Glavni vzroki nastanka mehurčkov pri litju v kalupih

POVZETEK

Mehurčenje pri litju v kalupih je površinska napaka, ki se kaže z nastankom izbočenih mehurčkov, ki nastanejo zaradi razširjanja ujetega plina neposredno pod površino kovine. Glavni vzrok je ujeti plin ali zrak, ki nastane zaradi turbulentnega toku taline in neustrezne ventilacije kalupa. Drugi pomembni dejavniki vključujejo previsoke temperature taline ali kalupa, nepravilno uporabo maziva za kalupe ter kontaminante ali fizične nepravilnosti znotraj samega aluminijevega zlitine.

Vloga ujetja plina in zraka pri nastanku mehurčkov

Najosnovnejši vzrok nastanka mehurčkov pri litju pod tlakom je ujetje plina v votlini kalupa med vbrizgavanjem kovine. Mehurčki so v bistvu določena oblika plinske poroznosti, pri kateri je ujeti plin lociran tik pod površino litega izdelka. Ko se taljena kovina strdi, je ta ujeti plin pod ogromnim tlakom. Ko se del izvleče iz kalupa, zunanja podpora odpade in še vedno mehka kovinska površina lahko popusti tlaku razširjajočega se plina, kar povzroči nastanek značilnega mehurčka.

Ta plin lahko izvira iz več virov. Najpogostejši je zrak, ki je že prisoten v votlini kalupa in sistemu livnic pred vbrizgom. Če se taljeno kovino vbrizgne prehitro ali če pot tokovanja ni optimizirana, pride do turbulenc. Ta turbulenten, kaotični tok se zlomi vase, pri čemer ujame vrečke zraka, ki ne morejo pobegniti, preden se kovina strdi. Kot je podrobneje opisano v tehnični analizi s strani CEX Casting , slabo oblikovanje vrat in teka je pogosta vzročna dejavnik, saj ne zagotavlja gladkega, laminarnega pretoka kovine v kalup.

Neustrezno prezračevanje je še en ključen dejavnik. Prezračevalni kanali so majhni kanali, ki omogočajo izpuščanje zraka iz votline, ko se ta napolni s talino. Če so ti kanali blokirani, preozki ali slabo postavljeni, zrak nima kam iti in ostane ujet v odlitku. Posledica so poroznost in, če je blizu površine, mehurji. Optimizacija sistema za prezračevanje je ključni korak pri preprečevanju te vrste napake.

Za zmanjšanje ujemanja plinov in zraka je treba uveljaviti več najboljših praks:

• Optimizirajte oblikovanje vrat in teka: Uporabite programska oprema za simulacijo tokov v kalupu, da zasnujete sistem, ki spodbuja gladko, neturbulentno polnjenje votline kalupa.
• Zagotovite ustrezno prezračevanje: Zasnujte in vzdržujte čiste, učinkovite ventile in prelivne reže, da omogočite popolno odstranitev zraka.
• Kontrolirajte hitrost vbrizga: Prilagodite profil brizganja, zlasti začetno fazo počasnega brizganja, da previdno iztisnete zrak iz votline, preden se začne polnjenje s hitro hitrostjo.
• Uporabite vakuumsko pomoč: Pri kritičnih komponentah lahko uporaba procesa litja pod vakuumom aktivno odstrani zrak iz votline pred vbrizgom in tako skoraj popolnoma odpravi tveganje napak zaradi ujetega plina.

Parametri procesa: kako temperatura in maziva povzročajo mehurčenje

Poleg fizičnega ujemanja zraka imajo na procesu pomembno vlogo tudi operativni parametri, ki ustvarijo pogoje za nastanek mehurčenja. Nadzor temperature in nanos maziva sta dva najpomembnejša področja za upravljanje. Previsoke temperature, bodisi v taljenem kovinu ali v sami kalupu, lahko poslabšajo težave, povezane z plini. Glede na pregled iz Sunrise Metal , visoke temperature povečajo tlak pare znotraj taljene zlitine in povzročijo razgradnjo maziv za kalupe, pri čemer se sprosti plin, ki se ujame.

Maziva za kalibre ali sredstva za odlepljanje so potrebna, da se prepreči zlepitenje litega izdelka na model, vendar njihova nepravilna uporaba predstavlja glavni vir plinskih por in mehurjev. Ko se nanese preveč maziva ali ko se nanese neenakomerno, se lahko prekomerno tekočino zbere v kalibru. Ob stiku z vročim taljenim kovino se to prekomerno mazivo takoj izpari in ustvari veliko količino plina, ki nima časa uiti skozi ventilacijske kanale. Kot je opaženo v poročilu podjetja The Hill & Griffith Company , je mazivo za bat pogosto najpomembnejši posamezen dejavnik, še posebej kadar se dodatno mazivo uporablja za kompenzacijo obrabljenega koničastega bata.

