Investiciono livenje — Načini očvršćavanja odlivaka

Uvod

U investicionom livenju, rastopljena legura može biti identična, keramička školjka može biti identična, a uslovi izlivanja mogu izgledati čak i identični.

Ipak, konačni odljevci mogu biti potpuno različiti po kvaliteti.

Jedan dio može ispasti gust, zvuk, i čist; drugi može sadržavati poroznost skupljanja, Unutarnje šupljine, Vruće suze, ili skrivene slabe zone koje se pojavljuju tek kasnije tokom obrade ili servisa.

Razlog nije samo "sreća" ili hemija legure. To je način na koji se odljevak učvršćuje.

Stvrdnjavanje je odlučujuća faza u kojoj se tečni metal pretvara u čvrstu komponentu.

Tokom ove faze, temperaturno polje unutar odlivaka kontinuirano se razvija, front očvršćavanja se pomera prema unutra, i uspostavljeni su unutrašnji uslovi hranjenja.

U Investicijska livenja, gdje su tanke keramičke školjke, precizna geometrija, i pažljivo kontrolisano termičko ponašanje sve je u interakciji, Način očvršćavanja postaje jedan od najvažnijih faktora koji regulišu kvalitet livenja.

Općenito su poznata tri osnovna načina očvršćavanja:

• Progresivno učvršćivanje
• Kašasto očvršćavanje
• Srednje skrućivanje

Ovi načini su uglavnom određeni rasponom smrzavanja legure i toplinskim gradijentom u odljevku.

Svaki mod stvara drugačiju unutrašnju strukturu, različiti uslovi hranjenja, i drugačiju tendenciju defekta.

Njihovo razumijevanje je neophodno za razvoj dizajna, dizajn školjke, kontrola hlađenja, i prevencija kvarova.

1. Zona očvršćavanja unutar livenja

Tokom skrućivanja, većina odlivaka sadrži tri termalna područja:

The zona očvršćavanja je najvažnije područje jer materijal nije ni potpuno tečan ni potpuno čvrst.

To je zona u kojoj rastu žitarice, tečni metal se kreće kroz interdendritske kanale, a hranjenje skupljanjem može uspjeti ili ne uspjeti.

1 je školjka kalupa, 2 je zona čvrste faze (I.E., učvršćena regija), 3 je zona očvršćavanja (I.E., region se trenutno učvršćuje, gde tečnost i čvrsta koegzistiraju), 4 je zona tečne faze

Od površine prema unutra, metal počinje da se smrzava u blizini zida školjke, a front očvršćavanja se progresivno pomiče prema centru.

U svakom trenutku, livenje se može zamisliti kao dinamički sistem sa pokretnim frontom, ne kao statički objekt koji se ravnomjerno hladi spolja ka unutra.

Kvalitet završnog odljevka uvelike ovisi o tome koliko je široka zona očvršćavanja i kako se ponaša tokom smrzavanja.

2. Šta određuje način očvršćavanja?

The učvršćenja način investicionog livenja reguliše se prvenstveno dvije varijable koje međusobno djeluju: raspon smrzavanja legure i toplinski gradijent unutar odljevka.

Kada su temperature likvidusa i solidusa veoma blizu, legura ima tendenciju da se smrzava sa oštrim prednjim dijelom i ponaša se više kao materijal za progresivno skrućivanje;

kada je jaz širok, legura razvija širu zonu čvrsto-tečnost i veća je vjerovatnoća da će se stvrdnuti na kašasti način.

Sastav legure je prvi kontrolni faktor

Sastav je najosnovniji pokretač jer legirajući elementi mogu mijenjaju temperaturu tekućine i čvrste tvari, proširite ili suzite raspon smrzavanja, i promijeniti tačku koherentnosti dendritske mreže.

Kako raspon smrzavanja postaje duži, područje čvrsto-tečno postaje veće, dobro definisana čvrsta ljuska se formira manje lako, a hranjenje se mora odvijati kroz djelomično očvrsnutu dendritsku strukturu.

