih postupaka dezgazacije s dušikom ili argonom kako bi se uklonio otopljeni vodik prije lijevanja.

Najčešća pitanja o mjehurićima kod tlaknog lijevanja

1. Koja je glavna uzročnica mjehurića kod tlaknog lijevanja?

Glavni uzrok mjehurića je zarobljeni plin, najčešće zrak iz kalupa, koji se zarobi zbog turbulentnog toka rastopljenog metala i nedovoljnog provjetravanja. Taj plin, smješten odmah ispod površine odljevka, širi se i gura van meku površinsku metalnu kožicu, stvarajući mjehurić.

2. Može li toplinska obrada uzrokovati pojavu mjehurića na odljevku izrađenom pod tlakom?

Da, toplinska obrada je čest pokretač stvaranja mjehurića. Dio može izgledati savršeno u svom prvobitnom odlivenom stanju, ali ako postoji zarobljeni plin ili fizička diskontinuitet ispod površine, visoke temperature tijekom toplinske obrade uzrokovat će značajno širenje plina, što otkriva grešku u obliku površinskog mjehurića.

3. Kako razlikovati mjehurić od opće poroznosti?

Mjehurići su površinska ili skoro površinska greška koja se pojavljuje kao izbočine na površini odljevka. Opća poroznost, s druge strane, odnosi se na šupljine koje mogu biti locirane bilo gdje unutar odljevka, uključujući i duboko unutar dijela. Iako su oba poremećaja posljedica zarobljenog plina, mjehurići su specifično one pore dovoljno blizu površini da bi je deformirale.