Gas vs. skupljanje rupa: Prepoznavanje kritičnih grešaka u livu

KRATKO

Gasna poroznost i poroznost usled skupljanja su česte greške u livu sa različitim poreklom i izgledom. Gasna poroznost nastaje zarobljavanjem gasa tokom stvrdnjavanja, stvarajući glatke, sferične šupljine. Suprotno tome, poroznost usled skupljanja uzrokovana je nedovoljnom količinom tečnog metala da kompenzuje zapreminsko skupljanje dok se liv ohlađuje, što stvara grubo, uglato šupljine. Razumevanje ovih osnovnih razlika u uzrocima i morfologiji ključno je za dijagnostifikovanje i sprečavanje grešaka u metalnim livovima.

Razumevanje gasne poroznosti: Uzroci i karakteristike

Gasna poroznost je učestal defekt kod livenja metala, karakterističan po stvaranju šupljina usled zarobljenih gasova unutar zatvrdnjalog metala. Kako se tečni metal hladi, njegova sposobnost da zadrži rastvorene gasove, kao što je vodonik u legurama aluminijuma, znatno opada. Ovi viškovi gasa se izbacuju iz rastvora i formiraju mehuriće, koji ostaju zarobljeni kada se metal očvrsne oko njih. Ovi defekti mogu ugroziti strukturnu čvrstoću i nepropustljivost komponente pod pritiskom, zbog čega je njihova prevencija od suštinskog značaja za primenu u visokim performansama.

Позорност гаса је једна од његових најзначајнијих карактеристика. Пустоће су обично сферичне или продужене са глатким, често сјајним унутрашњим зидовима. Ова морфологија се јавља зато што се мехурићи гаса формирају унутар течног или полутечног метала, омогућавајући површинској напетости да их повуче у нискоенергијски, сферични облик пре него што околна структура постане крута. Ови пори могу се манифестувати у различитим облицима, укључујући подпочврстне дужње, пуповине на површини ливења или фине, расељене дужње, које се често налазе у горњим деловима ливења.

Основни узроци порозности гаса су различити, али се скоро увек односе на увођење материјала или услова који формирају гас током процеса топљења и ливања. За ефикасну дијагнозу потребно је пажљиво испитивање целог производње ланца. Неки од најчешћих узрока укључују:

• Растворени гасови у топлу: Rastopljeni metal može apsorbovati gasove iz atmosfere ili vlažnih, odnosno kontaminiranih materijala za punjenje. Vodonik je glavni krivac za mnoge ne-gvozdene legure.
• Turbulentno ulivanje: Ulivanje pod visokim pritiskom ili turbulentno punjenje kalupa može fizički zarobiti vazduh unutar rastopljenog metala, što kasnije stvara šupljine.
• Vlažnost i zagađivači: Bilo koja vlaga iz neadekvatno osušenih kalupa, jezgara, posuda za livu ili alata može ispariti pri kontaktu sa rastopljenim metalom, stvarajući paru koja se zarobljava u odlivku. Podmazivači i vezivači takođe mogu razgraditi i oslobađati gasove.
• Niska propustljivost kalupa: Ako materijal kalupa ili jezgre ne može adekvatno proventilisati prisutne gasove u šupljini, oni će verovatnije biti zarobljeni u zatvrdnjavajućem metalu.

Razumevanje skupljanja poroznosti: uzroci i karakteristike

Pojavljivanje skupljanja nastaje usled suštinski drugačijeg mehanizma: zapreminske kontrakcije metala kada prelazi iz tečnog u čvrsto stanje. Većina metala je gušća u čvrstom stanju, što znači da zauzima manju zapreminu. Ako dodatni rastopljeni metal, poznat kao hranilni metal, ne može neprekidno da dospe do oblasti koje se poslednje zalebđuju, skupljanje materijala će stvoriti šupljine. Ovi defekti su direktna posledica prekida u putanji doticanja u kasnim fazama procesa kristalizacije.