Komercijalno čisti metali i legure uskog zamrzavanja imaju tendenciju da formiraju ravnu prednju ili kratku stubnu zonu, dok legure koje se duže zamrzavaju razvijaju dendritsko skrućivanje na mnogo većem dijelu presjeka.

Gradijent temperature kontrolira hoće li prednji dio ostati oštar

Drugi glavni faktor je temperaturni gradijent od zida školjke prema centru livenja.

Jači gradijent potiče usmjereno zamrzavanje i gura odljevak prema progresivnom očvršćavanju.

Slabiji gradijent proširuje kašastu zonu i čini režim zamrzavanja sličnijim volumenu.

U industrijskim odljevcima, inženjer može uticati na to indirektno kroz predgrijavanje školjke, nivo izolacije, Debljina presjeka, i uvjeti hlađenja, iako se osnovna termička fizika ne može direktno promijeniti.

Lokalno vrijeme očvršćavanja je važno

Režim očvršćavanja je također oblikovan lokalno vrijeme očvršćavanja, što je interval između prolaska izoterme likvidusa i solidusa u datoj tački.

Duže lokalno vrijeme skrućivanja obično znači širu kašastu zonu i veći rizik od mikrosegregacije i interdendritskih problema s hranjenjem.

Literatura o skrućivanju odlivaka pokazuje da se mikrosegregacija povećava kako se raspon smrzavanja povećava i da dendritska mreža postaje manje propusna kada se postigne koherentnost.

Temperatura izlijevanja i pregrijavanje prilagođavaju početno stanje

Temperatura izlivanja sama po sebi ne definira način očvršćavanja, ali to snažno utiče na to koliko dugo odljevak ostaje potpuno tečan prije nego što se formira front smrzavanja.

Veće pregrijavanje odlaže početak skrućivanja i može izravnati početni toplinski gradijent, dok niže pregrijavanje skraćuje vrijeme dostupno za punjenje i može povećati vjerovatnoću ranog smrzavanja.

U praksi, to znači da temperatura izlivanja pomjera termičke uslove pod kojima se izražava unutrašnji raspon smrzavanja legure.

Geometrija može lokalno promijeniti način rada

Debljina presjeka, uglovi, unutrašnja udubljenja, i izolirane vruće tačke mogu promijeniti lokalni način očvršćavanja čak i kada je legura nepromijenjena.

Debeli dijelovi duže zadržavaju toplinu i više se ponašaju kao zone širokog zamrzavanja ili kašaste zone, dok se tanki dijelovi obično smrzavaju brže i usmjerenije.

Oštri unutrašnji uglovi su posebno važni jer koncentrišu termičku masu i mogu usporiti lokalno smrzavanje osim ako se geometrija ne modificira ili namjerno ohladi.

Ponašanje ljuske za livenje je deo jednačine

U investicionom livenju, keramička školjka nije samo posuda; dio je termičkog dizajna.

Shell prethodno zagrijati, debljina ljuske, gradnja premaza, i put hlađenja nakon izlivanja, sve to mijenja način na koji toplina napušta odljevak.

Zbog toga se ista legura može progresivno očvrsnuti u jednoj postavci školjke, a više kašasto u drugoj.

Kontrola smjera je stoga kombinirani učinak dizajna legure, dizajn školjke, i upravljanje toplotom.

3. Režim očvršćavanja sloj po sloj

Definicija

Progresivno skrućivanje je način u kojem su čvrste i tečne regije jasno razdvojene relativno jasnom frontom smrzavanja.

Površina za livenje se prvo stvrdne, a prednji dio stalno napreduje prema unutra kako se preostala tečnost progresivno unosi.

Primjenjive industrijske legure

Tipične legure za očvršćivanje sloj po sloj uključuju sivi liv, Nisko-ugljični čelik, čisti industrijski aluminijum, čisti bakar, i eutektičke legure aluminijum-silicijum.

U proizvodnji odlivaka, eutektičan aluminijum legure i nehrđajući čelik s niskim udjelom ugljika su najšire primjenjene klase s ovom karakteristikom skrućivanja.

