Gāzu vai saraušanās porozitāte: būtisku liešanas defektu identificēšana

TL;DR

Gāzu porozitāte un saraušanās porozitāte ir bieži sastopamas liešanas defekti ar atšķirīgiem cēloņiem un izskatu. Gāzu porozitāte rodas, kad kristalizācijas laikā tiek aizturēta gāze, veidojot gludas, sfēriskas dobumus. Savukārt saraušanās porozitāte rodas tad, ja kausētā metāla daudzums nav pietiekams, lai kompensētu tilpuma saraušanos, atdziestot lievei, tādējādi veidojot raupjus, leņķainus dobumus. Šo būtisko atšķirību izpratne attiecībā uz cēloņiem un morfoloģiju ir ļoti svarīga metāllu lējumu defektu diagnostikai un novēršanai.

Gāzu porozitātes izpratne: cēloņi un raksturojošās iezīmes

Gāzes porozitāte ir izplatīts defekts metālu liešanā, ko raksturo dobumu veidošanās dēļ gāzu aizķeršanās sacietējošajā metalā. Kā lodījumis metāls atdziest, tā spēja saturēt izšķīdušas gāzes, piemēram, ūdeņradi alumīnija sakausējumos, ievērojami samazinās. Šī pārmērīgā gāze tiek izstumta no šķīduma un veido burbuļus, kas aizķeras, kamēr metāls ap tiem sacietē. Šie defekti var kompromitēt gala komponenta strukturālo integritāti un spiediena blīvumu, tādēļ to novēršana ir būtiska augsta veiktspējas pielietojumiem.

Gāzes porozitātes izskats ir viena no tās visrādītākajām iezīmēm. Tukšumi parasti ir sfēriski vai izstiepti ar gludām, bieži spīdīgām iekšējām sienām. Šāda morfoloģija rodas tāpēc, ka gāzes burbuļi veidojas šķidrā vai pusšķidrā metālā, ļaujot virsmas spraigumam tos pirms apkārtējās struktūras sacietēšanas savilkt zemenerģētiskā, sfēriskā formā. Šīs poras var parādīties dažādās formās, tostarp apakšvirsmas uzpūtumos, blisters uz liešanas virsmas vai smalnās, izkliedētās adatu caurulītēs, ko bieži atrod liešanas augšējās daļās.

Gāzes porozitātes pamatcēloņi ir dažādi, taču gandrīz vienmēr saistīti ar gāzi veidojošu materiālu vai apstākļu ieviešanu kūpināšanas un liešanas procesā. Efektīva diagnostika prasa rūpīgu visa ražošanas cikla izpēti. Daži no visbiežāk sastopamajiem cēloņiem ietver:

• Šķīdušās gāzes kūsnā: Kausētais metāls var uzsūkt gāzes no atmosfēras vai mitrus vai piesārņotus kausējumus. Ūdeņradis ir galvenais vaininieks daudzās neželezas sakausējumos.
• Turbulence ielejot: Augsta ātruma vai turbulentā veidnē pildīšana fiziski var ieslēgt gaisu kausētajā metalā, kas pēc tam veido dobumus.
• Mitruma un piesārņojumi: Jebkurš mitrums no nepietiekami izkaltētām veidnēm, serdēm, kausiem vai rīkiem var iztvaikot saskarē ar kausētu metālu, radot tvaiku, kas ieslēdzas liešanā. Smērvielas un saistvielas arī var sadalīties un izdalīt gāzi.
• Zema veidnes caurlaidība: Ja veidnes vai serdes materiāls nespēj pietiekami izvadīt dobumā esošās gāzes, tās ir visticamāk iespējams ieslēgt aizcietējošajā metalā.

Savelšanās porozitātes izpratne: cēloņi un raksturojošās iezīmes

Saraušanās porozitāte rodas no būtiski atšķirīga mehānisma: metāla tilpuma sarukšana, pārejot no šķidras uz cietu stāvokli. Vairumā metālu blīvums ir lielāks cietā veidā, tādējādi tie aizņem mazāku tilpumu. Ja papildu kausētais metāls, kas pazīstams kā barošanas metāls, nevar nepārtraukti nonākt zonās, kas atdziest pēdējās, materiāla sarukšana radīs dobumus. Šie defekti ir tiešs barošanas ceļa pārrāvuma rezultāts cietēšanas procesa pēdējās stadijās.

