Investiční lití — Způsoby tuhnutí odlitků

Zavedení

V investičním odlévání, roztavená slitina může být identická, keramický plášť může být identický, a podmínky lití se mohou dokonce zdát stejné.

Přesto mohou být finální odlitky kvalitativně zcela odlišné.

Jedna část může být hustá, zvuk, a čisté; jiný může obsahovat poréznost smršťování, vnitřní dutiny, Horké slzy, nebo skryté slabé zóny, které se objeví až později během obrábění nebo servisu.

Důvodem není jen „štěstí“ nebo chemie slitin. Je to způsob, jakým odlitek tuhne.

Tuhnutí je rozhodující fází, ve které se tekutý kov přeměňuje na pevnou složku.

Během této fáze, teplotní pole uvnitř odlitku se neustále vyvíjí, fronta tuhnutí se pohybuje dovnitř, a jsou stanoveny vnitřní podmínky krmení.

V Investiční obsazení, kde tenké keramické mušle, precizní geometrie, a pečlivě kontrolované tepelné chování všechny vzájemně působí, režim tuhnutí se stává jedním z nejdůležitějších faktorů ovlivňujících kvalitu odlitku.

Obecně jsou uznávány tři základní režimy tuhnutí:

• Postupné tuhnutí
• Kašovité tuhnutí
• Mezituhnutí

Tyto režimy jsou určeny především rozsahem tuhnutí slitiny a teplotním gradientem v odlitku.

Každý režim vytváří jinou vnitřní strukturu, různé podmínky krmení, a jinou vadovou tendenci.

Jejich pochopení je pro design stoupaček zásadní, shell design, ovládání chlazení, a prevence defektů.

1. Zóna tuhnutí uvnitř odlitku

Během tuhnutí, většina odlitků obsahuje tři tepelné oblasti:

The zóna tuhnutí je nejdůležitější oblastí, protože v ní není materiál ani plně kapalný, ani plně pevný.

Je to zóna, kde rostou zrna, tekutý kov se pohybuje mezidendritickými kanály, a smršťování může být úspěšné nebo selhat.

1 je plášť formy, 2 je zóna pevné fáze (TJ., ztuhlá oblast), 3 je zóna tuhnutí (TJ., region v současnosti tuhne, kde koexistují kapalné a pevné látky), 4 je zóna kapalné fáze

Od povrchu dovnitř, kov začne mrznout blízko stěny skořepiny a čelo tuhnutí se postupně pohybuje směrem ke středu.

V každém okamžiku, odlitek si lze představit jako dynamický systém s pohyblivým čelem, ne jako statický objekt ochlazující rovnoměrně zvenčí dovnitř.

Kvalita konečného odlitku silně závisí na tom, jak široká je tato zóna tuhnutí a jak se chová při zmrazování.

2. Co určuje režim tuhnutí?

The tuhnutí režim investičního odlitku se řídí především dvě interagující proměnné: rozsah tuhnutí slitiny a teplotní gradient uvnitř odlitku.

Když jsou teploty likvidu a solidu velmi blízko, slitina má tendenci mrznout s ostrým předkem a chová se spíše jako materiál s progresivním tuhnutím;

když je mezera široká, slitina vytváří širší zónu pevná látka-kapalina a je pravděpodobnější, že tuhne kašovitým způsobem.

Složení slitiny je prvním řídícím faktorem

Složení je nejzákladnější hnací silou, protože legující prvky mohou posun teploty kapalin a pevných látek, rozšířit nebo zúžit rozsah mrazu, a změnit bod koherence dendritické sítě.

Jak se rozsah mrazu prodlužuje, oblast pevná látka-kapalina se zvětšuje, dobře definovaná pevná skořápka se tvoří méně snadno, a krmení musí probíhat přes částečně ztuhlou dendritickou strukturu.

Komerčně čisté kovy a nízkotuhnoucí slitiny mají tendenci tvořit rovinnou přední nebo krátkou sloupcovou zónu, zatímco u déle tuhnoucích slitin dochází k dendritickému tuhnutí na mnohem větší části průřezu.

