Poroznost u aluminijumskom livu pod pritiskom: uzroci i rešenja

KRATKO

Poroznost kod aluminijumskog livenja pod pritiskom odnosi se na male šupljine ili pećine koje nastaju unutar metala tokom njegovog očvršćavanja. Ovaj uobičajeni proizvodni defekt primarno se kategorizuje u dve vrste: gasovitu poroznost, koja nastaje zarobljenim gasovima, i skupljanjem uzrokovanu poroznost, koja je posledica smanjenja zapremine tokom hlađenja. Poroznost kompromituje strukturni integritet dela, zaptivenost pod pritiskom i kvalitet površine, što može dovesti do otkazivanja komponente. Međutim, ona se može efikasno upravljati i svesti na minimum preciznom kontrolom kvaliteta materijala, konstrukcije kalupa i procesa livenja. Razumevanje njegovih uzroka je prvi korak ka sprečavanju.

Definisanje poroznosti kod aluminijumskog livenja pod pritiskom

У свету ливења под високим притиском, постизање безупречног, чврстог дела је крајњи циљ. Међутим, уобичајени изазов с којим се произвођачи суочавају је порозност. Једноставно речено, порозност представља постојање малих, нежељених шупљина, рупа или мехурића ваздуха у готовом делу. Према стручњацима за производњу, ова грешка је примарни проблем јер директно угрожава механичка својства и перформансе коначног производа. Ове шупљине могу значајно смањити чврстоћу, издржљивост и отпорност дела на замор.

Порозност није само један тип недостатка; она се јавља на неколико начина који утичу на корисност компоненте. Обично се ови облици класификују на основу њихове локације и повезаности:

• Слепа порозност: Ово су шупљине отворене ка површини ливења, али се не протежу потпуно кроз цео део. Иако можда не ослабљују структуралну чврстоћу компоненте, могу задржавати течности или хемикалије за чишћење из пост-обраде, као што је анодизација, што с временом може довести до површинских мана и корозије.
• Пролазна порозност: Ова врста ствара континуирану пукотину за цурење са једне површине ливења на другу. За делове који морају бити непропусни под притиском, као што су резervoари за течности или кућишта за пневматску опрему, пролазна порозност је критична тачка квара која чини део неупотребљивим.
• Потпуно затворена порозност: Ово су унутрашње шупљине потпуно запечаћене у зидовима ливења. Невидљиве су са спољашње стране и можда не представљају проблем, осим ако се не открију током наредних операција обраде резањем, када постају слепе или пролазне поре.

Posledice poroznosti su ozbiljne, posebno u kritičnim primenama poput automobilskih i vazduhoplovnih komponenti. Delovi sa poroznošću mogu pući pod pritiskom, propuštati tečnosti ili gasove, ili imati lošu površinsku obradu nakon mašinske obrade. Stoga je razumevanje njihovog porekla od presudnog značaja za svaku proizvodnju visokog kvaliteta.

Osnovne vrste: poroznost usled gasa i skupljanja

Iako različiti faktori mogu dovesti do poroznosti, greške se skoro uvek mogu pratiti do jednog od dva osnovna uzroka: zarobljenog gasa ili skupljanja metala. Razlikovanje između ova dva tipa je od ključne važnosti za efikasno otklanjanje neispravnosti i sprečavanje, budući da se njihov izgled i osnovni uzroci razlikuju. Svaki tip predstavlja jedinstvene izazove i zahteva različita rešenja.

Газна порозност

Порозност гаса је узрокована заробљавањем гаса у растопљеном алуминијуму током процеса убризгавања и учвршћивања. Главни кривци су водоник, који је веома растворљив у топљеном алуминијуму, али не и у чврстом стању, и ваздух који се заробљава у шупљини. Како се метал охлађује, растворени гасови излазе из раствора, формирајући мехуриће. Ови мехурићи постају трајно заробљени док метал оштри око њих. Гасни пори се обично карактеришу својим глатким, сферичним или овалним обликом и често се налазе близу површине ливења.

