عیوب ریخته گری سرمایه گذاری - تخلخل بارش

1. مقدمه

تخلخل به عنوان شایع ترین و غیرقابل حل ترین نقص در کل صنعت ریخته گری سرمایه گذاری برجسته است.

در میان چهار نقص منافذ مربوط به جریان اصلی گاز - تخلخل بارش, تخلخل به دام افتاده, تخلخل تهاجمی, و تخلخل واکنش,

تخلخل بارش به دلیل وقوع نامنظم و محرک‌های ریشه مبهم مدت‌هاست که تکنسین‌ها و تولیدکنندگان ریخته‌گری را آزار می‌دهد..

بسیاری از کارخانه های ریخته گری دقیق اغلب با ناهنجاری های کیفیت متناوب مواجه می شوند: دسته های ریخته گری واجد شرایط با نمونه های معیوب جایگزین می شوند, در حالی که بازرسان برای مشخص کردن منابع دقیق گاز تلاش می کنند,

چه هیدروژن, نیتروژن یا مونوکسید کربن, از آنجایی که گاز محلول را نمی توان مستقیماً در طی تولید در محل مشاهده یا به طور مستقیم تأیید کرد.

برخلاف عیوب سطحی ناشی از عملیات پوسته سازی یا ریختن نامناسب, تخلخل بارش ناشی از عدم تعادل متالورژیک داخلی آلیاژ مذاب است.

اغلب ناشی از غفلت انباشته از جزئیات عملیاتی بی اهمیت به جای خطاهای فاجعه آمیز فرآیند است., تشخیص و عیب یابی بسیار چالش برانگیز است.

بر اساس تک نگاری های ریخته گری کلاسیک از جمله علل نقص و اقدامات متقابل ریخته گری سرمایه گذاری وت نظریه شکل گیری ریخته گری,

همراه با تجربه عملی تولید خط مقدم و اصول متالورژی استاندارد, این مقاله به طور عمیق ارائه می دهد, تجزیه و تحلیل چند بعدی که تخلخل بارش را هدف قرار می دهد.

معیارهای شناسایی بصری را پوشش می دهد, مکانیسم های متالورژیکی اساسی, منابع گاز متنوع, عوامل کلیدی تاثیرگذار, ویژگی های تمایز خاص آلیاژ,

و استراتژی های کنترل جامع هدفمند, ارائه مراجع فنی عملی برای تشخیص روزانه نقص و بهینه سازی فرآیند استاندارد شده برای متخصصان ریخته گری سرمایه گذاری.

2. طبقه بندی تخلخل گاز در ریخته گری سرمایه گذاری

برای کاهش قضاوت نادرست در طول بازرسی طبقه مغازه و تجزیه و تحلیل علت اصلی, تخلخل مربوط به گاز در سرمایه گذاری سرمایه گذاری را می توان بر اساس چهار دسته مجزا طبقه بندی کرد مکانیسم تشکیل, مورفولوژی نقص, و شرایط محرک.

این طبقه بندی به تشخیص عیوب متالورژیکی از مربوط به قالب کمک می کند, مربوط به جابجایی, و انواع منافذ ناشی از واکنش.

3. ویژگی های بصری و توزیعی تخلخل بارش

تخلخل بارش دارای ویژگی های مورفولوژیکی و توزیعی متمایز است که آن را از سه نقص منفذ دیگر متمایز می کند., امکان شناسایی سریع و دقیق در طول بازرسی روزانه:

الگوی توزیع منظم

منافذ به طور یکنواخت در کل سطح مقطع ریخته گری با غلظت بالاتر در نقاط داغ پراکنده می شوند, بخش های دیواره ضخیم و نواحی نزدیک اسپرو - موقعیت هایی که جامد می شوند در طول چرخه خنک کننده باقی می مانند.

چنین توزیعی به طور مستقیم با انجماد تاخیری مرتبط است, که زمان کافی برای هسته شدن گاز محلول و تبدیل شدن به حباب های پایدار را فراهم می کند.

ویژگی های مورفولوژیکی متنوع

مورفولوژی منافذ به طور قابل توجهی بر اساس زمان بندی خاص بارش گاز در طول انجماد متفاوت است.

خوشه های کروی را ارائه می دهد, حفره های چند ضلعی, ریز منافذ را مشخص کنید, منافذ ریز ترک متناوب, یا سازه های مرکب مخلوط.

حباب‌های زودرس منافذ کروی صاف را تشکیل می‌دهند, در حالی که گاز دیر رسوب شده منافذ ریز سوزنی شکل و ترک مانند ایجاد می کند..

وقوع دسته محور

این نقص همبستگی معمولی کوره-بچ را نشان می دهد.

هنگامی که گاز محلول بیش از حد در آلیاژ مذاب تجمع می یابد, همه ریخته گری هایی که از یک کوره ذوب یا ملاقه فلز مذاب ریخته می شوند، تخلخل بارش را به طور همزمان ایجاد می کنند..

این ویژگی به طور موثر آن را از تخلخل مهاجم یا به دام افتاده پراکنده ناشی از نقص های قالب فردی متمایز می کند..