Atšķirībā no gludajiem dobumiem, kas raksturīgi gāzu porozitātei, saraušanās porozitāte ir raksturīga ar tās leņķaino, asu formu un raupjiem iekšējiem virsmām. Tas ir saistīts ar to, ka dobumi veidojas sarežģītajos, šaurajos atstarpēs starp savstarpēji saistītajām, koku zaru līdzīgajām kristāliskajām struktūrām, kas pazīstamas kā dendriti un kuras veidojas sacietēšanas laikā. Rezultātā rodas nevis burbulis, bet gan dobums, kas sekos šo interdendritisko telpu sarežģītajam, plaisājušajam rakstam. Saraušanās defekti var parādīties kā lielāki, atvērti dobumi uz virsmas (kannām) vai kā iekšējas, savstarpēji saistītas smalku plaisu tīkli (poraina vai šķiedraina saraušanās).

Galvenais saraušanās porozitātes cēlonis ir nepietiekama sacietēšanas procesa pārvaldība. Kad atlieve sacietē, ideālā gadījumā tas notiek virzienā, pakāpeniski sastingstot no šķidrā metāla avota visattālākā punkta uz izlietni vai barošanas sistēmu. Saraušanās porozitāte rodas tad, kad šis process tiek traucēts. Galvenie veicinātāji ietver:

• Nepietiekama ielejšanas sistēma: Pārāk mazi izlietņi vai tie, kas aizsalst pirms galvenās atkares, nevar nodrošināt nepieciešamo kausēto metālu, lai kompensētu saraušanos.
• Karstie punkti: Biezākas atkares daļas atdziest lēnāk nekā blakus esošās plānās daļas. Šie "karstie punkti" var kļūt par izolētām šķidrā metāla kabatām, un, kad tie beidzot sastīvē un saraujas, nav ceļa, pa kuru pieplūst papildu metāls, lai aizpildītu radušos dobumu.
• Nepareizi termiskie gradienti: Nepareiza temperatūras sadalījuma izkārtojums pa visu formu var novērst virzītu sastingšanu, kas noved pie izolētām šķidrās metāla zonām, kurām ir tendence rausties.
• Atkares ģeometrija: Sarežģīti dizaini ar pēkšņām šķērsgriezumu biezuma izmaiņām principā ir vairāk uzņēmīgi veidot karstos punktus un saraušanās defektus.

Salīdzinājums: Gāzu porozitāte pret saraušanās porozitāti

Atšķirtība starp gāzes un saraušanās porozitāti ir pirmais svarīgais solis liešanas defektu novēršanā. Lai gan abi vājina gala daļu, to atšķirīgie cēloņi prasa atšķirīgus risinājumus. Uzticamākais identifikācijas veids ir poru morfoloģijas vizuāla pārbaude. Dobumi no gāzēm parasti ir sfēriski ar gludām sienām, savukārt tie, kas rodas saraušanās rezultātā, ir leņķaini un raupji.

Šī tabula sniedz tiešu salīdzinājumu galvenajām raksturīgajām īpašībām, kas atšķir šos divus biežos liešanas defektus:

To veidošanās laiks ir būtisks atšķirības faktors. Gāzēm izraisīta porozitāte var veidoties salīdzinoši agrīnā kausējuma zonā, tiklīdz metāla temperatūra nokrītas pietiekami zemu, lai samazinātu gāzu šķīdību. Poras veidojas kā burbuļi vēl aizvien šķidrā vai pusšķidrā vidē. Savukārt saraušanās porozitāte ir vēla defekta forma. Tā rodas dziļi kausējuma zonā, kad dendritu tīkls jau ir labi izveidots un blīvs, kavējot atlikušajam šķidrajam metālam plūst un aizpildīt pēdējos kristalizējošos reģionus. Šis atšķirība izskaidro, kāpēc gāzes izraisītas poras ir gludas un apaļas, kamēr saraušanās poras pieņem sarežģītu formu, kas atbilst interdendritu spraugām.

Izlējumu porozitātes novēršanas un mazināšanas stratēģijas

Efektīva porozitātes novēršana prasa mērķtiecīgu pieeju, balstoties uz konkrētā veida defekta identificēšanu. Gāzveida porozitātes stratēģijas koncentrējas uz gāzu avotu kontroli, savukārt saraušanās porozitātes stratēģijas ir vērstas uz kristalizācijas un metālbarotāja pārvaldību. Kompleksa kvalitātes kontroles stratēģija risina abus aspektus.

Gāzveida porozitātes novēršana

Gāzveida porozitātes minimizēšana ietver stingru kontroli pār materiāliem un procesiem, lai novērstu gāzes ievadīšanu vai uzsūkšanos kausējumā. Galvenie preventīvie pasākumi ietver:

1. Kausējuma apstrāde: Izmantojiet atgāzēšanas tehnoloģijas, piemēram, rotācijas atgāzēšanu vai fluksāciju, lai no kausējuma izvadītu izšķīdušo ūdeņradi un citas gāzes pirms ielejam.
2. Materiālu un rīku sagatavošana: Rūpīgi izžāvējiet un sasiliniet visus kausējuma materiālus, rīkus, kausējuma traukus un formas, lai izslēgtu mitruma avotus. Pārliecinieties, ka kausējuma materiāli ir tīri un brīvi no korozijas vai eļļas.
3. Optimizēta aizplūdes sistēma un ielejamās operācijas: Izkārtojiet aizbīdņu sistēmu tā, lai metāls veidnē iekļūtu gludi, bez turbulentām plūsmām. Tas minimizē gaisa fizisku ieslēgšanos pildīšanas laikā.
4. Pareiza veidņa ventilācija: Pārliecinieties, ka veidnei un visām kodoliekārtām ir pietiekami ventilācijas atveres, lai gaisam un citiem gāzveida produktiem varētu izkļūt no dobuma, kad tas tiek aizpildīts ar kausētu metālu.

