De viktigaste orsakerna till blåsor i tryckgjutning förklarade

TL;DR

Blåsor i tryckgjutning är ett ytfel som kännetecknas av upphöjda bubblor orsakade av expanderande innesluten gas precis under metallytan. Den främsta orsaken är innesluten gas eller luft till följd av turbulent metallflöde och otillräcklig ventilering av formen. Andra avgörande faktorer inkluderar för hög temperatur på smält metall eller form, felaktig användning av formsmörjmedel samt föroreningar eller fysiska defekter i själva aluminiumlegeringen.

Gas- och luftinneslutnings roll i bildandet av blåsor

Den mest grundläggande orsaken till blåsor vid tryckgjutning är inneslutning av gas i gjutformens formhålrum under metallinjektionen. Blåsor är i grunden en specifik form av gassporighet, där den inneslutna gasen finns precis under gjutstyckets yta. När smält metall stelnar befinner sig denna inneslutna gas under enormt tryck. När delen expelleras från formen tas den yttre stödstrukturen bort, och den fortfarande mjuka metallhuden kan pressas utåt av den expanderande gasen, vilket bildar en tydlig blåsra.

Denna gas kan ha flera olika ursprung. Den vanligaste källan är luft som redan finns i formhålrummet och löparsystemet innan skotten skjuts. Om den smälta metallen injiceras för snabbt eller om flödesbanan inte är optimerad uppstår turbulens. Denna turbulent, kaotiska strömning viks över sig själv och innesluter luftpocket som inte kan undkomma innan metallen stelnar. Som detaljerat beskrivet i en teknisk analys av CEX Casting , dålig port- och sprutdesign är en vanlig orsak, eftersom den inte säkerställer en jämn, laminär flödesström av metall in i formen.

Otillräcklig ventilering är en annan avgörande faktor. Ventiler är små kanaler som är utformade för att tillåta luft i formhålan att ta sig ut när smält metall fyller den. Om dessa ventiler är blockerade, för små eller dåligt placerade har luften ingenstans att ta vägen och blir instängd i gjutstycket. Resultatet blir porositet och, om det ligger nära ytan, blixter. Att optimera ventilationssystemet är ett avgörande steg för att förhindra denna typ av fel.

För att minska instängning av gas och luft bör flera bästa metoder tillämpas:

• Optimera port- och sprutdesign: Använd simulering av formsprutflöde för att utforma ett system som främjar en jämn, icke-turbulent fyllning av formhålan.
• Säkerställ tillräcklig ventilering: Utforma och underhålla rena, effektiva ventiler och överloppsportar för att möjliggöra fullständig avlägsnande av luft.
• Kontrollera injektionshastighet: Justera sprutprofilen, särskilt den initiala långsamma sprutfasen, för att försiktigt pressa ut luft ur formhålan innan snabbsprutningen börjar.
• Använd vakuumhjälp: För kritiska komponenter kan implementering av en vakuumgjutningsprocess aktivt ta bort luft från formhålan innan injicering, vilket nästan helt eliminerar risken för gasfångningsdefekter.

Processparametrar: Hur temperatur och smörmedel orsakar blåsor

Utöver fysisk fångning av luft spelar operativa processparametrar en betydande roll för att skapa de förhållanden som leder till bildandet av blåsor. Styrning av temperatur och applicering av smörmedel är två av de mest kritiska områdena att hantera. Ovanligt höga temperaturer, oavsett om det gäller det smälta metallet eller själva formen, kan förvärra problem relaterade till gas. Enligt en översikt från Sunrise Metal , kan höga temperaturer öka ångtrycket inom den smälta legeringen och orsaka att formsmörjmedel bryts ned, vilket frigör gas som fångas in.

Gjutformsslipmedel, eller avsmetningsmedel, är nödvändiga för att förhindra att gjutgodset fastnar i formen, men felaktig användning är en viktig orsak till gasporositet och blåsor. När för mycket slipmedel appliceras, eller det appliceras ojämnt, kan överskottsvätskan samlas upp i formen. När den kommer i kontakt med het smält metall förångas slipmedlet omedelbart, vilket skapar en stor mängd gas som inte hinner ta vägen ut genom ventileringsöppningarna. Enligt en rapport från The Hill & Griffith Company , är stötkolvenslipmedel ofta den enskilda största bidragsgivaren, särskilt när extra slipmedel används för att kompensera för ett slitet stötkolvstipp.