Teplotní gradient řídí, zda přední část zůstane ostrá

Druhým hlavním faktorem je teplotní gradient od stěny skořepiny směrem k odlévacímu centru.

Silnější gradient podporuje směrové zmrazení a tlačí odlitek směrem k postupnému tuhnutí.

Slabší gradient rozšíří kašovitou zónu a způsobí, že režim mrazení bude objemnější.

V průmyslových odlitcích, inženýr to může ovlivnit nepřímo prostřednictvím předehřívání pláště, úroveň izolace, Tloušťka sekce, a podmínky chlazení, i když základní tepelnou fyziku nelze přímo změnit.

Důležitá je místní doba tuhnutí

Režim tuhnutí je také utvářen místní doba tuhnutí, což je interval mezi průchodem izoterm likvidu a solidu v daném bodě.

Delší doba lokálního tuhnutí obvykle znamená širší kašovitou zónu a větší riziko mikrosegregace a problémů s interdendritickým krmením.

Literatura o tuhnutí odlitků ukazuje, že mikrosegregace se zvyšuje se zvyšujícím se rozsahem mrazu a že dendritická síť se stává méně propustnou, jakmile je dosaženo koherence..

Teplota nalévání a přehřátí upravují počáteční podmínky

Teplota lití sama o sobě nedefinuje režim tuhnutí, ale silně ovlivňuje, jak dlouho zůstane odlitek plně tekutý, než se vytvoří zmrzlá fronta.

Vyšší přehřátí oddaluje začátek tuhnutí a může vyrovnat počáteční teplotní gradient, zatímco nižší přehřátí zkracuje čas, který je k dispozici pro plnění, a může zvýšit pravděpodobnost předčasného zamrznutí.

V praxi, to znamená, že teplota lití posouvá tepelné podmínky, za kterých je vyjádřen vnitřní rozsah tuhnutí slitiny.

Geometrie může lokálně změnit režim

Tloušťka řezu, rohy, vnitřní prohlubně, a izolovaná horká místa mohou změnit režim místního tuhnutí, i když je slitina nezměněna.

Silné části udrží teplo déle a chovají se spíše jako mrazivé nebo kašovité oblasti, zatímco tenké řezy obvykle zmrazují rychleji a ve směru.

Ostré vnitřní rohy jsou obzvláště důležité, protože koncentrují tepelnou hmotu a mohou zpomalit místní zamrzání, pokud není geometrie záměrně upravena nebo ochlazena..

Chování skořepiny vytavitelného lití je součástí rovnice

V investičním odlévání, keramická skořepina není jen nádoba; je součástí tepelného návrhu.

Předehřejte skořápku, tloušťka pláště, sestavení povlaku, a dráha chlazení po nalití mění to, jak teplo opouští odlitek.

To je důvod, proč stejná slitina může tuhnout progresivně v jednom uspořádání skořepiny a více kašovitě v jiném.

Směrové řízení je tedy kombinovaným efektem konstrukce slitiny, shell design, a tepelného managementu.

3. Režim tuhnutí vrstvy po vrstvě

Definice

Progresivní tuhnutí je režim, ve kterém jsou pevné a kapalné oblasti jasně odděleny relativně zřetelnou frontou mrazu.

Povrch odlitku nejprve ztuhne, a přední část plynule postupuje dovnitř, jak je postupně přiváděna zbývající kapalina.

Použitelné průmyslové slitiny

Mezi typické slitiny pro tuhnutí vrstvy po vrstvě patří šedá litina, nízkouhlíková ocel, čistý průmyslový hliník, čistá měď, a eutektické slitiny hliníku a křemíku.

Ve výrobě investičních odlitků, Eutektická hliník slitiny a nízkouhlíková nerezová ocel jsou nejrozšířenějšími třídami s touto charakteristikou tuhnutí.