Karakteristike

U progresivnom očvršćavanju:

• Prednja strana očvršćavanja je relativno oštra.
• Tečni metal ostaje povezan duže vrijeme.
• Posljednji tečni metal je obično koncentrisan na jednoj krajnjoj vrućoj tački.
• Hranjenje je relativno jednostavno jer je zona skupljanja lokalizirana.
• Kasting se često pokazuje centralne šupljine skupljanja a ne široko raspršena poroznost.

Značaj kvaliteta

Progresivno skrućivanje je općenito povoljno za čvrstoću jer je skupljanje lakše predvidjeti i hraniti.

Ako je područje posljednjeg smrzavanja pravilno opskrbljeno uzlaznom ili hranilicom, koncentrisano skupljanje se može efikasno kontrolisati.

Zbog toga mnoge legure uskog zamrzavanja pokazuju dobro ponašanje pri hranjenju.

U odljevcima u obliku ploča ili šipki, može se formirati središnja šupljina ako je hranjenje nedovoljno, ali je defekt često lakše otkriti i ispraviti nego difuznu poroznost koja se širi po cijelom presjeku.

Praktična implikacija u investicionom livenju

Odljevci za ulaganje koji se progresivno učvršćuju obično je lakše kontrolirati, pod uslovom da je termalni put ispravno usmeren.

Kada dizajn potiče usmjereno zamrzavanje prema hranilici, veća je vjerovatnoća da će odljevak ostati zdrav.

Međutim, ako je žarište nepravilno izolirano, u zoni konačnog očvršćavanja još uvijek se može formirati koncentrirana šupljina skupljanja.

4. Mushy Solidification (Volume Solidification) Mode

Definicija

Kašasto očvršćavanje, takođe pozvan zapreminsko učvršćivanje ili učvršćivanje poput paste, je način u kojem legura prolazi kroz široku zonu skrućivanja.

Metal se ne smrzava na jednoj jasnoj prednjoj strani; umjesto toga, razvija mešavinu čvrstih dendrita i preostale tečnosti nalik kaši ili kaši.

Primjenjive industrijske legure

Reprezentativne kašaste legure za skrućivanje uključuju nodularno željezo, čelik visokog ugljika, i kalaj bronze.

Matenšitni visoko ugljični nehrđajući čelik koji se obično koristi u livenju po investicionoj masi, obično pokazuje tipično kašasto očvršćavanje.

Karakteristike

U kašastom očvršćavanju:

• Zona očvršćavanja je široka.
• Legura rano razvija dendritsku strukturu.
• Jednom kada čvrsta frakcija postane dovoljno visoka, preostala tečnost ostaje zarobljena u izolovanim džepovima.
• Hranjenje postaje teško jer su putevi tečnosti prekinuti.
• Kasting je sklon skupljanje poroznosti ili mikroskupljanje raspoređeni po cijeloj sekciji.

Zašto je problematično

Kada dendriti postanu međusobno povezani, preostala tečnost više ne može slobodno teći od dovoda do vruće tačke.

Umjesto jedne koncentrisane šupljine, odljevak može razviti mnoge male unutrašnje šupljine koje se šire kroz zonu skrućivanja.

Ove distribuirane defekte je često teže eliminisati nego jednu šupljinu skupljanja.

Zbog toga je legure širokog raspona smrzavanja teže hraniti s običnim usponima. Skupljanje se ne skuplja na jedno mjesto; širi se kroz volumen.

Praktična implikacija u investicionom livenju

Kašasto očvršćavanje je posebno važno kod tankih, kompleks, ili odljevci visoke legure gdje hemija legure prirodno proizvodi širok raspon smrzavanja.

U takvim slučajevima, jednostavno hranjenje često nije dovoljno. Proces može zahtijevati:

• jače usmereno hlađenje,
• veće ili efikasnije hranilice,
• poboljšani termički gradijenti,
• smanjeno pregrijavanje,
• ili selektivno hlađenje.

Cilj je spriječiti da zona očvršćavanja postane preširoka i previše izolirana.

5. Intermediate Solidification Mode

Definicija

Većina industrijskih legura pripada tipu srednjeg skrućivanja, čije karakteristike očvršćavanja leže između sloja po sloju i kašastog načina.

