Plinasta kontra krčenjska poroznost: Prepoznavanje kritičnih napak pri litju

POVZETEK

Plinasta poroznost in krčenjska poroznost sta pogosti napaki pri litju z različnimi vzroki in videzom. Plinasta poroznost nastane zaradi ujetega plina med strjevanjem, kar povzroči gladke, okrogle praznine. Nasprotno pa krčenjska poroznost nastane zaradi premajhne količine taline, ki ne more nadomestiti volumnskega krčenja med ohlajevanjem litega dela, kar ustvari grube, kotne votline. Razumevanje teh osnovnih razlik v vzrokih in morfologiji je ključno za diagnostiko in preprečevanje napak pri litju kovin.

Razumevanje plinaste poroznosti: Vzroki in značilnosti

Plinska poroznost je pogosta napaka pri litju kovin, ki se kaže v nastanku praznin zaradi ujetih plinov v strjuhajoči kovini. Ko se talina ohlaja, se njena sposobnost zadrževanja raztopljenih plinov, kot je vodik v aluminijevih zlitinah, močno zmanjša. Presežni plin se izloči iz raztopine in oblikuje mehurčke, ki se ujameta, ko se kovina okoli njih strjuha. Te napake lahko ogrozijo strukturno celovitost in tesnost komponente na tlak, kar nujno zahteva preprečevanje njihovega nastanka pri uporabah z visokimi zmogljivostmi.

Pojava plinskih por je ena najznačilnejših lastnosti. Praznine so ponavadi sferične ali podaljšane z gladkimi, pogosto sijajnimi notranjimi stenami. Ta morfologija nastane, ker se mehurčki plina oblikujejo znotraj tekoče ali poltekoče kovine, kar omogoči napetosti površine, da jih oblikuje v nizkoenergijsko, sferično obliko, preden postane okoliška struktura trdna. Te pore se lahko pojavijo v različnih oblikah, vključno s podpovršinskimi plinskimi votlinami, mehurji na površini litega izdelka ali drobnimi, razpršenimi piko, ki se pogosto nahajajo v zgornjih delih litega izdelka.

Osnovni vzroki plinskih por so raznovrstni, vendar skoraj vedno povezani z uvedbo materialov ali pogojev, ki tvorijo plin, med postopkom taljenja in litja. Učinkovita diagnoza zahteva skrbno pregledovanje celotnega proizvodnega procesa. Nekateri najpogostejši vzroki vključujejo:

• Raztopljeni plini v taljenki: Talina lahko absorbira pline iz atmosfere ali iz vlažnih oziroma onesnaženih polnilnih materialov. Vodik je glavni krivec pri številnih nebistvenih zlitinah.
• Turbulentno litje: Hitro ali turbulentno polnjenje modela lahko fizično ujame zrak znotraj taline, kar nato povzroči nastanek praznin.
• Vlaga in onesnaževala: Kakršnakoli vlaga iz neustrezno posušenih modelov, jedrov, žlic ali orodij se lahko takoj upari ob stiku s talino in ustvari paro, ki se ujame v odlitku. Maziva in veziva se lahko prav tako razgradijo in sprostijo pline.
• Nizka prepustnost modela: Če material modela ali jedra ne more ustrezno izpuščati plinov iz votline, je verjetneje, da jih strdneva kovina ujame.

Razumevanje strukturne poroznosti: vzroki in značilnosti

Krčenje povzroča poroznost zaradi popolnoma drugega mehanizma: volumnsko krčenje kovine ob prehodu iz tekočega v trdno stanje. Večina kovin je v trdnem stanju gostejša, kar pomeni, da zavzame manj prostornine. Če dodatna taljenka, znana kot dovajalna kovina, ne more neprekinjeno doseči področij, ki se nazadnje strdijo, bo kontrakcija materiala povzročila praznine. Te napake so neposreden rezultat prekinitve dovodne poti v zadnjih fazah strjevanja.