Vlaga je še en ključni dejavnik. Kakršna koli ostanki vlage v modelu, bodisi iz puščajočih vodnih cevi, kapljic iz pršilcev ali celo iz samega sredstva za odlepljanje, se ob vlitju spremeni v paro. Ta para se obnaša enako kot katerikoli drug ujeti plin in ustvarja tlak pod površino litega izdelka, kar lahko povzroči nastanek mehurjev. Zato je nujno vzdrževati suh okolje v kalibru.

Za preprečevanje mehurčkov, ki jih povzročajo procesni parametri, morajo operaterji upoštevati naslednje popravljalne ukrepe:

1. Vzdržujte strogo nadzorovanje temperature: Poskrbite, da sta talina zlitine in kalup ohranjena v predpisanih temperaturnih območjih, da se prepreči pregrevanje in prekomerna tvorba plinov.
2. Nanesite mazivo zmerno in enakomerno: Uporabite avtomatske razpršilne sisteme za nanašanje minimalnega, enakomernega sloja visoko kakovostnega sredstva za ločevanje z nizko vsebnostjo ostankov.
3. Omogočite čas za izparevanje: Poskrbite, da je po razprševanju dovolj zamika, da se voda ali topila iz nosilca maziva popolnoma izparijo, preden se kalup zapre.
4. Izvajajte redno vzdrževanje: Redno preverjajte in popravljajte morebitne puščanja vodnih ali hidravličnih cevi ter poskrbite, da razpršilni šobi ne kapljajo.

Materialne in fizične napake kot korenski vzroki

Zadnja kategorija vzrokov se nanaša na celovitost litinskega materiala in prisotnost fizičnih nezveznosti znotraj toka kovine. Mehurji se lahko pojavijo zaradi kontaminacij v sami zlitini. Na primer, elementi z nizko vreliščem, kot sta svinec ali kadmij, se lahko med procesom litja ali naknadnim toplotnim obdelovanjem izparijo in s tem ustvarijo notranji plinski tlak. Podobno aluminijeve zlitine med taljenjem absorbirajo vodik, ki se med strjevanjem poskuša izpasti, kar povzroči poroznost in mehurje.

Fizične napake, ki nastanejo med procesom polnjenja, so prav tako zelo škodljive. Raziskave, objavljene v Engineering Failure Analysis poudarja, da so hladni koščki – delno strjeni kosi kovine, ki se odlomijo iz sten cevi za vbrizg – glavni vzrok velikih mehurjev, zlasti v območjih blizu sistema vbrizga. Ti koščki ustvarjajo nezveznosti v mikrostrukturi litja. Plin, prisoten v teh prazninah, se med toplotno obdelavo razširi in povzroči pomembne površinske mehurje. Med druge podobne napake spadajo tudi hladne kaplje, hladni vbrizgi in oksidne folije, ki vse skupaj motijo homogenost kovine in delujejo kot mesta nastanka mehurjev.

Preprečevanje teh pomanjkljivosti, povezanih s surovinami, zahteva strogo nadzorstvo nad celotnim procesom, od rokovanja s surovinami do končne proizvodnje. Sodelovanje s dobaviteljem, ki kaže trdno zavezanost nadzoru kakovosti, je nujno. Na primer, proizvajalci visoko zmogljivih avtomobilskih delov se pogosto zanašajo na certificirane postopke, kot je IATF16949, in notranji nadzor kakovosti, da zagotovijo celovitost materiala od začetka do konca, kar je pomembna praksa za preprečevanje takšnih napak.

Da bi bolje razumeli te različne vzroke, naslednja tabela primerja mehurčke, ki izvirajo iz plinske poroznosti, z mehurčki, ki izvirajo iz fizičnih ali kemijskih napak:

Rešitve vključujejo predgrevanje in temeljito sušenje surovin, uporabo zlitin visoke čistosti ter učinkovita razplinjevanja z dušikom ali argonom za odstranitev raztopljenega vodika pred litjem.

Pogosta vprašanja o mehurjih pri tlačnem litju

1. Kaj je glavni vzrok mehurjev pri tlačnem litju?

Glavni vzrok mehurjev je ujeti plin, najpogosteje zrak iz votline kalupa, ki pride do ujetja zaradi turbulentnega toku taline in nezadostnega prezračevanja. Ta plin, ki se nahaja tik pod površino litega izdelka, naraste in potisne mehko kovinsko površino navzven, kar ustvari mehur.

2. Ali lahko toplotna obdelava povzroči nastanek mehurčkov na litem delu?

Da, toplotna obdelava je pogost sprožilec za nastanek mehurčkov. Del lahko izgleda popoln v stanju po litju, vendar če je pod površino ujet plin ali fizična neprekinjenost, se bo pri visokih temperaturah toplotne obdelave plin znatno razširil in napako razkril kot površinski mehurček.

3. Kako ločimo med mehurčkom in splošno poroznostjo?

Mehurčki so površinska ali skoraj površinska napaka, ki se pojavijo kot dvignjene izbokline na površini litega dela. Splošna poroznost pa se nanaša na praznine, ki se lahko nahajajo kjerkoli znotraj litega dela, tudi globoko znotraj. Čeprav sta obe napaki posledica ujetega plina, so mehurčki posebej tiste pore, ki so dovolj blizu površine, da jo deformirajo.