Zona očvršćavanja održava srednju širinu; granica čvrstog i tečnog nije ni očigledan glatki interfejs ni kašasti sloj celog preseka.

Dendritski rast i tečno hranjenje koegzistiraju kroz proces skrućivanja.

Primjenjive industrijske legure

Tipične legure srednjeg skrućivanja uključuju čelik srednjeg ugljika, čelika sa visokim sadržajem mangana, i bijelog liva.

Konstrukcijski dijelovi od srednjeg ugljičnog niskolegiranog čelika čine najveći udio investicionih odljevaka srednjeg skrućivanja.

Karakteristike

Srednje očvršćavanje kombinuje karakteristike oba načina:

• Prednja strana učvršćivanja nije savršeno oštra.
• Zona očvršćavanja ima umjerenu širinu.
• Hranjenje je moguće, ali ne tako lako kao kod legura uskog smrzavanja.
• Ponašanje skupljanja je složenije nego kod čistog progresivnog zamrzavanja.
• Defektne tendencije leže između koncentriranog skupljanja i distribuiranog mikroskupljanja.

Zašto je važno

Srednje očvršćavanje je najčešći industrijski slučaj. Mnoge standardne inženjerske legure smrzavaju se na ovaj način.

Njihova kvaliteta uvelike ovisi o dizajnu odljevaka jer prirodno nisu tako otporne kao legure uskog zamrzavanja, ali nisu tako teške kao jako kašaste legure..

Praktična implikacija u investicionom livenju

Za legure srednjeg očvršćavanja, livnica mora pažljivo balansirati:

• temperatura ljuske,
• Temperatura izlijevanja,
• Debljina presjeka,
• postavljanje hranilice,
• i brzina hlađenja.

Zato što legura prirodno ne pruža idealan put smrzavanja, dizajner procesa ga mora kreirati.

6. Poređenje tri načina očvršćavanja

7. Faktori koji pomjeraju očvršćavanje prema jednom ili drugom načinu rada

Način očvršćavanja nije fiksiran samo jednom varijablom. To je rezultat interakcije između hemija legure, termički gradijent, uslovi izlivanja, ponašanje ljuske, i geometrija livenja.

Promjenom ovih faktora, livnica može gurnuti odljevak prema progresivnom skrućivanju ili ka kašastom očvršćavanju.

Legura zamrzavanje raspona

Najvažniji faktor je raspon smrzavanja legure.

• Uski raspon smrzavanja → teži progresivnom učvršćivanju
• Širok raspon zamrzavanja → teži ka kašastom očvršćavanju
• Srednji raspon smrzavanja → teži srednjem očvršćavanju

Što je interval likvidus–solidus širi, što duže livenje ostaje u polučvrstom stanju i veća je verovatnoća da će razviti široku zonu očvršćavanja.

Ovo je jedini najvažniji razlog zašto je neke legure lakše hraniti od drugih.

Toplotni gradijent u livenju

Što je toplinski gradijent jači, veća je vjerovatnoća da će se odljevak progresivno smrzavati.

Nagli pad temperature od zida školjke do centra potiče jasnu prednju stranu smrzavanja i pomaže metalu da se stvrdne u smjeru.

Ako je temperaturni gradijent slab, zona očvršćavanja se širi. Veći dio sekcije ostaje polučvrst duže vrijeme, što pokreće ponašanje ka kašastom smrzavanju.

Predgrijavanje ljuske i ekstrakcija topline ljuske

U investicionom livenju, keramička školjka je glavni element za kontrolu temperature.

Toplija školjka smanjuje početni termalni šok i može poboljšati punjenje, ali takođe usporava ekstrakciju toplote na početku.

Hladnija školjka agresivnije izvlači toplinu, koji može izoštriti prednji dio smrzavanja i pogodovati progresivnom očvršćavanju.

