Cauzele Principale ale Apariției Bulelor în Turnarea sub Presiune Explicate

REZUMAT

Apariția bulelor în turnarea sub presiune este un defect de suprafață caracterizat prin formarea unor bule umflate, cauzate de expansiunea gazului închis imediat sub stratul superficial al metalului. Cauza principală o reprezintă închiderea gazului sau aerului, rezultată din curgerea turbulentă a metalului și evacuarea necorespunzătoare a gazelor din matriță. Alți factori importanți includ temperaturi excesive ale metalului topit sau ale matriței, aplicarea necorespunzătoare a lubrifiantului pentru matrițe și contaminanții sau imperfecțiunile fizice din aliajul de aluminiu în sine.

Rolul Închiderii Gazelor și Aerului în Formarea Bulelor

Cauza cea mai fundamentală a formării bulelor în turnarea sub presiune o reprezintă capturarea gazelor în interiorul cavității matriței în timpul injectării metalului. Bulele sunt esențial o formă specifică de porozitate cauzată de gaze, la care gazul capturat se află imediat sub suprafața piesei turnate. Pe măsură ce metalul topit se solidifică, acest gaz capturat se află sub o presiune enormă. Atunci când piesa este ejectată din matriță, suportul exterior este înlăturat, iar stratul superficial încă moale al metalului poate fi împins spre exterior de gazul în expansiune, formând o bulă distinctă.

Acest gaz poate proveni din mai multe surse. Cea mai frecventă este aerul care se află deja în cavitatea matriței și în sistemul de alimentare înainte de injectare. Dacă metalul topit este injectat prea repede sau dacă traseul de curgere nu este optimizat, se creează turbulențe. Această curgere turbulentă și haotică se repliază asupra sa, capturând bule de aer care nu pot scăpa înainte ca metalul să se solidifice. Așa cum este detaliat într-o analiză tehnică realizată de CEX Casting , un design slab al porții și canalului este o cauză frecventă, nefiind capabil să asigure un flux lin, laminar, de metal în interiorul matriței.

O altă problemă importantă o reprezintă ventilarea inadecvată. Ventilele sunt canale mici concepute pentru a permite evacuarea aerului din cavitate în timp ce metalul topit o umple. Dacă aceste ventile sunt blocate, prea mici sau poziționate necorespunzător, aerul nu are unde să iasă și rămâne închis în interiorul piesei turnate. Rezultatul este porozitatea și, dacă este aproape de suprafață, apariția bășicilor. Optimizarea sistemului de ventilare este o etapă esențială în prevenirea acestui tip de defect.

Pentru a reduce riscul de incluziuni de gaz și aer, trebuie aplicate mai multe practici recomandate:

• Optimizați designul porții și canalului: Utilizați un software de simulare a curgerii în formă pentru a proiecta un sistem care să promoveze umplerea lină și fără turbulențe a cavității matriței.
• Asigurați o ventilare adecvată: Proiectați și mențineți ventile curate și eficiente, precum și porți de deversare, pentru a permite evacuarea completă a aerului.
• Controlați viteza de injectare: Ajustați profilul de injectare, în special faza inițială lentă, pentru a împinge ușor aerul afară din cavitate înainte ca umplerea rapidă să înceapă.
• Utilizați asistență vacuumatică: Pentru componente critice, implementarea unui proces de turnare sub presiune cu vid poate elimina activ aerul din cavitate înainte de injectare, reducând practic la minimum riscul defectelor datorate aerului închis.

Parametrii procesului: Cum cauzează temperatura și lubrifiantii formarea bătăturilor

În afara blocării fizice a aerului, parametrii operaționali ai procesului au un rol semnificativ în crearea condițiilor favorabile apariției bătăturilor. Controlul temperaturii și aplicarea lubrifiantului sunt două dintre cele mai importante zone care trebuie gestionate. Temperaturile excesiv de ridicate, fie în aliajul topit, fie în cochilă, pot agrava problemele legate de gaze. Conform unui rezumat prezentat de Sunrise Metal , temperaturile ridicate pot crește presiunea de vapori în interiorul aliajului topit și pot determina degradarea lubrifiantului pentru cochilă, ceea ce duce la eliberarea unor gaze care devin astfel închise.

Lubrifianții pentru matrițe, sau agenții de demolare, sunt necesari pentru a preveni aderarea turnării la cavitate, dar utilizarea lor necorespunzătoare este o sursă majoră de porozitate gazoasă și umflături. Atunci când se aplică prea mult lubrifiant sau acesta este aplicat neuniform, lichidul în exces poate stagne în matriță. La contactul cu metalul topit cald, lubrifiantul în exces se vaporizează instantaneu, generând un volum mare de gaz care nu are timp să iasă prin orificiile de evacuare. După cum se menționează într-un raport realizat de The Hill & Griffith Company , lubrifiantul pentru plunger este adesea cel mai important factor contribuitor, mai ales atunci când se folosește lubrifiant suplimentar pentru a compensa o vârf de plunger uzat.