Скупљајућа порозност

Skupljanje zbog poroznosti nastaje zato što je aluminijum, kao i većina metala, gušći u čvrstom stanju nego u tečnom. Kako se rastopljeni metal hladi i kristališe, smanjuje se njegova zapremina. Ako nije dostupno dovoljno tečnog metala da popuni praznine nastale usled skupljanja, formiraju se šupljine. Ovaj nedostatak je najčešći u debljim presecima odlivka, koji su poslednji koji se kristališu. Za razliku od glatkih mehurića gasne poroznosti, poroznost usled skupljanja izgleda kao nazubljene, uglaste ili linearno poremećene pukotine. To je direktna posledica nedovoljnog doticanja rastopljenog metala u poslednjim fazama kristalizacije.

Kako bi se pojasnile razlike, u nastavku je uporedbe dve glavne vrste poroznosti:

Основни узроци и проактивне стратегије спречавања

Спречавање порозности далеко је ефикасније и економичније него решавање дефектних делова након производње. Успешна стратегија заштите захтева холистички приступ који обухвата дизајн плоче, материјал и сам процес ливења. Контролом кључних варијабли, произвођачи могу значајно смањити појаву како гасних тако и скупљајућих недостатака.

Решавање узрока везаних за гас

Порозност услед гаса настаје услед увођења гаса у метал или заробљавања гаса у плочи. Спречавање се фокусира на то да се гас задржи напољу.

• Контрола квалитета топљења: Користите чисте, суве сировине да бисте избегли уношење влаге, која ствара водоник гас у течном алуминијуму. Дегазација топљевине азотом или аргоном пре ливења је веома ефикасна метода.
• Оптимизујте наношење подмазивања: Иако је неопходно, превелика количина подмазивања или неправилно нането подмазивање за калуп може да испари током убризгавања и створи гас који се затвори. Користите минималну количину подмазивања високог квалитета и нанесите га равномерно.
• Обезбедите одговарајуће вентилације: Калуп мора имати довољно вентила и преливних канала како би ваздух у шупљини могао да изађе када се течно метала убризгава. Зачепљени или лоше конструисани вентили су главни узрок заробљеног ваздуха.
• Регулишите процес убризгавања: Турбулентан процес пуњења може увучи ваздух у метал. Оптимизација брзине и профила притиска осигурава равномерно, прогресивно пуњење које гура ваздух испред тока метала.

Контрола узрока повезаних са скупљањем

Skupljanje zbog skupljanja je borba protiv fizike, koja se kontroliše upravljanjem hlađenjem odlivka. Ključ je u osiguravanju stalne opskrbe rastopljenim metalom debljih delova sve dok se potpuno ne očvrsnu.

• Održavajte visok pritisak metala: Faza visokog pritiska pri livu pod pritiskom ključna je za suzbijanje skupljanja. Kako objašnjavaju stručnjaci iz industrije, sistem pojačanja primenjuje ogroman pritisak tokom stvaranja čvrste faze kako bi gurnuo rastopljeni metal u nastale šupljine usled skupljanja. Održavanje adekvatnog statičkog i pojačanog pritiska је од суштинског значаја.
• Optimizujte temperaturu kalupa: Neravnomerno hlađenje uzrokuje vruće tačke koje su sklonije skupljanju. Upotrebom hladnih i grejnih kanala strategijski postavljenih u kalupu, proizvođači mogu da omoguće usmereno stvaranje čvrste faze, pri čemu se odlivak postepeno zadržava ka ulivniku, što mu omogućava neprekidno punjenje rastopljenim metalom.
• Unapredite konstrukciju dela i kalupa: Kонструисање делова са једноликом дебљином зида најбољи је начин да се избегне скупљање. Тамо где су дебље секције неизбежне, требало би их поставити близу улаза. Умesto оштрих углова, треба користити довољно велике заобљене прелазе и заобљене ивице, јер оштри углови могу створити изоловане тачке повишене температуре.

На крају крајева, спречавање порозности започиње квалитетним дизајном и производним процесом. Кључно је сарадњивати са добављачем који има дубоко знање и искуство у контроли процеса. На пример, добављачи који поседују сертификат IATF16949 за аутомобилске делове истичу се строгом контролом квалитета и унутрашњим дизајном алата, чиме се од самог почетка пројекта директно делује на корене узроке мана као што је порозност.