Charakteristiky

V postupném tuhnutí:

• Předek tuhnutí je poměrně ostrý.
• Tekutý kov zůstává spojen delší dobu.
• Poslední tekutý kov je obvykle koncentrován v jednom konečném horkém místě.
• Krmení je relativně jednoduché, protože zóna smršťování je lokalizovaná.
• Casting často ukazuje centrální smršťovací dutiny spíše než široce rozptýlená pórovitost.

Význam kvality

Postupné tuhnutí je obecně příznivé pro pevnost, protože smrštění lze snadněji předvídat a napájet.

Pokud je oblast posledního zmrazení správně zásobována stoupačkou nebo podavačem, koncentrované smrštění lze účinně kontrolovat.

To je důvod, proč mnoho nízkotuhnoucích slitin vykazuje dobré chování při podávání.

V deskovitých nebo tyčovitých odlitcích, při nedostatečném podávání se může vytvořit středová dutina, ale defekt je často snazší odhalit a opravit než difúzní poréznost rozprostřená po celé sekci.

Praktické využití v investičním lití

Investiční odlitky, které postupně tuhnou, se obvykle snáze ovládají, za předpokladu, že je tepelná cesta nasměrována správně.

Když konstrukce podporuje směrové zmrazení směrem ke podavači, je pravděpodobnější, že odlitek zůstane zdravý.

Však, pokud je horké místo nesprávně izolováno, v zóně konečného tuhnutí se stále může vytvořit koncentrovaná smršťovací dutina.

4. Kašovité tuhnutí (Objemové tuhnutí) Režim

Definice

Kašovité tuhnutí, také volal objemové tuhnutí nebo pastovité tuhnutí, je režim, ve kterém slitina prochází širokou zónou tuhnutí.

Kov na jedné výrazné přední straně nenamrzá; místo toho, vytváří kašovitou nebo kašovitou směs pevných dendritů a zbývající kapaliny.

Použitelné průmyslové slitiny

Reprezentativní kašovité slitiny pro tuhnutí zahrnují tvárnou litinu, vysoce uhlíková ocel, a cínový bronz.

Vysoce uhlík Martensitic nerez běžně používané ve vytavitelném lití typicky vykazuje typické kašovité tuhnutí.

Charakteristiky

V kašovitém tuhnutí:

• Zóna tuhnutí je široká.
• Slitina brzy vyvine dendritickou strukturu.
• Jakmile je pevná frakce dostatečně vysoká, zbývající kapalina se zachytí v izolovaných kapsách.
• Krmení se stává obtížným, protože cesty kapaliny jsou přerušeny.
• Casting je náchylný na Porozita smršťování nebo mikrosmrštění rozmístěno po celé sekci.

Proč je to problematické

Když se dendrity propojí, zbývající kapalina již nemůže volně proudit z podavače do horkého místa.

Místo jedné koncentrované dutiny, v odlitku se může vyvinout mnoho malých vnitřních dutin rozprostřených skrz zónu tuhnutí.

Tyto rozložené vady je často obtížnější odstranit než jedna smršťovací dutina.

To je důvod, proč se slitiny se širokým rozsahem mrazu krmí běžnými stoupačkami obtížněji. Smrštění se neshromažďuje na jednom místě; šíří se po objemu.

Praktické využití v investičním lití

Kašovité tuhnutí je důležité zejména v tenkém, komplex, nebo vysoce legované odlitky, kde chemické složení slitiny přirozeně vytváří široký rozsah mrazu.

V takových případech, jednoduché krmení často nestačí. Proces může vyžadovat:

• silnější směrové chlazení,
• větší nebo účinnější podavače,
• zlepšené tepelné gradienty,
• snížené přehřátí,
• nebo selektivní chlazení.

Cílem je zabránit tomu, aby se zóna tuhnutí stala příliš širokou a příliš izolovanou.

5. Režim středního tuhnutí

Definice

Většina průmyslových slitin patří do typu se středním tuhnutím, jehož charakteristiky tuhnutí leží mezi režimem vrstvy po vrstvě a kašovitým režimem.

