Keropos Gas vs. Susut: Mengenal Pasti Kecacatan Pengecoran Yang Kritikal

RINGKASAN

Keropos gas dan keropos susut adalah kecacatan pengecoran yang biasa berlaku dengan asal usul dan rupa yang berbeza. Keropos gas terjadi akibat terperangkapnya gas semasa pembekuan, menghasilkan ruang kosong yang licin dan berbentuk sfera. Sebaliknya, keropos susut disebabkan oleh ketiadaan logam cair yang mencukupi untuk mengimbangi pengecutan isi padu semasa pengecoran menyejuk, yang membentuk rongga kasar dan bersudut. Memahami perbezaan asas ini dari segi punca dan morfologi adalah penting untuk mendiagnosis dan mencegah kecacatan dalam pengecoran logam.

Memahami Keropos Gas: Punca dan Ciri-ciri

Keropos gas adalah kecacatan yang kerap berlaku dalam pengecoran logam, ditandai dengan pembentukan ruang udara akibat gas terperangkap di dalam logam yang membeku. Apabila logam cair menyejuk, keupayaannya untuk menahan gas terlarut, seperti hidrogen dalam aloi aluminium, berkurangan secara ketara. Gas berlebihan ini dikeluarkan daripada larutan dan membentuk gelembung, yang kemudiannya terperangkap apabila logam membeku di sekelilingnya. Kecacatan ini boleh merosakkan integriti struktur dan ketegangan tekanan komponen akhir, menjadikan pencegahannya penting bagi aplikasi prestasi tinggi.

Penampilan keropos gas adalah salah satu ciri paling ketara. Ruang kosong ini biasanya berbentuk sfera atau memanjang dengan dinding dalaman yang licin, sering kali mengilat. Morfologi ini berlaku kerana gelembung gas terbentuk di dalam logam cecair atau separuh cecair, membolehkan tegangan permukaan menariknya menjadi bentuk sfera berenergi rendah sebelum struktur sekeliling menjadi tegar. Liang-liang ini boleh muncul dalam pelbagai bentuk, termasuk lubang hembus bawah permukaan, gelembung pada permukaan tuangan, atau liang halus yang tersebar, yang kerap ditemui di bahagian atas tuangan.

Punca asal keropos gas adalah pelbagai tetapi hampir sentiasa berkaitan dengan pengenalan bahan atau keadaan pembentuk gas semasa proses peleburan dan pengecoran. Diagnosis yang berkesan memerlukan pemeriksaan teliti keseluruhan rantaian pengeluaran. Antara punca paling biasa termasuk:

• Gas Terlarut dalam Leburan: Logam cair boleh menyerap gas daripada atmosfera atau daripada bahan isian yang lembap atau tercemar. Hidrogen adalah antara punca utama dalam kebanyakan aloi bukan ferus.
• Kegoncangan Semasa Tuangan: Pengisian acuan yang berkelajuan tinggi atau bergoncang boleh secara fizikal memerangkap udara di dalam logam cair, yang kemudiannya membentuk rongga.
• Kelembapan dan Pencemar: Sebarang kelembapan daripada acuan, teras, periuk tuang atau alat yang tidak dikeringkan dengan betul boleh menghasilkan wap apabila bersentuhan dengan logam cair, menghasilkan stim yang terperangkap dalam tuangan. Pelincir dan bahan pengikat juga boleh terurai dan membebaskan gas.
• Ketelapan Rendah Acuan: Jika bahan acuan atau teras tidak dapat melepaskan gas yang hadir dalam rongga dengan mencukupi, gas tersebut lebih berkemungkinan terperangkap oleh logam yang membeku.

Memahami Keporosan Susut: Punca dan Ciri-ciri

Keropos susut berlaku akibat mekanisme yang secara asasnya berbeza: pengecutan isipadu logam apabila berubah daripada keadaan cecair kepada pepejal. Kebanyakan logam lebih tumpat dalam bentuk pepejal, bermakna ia menduduki isipadu yang lebih kecil. Jika logam lebur tambahan, dikenali sebagai logam suapan, tidak dapat terus mencapai kawasan yang paling akhir membeku, pengecutan bahan tersebut akan mencipta ruang kosong. Kecacatan ini merupakan hasil langsung gangguan pada laluan suapan semasa peringkat akhir pembekuan.