پدیده انجماد خیزش غیرعادی

رایزر به عنوان بصری ترین نشانگر قضاوت برای محتوای گاز زیاد در فلز مذاب عمل می کند.

تحت شرایط ذوب واجد شرایط, رایزر پس از انجماد یک سطح غرق شده طبیعی ارائه می دهد, یک پدیده فیزیکی طبیعی ناشی از انقباض حجم و جبران تغذیه است.

برعکس, اگر فلز مذاب حاوی گاز فوق اشباع بیش از حد باشد, بارش مداوم گاز اثر انقباض را خنثی می کند, که منجر به برآمدگی بالابرها می شود - این ناهنجاری ساده به عنوان یک سیگنال هشدار اولیه برای تخلخل احتمالی بارش عمل می کند..

4. مکانیسم شکل گیری بنیادی

تشکیل تخلخل رسوبی به اختلاف حلالیت غیرخطی عناصر گازی در داخل آلیاژ فلزی در حالت مایع و جامد بستگی دارد..

گازهای متعدد از جمله هیدروژن, نیتروژن و مونوکسید کربن می توانند در فلز مذاب با دمای بالا با ظرفیت اشباع بسیار بالا حل شوند.;

با این وجود, هنگامی که آلیاژ مذاب شروع به سرد شدن کرده و از فاز مایع به فاز جامد تبدیل می شود، حلالیت عناصر گازی به شدت کاهش می یابد..

در مرحله انجماد مخلوط ریخته گری سرمایه گذاری, کاهش دما تعادل دینامیکی انحلال گاز را می شکند.

اتم های گاز فوق اشباع از ماتریس آلیاژ جدا می شوند, هسته می شود تا حباب های کوچکی تشکیل شود, و به تدریج با تجمع گازی مداوم منبسط می شوند.

اگر این حباب ها نتوانند به سمت بالا شناور شوند و قبل از انجماد کامل از سطح فلز مذاب خارج شوند, آنها به طور دائم در داخل ریخته گری محصور خواهند شد, در نهایت تخلخل بارش را تشکیل می دهد.

یک قیاس ساده می تواند این اصل را توضیح دهد: آب گرم می تواند مقدار زیادی ساکارز را حل کند, در حالی که قند اضافی با کاهش دمای آب به ذرات جامد رسوب می کند.

تخلخل بارش از منطق فیزیکی یکسانی پیروی می کند, به جز این که گاز محلول به جای ذرات جامد درون ماتریس آلیاژ، به حباب ها رسوب می کند.

5. منابع گاز اصلی تخلخل بارش

گاز محلول که منجر به تخلخل بارش می شود از یک منبع مجزا نمی آید.

در عمل, این نتیجه تجمعی است مواد شارژ آلوده, عملیات ذوب غیر استاندارد, و عمل نادرست اکسید زدایی.

برای عیب یابی موثر, این علل ریشه ای را می توان به سه دسته عمده دسته بندی کرد.

مواد اولیه آلوده و ابزارهای کمکی: منبع اولیه

در میان همه عوامل موثر است, مواد خام آلوده شایع ترین و اغلب دست کم گرفته شده ترین علت وجود گاز بیش از حد در فلز مذاب هستند..

رطوبت, آلودگی نفتی, زنگ زدن, و مواد شارژ کوره مرطوب همگی قادر به افزایش برداشت گاز هستند, مخصوصا پیکاپ هیدروژن, در طول ذوب.

یک مسئله به خصوص مهم اما اغلب نادیده گرفته می شود تراکم رطوبت محیطی.

حتی زمانی که مواد, اجزای کوره, و ابزارها در داخل یک کارگاه ذوب داغ نگهداری می شوند, آنها ممکن است به دلیل نوسانات دمایی روزانه و تغییرات رطوبت محلی همچنان رطوبت را جذب کنند.

همانطور که شبنم می تواند روی شیشه جلو اتومبیل در شب شکل بگیرد, بخار آب موجود در هوا می تواند روی شمش های فولادی متراکم شود, دیوارهای کوره, ابزار نگهدارنده, و تجهیزات کمکی.

این رطوبت اغلب با چشم غیر مسلح قابل مشاهده نیست, با این حال می تواند تأثیر تعیین کننده ای بر کیفیت فلز مذاب داشته باشد.

برای تجزیه و تحلیل عیب در محل, باید یک تمایز عملی قائل شد:

• رطوبت در بار فلزی, تجهیزات ذوب, و ابزارهای عملیاتی بیشتر احتمال دارد به کمک کند تخلخل بارش.
• رطوبت در سینی های قالب, پوسته های سرامیکی, یا مواد نسوز بیشتر منجر به تخلخل تهاجمی.

این تمایز در ریخته گری سرمایه گذاری بسیار مهم است. ریخته گری با کیفیت بالا نیاز به تمیز کردن دارد, خشک, و هزینه های کوره به درستی کنترل شده است.

اگر مواد اولیه آلوده باشد, هیچ مقدار بهینه سازی فرآیند پایین دستی نمی تواند بار گاز حاصل را به طور کامل جبران کند.