Zóna tuhnutí si zachovává střední šířku; hranice mezi pevnou látkou a kapalinou není ani zřejmé hladké rozhraní, ani kašovitá vrstva plného průřezu.

Dendritický růst a krmení kapalinou koexistují během procesu tuhnutí.

Použitelné průmyslové slitiny

Mezi typické slitiny se středním tuhnutím patří středně uhlíková ocel, oceli s vysokým obsahem manganu, a bílé litiny.

Největší podíl na vytavitelných odlitcích se středním tuhnutím tvoří konstrukční díly ze středouhlíkové nízkolegované oceli.

Charakteristiky

Mezituhnutí kombinuje vlastnosti obou režimů:

• Přední strana tuhnutí není dokonale ostrá.
• Zóna tuhnutí má střední šířku.
• Krmení je možné, ale ne tak snadné jako u slitin s úzkým mrazem.
• Chování při smršťování je složitější než u čistého progresivního zmrazování.
• Tendence k defektům leží mezi koncentrovaným smrštěním a distribuovaným mikrostažením.

Proč na tom záleží

Mezituhnutí je nejběžnějším průmyslovým případem. Mnoho standardních inženýrských slitin tímto způsobem zmrzne.

Jejich kvalita silně závisí na konstrukci odlitku, protože nejsou přirozeně tak shovívavé jako nízkotuhnoucí slitiny, ale nejsou tak obtížné jako silně kašovité slitiny..

Praktické využití v investičním lití

Pro středně tuhnoucí slitiny, slévárna musí pečlivě vyvažovat:

• teplota skořápky,
• Teplota nalévání,
• Tloušťka sekce,
• umístění podavače,
• a rychlost chlazení.

Protože slitina přirozeně neposkytuje ideální cestu zmrazování, návrhář procesu jej musí vytvořit.

6. Srovnání tří režimů tuhnutí

7. Faktory, které posouvají tuhnutí směrem k jednomu nebo druhému režimu

Režim tuhnutí není určen pouze jednou proměnnou. Je výsledkem vzájemného působení mezi slitinová chemie, tepelný spád, podmínky nalévání, chování shellu, a geometrie odlévání.

Změnou těchto faktorů, slévárna může tlačit odlitek k postupnému tuhnutí nebo ke kašovitému tuhnutí.

Rozsah zmrazení slitin

Nejdůležitějším faktorem je rozsah tuhnutí slitiny.

• Úzký rozsah mrazu → má sklon k postupnému tuhnutí
• Široký rozsah mrazu → má tendenci ke kašovitému tuhnutí
• Střední rozsah mrazu → má sklon k přechodnému tuhnutí

Čím širší je interval likvidus–solidus, čím déle zůstává odlitek v polotuhém stavu a tím je pravděpodobnější, že se vyvine široká zóna tuhnutí.

To je jediný nejdůležitější důvod, proč se některé slitiny krmí snadněji než jiné.

Tepelný spád v odlitku

Čím silnější je tepelný gradient, tím je pravděpodobnější, že odlitek postupně zamrzne.

Strmý pokles teploty od stěny skořepiny do středu podporuje jasné mrazení a pomáhá kovu ztuhnout ve směrovém sledu.

Pokud je teplotní gradient slabý, zóna tuhnutí se rozšiřuje. Větší část sekce zůstává polotuhá po delší dobu, což vede chování ke kašovitému zmrznutí.

Předehřívání skořápky a extrakce tepla skořápky

V investičním odlévání, keramický plášť je hlavním prvkem regulace teploty.

Teplejší plášť snižuje počáteční tepelný šok a může zlepšit plnění, ale také zpomaluje odběr tepla na začátku.

Chladnější plášť odebírá teplo agresivněji, které mohou zostřit mrazivou frontu a podpořit postupné tuhnutí.