Tidak seperti rongga licin akibat keporosan gas, keporosan susut dicirikan oleh bentuknya yang bersudut tajam dan permukaan dalaman yang kasar. Ini disebabkan oleh pembentukan rongga dalam ruang sempit dan berliku yang tertinggal antara struktur hablur yang saling berkait seperti pokok yang dikenali sebagai dendrit, yang tumbuh semasa proses pemekatan. Rongga yang terhasil bukanlah gelembung, tetapi suatu kekosongan yang mengikuti corak kompleks dan retak di ruang interdendritik tersebut. Kecacatan susut boleh muncul sebagai rongga besar terbuka di permukaan (paip) atau sebagai rangkaian dalaman yang saling berhubung dengan retak halus (susut span atau filament).

Punca utama keporosan susut adalah kegagalan untuk mengawal proses pemekatan dengan berkesan. Apabila sesuatu tuangan membeku, ia seharusnya membeku secara berarah, iaitu secara progresif bermula dari titik terjauh daripada sumber logam cecair menuju ke arah riser atau sistem pemberian. Keporosan susut berlaku apabila proses ini terganggu. Faktor-faktor utama yang menyumbang termasuk:

• Sistem Pengecoran Tidak Mencukupi: Peneraju yang terlalu kecil atau membeku sebelum pengecoran utama tidak dapat membekalkan logam cair yang diperlukan untuk mengimbangi pengecutan.
• Titik Panas: Bahagian pengecoran yang tebal menyejuk lebih perlahan berbanding bahagian nipis berdekatan. "Titik panas" ini boleh menjadi kantung logam cecair yang terpencil, dan apabila ia akhirnya membeku dan mengecut, tiada laluan bagi logam pengisi untuk mengisi ruang kosong yang terhasil.
• Gradien Terma yang Kurang Baik: Taburan suhu yang tidak betul merentasi acuan boleh menghalang pembekuan berarah, menyebabkan kawasan cecair terpencil yang mudah mengalami pengecutan.
• Geometri Pengecoran: Reka bentuk kompleks dengan perubahan ketebalan keratan yang mendadak secara semula jadi lebih rentan terhadap pembentukan titik panas dan kecacatan pengecutan.

Perbandingan Berdepan: Keporosan Gas vs. Keporosan Pengecutan

Membezakan antara keporosan gas dan mengecut adalah langkah kritikal pertama dalam menyelesaikan masalah kecacatan pengecoran. Walaupun kedua-duanya melemahkan bahagian akhir, punca yang berbeza memerlukan penyelesaian yang berbeza. Kaedah paling boleh dipercayai untuk pengenalan adalah pemeriksaan visual terhadap morfologi liang tersebut. Rongga akibat gas biasanya berbentuk sfera dengan dinding licin, manakala rongga akibat mengecut adalah bersudut dan kasar. Perbandingan terperinci mendedahkan perbezaan lanjut dari segi pembentukan dan lokasi.

Jadual berikut memberikan perbandingan langsung ciri-ciri utama yang membezakan dua kecacatan pengecoran lazim ini:

Masa pembentukan mereka adalah pembeza utama. Kekosongan gas boleh terbentuk pada peringkat awal di zon likat, sebaik sahaja suhu logam menurun cukup untuk mengurangkan keterlarutan gasnya. Liang-liang ini terbentuk sebagai gelembung dalam persekitaran yang masih cecair atau separuh cecair. Sebaliknya, kekosongan susut adalah kecacatan peringkat akhir. Ia berlaku jauh di dalam zon likat apabila rangkaian dendritik sudah mantap dan padat, menyukarkan logam cecair yang tinggal untuk mengalir dan menyalurkan kawasan-kawasan yang membeku pada peringkat akhir. Perbezaan inilah yang menerangkan mengapa liang gas adalah licin dan bulat, manakala liang susut mengambil bentuk kompleks ruang antara dendrit.

Strategi Pencegahan dan Penanggulangan Kekosongan Pengecoran

Pencegahan kebocoran secara berkesan memerlukan pendekatan terfokus berdasarkan jenis kecacatan yang dikenal pasti. Strategi untuk kebocoran gas memberi tumpuan kepada kawalan sumber gas, manakala strategi untuk kebocoran susut fokus kepada pengurusan pepejalan dan penyaluran. Strategi kawalan kualiti yang menyeluruh menangani kedua-dua aspek tersebut.