Fukt är en annan viktig bidragsgivare. All återstående fukt i formen – från läckande vattenkanaler, droppande sprutor eller till och med själva avsmetningsmedlet – omvandlas till ånga vid injektionen. Denna ånga beter sig precis som annan innesluten gas och skapar tryck under gjutgodsets yta, vilket kan leda till blåsor. Därför är det av yttersta vikt att upprätthålla en torr formmiljö.

För att förhindra blåsor orsakade av processparametrar bör operatörer följa följande korrigerande åtgärder:

1. Upprätthåll strikt temperaturkontroll: Se till att både smältlegeringen och formen hålls inom de specifierade temperaturområdena för att förhindra överhettning och alltför stor gasbildning.
2. Använd smörjmedel sparsamt och jämnt: Använd automatiserade spraysystem för att applicera ett minimalt, konsekvent lager av ett högkvalitativt avskiljningsmedel med lågt restinnehåll.
3. Ge tillräcklig tid för avdunstning: Se till att det finns en tillräcklig fördröjning efter spraying så att eventuellt vatten eller lösningsmedel i smörjmedlet kan avdunsta fullständigt innan formen stängs.
4. Utför regelbunden underhållsinspektion: Kontrollera regelbundet efter läckage i vatten- eller hydraulledningar och se till att spraymunstycken inte läcker.

Material- och fysikaliska defekter som grundorsaker

Den sista kategorin av orsaker rör integriteten i gjutmaterialet och förekomsten av fysiska ointerruptioner inom metallflödet. Blåsor kan uppstå från föroreningar i legeringen själv. Till exempel kan ämnen med låg kokpunkt, såsom bly eller kadmium, förångas under gjutprocessen eller efterföljande värmebehandling, vilket skapar inre gastryck. På liknande sätt kan aluminiumlegeringar absorbera väte vid smältning, vilket försöker ta sig ut under stelningsprocessen och därmed orsaka porositet och blåsor.

Fysiska defekter som uppstår under fyllningsprocessen är också mycket skadliga. Forskning publicerad i Engineering Failure Analysis påpekar att kalla flingor—halvstelnade metallbitar som lossnar från väggarna i sprutlådan—är en huvudsaklig orsak till stora blåsor, särskilt i områden nära gjutsystemet. Dessa flingor skapar ojämnheter i gjutgodsets mikrostruktur. Gas närvarande i dessa tomrum expanderar under värmebehandling och bildar betydande ytablåsor. Andra liknande defekter inkluderar kalla droppar, kalla skott och oxidhinnor, vilka alla stör metallens homogenitet och fungerar som startplatser för blåsbildning.

För att förhindra dessa materialrelaterade defekter krävs strikt kontroll över hela processen, från råvaruhantering till slutlig produktion. Att samarbeta med en leverantör som visar ett starkt engagemang för kvalitetskontroll är avgörande. Tillverkare av högpresterande fordonsdelar förlitar sig ofta på certifierade processer som IATF16949 och intern kvalitetskontroll för att säkerställa materialintegritet från början till slut, vilket är en viktig metod för att förhindra sådana defekter.

För att bättre förstå dessa skilda orsaker jämförs i följande tabell blåsor orsakade av gasporositet med dem som orsakas av fysiska eller kemiska defekter:

Lösningar inkluderar förvärmning och grundlig torkning av råmaterial, användning av högpura legeringar samt effektiva avgasningsbehandlingar med kväve eller argon för att ta bort löst väte innan gjutning.

Vanliga frågor om blåsor vid tryckgjutning

1. Vad är den främsta orsaken till blåsor vid tryckgjutning?

Den främsta orsaken till blåsor är innesluten gas, oftast luft från formspriddelen, som fångas in på grund av turbulent flöde av smält metall och otillräcklig ventileringskapacitet. Denna gas, belägen precis under gjutstyckets yta, expanderar och trycker ut det mjuka metallskiktet, vilket bildar en blåsa.

2. Kan värmebehandling orsaka att blåsor bildas på en tryckgjuten del?

Ja, värmebehandling är en vanlig utlösare för blåsbildning. En del kan se perfekt ut i sitt gjutna tillstånd, men om det finns innesluten gas eller en fysisk diskontinuitet under ytan kommer de höga temperaturerna vid värmebehandling att få gasen att expandera avsevärt, vilket avslöjar felet som en ytliga blåsor.

3. Hur skiljer man på en blåsa och allmän porositet?

Blåsor är en ytskiktad eller närytliggande defekt som uppstår som upphöjda bultar på gjutstyckets yta. Allmän porositet däremot syftar på tomrum som kan finnas var som helst inom gjutplåten, även djupt inne i delen. Även om båda orsakas av innesluten gas är blåsor specifikt de porer som ligger tillräckligt nära ytan för att deformera den.