Důležitá je také tloušťka pláště:

• Silnější skořápka → větší tepelný odpor → pomalejší odvod tepla → širší mrazicí zóna
• Tenčí skořápka → menší tepelný odpor → rychlejší odvod tepla → ostřejší zmrazovací čelo

Teplota nalévání a přehřátí

Teplota lití ovlivňuje, kolik dodatečného tepla musí kov ztratit, než začne mrazení.

• Vyšší přehřátí obvykle zpomaluje zamrzání a může vyrovnat teplotní gradient.
• Snižte přehřátí zkracuje dobu před začátkem tuhnutí, ale pokud se to vezme příliš daleko, může to snížit plnost a způsobit chybné běhy.

V praxi, nadměrné přehřátí může způsobit, že režim tuhnutí bude objemnější, zatímco řízené přehřátí může pomoci zachovat více směrovou dráhu mrazu.

Tloušťka stěny odlitku

Tloušťka stěny je jedním z nejviditelnějších faktorů souvisejících s geometrií.

• Tenké stěny rychle tuhnou a mají tendenci podporovat postupné tuhnutí.
• Tlusté stěny déle udrží teplo a s větší pravděpodobností vytvoří široké kašovité zóny.

To je důvod, proč se v těžkých úsecích často objevují horká místa, šéfové, křižovatky, nebo izolované masy, kde teplo nemůže snadno uniknout.

Geometrie a lokální tepelná hmota

Ostré rohy, vnitřní křižovatky, šéfové, a náhlé změny průřezu vytvářejí místní tepelnou nerovnováhu.

Některé oblasti mohou ztuhnout brzy, zatímco jiné zůstanou tekuté nebo polotuhé. To může posunout režim lokálního tuhnutí, i když se samotná slitina nezmění.

Mezi klíčové geometrické prvky, které ovlivňují režim zmrazení, patří:

• vnitřní rohy,
• vnější rohy,
• průsečíky žeber,
• izolované podložky,
• a náhlé změny tloušťky.

Chladící prostředí po nalití

Záleží také na způsobu chlazení odlitku po nalití. Chlazení pod širým nebem, chlazení v pískovém loži, izolace, a nucené chlazení vytvářejí různé podmínky tepelné ztráty.

Rychlejší chlazení zostřuje teplotní gradient a podporuje postupné zamrzání. Pomalejší chlazení rozšiřuje polotuhé stadium a tlačí chování směrem ke kašovitému tuhnutí.

8. Vztah mezi režimem tuhnutí a kvalitou odlévání

Režim tuhnutí není teoretickým detailem; je jedním z hlavních determinantů kvality odlitku.

Ovlivňuje to hustota, schopnost krmení, tvorba poréznosti, tendence k praskání za tepla, mikrostruktura, a konečnou zdravost.

V investičním odlévání, kde je již tvarová přesnost vysoká, režim tuhnutí se často stává faktorem, který rozhoduje o tom, zda je díl pouze rozměrově správný nebo skutečně provozuschopný.

Hustota a vnitřní zdraví

Odlitek nejsnáze vydává zvuk, když tuhnutí probíhá řízeným směrovým způsobem.

V postupné tuhnutí, poslední kapalina je koncentrována v relativně malém horkém místě, takže krmení může být soustředěno a smršťování může být často účinně řízeno.

To obvykle vede k lepší hustotě a nižšímu riziku rozptýlených vnitřních dutin.

V kašovité ztuhnutí, naopak, zbývající kapalina se zachytí uvnitř široké polotuhé dendritické sítě.

Jakmile se pevný rámec stane soudržným, krmné cesty se rychle uzavírají, a smrštění se šíří skrz sekci jako mnoho malých dutin spíše než jedna snadno ovladatelná dutina.

To je důvod, proč je často obtížnější vyrobit plně hutné slitiny.

Smršťovací dutina versus smršťovací pórovitost

Typ vady smršťování je silně spojen s režimem tuhnutí.