Debljina ljuske je takođe važna:

• Deblja školjka → veća toplotna otpornost → sporije izvlačenje toplote → šira zona smrzavanja
• Tanja ljuska → manji termički otpor → brže izvlačenje toplote → oštriji front smrzavanja

Temperatura izlivanja i pregrijavanje

Temperatura izlivanja utiče na to koliko dodatne toplote metal mora da izgubi pre nego što počne smrzavanje.

• Veća pregrijanost obično odlaže smrzavanje i može izravnati toplinski gradijent.
• Donji pregrijavanje skraćuje vrijeme prije početka očvršćavanja, ali ako se odmakne predaleko može smanjiti mogućnost punjenja i stvoriti pogrešne vožnje.

U praksi, prekomjerno pregrijavanje može način očvršćavanja učiniti sličnijim volumenu, dok kontrolirano pregrijavanje može pomoći u očuvanju usmjerenijeg puta smrzavanja.

Debljina zida livenja

Debljina zida je jedan od najvidljivijih faktora vezanih za geometriju.

• Tanki zidovi brzo učvršćuju i imaju tendenciju da promovišu progresivno učvršćivanje.
• Debeli zidovi duže zadržavaju toplotu i veća je vjerovatnoća da će formirati široke kašaste zone.

Zbog toga se žarišta često pojavljuju na teškim dijelovima, šefovi, raskrsnice, ili izolirane mase iz kojih toplina ne može lako izaći.

Geometrija i lokalna termička masa

Oštar uglovi, unutrašnji spojevi, šefovi, a nagle promjene presjeka stvaraju lokalnu termičku neravnotežu.

Neke regije se mogu rano očvrsnuti dok druge ostaju tečne ili polučvrste. To može promijeniti lokalni način skrućivanja čak i kada je sama legura nepromijenjena.

Ključne geometrijske karakteristike koje utiču na režim zamrzavanja uključuju:

• unutrašnji uglovi,
• spoljni uglovi,
• rebraste raskrsnice,
• izolovani jastučići,
• i nagle promjene debljine.

Okruženje za hlađenje nakon izlivanja

Bitan je i način hlađenja odlivaka nakon izlivanja. Hlađenje na otvorenom, hlađenje pješčanim slojem, izolacija, i prisilno hlađenje stvaraju različite uslove gubitka toplote.

Brže hlađenje izoštrava temperaturni gradijent i podstiče progresivno smrzavanje. Sporije hlađenje proširuje polučvrstu fazu i gura ponašanje ka kašastom očvršćavanju.

8. Odnos između načina očvršćavanja i kvalitete livenja

Način očvršćavanja nije teoretski detalj; to je jedna od glavnih determinanti kvaliteta livenja.

To utiče gustina, sposobnost hranjenja, formiranje poroznosti, tendencija vrućeg pucanja, Mikrostruktura, i konačnu čvrstoću.

U investicionom livenju, gdje je tačnost oblika već visoka, Način očvršćavanja često postaje faktor koji odlučuje da li je dio samo dimenzionalno ispravan ili zaista upotrebljiv.

Gustina i unutrašnja čvrstoća

Odlivanje je najlakše proizvesti kada se stvrdnjavanje odvija na kontrolirani način.

U progresivno učvršćivanje, poslednja tečnost je koncentrisana na relativno maloj vrućoj tački, tako da se hranjenje može fokusirati, a skupljanjem se često može efikasno upravljati.

To obično dovodi do bolje gustine i manjeg rizika od raspršenih unutrašnjih šupljina.

U kašasto očvršćavanje, Suprotno tome, preostala tečnost postaje zarobljena unutar široke polučvrste dendritske mreže.

Jednom kada čvrsti okvir postane koherentan, putevi za hranjenje se brzo zatvaraju, a skupljanje se širi kroz sekciju kao mnogo malih šupljina, a ne jedna šupljina koja se lako kontroliše.

Zbog toga je legure širokog zamrzavanja često teže napraviti potpuno guste.

Šupljina skupljanja u odnosu na poroznost skupljanja

Tip defekta skupljanja snažno je povezan s načinom skrućivanja.

