Основні причини утворення пухирів при литті під тиском, пояснення

Коротко

Утворення пухирів при литті під тиском — це поверхневий дефект, що характеризується піднятими бульбашками, спричиненими розширенням затриманого газу безпосередньо під шаром металу. Основною причиною є затримання газу або повітря, спричинене турбулентним потоком металу та недостатнім вентилюванням форми. Інші важливі фактори включають надмірну температуру розплавленого металу або прес-форми, неправильне нанесення мастил для прес-форм, а також домішки чи фізичні недоліки в самому алюмінієвому сплаві.

Роль затримання газу та повітря у формуванні пухирів

Найбільш фундаментальною причиною утворення пухирів при литті під тиском є захоплення газу в порожнині форми під час вливання металу. Пухирі — це по суті окремий вид газової пористості, при якому захоплений газ розташований безпосередньо під поверхнею виливка. Коли розплавлений метал твердне, цей захоплений газ перебуває під величезним тиском. Після витиснення деталі з прес-форми зовнішня опора зникає, і ще м'яка металева поверхня може випинятися назовні під дією розширювального газу, утворюючи чітко виражений пухир.

Цей газ може мати кілька джерел. Найпоширенішим є повітря, яке вже перебуває в порожнині форми та системі каналів до початку заливки. Якщо розплавлений метал вводиться надто швидко або якщо шлях течії не оптимізований, виникає турбулентність. Цей турбулентний, хаотичний потік закручується, утворюючи бульбашки повітря, які не можуть вийти до того, як метал затвердіє. Як зазначено в технічному аналізі від CEX Кастинг , поганий дизайн воріт та ливникового каналу є поширеною причиною, оскільки вони не забезпечують плавний, ламінарний потік металу в форму.

Недостатня вентиляція — ще один важливий чинник. Вентиляційні канали є невеликими каналами, призначеними для видалення повітря з порожнини під час заповнення її розплавленим металом. Якщо ці канали заблоковані, занадто малі або неправильно розташовані, повітря не має куди виходити і залишається упійманим всередині виливка. Це призводить до утворення пористості та, якщо близько до поверхні, — до пухирів. Оптимізація системи вентиляції є ключовим кроком у запобіганні цьому типу дефектів.

Щоб зменшити захоплення газу та повітря, слід впровадити кілька найкращих практик:

• Оптимізуйте конструкцію воріт та ливникових каналів: Використовуйте програмне забезпечення для моделювання руху розплаву в формі, щоб спроектувати систему, яка забезпечує плавне, безтурбулентне заповнення порожнини матриці.
• Забезпечте належну вентиляцію: Спроектуйте та підтримуйте чисті, ефективні вентиляційні канали та перепускні ворота для повного видалення повітря.
• Контролюйте швидкість ін’єкції: Налаштуйте профіль впорскування, зокрема початкову фазу повільного впорскування, щоб обережно витиснути повітря з порожнини перед початком заповнення на високій швидкості.
• Використовуйте вакуумну допомогу: Для критичних компонентів реалізація процесу лиття під тиском з вакуумом може активно видаляти повітря з порожнини перед ін’єкцією, практично усуваючи ризик дефектів через захоплений газ.

Параметри процесу: як температура та мастила спричиняють утворення бульбашок

Окрім фізичного захоплення повітря, експлуатаційні параметри процесу відіграють значну роль у створенні умов, сприятливих для утворення бульбашок. Контроль температури та нанесення мастил — це дві найважливіші області, які потрібно контролювати. Надмірно висока температура, чи то в розплавленому металі, чи в самій формі, може загострювати проблеми, пов’язані з газами. Згідно з оглядом від Sunrise Metal , висока температура може збільшувати тиск пари всередині розплавленого сплаву та призводити до розкладання формового мастила, внаслідок чого виділяється газ, що захоплюється.

Смащування матриць, або змащувальні агенти, необхідні для запобігання прилипанню виливка до форми, але їх неправильне використання є основною причиною газової пористості та пухирів. Коли застосовується надто багато змащувального складу або він наноситься нерівномірно, зайва рідина може збиратися в матриці. При контакті з гарячим розплавленим металом цей надлишок миттєво випаровується, утворюючи великий об’єм газу, який не встигає вийти через вентиляційні канали. Як зазначено в звіті компанії The Hill & Griffith Company , змащення плунжера часто є найбільшою окремою причиною, особливо коли додаткове змащення використовується для компенсації зношеного кінця плунжера.