• Postupné tuhnutí má tendenci produkovat a koncentrovaná smršťovací dutina v zóně konečného zmrazení, pokud je krmení nedostatečné.
• Kašovité tuhnutí má tendenci produkovat distribuovaná pórovitost smršťování nebo mikrostažení přes zónu tuhnutí.
• Mezituhnutí může vykazovat buď chování v závislosti na tloušťce průřezu, krmná cesta, a termoregulaci.

Z hlediska řízení procesu, koncentrovaná dutina se často snáze lokalizuje, krmivo, a odstranit než rozšířenou pórovitost.

To je jeden z důvodů, proč je postupné tuhnutí obecně příznivější z hlediska spolehlivosti odlévání.

Trhání a praskání za tepla

Trhání za tepla nastává, když je částečně ztuhlý odlitek při kontrakci omezen a nemůže plynule zmírnit tepelné napětí.

Režim tuhnutí to ovlivňuje, protože mechanické chování kovu se mění, když pevná frakce stoupá.

• V postupné tuhnutí, zbývající tekutina může být stále schopna zacelit malé kontrakční otvory, pokud je krmení dostatečné.
• V kašovité ztuhnutí, polopevná dendritická síť může brzy ztuhnout, takže kontrakci se brání a praskání je pravděpodobnější.
• V střední tuhnutí, riziko je mírné a vysoce závislé na konstrukci horkého místa a systému krmení.

Praktické poučení zní, že trhání za tepla není jen záležitostí metalurgie. Je to otázka cesty tuhnutí.

Schopnost krmení

Přivádění je nejúčinnější, když se tekutý kov může stále pohybovat skrz sekci, aby nahradil objemové smrštění.

Proto na režimu tuhnutí tolik záleží.

• Postupné tuhnutí déle zachovává spojenou dráhu kapaliny.
• Kašovité tuhnutí prolomí tuto cestu brzy, jakmile se dendrity do sebe zapletou.
• Mezituhnutí poskytuje částečnou krmnou kapacitu, ale ne tak spolehlivě jako postupné zmrazování.

Pokud selže krmení, vady smrštění jsou někde v odlitku téměř zaručeny.

Z toho důvodu, režim tuhnutí musí být vždy uvažován společně s návrhem nálitků a geometrií řezu.

Mikrostruktura a uniformita vlastností

Způsob zamrzání odlitku také formuje konečnou strukturu zrna.

Více směrový vzor zmrazování má tendenci vytvářet uspořádanější frontu tuhnutí, zatímco široké kašovité zmrazení často vytváří hrubší dendritické struktury a více kompozičních variací mezi zónami.

To je důležité, protože mikrostruktura ovlivňuje:

• pevnost v tahu,
• tažnost,
• únavové chování,
• odolnost proti korozi,
• a odezva obrábění.

Zvukový odlitek není jen takový, který je bez viditelných vad. Je to takové, jehož vnitřní struktura je dostatečně konzistentní, aby poskytovala spolehlivý výkon služeb.

9. Proč je při investičním lití důležitý režim tuhnutí

Režim tuhnutí je jednou z nejdůležitějších proměnných ve vytavitelném lití, protože určuje, zda se odlitek stane zvuk, krmitelné, a konstrukčně spolehlivé,

nebo zda u něj vznikají skryté vady, které se objevují až později při obrábění, inspekce, nebo službu.

Režim tuhnutí řídí vnitřní zvuk

Hlavním důvodem, proč je režim tuhnutí důležitý, je to, že přímo ovlivňuje způsob, jakým je řešeno smršťování. Jak kov zamrzne, jeho objem klesá.

Pokud může tekutý kov dále proudit do smršťovací oblasti, odlitek zůstává hustý a zdravý. Pokud je krmení přerušeno příliš brzy, vznikají vady smršťování.

• Postupné tuhnutí obvykle koncentruje smrštění v jedné poslední mrazicí zóně, které se snadněji krmí a spravují.
• Kašovité tuhnutí má tendenci šířit smrštění přes širokou polopevnou oblast, což ztěžuje zabránění vnitřní poréznosti.
• Mezituhnutí sedí mezi těmito dvěma a může se chovat dobře nebo špatně v závislosti na tepelném provedení.

