Gas vs. Shrinkage Porosity: Pagkilala sa Mga Mahahalagang Depekto sa Paghuhulma

TL;DR

Ang gas porosity at shrinkage porosity ay karaniwang mga depekto sa paghuhulma na may magkaibang pinagmulan at hitsura. Ang gas porosity ay dulot ng natrap na gas habang nagpe-presipitasyon, na nagbubunga ng makinis, bilog na mga puwang. Sa kabilang banda, ang shrinkage porosity ay sanhi ng hindi sapat na tinunaw na metal upang kompensahin ang pagbaba ng dami habang lumalamig ang casting, na nagreresulta sa magaspang, pangsaray na mga kuwento. Mahalaga ang pag-unawa sa mga pangunahing pagkakaiba sa sanhi at morpolohiya nito upang ma-diagnose at maiwasan ang mga depekto sa metal castings.

Pag-unawa sa Gas Porosity: Mga Sanhi at Katangian

Ang porosity ng gas ay isang karaniwang depekto sa metal casting, na may katangian ng pagbuo ng mga voids dahil sa mga gas na nakulong sa loob ng soliding metal. Habang ang nabubuong metal ay naglalaho, ang kakayahang mag-imbak nito ng mga dissolved gas, gaya ng hydrogen sa mga aluminum alloy, ay lubhang bumababa. Ang labis na gas na ito ay itinatanggi mula sa solusyon at bumubuo ng mga bula, na nahuli habang ang metal ay naninindi sa paligid nito. Ang mga depekto na ito ay maaaring makapinsala sa istraktural na integridad at pressure tightness ng huling bahagi, na ginagawang mahalaga ang pag-iwas sa mga ito para sa mga application na may mataas na pagganap.

Ang hitsura ng gas porosity ay isa sa mga pinaka-nakapapansin nitong katangian. Karaniwang spherical o pahaba ang mga butas na may makinis, madalas na mapulang panloob na pader. Ang ganitong morpolohiya ay nangyayari dahil nabubuo ang mga bula ng gas sa loob ng likido o semi-likidong metal, na nagpapahintulot sa surface tension na ito'y hila patungo sa mababang enerhiya, hugis-spherical bago matigil ang paligid na istraktura. Maaaring magpakita ang mga butas na ito sa iba't ibang anyo, kabilang ang subsurface blowholes, mga blister sa ibabaw ng casting, o maliliit, nakakalat na pinholes, na madalas matatagpuan sa itaas na bahagi ng casting.

Iba-iba ang ugat na sanhi ng gas porosity ngunit halos laging nauugnay sa pagpasok ng mga material o kondisyon na nagdudulot ng gas sa panahon ng pagtunaw at proseso ng pag-cast. Kailangan ang maingat na pagsusuri sa buong production chain para sa epektibong diagnosis. Kasama sa ilan sa pinakakaraniwang sanhi:

• Mga Nauhaw na Gas sa Pagtunaw: Ang nag-uusong metal ay maaaring humigop ng mga gas mula sa atmospera o mula sa mamasa-masang o maruming materyales na isinasama. Ang hydrogen ang pangunahing sanhi sa maraming di-ferrous na haluang metal.
• Turbulensya Habang Ibinubuhos: Ang mataas na bilis o turbulenteng pagpuno sa hulma ay maaaring pisikal na ikulong ang hangin sa loob ng nag-uusong metal, na siyang bumubuo ng mga puwang.
• Kahalumigmigan at Kontaminado: Ang anumang kahalumigmigan mula sa hindi maayos na natuyong mga hulma, core, kaldero, o kasangkapan ay maaaring mag-evaporate kapag nakontakto ang nag-uusong metal, na lumilikha ng singaw na nakakulong sa casting. Ang mga lubricant at binder ay maaari ring masira at maglabas ng gas.
• Mababang Permeabilidad ng Hulma: Kung ang materyales ng hulma o core ay hindi sapat na nakapagpapalabas ng mga gas na naroroon sa kavidad, mas malaki ang posibilidad na mahuli ito ng metal habang tumitigas.