Za razliku od glatkih šupljina kod pooda gasa, pood usled skupljanja karakteriše se uglastim, nazubljenim oblikom i grubim unutrašnjim površinama. To je zato što se šupljine formiraju u isprekidanim, uskim prostorima između međusobno povezanih, drvetastih kristalnih struktura poznatih kao dendriti, koji rastu tokom očvršćavanja. Dobijena šupljina nije mehur, već praznina koja prati složeni, puknuti uzorak ovih međudendritskih prostora. Greške usled skupljanja mogu se pojaviti kao veće otvorene šupljine na površini (cevaste šupljine) ili kao unutrašnje povezane mreže finih pukotina (gubasti ili nitasti pood).

Glavni uzrok pooda usled skupljanja je neadekvatno upravljanje procesom očvršćavanja. Kada se odlivak očvršćava, to bi idealno trebalo da bude usmereno očvršćavanje, postepeno smrzavanje od tačke najudaljenije od izvora tečnog metala ka rezervoaru ili sistemu za dotok. Pood usled skupljanja nastaje kada je ovaj proces poremećen. Ključni faktori koji doprinose tome su:

• Недовољан систем хранења: Приливници који су премали или се затворе пре главног лива не могу довести довољно течног метала да надокнаде усехање.
• Тачке прегревања: Дебље секције лива споро се хладе у односу на танке делове. Ове „тачке прегревања“ могу постати изоловане кесице течног метала, а када се коначно затврде и усехну, нема пута за долив метала како би попунио насталу шупљину.
• Лоши термални градијенти: Неисправна расподела температуре кроз калуп може спречити усмерено отврђивање, због чега настају изоловани региони течног метала склони усехању.
• Геометрија лива: Комплексни дизајни са наглим променама дебљине секције имају већу склоност ка стварању тачака прегревања и недостатака услед усехања.

Упоредба: Гасна порозност против порозности услед усехања

Razlikovanje između pukotina usled gasa i pukotina usled skupljanja je prvi ključni korak u otklanjanju grešaka kod livanja. Iako obe slabiju konačni deo, njihovi različiti uzroci zahtevaju različita rešenja. Najpouzdaniji metod identifikacije je vizuelna provera morfologije pore. Šupljine usled gasa su uglavnom sferične sa glatkim zidovima, dok one usled skupljanja imaju uglove i hrapave zidove.

Sledeća tabela daje direktnu poredbu ključnih karakteristika kojima se razlikuju ova dva uobičajena defekta kod livanja:

Vremenski trenutak njihove formacije je ključni razlikovatelj. Pora usled gasa mogu nastati relativno rano u kašastoj zoni, čim temperatura metala padne dovoljno da smanji rastvorljivost gasa u njemu. Rupice se formiraju kao mehurići u još uvek tečnom ili polutečnom okruženju. Suprotno tome, poroznost usled skupljanja je kasni proizvod. Pojavljuje se duboko unutar kašaste zone kada je dendritska mreža već dobro formirana i gusta, što otežava protok preostalog tečnog metala i dopunjavanje poslednjih područja koja se kristališu. Ova razlika objašnjava zašto su pore usled gasa glatke i okrugle, dok poroznost usled skupljanja ima složen oblik interdendritskih praznina.

Strategije sprečavanja i ublažavanja poroznosti kod livova

Ефикасно спречавање порозности захтева усмерен приступ заснован на специфичном типу дефекта који је идентификован. Стратегије за гасовиту порозност фокусирају се на контролу извора гасова, док оне за скупочанску порозност имају за циљ управљање отврђивањем и доводом течног метала. Комплетна стратегија контроле квалитета обухвата оба аспекта.