Jinými slovy, režim tuhnutí určuje, zda je smrštění lokalizované a kontrolovatelné, nebo rozptýlené a obtížně odstranitelné.

Rozhoduje o úspěchu nebo neúspěchu krmení

Investiční lití do značné míry závisí na krmení. Podavač nebo stoupačka musí zůstat tekutá dostatečně dlouho, aby zásobila poslední místa k zamrznutí. Režim tuhnutí určuje, jak dlouho zůstane dráha podávání otevřená.

Odlitek, který progresivně zmrzne, dává slévárně větší šanci udržet připojený zásobník kapaliny.

Odlitek, který zmrzne kašovitým způsobem, může toto spojení předčasně ztratit, zachycující kapalinu v izolovaných kapsách.

Jakmile jsou ty kapsy odříznuté, žádné množství pozdějšího ochlazení nemůže obnovit zdravý stav.

To je důvod, proč návrh podávání nelze oddělit od režimu tuhnutí. Podavač je účinný pouze v případě, že to podporuje sekvence zmrazování.

Ovlivňuje typ a umístění vady smrštění

Režim tuhnutí také rozhoduje o tom, jaký druh smršťovací vady se pravděpodobně objeví.

Koncentrovaná dutina je často méně škodlivá než rozšířené mikrosmrštění, protože je viditelnější, více lokalizované, a lépe ovladatelné s náběhy nebo přídavkem na obrábění.

Distribuovaná pórovitost, naopak, může oslabit velkou oblast dílu, aniž by to bylo zvenčí zřejmé.

Ovlivňuje trhání za tepla a praskání

Trhání za tepla silně souvisí s tím, jak se odlitek smršťuje, když je částečně pevný.

Pokud polotuhá síť ztuhne dříve, než odlitek dokončí svou kontrakci, tahové napětí se může nahromadit a díl prasknout.

Na režimu tuhnutí záleží, protože se mění:

• jak rychle se dendritická síť stane koherentní,
• jak dlouho zůstává tekutina k dispozici pro zmírnění stresu,
• a kolik je omezení během kontrakce.

Progresivní tuhnutí často nabízí lepší šanci na nasycení kontrakcí a uvolnění stresu.

Kašovité tuhnutí může uzamknout strukturu příliš brzy, čímž je odlitek náchylnější k roztržení. Proto je režim tuhnutí přímým faktorem prevence trhlin, nejen problém se smršťováním.

Formuje mikrostrukturu a konečné vlastnosti

Způsob zamrzání odlitku také ovlivňuje strukturu zrna, rozestup dendritů, a jednotnost složení kovu.

Více směrová zmrazovací dráha má tendenci vytvářet uspořádanější strukturu, zatímco široká kašovitá zóna často vede k hrubším dendritům a větší místní segregaci.

To je důležité, protože to ovlivňuje vnitřní struktura:

• pevnost v tahu,
• tažnost,
• únavová život,
• korozní odezva,
• a chování při obrábění.

Odlitek může vyhovovat rozměrovým specifikacím a přesto může mít nedostatečnou výkonnost, pokud jeho režim tuhnutí vytváří nerovnoměrnou nebo porézní vnitřní strukturu.

To je zvláště důležité u vysoce hodnotných vytavitelných odlitků používaných v letectví, moc, lékařský, a aplikace přesného strojírenství.

Určuje, kolik řízení procesu je vyžadováno

Různé způsoby tuhnutí vyžadují různé úrovně slévárenské disciplíny.

• Postupné tuhnutí je obvykle nejshovívavější.
• Mezituhnutí vyžaduje vyváženou kontrolu.
• Kašovité tuhnutí vyžaduje nejagresivnější technický zásah.

Když odlitek přirozeně postupně zamrzne, proces lze často řídit standardními principy směrového podávání.