Saraušanās porozitātes novēršana

Galvenais noslēgums saraušanās novēršanā ir nodrošināt nepārtrauktu šķidrā barotāja metāla piegādi visām liešanas daļām līdz pat pilnīgai sacietēšanai. To sasniedz ar rūpīgu konstrukciju un procesa kontroli:

1. Efektīva liešanas paliktņa un aizbīdņu sistēmas konstrukcija: Projektējiet liešanas paliktņus pietiekami lielus, lai tie ilgāk paliktu kausētā stāvoklī nekā liešanas sekcija, ko tie baro. Aizbīdņu sistēmai jāveicina virzieniska sacietēšana, kurā liešana pakāpeniski sastingst uz liešanas paliktņa pusi.
2. Sacietēšanas kontrole ar dzesēšanas plāksnēm un apvalkiem: Izmantojiet dzesēšanas elementus (metāla iekļaujumus), lai paātrinātu dzesēšanu biezās sekcijās un novērstu karstās vietas. Uz izlīdēm var izmantot izolējošas vai eksotermiskas mucas, lai tās ilgāk paliktu kausētā stāvoklī.
3. Ģeometriskie pārveidojumi: Tur, kur iespējams, modificējiet detaļas dizainu, lai izvairītos no pēkšņām šķērsgriezuma biezuma izmaiņām un veidotu gludākas pārejas, samazinot karsto vietu rašanās iespēju.

Industrijām, piemēram, automaizaim, kur komponentu atteice nav pieļaujama, svarīgi ir sadarboties ar speciālistiem metālu avancētajā formēšanā. Piemēram, pakalpojumu sniedzēji kā Shaoyi (Ningbo) Metal Technology demonstrē precizitātes inženierijas un procesa kontroles līmeni – sākot no matricu dizaina līdz masveida ražošanai –, kas nepieciešams bezdefektu komponentu ražošanai, konkrētajā gadījumā automašīnu kalšanai. Šāda piesardzība attiecībā uz kvalitāti ir būtiska porozitātes tipa defektu mazināšanai, nodrošinot uzticamību kritiskās lietošanas jomās.

Bieži uzdotie jautājumi

1. Kāda ir atšķirība starp porozitāti un saraušanos?

Galvenais atšķirības cēlonis ir tās izskats. Porositāte, īpaši gāzes porositāte, rodas no iespiestas gāzes un rada lēnas, aplisnas caurulītes. Smalkums vai smalkuma porositāte rodas, kad metāla tilpums sasmalcina, bet bez pietiekami daudz šķidruma, lai aizpildītu tukšumu, un rodas šauras, leņķīgas caurulītes.

2. Kas izraisa porību sagriešanos?

Smalcināšanas porositāte rodas, kad metāls sasilst, un tas sasilst. Ja no metāla nošķirtas šķiedras plūsmas, pirms tas pilnībā nostiprinās, tad šis sastrēgums rada tukšumu. Tas bieži rodas, jo augšupesā esošie augšupesā esošie augi tiek nepietiekami baroti vai veidojas izolētas karstas vietas biezās gabalā.

3. Kā definē gāzes porotību?

Gāzes porozitāte attiecas uz dobumiem metāla liešanā, kas veidojas gāzes burbuļu aizķerēšanās rezultātā. Gāze var rasties no šķīdušajām gāzēm kausējumā, kuras atdalās dzesēšanas laikā, no gaisa, kas iejaucies turbulentas ielejot, vai no mitruma un citiem piesārņotājiem, kas iztvaiko saskaroties ar karstu metālu.

4. Kā var noteikt, vai dobumi liešanā ir radušies gāzes porozitātes vai saraušanās dēļ?

Efektīvākais veids, kā tos atšķirt, ir dobuma morfoloģijas vizuāla pārbaude. Gāzes porozitātes dobumi parasti ir sfēriski ar gludām iekšējām sienām, līdzīgi burbulim. Savukārt saraušanās porozitātes dobumi ir leņķaini un tam raksturīgas raupjas, kristāliskas virsmas, jo tie veidojas spraugās starp kristalizējošiem dendritiem.