Plinska naspram umjetne poroznosti: Prepoznavanje ključnih nedostataka u lijevanju

KRATKO

Plinska poroznost i poroznost uslijed skupljanja su česti nedostaci u lijevanju s različitim uzrocima i izgledom. Plinska poroznost nastaje zarobljenim plinom tijekom stvrdnjavanja, stvarajući glatke, sferične šupljine. Naprotiv, poroznost uslijed skupljanja uzrokovana je nedovoljnom količinom taljenog metala za nadoknadu volumetrijskog skupljanja dok se odlivak hladi, što stvara grubo, kutaste šupljine. Razumijevanje ovih temeljnih razlika u uzrocima i morfologiji ključno je za dijagnosticiranje i sprečavanje nedostataka u metalnim odljevcima.

Razumijevanje plinske poroznosti: Uzroci i karakteristike

Pora od plina je učestala pogreška u lijevanju metala, karakterizirana stvaranjem šupljina zbog zarobljenih plinova unutar otvrdnjavajućeg metala. Kako se rastaljeni metal hladi, njegova sposobnost zadržavanja otopljenih plinova, poput vodika u legurama aluminija, znatno opada. Ovaj višak plina se izbacuje iz otopine i stvara mjehuriće koji se zarobljavaju kada se metal otvrdne oko njih. Ove pogreške mogu ugroziti strukturnu čvrstoću i nepropusnost gotovog dijela, što čini njihovu prevenciju neophodnom za primjene visokih performansi.

Pojava poroznosti uslijed plina jedna je od njezinih najkarakterističnijih značajki. Šupljine su obično sferne ili izdužene s glatkim, često sjajnim unutarnjim stjenkama. Ova morfologija nastaje zato što mjehurići plina nastaju unutar tekućeg ili polutekućeg metala, omogućavajući površinskom napetosti da ih preoblikuje u niskoenergetski sferni oblik prije nego što okolna struktura postane kruta. Ove pore mogu se pojaviti u različitim oblicima, uključujući podpovršinske mjehuriće, mjehure na površini odljevka ili fine, raspršene igle koje se često nalaze u gornjim dijelovima odljevka.

Osnovni uzroci poroznosti uslijed plina raznoliki su, ali gotovo uvijek su povezani s prisustvom materijala ili uvjeta koji stvaraju plin tijekom taljenja i lijevanja. Učinkovita dijagnoza zahtijeva pažljivo ispitivanje cijelog proizvodnog lanca. Neki od najčešćih uzroka uključuju:

• Otopljeni plinovi u talini: Rastalovani metal može apsorbirati plinove iz atmosfere ili vlažnih, onečišćenih sirovina. Vodik je primarni krivac za mnoge neželjezne legure.
• Turbulencija tijekom lijevanja: Visokobrzinsko ili turbulentno punjenje kalupa može fizički zarobiti zrak unutar rastalovanog metala, koji zatim stvara šupljine.
• Vlažnost i onečišćenja: Bilo koja vlaga iz nepropisno osušenih kalupa, jezgri, posuda za lijevanje ili alata može ispariti pri kontaktu s rastalovanim metalom, stvarajući paru koja se zarobi u odljevku. Podmazivači i veziva također mogu razgraditi i oslobađati plinove.
• Niska propusnost kalupa: Ako materijal kalupa ili jezgre ne može dovoljno ispuštati plinove prisutne u šupljini, oni će se vjerojatnije zarobiti u zbijajućem se metalu.

Razumijevanje skupljanja poroznosti: uzroci i karakteristike

Skupljanje zbog skupljanja nastaje iz potpuno drugačijeg mehanizma: volumenskim skupljanjem metala tijekom prijelaza iz tekućeg u čvrsto stanje. Većina metala gušća je u čvrstom obliku, što znači da zauzimaju manji volumen. Ako dodatni taljeni metal, poznat kao hranilni metal, ne može neprekidno dopirati do područja koja se zadnja zaličavaju, skupljanje materijala će stvoriti šupljine. Ovi nedostaci su izravni rezultat prekida u putu dotjecanja tijekom posljednjih faza zaličavanja.