Волога — ще один ключовий чинник. Будь-яка залишкова волога у формі, що виникає через протікання водопровідних ліній, крапельниці розпилювачів або навіть сам звільняючий агент, перетворюється на пару під час ін’єкції. Цей пар діє так само, як і будь-який інший ув’язнений газ, створюючи тиск під поверхнею виливка, що може призводити до утворення пухирів. Тому підтримання сухого середовища форми має першорядне значення.

Щоб запобігти утворенню бульбашок через параметри процесу, оператори повинні дотримуватися таких коригувальних заходів:

1. Дотримуйтесь суворого контролю температури: Переконайтеся, що розплавлений сплав і форма підтримуються в заданих температурних діапазонах, щоб запобігти перегріву та надмірному утворенню газів.
2. Наносіть мастило обмежено та рівномірно: Використовуйте автоматизовані системи розпилення для нанесення мінімального, але сталого шару високоякісного засобу для змащування форм з низьким вмістом залишків.
3. Передбачте час для випаровування: Переконайтеся, що після розпилення перед закриттям форми передбачено достатній час для повного випаровування води чи розчинників із мастила.
4. Проводьте регулярне технічне обслуговування: Регулярно перевіряйте наявність пошкоджених водяних або гідравлічних ліній і усувайте їх, переконайтеся, що розпилювачі не протікають.

Матеріальні та фізичні дефекти як первинні причини

Остання категорія причин пов'язана з цілісністю литтєвого матеріалу та наявністю фізичних несуцільностей у потоці металу. Пухирі можуть виникати через забруднювачі всередині сплаву. Наприклад, елементи з низькою температурою кипіння, такі як свинець або кадмій, можуть випаровуватися під час процесу лиття або подальшої термічної обробки, створюючи внутрішній газовий тиск. Аналогічно, алюмінієві сплави можуть поглинати водень під час плавлення, який намагатиметься виділитися під час затвердіння, що призводить до пористості та утворення пухирів.

Фізичні дефекти, внесені під час процесу заповнення, також є дуже шкідливими. Дослідження, опубліковані в Engineering Failure Analysis підкреслює, що холодні хлоп'я — напівзатверділі шматочки металу, які відлущуються від стінок гільзи поршня — є основною причиною великих пухирів, особливо в зонах поблизу системи живлення. Ці хлоп'я створюють несуцільність у мікроструктурі виливка. Газ, наявний у цих порожнинах, розширюється під час термічної обробки, утворюючи значні поверхневі пухирі. Інші подібні дефекти включають холодні краплі, холодні влучення та оксидні плівки, усі вони порушують однорідність металу й служать початковими точками для утворення пухирів.

Запобігання таким дефектам, пов’язаним із матеріалом, вимагає суворого контролю над усім процесом — від обробки сировини до остаточного виробництва. Ключовим є співпраця з постачальником, який демонструє міцну приверженість контролю якості. Наприклад, виробники високоефективних автозапчастин часто покладаються на сертифіковані процеси, такі як IATF16949, та внутрішній контроль якості, щоб забезпечити цілісність матеріалу від початку до кінця, що є важливою практикою для запобігання таким дефектам.

Щоб краще зрозуміти ці різні причини, у наведеній нижче таблиці порівнюються пухирі, що виникають через газопроникність, і ті, що виникають через фізичні або хімічні дефекти:

Рішення включають попереднє нагрівання та ретельне просушування сировини, використання сплавів високої чистоти та ефективні операції з дегазації за допомогою азоту чи аргону для видалення розчиненого водню перед литтям.

Поширені запитання про пухирі при литті під тиском

1. Яка основна причина утворення пухирів при литті під тиском?

Основною причиною утворення пухирів є захоплений газ, найчастіше повітря з порожнини форми, який захоплюється через турбулентний потік розплавленого металу та недостатнє вентилювання. Цей газ, розташований безпосередньо під поверхнею виливка, розширюється і виштовхує м'яку поверхневу плівку металу назовні, утворюючи пухир.

2. Чи може термічна обробка спричинити утворення пухирів на виливку методом лиття під тиском?

Так, термічна обробка є поширеною причиною утворення пухирів. Деталь може виглядати ідеально у стані після лиття, але якщо під поверхнею є захоплений газ або фізичний дефект, високі температури термічної обробки призведуть до значного розширення газу, внаслідок чого дефект проявиться у вигляді пухиря на поверхні.

3. Як відрізнити пухир від загальної пористості?

Пухирі — це дефекти на поверхні або поблизу неї, які виглядають як підняті пухирі на шкірці виливку. Загальна пористість, навпаки, стосується порожнин, розташованих у будь-якому місці всередині виливку, включаючи глибокі шари деталі. Хоча обидва дефекти викликані захопленим газом, пухирі — це саме ті пори, які розташовані достатньо близько до поверхні, щоб її деформувати.