Za razliko od gladkih votlin plinske poroznosti ima skrčna poroznost značilno kotno, ostrorobo obliko in hrapave notranje površine. To je posledica tega, ker se votline oblikujejo v zapletenih, ozkih prostorih med povezanimi drevesastimi kristalnimi strukturami, znanimi kot dendriti, ki nastajajo med strjevanjem. Dobljena votlina ni mehurček, temveč praznina, ki sledi zapletenemu, lomljenemu vzorcu teh meddendritnih prostorov. Pomanjkljivosti zaradi skrčka se lahko pojavijo kot večje odprte votline na površini (cevaste napake) ali kot notranje povezana mreža drobnih razpok (porozni ali nitasti skrček).

Glavni vzrok skrčne poroznosti je neustrezno upravljanje procesa strjevanja. Pri litju bi se ta proces moral idealno odvijati smerno, pri čemer bi zamrzovanje postopoma potekalo od točke, ki je najbolj oddaljena od vira tekoče kovine, proti rezervarju ali sistemu dotakanja. Skrčna poroznost nastane, kadar je ta proces moten. Pomembni dejavniki, ki k temu prispevajo, so:

• Neustrezni sistem zalivanja: Dolge (risers), ki so pre majhne ali se strdijo pred glavno litino, ne morejo dobaviti potrebne količine taline za kompenzacijo krčenja.
• Vroče točke: Debelejše preseke litine se ohlajajo počasneje kot tanjši sosednji deli. Te »vroče točke« lahko postanejo izolirani žepi tekoče kovine, in ko se nazadnje strdijo ter skrčijo, ni poti za dotekalno kovino, da bi zapolnila nastalo praznino.
• Slabi termični gradienti: Napačna porazdelitev temperature po kalupu lahko prepreči usmerjeno strjevanje, kar vodi do izoliranih tekočih območij, ki so nagnjena krčenju.
• Geometrija litja: Kompleksne konstrukcije z nenadnimi spremembami debeline preseka so po svoji naravi bolj nagnjene nastanku vročih točk in napak zaradi krčenja.

Primerjava: plinska poroznost proti poroznosti zaradi krčenja

Razlikovanje med plinskimi in strukturnimi pori je prvi pomemben korak pri odpravljanju napak pri litju. Čeprav obe oslabita končni del, zahtevata različne rešitve zaradi različnih vzrokov. Najzanesljivejša metoda prepoznavanja je vizualni pregled morfologije pore. Družbe iz plina so praviloma sferične z gladkimi stenami, medtem ko so tiste iz strukture kotne in hrapnje. Podrobnejša primerjava razkriva dodatne razlike pri njihovi oblikovanju in lokaciji.

Sledeča tabela ponuja neposredno primerjavo ključnih značilnosti, ki razlikujejo ti dve pogosti napaki pri litju:

Čas njihove nastanka je ključen razlikovalni dejavnik. Plinska poroznost se lahko oblikuje relativno zgodaj v mehki coni, takoj ko temperatura kovine pade dovolj, da zmanjša topnost plina. Poroznosti nastanejo kot mehurčki v še vedno tekočem ali delno tekočem okolju. Nasprotno pa je skrčna poroznost napaka, ki nastane v poznejši fazi. Pojavi se globoko v mehki coni, ko je dendritna mreža že dobro razvita in goste, kar otežuje pretok ostale tekoče kovine ter prehranjevanje zadnjih regij, ki strdijo. Ta razlika pojasnjuje, zakaj so plinski votli prostori gladki in okrogli, medtem ko skrčni pori prevzamejo zapleteno obliko meddendritnih rež.

Strategije preprečevanja in zmanjševanja poroznosti pri litju

Učinkovito preprečevanje poroznosti zahteva ciljno pristop, ki temelji na določeni vrsti ugotovljene napake. Strategije za plinsko poroznost se osredotočajo na nadzor virov plinov, medtem ko strategije za strukturno poroznost temeljijo na upravljanju strjevanja in dotakanja. Kompleksna strategija kontrole kakovosti obravnava obe področji.