Методе испитивања за откривање порозности

Пошто не сва порозност буде видљива на површини, произвођачи се ослањају на низ метода провере како би осигурали да делови испуњавају стандарде квалитета. Ове технике, које се често називају недеструктивним испитивањем (NDT), омогућавају откривање унутрашњих мане без оштећења компоненте. Избор одговарајуће методе зависи од важности дела, типa претпостављене порозности и ограничења буџета.

Уобичајене технике провере укључују:

• Vizuelna inspekcija: Најједноставнија метода, користи се за идентификацију порозности на површини, као што су мехури или отворене рупе. Иако је лако изводљива, не може открити унутрашње дефекте.
• Рендгенска инспекција (радиографија): Ово је једна од најпоузданијих метода за откривање унутрашње порозности. Део се излаже рендгенским зрацима, а добијена слика показује варијације у густини. Шупљине се на радиограму појављују као тамније тачке, што инспекторима омогућава да виде њихову величину, облик и локацију.
• Компјутерска томографија (CT) скенирање: Напреднији облик рендгенског снимка, CT скенирање кreira потпун 3D модел дела, омогућавајући свеобухватан преглед свих унутрашњих и спољашњих карактеристика. Веома је прецизан за утврђивање тачног обима и расподеле порозности, али је истовремено и најскупља метода.
• Тестирање притиском: Ова метода се специфично користи за откривање продорне порозности у деловима који су дизајнирани да буду непропустиви под притиском. Сипак се запечати и подвргне дејству ваздушног или течног притиска. Пад притиска или појава мехурића када се урони у воду указује на постојање путање цурења.

У многим случајевима стандарди прихватања, попут оних од ASTM International, дефинишу дозвољену количину и величину порозности за дату примену. Како напомињу стручњаци за ливење, ове НДТ методе су од кључне важности за проверу да компоненте задовољавају захтеване стандарде квалитета и безбедности пре него што се ставе у употребу. Ова провера је критичан део процеса производње .

Često postavljana pitanja

1. Шта узрокује порозност у алуминијумском ливу?

Poroznost u livu aluminijuma prvenstveno je uzrokovana dvema stvarima: rastvaranjem i naknadnim oslobađanjem vodonika tokom očvršćavanja (gasevita poroznost) i smanjenjem zapremine ili skupljanjem metala dok se hladi iz tečnog u čvrsto stanje (poroznost usled skupljanja). Druge doprinoseće faktore uključuju zarobljen vazduh zbog lošeg provetravanja, prekomernu količinu podmazivača kalupa i neslaganje pritiska metala.

2. Šta je poroznost u die casting procesu?

U die casting procesu, poroznost označava prisustvo malih rupa, šupljina ili džepova vazduha unutar metalne strukture odlivka. Smatra se greškom jer smanjuje gustinu i mehaničku čvrstoću komponente, a može stvoriti puteve curenja u delovima koji moraju biti hermetični.

3. Kako proveriti poroznost u aluminijumskom livu?

Porozi u aluminijumskim odlivcima mogu se proveriti korišćenjem nekoliko metoda nedestruktivnog ispitivanja (NDT). Vizuelna inspekcija može otkriti površinske defekte, dok se hidraulično ispitivanje koristi za pronalaženje curenja. Za unutrašnje šupljine, rendgenska inspekcija (radiografija) i industrijsko CT skeniranje su najefikasnije metode, jer mogu otkriti veličinu, oblik i lokaciju poroznosti unutar dela bez oštećenja istog.

4. Kako izbeći poroznost pri livenju?

Izbegavanje poroznosti podrazumeva kontrolu celokupnog procesa livenja. Ključne strategije uključuju korišćenje čistog, suvog i odgovarajuće degazovanog rastopljenog metala, projektovanje kalupa sa dovoljnim ventilima i prelivima, optimizaciju brzine i pritiska ulivanja, održavanje konstantne temperature kalupa radi ravnomernog hlađenja i projektovanje dela sa konzistentnom debljinom zidova kako bi se smanjilo skupljanje.