Umiditatea este un alt factor esențial. Orice umiditate reziduală din cavitate, provenită de la conducte de apă defecte, pulverizatoare care picură sau chiar de la agentul de demolare în sine, se transformă în abur imediat după injectare. Acest abur se comportă ca orice alt gaz blocat, creând o presiune sub stratul exterior al turnării, care poate duce la apariția de umflături. Prin urmare, menținerea unui mediu uscat în cavitate este esențială.

Pentru a preveni formarea de bule cauzate de parametrii procesului, operatorii trebuie să respecte următoarele măsuri corective:

1. Menținerea unui control strict al temperaturii: Asigurați-vă că atât aliajul topit, cât și forma sunt menținute în limitele specificate ale temperaturii pentru a preveni supraîncălzirea și formarea excesivă de gaze.
2. Aplicați lubrifiantul în cantitate mică și uniform: Utilizați sisteme automate de pulverizare pentru a aplica un strat minim și constant dintr-un agent de demolare de înaltă calitate și cu reziduu scăzut.
3. Acordați timp suficient pentru evaporare: Asigurați-vă că există o întârziere suficientă după pulverizare pentru ca orice apă sau solvanți din componența lubrifiantului să se evaporeze complet înainte ca forma să fie închisă.
4. Efectuați întreținere regulată: Verificați periodic și reparați eventualele scurgeri ale conductelor de apă sau hidraulice și asigurați-vă că duzele de pulverizare nu picură.

Defecte materiale și fizice cauze principale

Categoria finală de cauze se referă la integritatea materialului turnat și la prezența discontinuităților fizice în interiorul curgerii metalice. Bulele pot apărea din cauza contaminanților prezenți în aliaj. De exemplu, elementele cu puncte de fierbere scăzute, cum ar fi plumbul sau cadmiul, pot ajunge în stare de vapori în timpul procesului de turnare sau în urma tratamentului termic ulterior, creând o presiune internă a gazelor. În mod similar, aliajele de aluminiu pot absorbi hidrogen în timpul topirii, care va încerca să iasă în timpul solidificării, ducând la porozitate și formarea de bule.

Defectele fizice introduse în timpul procesului de umplere sunt de asemenea extrem de dăunătoare. Cercetări publicate în Engineering Failure Analysis evidențiază faptul că fulgii reci—bucăți semisolidificate de metal care se desprind de pereții mansonului de injectare—sunt o cauză principală a formării veziculelor mari, în special în zonele din apropierea sistemului de alimentare. Acești fulgi creează discontinuități în microstructura piesei turnate. Gazul prezent în aceste goluri se extinde în timpul tratamentului termic, formând vezicule semnificative la suprafață. Alte defecte similare includ stropi reci, jeturi reci și filme de oxid, toate acestea perturbând omogenitatea metalului și acționând ca puncte de inițiere a formării veziculelor.

Prevenirea acestor defecțiuni legate de material necesită un control riguros asupra întregului proces, de la manipularea materiilor prime până la producția finală. Este esențial să colaborați cu un furnizor care demonstrează un angajament puternic față de controlul calității. De exemplu, producătorii de piese auto high-performance se bazează adesea pe procese certificate, cum ar fi IATF16949, și pe control intern al calității pentru a asigura integritatea materialului de la început până la sfârșit, o practică critică pentru prevenirea acestor defecte.

Pentru a înțelege mai bine aceste cauze distincte, următorul tabel compară veziculele provenite din porozitatea gazoasă cu cele provenite din defecte fizice sau chimice:

Soluțiile includ încălzirea preliminară și uscarea completă a materiilor prime, utilizarea aliajelor de înaltă puritate și aplicarea unor tratamente eficiente de dezgazare cu azot sau argon pentru a elimina hidrogenul dizolvat înainte de turnare.

Întrebări frecvente despre bășicile la turnarea sub presiune

1. Care este principala cauză a apariției bășicilor la turnarea sub presiune?

Cauza principală a bășicilor o reprezintă gazul închis, cel mai des aer din cavitatea matriței, care devine capturat datorită curgerii turbulente a metalului topit și unei ventilații insuficiente. Acest gaz, situat chiar sub suprafața piesei turnate, se extinde și împinge în afară stratul superior subțire de metal, formând o bulă.

2. Poate tratamentul termic provoca apariția de bule pe o piesă turnată sub presiune?

Da, tratamentul termic este un factor frecvent care declanșează formarea de bule. O piesă poate părea perfectă în starea sa imediat după turnare, dar dacă există gaz capturat sau o discontinuitate fizică sub suprafață, temperaturile ridicate ale tratamentului termic vor face ca gazul să se extindă semnificativ, dezvăluind defectul sub forma unei bule la suprafață.

3. Cum se face diferența între o bulă și porozitatea generală?

Bulele sunt un defect la nivelul suprafeței sau aproape de suprafață, care apar ca umflături ridicate pe stratul exterior al turnului. Porozitatea generală, pe de altă parte, se referă la goluri care pot fi localizate oriunde în interiorul turnului, inclusiv în profunzimea piesei. Deși ambele sunt provocate de gaz capturat, bulele sunt pori specific localizați suficient de aproape de suprafață pentru a o deforma.