Pag-unawa sa Shrinkage Porosity: Mga Sanhi at Katangian

Ang shrinkage porosity ay nagmumula sa isang lubos na iba't ibang proseso: ang pagbaba ng bolyum ng metal habang ito ay nagbabago mula sa likido patungo sa solidong estado. Karamihan sa mga metal ay mas masigla sa kanilang solidong anyo, na nangangahulugan na mas maliit ang espasyong sinisikap nila. Kung ang karagdagang natunaw na metal, na kilala bilang feed metal, ay hindi makapagpapatuloy na umabot sa mga lugar na huli sa pag-solidify, ang pag-urong ng materyal ay magbubunga ng mga butas. Ang mga depekto na ito ay direktang resulta ng pagkakaroon ng pagkakasira sa landas ng pagpapakain sa huling yugto ng pagkiyod.

Hindi tulad ng makinis na mga puwang ng gas porosity, ang shrinkage porosity ay nailalarawan sa pamamagitan ng anggulong hugis nito at magaspang na panloob na ibabaw. Dahil ang mga puwang ay nabubuo sa makipot at paliku-likong espasyo na natitira sa pagitan ng mga nakakabit na puno-tulad na istruktura ng kristal na kilala bilang dendrites na lumalago habang nagkakalamig. Ang resultang kabaong ay hindi isang bula kundi isang puwang na sumusunod sa kumplikado at pira-piraso ng mga interdendritic spaces. Ang mga depekto dahil sa pag-shrink ay maaaring magpakita bilang malalaking bukas na lukab sa ibabaw (pipes) o bilang panloob, magkakaugnay na network ng manipis na bitak (sponge o filamentary shrinkage).

Ang pangunahing sanhi ng shrinkage porosity ay ang kabiguan sa maayos na pamahalaan ang proseso ng pagkakalamig. Kapag nagse-solidify ang isang casting, nararapat na ito ay mangyari nang direksyonal—tuluy-tuloy na pagkakalamig mula sa pinakamalayo sa pinagmulan ng likidong metal patungo sa riser o feeding system. Nangyayari ang shrinkage porosity kapag napigilan ang prosesong ito. Ang mga pangunahing salik na nag-aambag dito ay:

• Hindi Sapat na Sistema ng Pagpapakain: Ang mga riser na masyadong maliit o nagyeyelo bago ang pangunahing casting ay hindi makapagbibigay ng kinakailangang natutunaw na metal upang mapunan ang pag-urong.
• Mga Mainit na Bahagi: Ang makapal na bahagi ng isang casting ay mas mabagal na lumalamig kumpara sa nakapaligid na manipis na bahagi. Ang mga "mainit na bahagi" na ito ay maaaring maging hiwalay na mga bulsa ng likidong metal, at kapag sila'y lubos nang tumigil at umurong, walang landas para mapunan ng metal ang resultang butas.
• Mahinang Thermal Gradients: Ang hindi tamang distribusyon ng temperatura sa buong mold ay maaaring pigilan ang direksyonal na pagsisikip, na nagdudulot ng mga hiwalay na rehiyon ng likido na madaling maapektuhan ng pag-urong.
• Heometriya ng Casting: Ang mga kumplikadong disenyo na may biglang pagbabago sa kapal ng seksyon ay likas na mas mahina sa pagbuo ng mainit na bahagi at mga depekto dahil sa pag-urong.