Preprečevanje plinske poroznosti

Zmanjševanje plinske poroznosti vključuje stroge ukrepe nadzora nad materiali in postopki, da se prepreči vnašanje ali absorpcija plina v talino. Pomembni preventivni ukrepi vključujejo:

1. Obdelava taline: Uporabite odplinjevalne tehnike, kot sta rotacijsko odplinjevanje ali uporaba fluksov, za odstranitev raztopljenega vodika in drugih plinov iz taline pred ulivanjem.
2. Priprava materialov in orodij: Temeljito posušite in predogrevajte vse surovne materiale, orodja, žlice in lite vložke, da odpravite morebitne vire vlage. Zagotovite, da so surovni materiali čisti in brez korozije ali olja.
3. Optimizirano ulivno sistem in ulivanje: Zasnujte livarski sistem tako, da zagotovite gladko, neturbulentno pretakanje kovine v litje. S tem se zmanjša fizično ujetje zraka med polnjenjem.
4. Ustrezno prezračevanje kalupa: Poskrbite, da imajo kalup in vsi jedri ustrezne odzračne kanale, ki omogočajo izhod zraka in drugih plinov iz votline, ko se ta polni s talino.

Preprečevanje strjevalnih pore

Ključ do preprečevanja strjevalnih pore je zagotoviti neprekinjen dovod tekoče kovine v vse dele litja, dokler ni zaključeno strjevanje. To se doseže s skrbnim načrtovanjem in nadzorom procesa:

1. Učinkovit zasnovan napajalnik in livarski sistem: Zasnujte napajalnike dovolj velike, da ostanejo taljeni dlje kot del litja, ki ga napajajo. Livarski sistem mora spodbujati usmerjeno strjevanje, pri katerem se litje postopoma strjuje proti napajalniku.
2. Nadzor strjevanja s hlodniki in rokavi: Za hitrejše hlajenje v debelih delih in preprečevanje vročih točk uporabite hladilnike (kovinske vložke). Na raztopinah se lahko uporabljajo izolacijski ali eksotermični obleki, da ostanejo taljeni dlje časa.
3. Geometrijske spremembe: Če je mogoče, spremenite zasnovo dela, da se preprečijo nenadne spremembe debeline odseka in ustvarite gladkejše prehode, kar zmanjša verjetnost vročih točk.

Za industrije, kot je avtomobilska, kjer napaka sestavnih delov ni možnost, je ključnega pomena sodelovanje s strokovnjaki za napredno oblikovanje kovin. Na primer, ponudniki, kot so Shaoyi (Ningbo) Metal Technology dokažejo raven natančnega inženiringa in nadzora procesa, od oblikovanja oblike do serijske proizvodnje, ki je potrebna za proizvodnjo komponent brez napak, v primeru avtomobilskega kovanja. Ta zavezanost kakovosti je bistvena za zmanjšanje napak, kot so poroznost, zagotavljanje zanesljivosti v kritičnih aplikacijah.

Pogosta vprašanja

1. - Vprašanje: Kakšna je razlika med poroznostjo in krčenjem?

Glavna razlika je v njihovem vzroku in videzu. Poroznost, posebej plinska poroznost, je posledica ujetega plina in povzroča gladke, okrogle votline. Strjevanje oziroma strjevalna poroznost je posledica volumnske krčenja kovine med strjevanjem, ko ni dovolj tekoče kovine za zapolnitev praznin, kar povzroča hrapave, kotne votline.

2. Kaj povzroča strjevalno poroznost?

Strjevalna poroznost je posledica volumnskega krčenja kovine ob strjevanju. Če pretok taljene kovine do določenega dela litega izdelka preneha, preden se ta del popolnoma strdi, bo to krčenje povzročilo votlino. To je pogosto posledica neustreznega dotakanja iz litin ali nastanka izoliranih vročih točk v debelejših delih.

3. Kako definiramo plinsko poroznost?

Poreznost plina se nanaša na praznine v kovinski litali, ki nastanejo zaradi ujetja plinskih mehurčkov. plin lahko izvira iz raztopljenih plinov v talini, ki se zavržejo med hlajenjem, zraka, ki se odvzame med turbulentnim izlivanjem, ali vlage in drugih onesnaževal, ki se izhlapijo ob stiku z vročo kovino.

4. - Kaj? Kako lahko ugotovite, ali so votline v litevnem izdelku posledica poroznosti ali krčenja?

Najbolj učinkovit način za njihovo razlikovanje je vizualni pregled morfologije votline. Gasne votline so običajno sferne z gladkimi notranjimi stenami, podobnimi mehurčkom. Nasprotno so komore s poroznostjo za krčenje kotne in imajo grobe, kristalne površine, saj se tvorijo v medrežjih med utrjevajočimi se dendriti.