• Progresivno učvršćivanje ima tendenciju da proizvede a koncentrisana šupljina skupljanja u zoni završnog smrzavanja ako je hranjenje nedovoljno.
• Kašasto očvršćavanje teži za proizvodnju distribuirana poroznost skupljanja ili mikroskupljanje preko zone očvršćavanja.
• Srednje skrućivanje može pokazati bilo koje ponašanje ovisno o debljini presjeka, put za hranjenje, i termička kontrola.

Sa stanovišta kontrole procesa, koncentriranu šupljinu je često lakše locirati, hraniti, i eliminisati raširenu poroznost.

To je jedan od razloga zašto je progresivno učvršćivanje općenito povoljnije iz perspektive čvrstoće bacanja.

Vruće kidanje i pucanje

Vruće kidanje nastaje kada je djelomično očvrsnuti odljevak zaustavljen tokom kontrakcije i ne može glatko ublažiti termički stres.

Način skrućivanja utječe na to jer se mehaničko ponašanje metala mijenja kako se čvrsta frakcija diže.

• U progresivno učvršćivanje, preostala tečnost može i dalje biti u stanju da izliječi male otvore za kontrakciju ako je hranjenje adekvatno.
• U kašasto očvršćavanje, polučvrsta dendritska mreža može rano postati kruta, pa se kontrakcija odupire i pucanje postaje vjerovatnije.
• U srednje očvršćavanje, rizik je umjeren i u velikoj mjeri ovisi o dizajnu žarišta i sistema hranjenja.

Praktična lekcija je da vruće kidanje nije samo metalurško pitanje. To je pitanje puta očvršćavanja.

Sposobnost hranjenja

Dodavanje je najefikasnije kada se tečni metal još može kretati kroz sekciju kako bi zamijenio volumetrijsko skupljanje.

Zato je način očvršćavanja toliko važan.

• Progresivno učvršćivanje duže čuva povezani put tečnosti.
• Kašasto očvršćavanje razbija taj put rano jer se dendriti prepliću.
• Srednje skrućivanje pruža djelomični kapacitet hranjenja, ali ne tako pouzdano kao progresivno zamrzavanje.

Ako hranjenje ne uspije, defekti skupljanja su gotovo zagarantovani negdje u odljevku.

Iz tog razloga, način očvršćavanja se uvijek mora uzeti u obzir zajedno sa dizajnom uspona i geometrijom presjeka.

Ujednačenost mikrostrukture i svojstava

Način na koji se odljevak zamrzava također oblikuje konačnu strukturu zrna.

Usmjereniji obrazac zamrzavanja ima tendenciju da proizvede uredniji front očvršćavanja, dok široko kašasto zamrzavanje često proizvodi grublje dendritske strukture i veće varijacije u sastavu između zona.

To je važno jer mikrostruktura utiče:

• zatezna čvrstoća,
• duktilnost,
• ponašanje kod umora,
• Otpornost na koroziju,
• i odziv na mašinsku obradu.

Zvučni odljev nije samo onaj koji je bez vidljivih nedostataka. To je onaj čija je unutrašnja struktura dovoljno konzistentna da pruži pouzdane performanse usluge.

9. Zašto je način očvršćavanja bitan u investicionom livenju

Način očvršćavanja je jedna od najvažnijih varijabli u investicionom livenju jer određuje da li će livenje postati zvuk, hranljiv, i strukturno pouzdan,

ili da li razvija skrivene defekte koji se pojavljuju tek kasnije tokom obrade, inspekcija, ili servis.

Režim očvršćavanja kontroliše unutrašnju čvrstoću

Glavni razlog zašto je način očvršćavanja važan je taj što direktno utiče na način na koji se rukuje skupljanjem. Kako se metal smrzava, njegov volumen se smanjuje.

Ako tečni metal može nastaviti da teče u područje skupljanja, odljevak ostaje gust i zdrav. Ako je hranjenje prekinuto prerano, nastaju defekti skupljanja.

• Progresivno učvršćivanje obično koncentriše skupljanje u jednoj zoni posljednjeg smrzavanja, koji je lakši za hranjenje i upravljanje.
• Kašasto očvršćavanje ima tendenciju širenja skupljanja kroz široku polučvrstu regiju, što otežava sprečavanje unutrašnje poroznosti.
• Srednje skrućivanje nalazi se između ova dva i može se ponašati dobro ili loše u zavisnosti od termičkog dizajna.