Paghahambing: Gas Porosity vs. Shrinkage Porosity

Ang pagkakaiba-iba sa pagitan ng gas at pag-urong ng porosity ay ang unang mahalagang hakbang sa paglutas ng mga depekto sa paghuhulma. Bagaman pareho itong nagpapahina sa huling bahagi, ang kanilang magkaibang sanhi ay nangangailangan ng iba't ibang solusyon. Ang pinakamaaasahang paraan ng pagkilala ay ang biswal na pagsusuri sa morpolohiya ng butas. Karaniwan ay spherical ang mga kavidad mula sa gas na may malambot na pader, samantalang ang mga galing sa pag-urong ay anggulong at magaspang.

Ang sumusunod na talahanayan ay nagbibigay ng diretsahang paghahambing sa mga pangunahing katangian na nag-iiba sa dalawang karaniwang depekto sa paghuhulma:

Mahalaga ang pagkakataon ng kanilang pagbuo bilang tagapag-iba. Ang gas porosity ay maaaring bumuo nang maaga sa mushy zone, agad-agad na kapag bumaba na ang temperatura ng metal upang mapaliit ang gas solubility nito. Ang mga butas ay nabubuo bilang mga bula sa isang kapaligiran na likido pa o semiliquido. Kaibahan nito, ang shrinkage porosity ay isang depekto na nangyayari sa huling yugto. Ito ay nangyayari nang malalim sa loob ng mushy zone kung saan matagal nang nabuo at masinsin ang dendritic network, na nagpapahirap sa natitirang liquid metal na dumaloy at punuan ang mga huling solidifying na rehiyon. Ang pagkakaibang ito ang nagpapaliwanag kung bakit ang gas pores ay makinis at bilog, samantalang ang hugis ng shrinkage pores ay kumplekado, na umaayon sa hugis ng interdendritic gaps.

Mga Paraan sa Pag-iwas at Pagbawas ng Casting Porosity

Ang epektibong pagpigil sa porosity ay nangangailangan ng target na pamamaraan batay sa partikular na uri ng depekto na nakilala. Ang mga estratehiya para sa gas porosity ay nakatuon sa pagkontrol sa mga pinagmumulan ng gas, samantalang ang mga ito para sa shrinkage porosity ay nakasentro sa pamamahala ng solidification at feeding. Ang isang komprehensibong diskarte sa kontrol ng kalidad ay tumatalakay sa pareho.

Pagbabawal sa Gas Porosity

Ang pagbaba sa gas porosity ay kasangkot ng mahigpit na kontrol sa mga materyales at proseso upang maiwasan ang pagsali o pagsipsip ng gas sa tinunaw na metal. Kasama ang mga pangunahing mapagpipigil na aksyon:

1. Paggamot sa Tinunaw na Metal: Gamitin ang mga teknik ng degassing, tulad ng rotary degassing o fluxing, upang alisin ang natutunaw na hydrogen at iba pang gas mula sa tinunaw bago ihulog.
2. Paghahanda ng Materyales at Kagamitan: Tuyuin nang lubusan at painitin ang lahat ng charge materials, kagamitan, ladles, at mga mold upang tanggalin ang anumang pinagmulan ng kahalumigmigan. Siguraduhing malinis ang mga charge materials at walang kalawang o langis.
3. Optimisadong Gating at Pag-iikot: Idisenyo ang gating system upang matiyak ang maayos, hindi turbulenteng daloy ng metal papasok sa mold cavity. Minimimiza nito ang pisikal na pagkakakulong ng hangin habang pinupunuan.
4. Tamang Pagbubukas ng Mold: Tiyakin na may sapat na mga butas ang mold at anumang cores upang makalabas ang hangin at iba pang gas habang pinupunuan ng natunaw na metal.