Спречавање гасовите порозности

Смањивање гасовите порозности подразумева строгу контролу материјала и процеса како би се спречило увођење или апсорпција гасова у течни метал. Кључне превентивне мере укључују:

1. Обрада топљене масе: Користити технике дегасификације, као што су ротациона дегасификација или флуксација, ради уклањања растврених водоника и других гасова из топљене масе преливањем.
2. Припрема материјала и алата: Темељно исушити и загрејати све материјале за пуњење, алате, шерпе и форме ради елиминисања било каквог извора влаге. Осигурати да су материјали за пуњење чисти и без корозије или масти.
3. Оптимизован систем уливања и ливање: Дизајнирајте система за уливање како бисте осигурали равномерно, непромучно струјање метала у шупљину калупа. Ово минимизира физичко заробљавање ваздуха током пуњења.
4. Одговарајуће вентилација калупа: Осигурајте да калуп и сви кофови имају довољне вентиле како би ваздух и остали гасови могли да напусте шупљину док се она пуни течним металом.

Спречавање порозности услед скупљања

Кључ спречавања скупљања је осигурати сталну доводну количину течног метала до свих делова отеца све док не буде завршено отврђивање. Ово се постиже пажљивим дизајнирањем и контролом процеса:

1. Ефикасан дизајн ризера и система за уливање: Дизајнирајте ризере довољно велике да остану течни дуже од дела отеца који напајају. Систем за уливање треба да омогући усмерено отврђивање, при коме се отеци затварају прогресивно ка ризеру.
2. Контрола отврђивања помоћу чилова и рукава: Користите хладњаке (металне уметке) да бисте убрзали хлађење у дебљим пресецима и спречили појаву тачака повишене температуре. На изливнице се могу користити изолационе или егзотермичке кошуљице како би дуже остале топљене.
3. Геометријске измене: Где год је то могуће, измените дизајн делова тако да избегнете нагле промене у дебљини пресека и обезбедите равније преlазе, чиме смањујете вероватноћу појаве тачака повишене температуре.

За индустрије као што је аутомобилска, где отказивање компоненти није опција, кључно је сарадњивати са специјалистима за напредну обраду метала. На пример, добављачи попут Shaoyi (Ningbo) Metal Technology показују ниво прецизне машинске обраде и контроле процеса, од израде алата до масовне производње, који је неопходан за производњу безгрешних компонената, у њиховом случају за аутомобилску ковању. Ова преданост квалитету је од суштинског значаја за спречавање дефекта попут порозности и осигурава поузданост у критичним применама.

Često postavljana pitanja

1. Која је разлика између порозности и уседања?

Основна разлика је у њиховом узроку и изгледу. Порозност, односно гасна порозност, настаје због заробљеног гаса и резултира глатким, округлим шупљинама. Смањење запремине, односно порозност услед скупљања, настаје због смањења запремине метала током хлађења када нема довољно течног метала да попуни шупљину, чиме настају храпаве, угласте шупљине.

2. Шта узрокује порозност услед смањења запремине?

Порозност услед смањења запремине настаје због смањења запремине метала приликом отврдњавања. Ако ток течног метала буде прекинут као делу ливења пре него што се потпуно отврдне, ово смањење запремине ће створити шупљину. Ово је често последица недовољног довода метала из надливника или формирања изолованих топлих тачака у дебљим пресецима.

3. Шта је дефиниција гасне порозности?

Gasna poroznost se odnosi na šupljine unutar metalnog odlivka koje nastaju zarobljavanjem gasnih mehurića. Gas može poticati od rastopljenih gasova u talini koji se izbacuju tokom hlađenja, vazduha zarobljenog usled turbulentnog ulivanja ili vlage i drugih kontaminanata koji isparavaju pri kontaktu sa vrelim metala.

4. Kako možete da prepoznate da li su šupljine u odlivku posledica poroznosti ili skupljanja?

Najefikasniji način da se razlikuju je vizuelna provera morfologije šupljine. Šupljine usled gasne poroznosti obično su sferične sa glatkim unutrašnjim zidovima, nalik mehuru. Suprotno tome, šupljine usled poroznosti zbog skupljanja su uglaste i imaju hrapave, kristalne površine, jer nastaju u pukotinama između dendrita u procesu stvrdnjavanja.