Drugim riječima, mod solidifikacije određuje da li je skupljanje lokalizirano i kontrolirano, ili raspršene i teško eliminirane.

Određuje uspjeh ili neuspjeh hranjenja

Investiciono livenje u velikoj meri zavisi od hranjenja. Ulagač ili uspon moraju ostati tečni dovoljno dugo da opskrbe posljednja područja koja se zamrznu. Režim očvršćavanja određuje koliko dugo taj put za hranjenje ostaje otvoren.

Odljevak koji se progresivno smrzava daje ljevaonici bolju šansu da održi spojeni rezervoar za tečnost.

Kasting koji se smrzne na kašasti način može rano izgubiti tu vezu, zadržavanje tečnosti u izolovanim džepovima.

Kada se ti džepovi odseku, nikakva količina kasnijeg hlađenja ne može vratiti čvrstoću.

Zbog toga se dizajn hranjenja ne može odvojiti od načina očvršćavanja. Ulagač je efikasan samo ako ga podržava sekvenca zamrzavanja.

Utječe na vrstu i lokaciju defekta skupljanja

Režim očvršćavanja također odlučuje o tome kakva će se vrsta defekta skupljanja vjerovatno pojaviti.

Koncentrisana šupljina je često manje štetna od široko rasprostranjenog mikroskupljanje jer je vidljivija, više lokalizovan, i lakše se može upravljati sa usponima ili dodatkom za obradu.

Distribuirana poroznost, Suprotno tome, može oslabiti veliki dio dijela, a da nije očigledan spolja.

Utiče na vruće kidanje i pucanje

Vruće kidanje je snažno povezano sa načinom na koji se odljevak skuplja dok je djelomično čvrst.

Ako polučvrsta mreža postane kruta prije nego što je odljevak završio svoju kontrakciju, zatezni napon se može nakupiti i popucati dio.

Način učvršćivanja je važan jer se mijenja:

• koliko brzo dendritska mreža postaje koherentna,
• koliko dugo tečnost ostaje dostupna za ublažavanje stresa,
• i koliko sputavanja postoji tokom kontrakcije.

Progresivno učvršćivanje često nudi bolju šansu da se kontrakcija nahrani i stres opusti.

Kašasto skrućivanje može prerano zaključati strukturu, čineći gips podložnijim kidanju. Zbog toga je način očvršćavanja direktan faktor u prevenciji pukotina, ne samo problem skupljanja.

Oblikuje mikrostrukturu i konačna svojstva

Način na koji se odljevak zamrzava također utiče na strukturu zrna, razmak dendrita, i ujednačenost kompozicije metala.

Usmjereniji put zamrzavanja teži da proizvede uređeniju strukturu, dok široka kašasta zona često dovodi do grubljih dendrita i veće lokalne segregacije.

To je važno jer unutrašnja struktura utiče:

• zatezna čvrstoća,
• duktilnost,
• umor život,
• odgovor na koroziju,
• i mašinsko ponašanje.

Odljevak može zadovoljiti specifikacije dimenzija i još uvijek imati slab učinak ako je njegov način očvršćavanja proizveo neravnomjernu ili poroznu unutarnju strukturu.

Ovo je posebno važno kod visokovrijednih investicionih odljevaka koji se koriste u zrakoplovstvu, snaga, medicinski, i aplikacije preciznog inženjeringa.

Određuje koliko je potrebna kontrola procesa

Različiti načini očvršćavanja zahtijevaju različite nivoe livničke discipline.

• Progresivno učvršćivanje obično najviše oprašta.
• Srednje skrućivanje zahteva uravnoteženu kontrolu.
• Kašasto očvršćavanje zahtijeva najagresivnije inženjerske intervencije.

Kada se odljevak prirodno progresivno zamrzne, procesom se često može upravljati standardnim principima usmjerenog hranjenja.