Pagpigil sa Shrinkage Porosity

Ang susi sa pagpigil sa shrinkage ay ang pagtitiyak ng patuloy na suplay ng likidong metal sa lahat ng bahagi ng casting hanggang sa matapos ang solidification. Nakamit ito sa pamamagitan ng maingat na disenyo at kontrol sa proseso:

1. Epektibong Disenyo ng Riser at Gating: Idisenyo ang mga riser na sapat ang laki upang manatiling natutunaw nang mas mahaba kaysa sa bahagi ng casting na pinapakain nila. Ang gating system ay dapat magtaguyod ng directional solidification, kung saan ang casting ay unti-unting tumitigas patungo sa riser.
2. Kontrolin ang Solidification gamit ang Chills at Sleeves: Gumamit ng mga chills (metalikong insert) upang mapabilis ang paglamig sa makapal na bahagi at maiwasan ang mga mainit na spot. Maaaring gamitin ang insulating o exothermic sleeves sa mga riser upang manatiling natunaw nang mas matagal.
3. Mga Pagbabago sa Hugis: Kung maaari, baguhin ang disenyo ng bahagi upang maiwasan ang biglang pagbabago sa kapal ng seksyon at lumikha ng mas maayos na transisyon, na binabawasan ang posibilidad ng mga mainit na spot.

Para sa mga industriya tulad ng automotive kung saan ang pagkabigo ng komponent ay hindi opsyon, mahalaga ang pakikipagsanib sa mga dalubhasa sa advanced metal forming. Halimbawa, ang mga tagapagbigay tulad ng Shaoyi (Ningbo) Metal Technology ipinapakita ang antas ng presisyong inhinyeriya at kontrol sa proseso, mula sa die design hanggang sa mass production, na kinakailangan para makagawa ng mga komponent na walang depekto, sa kanilang kaso para sa automotive forging. Ang ganitong dedikasyon sa kalidad ay mahalaga upang mabawasan ang mga depekto tulad ng porosity, tinitiyak ang katiyakan sa mga kritikal na aplikasyon.

Mga madalas itanong

1. Ano ang pagkakaiba sa pagitan ng porosity at shrinkage?

Ang pangunahing pagkakaiba ay nasa sanhi at hitsura nito. Ang porosity, partikular na porosity ng gas, ay dulot ng nakulong na gas at nagreresulta sa makinis, bilog na mga butas. Ang pag-urong, o pag-urong ng porosity, ay dulot ng volumetric contraction ng metal sa panahon ng paglamig nang walang sapat na likidong metal upang punan ang puwang, na nagreresulta sa mga malabo, angular na butas.

2. Ano ang sanhi ng pag-urong ng porosity?

Ang porosity ng pag-urong ay dulot ng volumetric contraction ng metal habang ito ay nag-aakit. Kung ang daloy ng nabubulok na metal ay hiwalay sa isang bahagi ng pagbubuhos bago ito ganap na tumitigas, ang pag-urong na ito ay lumilikha ng isang kalawakan. Kadalasan ito ay dahil sa hindi sapat na pagpapakain mula sa mga tumataas o sa pagbuo ng mga hiwalay na mainit na lugar sa makapal na mga seksyon.

3. Ano ang kahulugan ng porosity ng gas?

Ang porosity ng gas ay tumutukoy sa mga butas sa loob ng isang metal na pagbubuhos na nabuo sa pamamagitan ng pagkabitin ng mga bula ng gas. Ang gas ay maaaring mula sa mga dissolved gas sa matunaw na tinatanggi sa panahon ng paglamig, hangin na nahuli sa panahon ng mabagyong pagbubuhos, o kahalumigmigan at iba pang mga kontaminado na namamaga kapag nakikipag-ugnay sa mainit na metal.

4. Paano mo malalaman kung ang mga butas sa isang casting ay dahil sa porosity o sa pag-urong?

Ang pinakaepektibong paraan upang makilala ang mga ito ay sa pamamagitan ng visual inspection ng morfolohiya ng lungon. Ang mga butas ng porosity ng gas ay karaniwang bilog na may malambot na panloob na dingding, na katulad ng isang bula. Sa kabaligtaran, ang mga puwang ng porosity ng pag-urong ay angular at may matigas, kristal na ibabaw, dahil nabuo ito sa mga puwang sa pagitan ng mga soliding dendrites.