Za razliku od glatkih šupljina kod stvaranja plinovitih pora, skupljanje zbog poroznosti karakteriziraju kutaste, nazubljene forme i hrapave unutarnje površine. To je zato što se šupljine formiraju u zaobilaznim, uskim prostorima između međusobno povezanih, drvolikih kristalnih struktura poznatih kao dendriti, koji rastu tijekom procesa očvršćivanja. Dobivena šupljina nije mjehurić, već praznina koja slijedi složeni, puknuti uzorak ovih međudendritskih prostora. Defekti skupljanja mogu se pojaviti kao veće otvorene šupljine na površini (cjevovodi) ili kao unutarnje povezane mreže sitnih pukotina (gubicasto ili filamentno skupljanje).

Glavni uzrok poroznosti zbog skupljanja je neuspjeh u učinkovitom upravljanju procesom očvršćivanja. Kada se odljevak očvršćuje, to bi idealno trebalo biti smjerovito očvršćivanje, postupno zamrzavanje od točke najudaljenije od izvora tekućeg metala prema rezervoaru ili sustavu dotjecanja. Poroznost zbog skupljanja nastaje kada je ovaj proces poremećen. Ključni čimbenici koji doprinose tome su:

• Nedovoljan sustav lijevanja: Dizalici koji su preuski ili se ohlade prije glavnog odljevka ne mogu dostaviti potrebnu količinu taljenog metala kako bi nadoknadili uskupljanje.
• Vruće točke: Deblji dijelovi odljevka sporije se hlade od tanjih dijelova. Ove "vruće točke" mogu postati izolirane kapljice tekućeg metala, a kada se konačno zatvore i uskuplju, nema puta za dotok dodatnog metala kako bi popunio nastalu šupljinu.
• Loši termički gradijenti: Neispravna raspodjela temperature po kalupu može spriječiti smjerano stvrdnjavanje, što dovodi do izoliranih tekućih područja sklonih uskupljanju.
• Geometrija odljevka: Složeni dizajni s naglim promjenama debljine presjeka u osnovi su skloniji stvaranju vrućih točaka i greškama uskupljanja.

Usporedba: plinska poroznost naspram poroznosti uskupljanja

Razlikovanje između poroznosti zbog plina i skupljanja je prvi ključni korak u otklanjanju nedostataka kod lijevanja. Iako oba smanjuju čvrstoću gotovog dijela, njihovi različiti uzroci zahtijevaju različita rješenja. Najpouzdaniji način identifikacije je vizualna inspekcija morfologije pore. Šupljine nastale zbog plina općenito su sferne s glatkim stjenkama, dok one nastale uslijed skupljanja imaju kutast oblik i hrapave stjenke. Detaljnija usporedba otkriva dodatne razlike u njihovom nastanku i lokaciji.

Sljedeća tablica daje izravnu usporedbu ključnih karakteristika kojima se razlikuju ova dva uobičajena nedostatka kod lijevanja:

Vrijeme njihove formacije ključni je razlikovatelj. Pora uzrokovane plinom mogu se relativno rano pojaviti u muljevitom području, čim temperatura metala padne dovoljno da smanji rastvorljivost plina u njemu. Pore nastaju kao mjehurići u još uvijek tekućem ili polutekućem okruženju. Suprotno tome, poroznost uslijed skupljanja greška je kasne faze. Pojavljuje se duboko unutar muljevitog područja kada je dendritska mreža već dobro formirana i gusto povezana, što otežava protok preostalog tekućeg metala i njegovo dopunjavanje u područjima koja se posljednja zatvaraju. Ova razlika objašnjava zašto su pore uzrokovane plinom glatke i okrugle, dok pore uslijed skupljanja imaju složeni oblik međudendritskih praznina.

Strategije prevencije i ublažavanja poroznosti kod lijevanja

Učinkovito sprječavanje poroznosti zahtijeva ciljani pristup temeljen na specifičnoj vrsti utvrđenog defekta. Strategije za plinsku poroznost usredotočene su na kontrolu izvora plina, dok one za skupljanje poroznosti leže u upravljanju kristalizacijom i dotjecanjem. Kompletna strategija kontrole kvalitete obuhvaća obje vrste.