Když odlitek má tendenci ke kašovitému mrznutí, slévárna může potřebovat silnější teplotní gradienty, lepší design skořepiny, pečlivější kontrola teploty nalévání, selektivní chlazení, nebo sofistikovanější strategii stoupaček.

Takže režim tuhnutí je také měřítkem obtížnosti procesu. O to kašovitější mrazivé chování, tím větší úsilí je potřeba k tomu, aby odlévání vyznívalo.

Je to skryté spojení mezi designem a kvalitou

Jedním z nejdůležitějších důvodů, proč je režim tuhnutí důležitý, je to, že spojuje design odlitku s konečnou kvalitou.

Součást může vypadat skvěle v CAD a může se dokonce úspěšně nalévat, ale pokud je jeho režim tuhnutí špatný, poslední část ještě může selhat.

Režim tuhnutí na sebe navazuje:

• Výběr slitiny,
• Tloušťka sekce,
• shell design,
• Teplota nalévání,
• krmný systém,
• podmínky chlazení,
• a vnitřní integritu.

To z něj dělá jednu z hlavních konstrukčních proměnných ve vytavitelném lití. Nejde jen o hutní koncept. Jde o princip designu.

10. Závěr

Režim tuhnutí je hlavním vnitřním mechanismem určujícím mikrostrukturu a distribuci defektů u vytavitelných odlitků.

Klasifikováno podle šířky zóny tuhnutí, tuhnutí kovu je rozděleno na vrstvu po vrstvě, sentimentální, a střední režimy.

Rozsah krystalizačních teplot slitin zásadně určuje vlastní tendenci tuhnutí, zatímco teplotní gradient lití uměle upravuje velikost zóny tuhnutí.

Ve skutečné průmyslové výrobě, slévárenští inženýři musí vybrat cílená schémata procesu podle atributů slitiny.

Nastavením teploty předehřívání skořápky, vkládání chladicích žehliček, optimalizace uspořádání stoupaček, a řízení přehřátí lití, režim tuhnutí lze uměle optimalizovat pro přeměnu nepříznivého kašovitého tuhnutí na řiditelné tuhnutí po vrstvách.

Zvládnutí tří režimů tuhnutí a jejich ovlivňujících zákonitostí je základním předpokladem k odstranění vad smršťování, zlepšit vnitřní kompaktnost, a vyrábět vysoce kvalitní kvalifikované odlitky.

S modernizací technologie simulace odlévání, vizualizované teplotní pole a predikce zóny tuhnutí dále zvýší přesnost řízení režimu tuhnutí, podpora špičkového a inteligentního rozvoje odvětví přesného investičního lití.

 

Časté časté

Který režim tuhnutí má nejlepší podávací výkon?

Tuhnutí vrstvy po vrstvě. Jeho koncentrované smršťovací dutiny lze snadno odstranit pomocí stoupaček, a proudící kapalina může mikrotrhlinky spontánně zacelit.

Proč je kašovité tuhnutí obtížné odstranit pórovitost?

Vzájemně propojené dendrity izolují zbytkovou kapalinu do uzavřených nádrží kapalin, a konvenční stoupačky nemohou realizovat hluboké podávání pro rozptýlenou pórovitost mikrosrážení.

Proč má investiční lití tendenci vytvářet široké zóny tuhnutí?

Keramické skořepiny se před naléváním předehřejí, což má za následek nízké teplotní gradienty průřezu, které rozšiřují kašovitou zónu a usnadňují kašovité tuhnutí.

Jak převést kašovité tuhnutí na tuhnutí po vrstvách?

Zvyšte místní teplotní gradienty přidáním chladicích žehliček, snížení teploty předehřívání pláště, a zrychlení rychlosti povrchového ochlazování.

Jaký je nejpoužívanější režim tuhnutí v průmyslovém vytavitelném lití?

Mezituhnutí. Většina středně uhlíkatých legovaných ocelí a běžných slévárenských slitin patří do této kategorie s vyváženým komplexním výkonem.