Kada odljevak teži ka kašastom smrzavanju, livnici će možda biti potrebni jači toplotni gradijenti, bolji dizajn školjke, pažljivija kontrola temperature izlivanja, selektivno hlađenje, ili sofisticiraniju strategiju uspona.

Dakle, način očvršćavanja je također mjera težine procesa. Što je kašastije ponašanje smrzavanja, to je potrebno više truda da bi se dobio zvuk odbacivanja.

To je skrivena veza između dizajna i kvaliteta

Jedan od najvažnijih razloga zašto je način očvršćavanja važan je taj što povezuje dizajn livenja sa konačnim kvalitetom.

Dio može izgledati odlično u CAD-u, a može čak i uspješno izliti, ali ako je njegov način očvršćavanja loš, završni dio još uvijek može propasti.

Režim očvršćavanja se povezuje:

• Izbor legure,
• Debljina presjeka,
• dizajn školjke,
• Temperatura izlijevanja,
• sistem hranjenja,
• uslovi hlađenja,
• i unutrašnji integritet.

To ga čini jednom od centralnih varijabli dizajna u investicionom livenju. To nije samo metalurški koncept. To je princip dizajna.

10. Zaključak

Način očvršćavanja je osnovni unutrašnji mehanizam koji određuje mikrostrukturu i distribuciju defekata odljevaka za ulaganje.

Klasificiran prema širini zone očvršćavanja, Stvrdnjavanje metala se dijeli na sloj po sloj, kašasto, i srednji modovi.

Opseg temperature kristalizacije legura u osnovi određuje inherentnu tendenciju skrućivanja, dok gradijent temperature livenja veštački podešava veličinu zone očvršćavanja.

U stvarnoj industrijskoj proizvodnji, inženjeri ljevaonice moraju odabrati ciljane procesne sheme prema atributima legure.

Podešavanjem temperature predgrijavanja školjke, ugrađivanje chill pegle, optimiziranje rasporeda uspona, i kontrolu pregrijavanja izlivanja, način očvršćavanja se može umjetno optimizirati kako bi se štetno kašasto skrućivanje transformiralo u kontrolirano očvršćavanje sloj po sloj.

Ovladavanje tri načina očvršćavanja i njihovim zakonima utjecaja je osnovna pretpostavka za uklanjanje defekata skupljanja, poboljšati unutrašnju kompaktnost, i proizvode visokokvalitetne kvalificirane odljevke za ulaganje.

Uz nadogradnju tehnologije simulacije livenja, vizualizirano temperaturno polje i predviđanje zone očvršćavanja dodatno će poboljšati preciznost kontrole načina skrućivanja, promicanje vrhunskog i inteligentnog razvoja industrije preciznog investicionog livenja.

 

FAQs

Koji način očvršćavanja ima najbolje performanse hranjenja?

Stvrdnjavanje sloj po sloj. Njegove koncentrisane šupljine koje se skupljaju lako se eliminišu kroz uspone, a tekućina koja teče može spontano zacijeliti mikropukotine.

Zašto je kašastim skrućivanjem teško eliminisati poroznost?

Međusobno povezani dendriti izoluju zaostalu tečnost u zatvorene tečne bazene, a konvencionalni usponci ne mogu ostvariti duboko hranjenje za dispergovanu poroznost mikro skupljanja.

Zašto investiciono livenje ima tendenciju da formira široke zone očvršćavanja?

Keramičke školjke se prethodno zagrevaju pre izlivanja, što rezultira niskim temperaturnim gradijentima poprečnog presjeka, koji proširuju kašastu zonu i olakšavaju stvrdnjavanje kaše.

Kako pretvoriti kašasto očvršćavanje u očvršćavanje sloj po sloj?

Povećajte lokalne temperaturne gradijente dodavanjem glačala za hlađenje, smanjenje temperature predgrijavanja ljuske, i ubrzanje brzine hlađenja površine.

Koji je najrašireniji način očvršćavanja u industrijskom investicionom livenju?

Srednje skrućivanje. Većina legiranih čelika srednjeg ugljika i uobičajenih legura za livenje pripadaju ovoj kategoriji s uravnoteženim sveobuhvatnim performansama.