Sprječavanje plinske poroznosti

Smanjivanje plinske poroznosti uključuje strogu kontrolu materijala i procesa kako bi se spriječilo unošenje ili apsorpcija plina u talinu metala. Ključne preventivne mjere uključuju:

1. Obrada taline: Koristite tehnike dezgazacije, poput rotacijske dezgazacije ili tretmana s fluksom, kako biste uklonili otopljeni vodik i druge plinove iz taline prije lijevanja.
2. Priprema materijala i alata: Temeljito osušite i zagrijte sve sirovine, alate, posude za lijevanje i kalupe kako biste eliminirali bilo koji izvor vlage. Osigurajte da su sirovine čiste i bez korozije ili ulja.
3. Optimizirani sustav ulijevanja i lijevanje: Dizajnirajte sustav uljeva kako biste osigurali glatki, neturbulentni tok metala u kalup. To svodi na minimum fizičko zarobljavanje zraka tijekom punjenja.
4. Odgovarajuće ventiliranje kalupa: Osigurajte da kalup i svi jezgri imaju dovoljne ventile kako bi se omogućilo ispuštanje zraka i drugih plinova iz šupljine dok se ona puni tekućim metalom.

Sprječavanje skupljanja zbog poroznosti

Ključ sprječavanja skupljanja je osigurati stalnu opskrbu tekućeg hranilnog metala svim dijelovima odljevka sve dok se proces očvršćivanja ne završi. Ovo se postiže pažljivim dizajnom i kontrolom procesa:

1. Učinkovit dizajn hranilnika i uljevnog sustava: Dizajnirajte hranilnike dovoljno velike tako da ostaju taljeni dulje od dijela odljevka kojeg napajaju. Uljevni sustav treba poticati smjeran smrzavanje, pri čemu se odljevak postepeno smrzava prema hranilniku.
2. Kontrola očvršćivanja pomoću rashladnih ploča i rukava: Za brže hlađenje u debljim dijelovima i sprečavanje vrućih mjesta, koristite hladnjake (metalne uvode). Izolacijski ili egzotermni omotači mogu se koristiti na podiglima kako bi ih duže držali topljenim.
3. Geometrijske modifikacije: Ako je moguće, izmjenite dizajn dijela kako biste izbjegli nagle promjene debljine presjeka i stvorili glatkije prijelaze, smanjujući vjerojatnost nastanka vrućih točaka.

Za industrije poput automobilske gdje kvar komponenti nije opcija, partnerstvo s stručnjacima u naprednom oblikovanju metala je ključno. Na primjer, pružatelji kao što su Shaoyi (Ningbo) Metal Technology u slučaju automobila, moraju dokazati razinu preciznog inženjerstva i kontrole procesa, od dizajna oblike do masovne proizvodnje, potrebnu za proizvodnju komponenti bez mana. Ova je posvećenost kvaliteti ključna za ublažavanje nedostataka poput poroznosti, osiguravanje pouzdanosti u kritičnim primjenama.

Često postavljana pitanja

1. za Koja je razlika između poroznosti i smanjenja?

Glavna razlika leži u njihovom uzroku i izgledu. Poroznost, posebno gasna poroznost, uzrokovana je zarobljenim plinom i rezultira glatkim, okruglim šupljinama. Smanjenje ili poroznost smanjenja uzrokovana je volumetrijskom kontrakcijom metala tijekom hlađenja bez dovoljno tekućeg metala za popunjavanje praznine, što rezultira grubim, kutnim šupljinama.

2. - Što? Što uzrokuje smanjenje poreznosti?

Poroznost smanjenja uzrokovana je volumetrijskom kontrakcijom metala dok se on učvrstvuje. Ako se protok topljenog metala odvoji od dijela odlijevanja prije nego što se potpuno učvrsti, ta će se kontrakcija stvoriti praznina. To se često događa zbog neadekvatnog hranjenja iz uzdizanja ili stvaranja izolovanih vrućih točaka u debelim dijelovima.

3. Slijedi sljedeće: Koja je definicija poreznosti plina?

Poroznost plina odnosi se na praznine unutar metalnog odlijevanja koje nastaju zarobljenjem plinskih mjehurića. Gas može potjecati iz rastvorenih plinova u topljenom materijalu koji se odbacuju tijekom hlađenja, zraka koji se unosi tijekom turbulentnog izlijevanja ili vlage i drugih kontaminanta koji se isparavaju pri dodiru sa vrućim metalom.

4. - Što? Kako možete znati jesu li šupljine u odlijevanju uzrokovane poroznost ili smanjenje?

Najuspješniji način za njihovu razliku je vizualno pregledati morfologiju šupljine. Kavnosti s poroznost gasova obično su sferne s glatkim unutarnjim zidovima, nalik mjehuriću. Nasuprot tome, šupljine s poroznošću smanjenja su ugaone i imaju grubu, kristalnu površinu, jer se formiraju u prazninama između stvrdnutih dendrita.