Mencegah Kebocoran Gas

Mengurangkan kebocoran gas melibatkan kawalan ketat terhadap bahan dan proses bagi mengelakkan gas daripada dimasukkan atau diserap ke dalam logam cair. Tindakan pencegahan utama termasuk:

1. Rawatan Leburan: Gunakan teknik pensyahgasan, seperti pensyahgasan putaran atau fluks, untuk mengeluarkan hidrogen terlarut dan gas-gas lain daripada leburan sebelum dituang.
2. Penyediaan Bahan dan Peralatan: Keringkan dan panaskan dahulu semua bahan isian, peralatan, senduk, dan acuan dengan teliti untuk menghapuskan sebarang sumber kelembapan. Pastikan bahan isian bersih dan bebas daripada kakisan atau minyak.
3. Saluran dan Penuangan yang Dioptimumkan: Reka sistem pengaliran untuk memastikan aliran logam yang lancar dan tidak bergegar ke dalam rongga acuan. Ini mengurangkan kemasukan udara secara fizikal semasa proses pengisian.
4. Pengudaraan Acuan yang Betul: Pastikan acuan dan teras mana-mana mempunyai saluran udara yang mencukupi bagi membenarkan udara dan gas lain keluar dari rongga semasa diisi dengan logam cair.

Mencegah Keporosan Susutan

Kunci untuk mencegah susutan adalah dengan memastikan bekalan logam cecair yang berterusan ke semua bahagian tuangan sehingga pembekuan selesai. Ini dicapai melalui reka bentuk dan kawalan proses yang teliti:

1. Reka Bentuk Penampan dan Sistem Pengaliran yang Berkesan: Reka penampan yang cukup besar supaya kekal cair lebih lama daripada bahagian tuangan yang diberi suapan. Sistem pengaliran harus menggalakkan pembekuan berarah, di mana tuangan membeku secara beransur-ansur ke arah penampan.
2. Kawal Pembekuan dengan Penyejuk dan Sarung: Gunakan chills (penyisipan logam) untuk mempercepat penyejukan pada bahagian yang tebal dan mencegah tompok panas. Sarung penebat atau eksotermik boleh digunakan pada salur tuang untuk mengekalkan cairan lebih lama.
3. Pengubahsuaian Geometri: Di mana-mana yang berkemampuan, ubahsuai rekabentuk komponen untuk mengelakkan perubahan ketebalan keratan yang mendadak dan mencipta peralihan yang lebih licin, mengurangkan kemungkinan berlakunya tompok panas.

Untuk industri seperti automotif di mana kegagalan komponen tidak dapat diterima, bekerjasama dengan pakar dalam pembentukan logam lanjutan adalah perkara utama. Sebagai contoh, penyedia seperti Shaoyi (Ningbo) Metal Technology menunjukkan tahap kejuruteraan tepat dan kawalan proses, dari rekabentuk acuan hingga pengeluaran besar-besaran, yang diperlukan untuk menghasilkan komponen tanpa cacat, dalam kes mereka untuk tempaan automotif. Komitmen terhadap kualiti ini penting untuk mengurangkan kecacatan seperti keporosan, memastikan kebolehpercayaan dalam aplikasi kritikal.

Soalan Lazim

1. Apakah perbezaan antara keporosan dan susut?

Perbezaan utama terletak pada sebab dan rupa fizikalnya. Kekosongan, khususnya kekosongan gas, disebabkan oleh gas yang terperangkap dan menghasilkan rongga yang licin dan bulat. Susut, atau kekosongan susut, disebabkan oleh pengecutan isipadu logam semasa penyejukan tanpa cukup logam cecair untuk mengisi ruang kosong tersebut, menghasilkan rongga yang kasar dan berbentuk sudut.

2. Apakah yang menyebabkan kekosongan susut?

Kekosongan susut disebabkan oleh pengecutan isipadu logam semasa ia membeku. Jika aliran logam lebur terputus daripada bahagian tertentu tuangan sebelum ia sepenuhnya membeku, pengecutan ini akan mencipta ruang kosong. Keadaan ini sering berlaku akibat suapan tidak mencukupi daripada riser atau pembentukan tompok panas terpencil dalam bahagian yang tebal.

3. Apakah definisi kekosongan gas?

Keropos gas merujuk kepada ruang hampa di dalam tuangan logam yang terbentuk akibat perangkap gelembung gas. Gas tersebut boleh datang daripada gas terlarut dalam leburan yang ditolak semasa penyejukan, udara yang terperangkap semasa penuangan yang bergegas, atau kelembapan dan kontaminan lain yang mengembang menjadi wap apabila bersentuhan dengan logam panas.

4. Bagaimanakah anda dapat mengetahui sama ada rongga dalam tuangan disebabkan oleh keropos gas atau pengecutan?

Cara yang paling berkesan untuk membezakannya adalah melalui pemeriksaan visual morfologi rongga tersebut. Rongga keropos gas biasanya berbentuk sfera dengan dinding dalaman yang licin, menyerupai gelembung. Sebaliknya, rongga keropos akibat pengecutan berbentuk bersudut dan mempunyai permukaan yang kasar serta berkristal, kerana ia terbentuk di celah-celah antara dendrit yang sedang membeku.