رفتارهای عملیاتی ذوب غیر استاندارد

عملیات دستی تنظیم نشده در طول فرآیند ذوب، جذب گاز فلز مذاب را تشدید می کند.

شیوه های نادرست رایج شامل تغذیه آزادانه مواد خام است, مسدود شدن بقایای درخت اسپرو موم در داخل کوره که منجر به گرمای بیش از حد موضعی می شود,

نگهداری طولانی مدت آلیاژ مذاب در دمای بالا, ریزش مکرر سرباره که زمان قرار گرفتن فلز مذاب را در هوای محیط افزایش می دهد, و زمان‌بندی غیرهمگام افزودن اکسید‌کننده‌ها.

تمام این عملیات نامناسب باعث طولانی شدن حالت فعال در دمای بالا فلز مذاب می شود و راندمان جذب گاز را به طور چشمگیری افزایش می دهد..

اکسیداسیون معیوب و واکنش شیمیایی داخلی

همبستگی بین اکسید زدایی کیفیت و تخلخل بارش یک موضوع بحث برانگیز در دانشگاه های ریخته گری و عمل صنعتی است.

اکثر کتاب های درسی معتبر شکست اکسیداسیون را به عنوان یک محرک اصلی تخلخل بارش طبقه بندی می کنند.

از دیدگاه متالورژی عملی, منافذ ناشی از اکسیژن خالص در فولاد مذاب بسیار نادر است, زیرا اکسیژن بیشتر در حالت ترکیبی به جای آزاد وجود دارد.

در اصل, تخلخل بارش مربوط به نقص اکسیداسیون به طور غیر مستقیم تشکیل می شود:

اکسید زدایی ناکافی باعث واکنش های شیمیایی شدید کربن-اکسیژن در داخل آلیاژ مذاب می شود و گاز مونوکسید کربن تولید می کند..

گاز واکنش تخلیه نشده تجمع یافته، اشباع گاز کلی را افزایش می دهد و در نهایت به تخلخل بارش تبدیل می شود..

این فرآیند تشکیل شامل مکانیسم های دوگانه انحلال گاز و واکنش شیمیایی است, که آن را از منافذ رسوبی مبتنی بر حلالیت متمایز می کند.

علاوه بر, تمایز مشخص آلیاژی در تخلخل مرتبط با اکسیداسیون وجود دارد:

فولاد کربنی با محتوای کربن بالا مستعد واکنش کربن-اکسیژن و تخلخل مربوط به بارش است;

فولاد ضد زنگ دارای محتوای کربن بسیار کم و عناصر کروم فعال فراوان است که ترجیحاً با اکسیژن برای تشکیل اکسیدهای پایدار متصل می شود.,

بنابراین تخلخل بارش آن را باید در درجه اول به غنی سازی هیدروژن و نیتروژن ناشی از مواد خام مرطوب به جای خرابی اکسید زدایی نسبت داد..

6. عوامل مؤثر بر کلیدی & تجزیه و تحلیل حساسیت

سنتز تئوری های متالورژی و داده های تولید در محل, پنج عامل تعیین کننده شدت تولید تخلخل بارش در ریخته گری سرمایه گذاری را تعیین می کند:

غلظت اولیه گاز محلول

محتوای گاز اصلی فلز مذاب عامل پیش نیاز است.

هر چه میزان اشباع اولیه هیدروژن و نیتروژن بیشتر باشد, احتمال هسته شدن حباب در طول انجماد بیشتر است, و هر چه محدوده توزیع منافذ در داخل ریخته گری تمام شده بیشتر باشد.

ویژگی های انجماد آلیاژ

آلیاژهایی با نرخ انقباض انجماد زیاد و محدوده دمایی تبلور گسترده به تخلخل بارش حساس تر هستند..

آلیاژهایی که به انجماد متوالی دست می یابند به حباب های داخلی اجازه می دهد تا به سمت بالا شناور شوند و از کانال های فاز مایع خارج شوند.;

آنهایی که انجماد نرم را ارائه می کنند، دندریت های فاز جامد متراکمی را از قبل تشکیل می دهند, به دام انداختن حباب های کوچک و تشکیل منافذ ریز بارش پراکنده.

تمیزی هزینه های کوره

رطوبت باقیمانده, چربی و زنگ زدگی مواد اولیه نادیده گرفته ترین نقاط خطر روزانه هستند.

روشهای دقیق قبل از پخت و حذف ناخالصی موانع اساسی در برابر غنی سازی هیدروژن هستند.

وضعیت رطوبت محیط

کارگاه های با رطوبت بالا باعث تسریع تراکم شبنم بر روی مواد فلزی و ابزارهای عملیاتی می شوند,

به طور مداوم منابع بخار آب را برای جذب گاز مذاب تکمیل می کند, به ویژه در مناطق نیمه گرمسیری و بارانی برجسته است.

استانداردسازی جریان کار ذوب

ترتیب تغذیه مناسب, کنترل زمان نگهداری در دمای بالا,

ریتم استاندارد کاهش سرباره و افزودن اکسیدزدای علمی به طور مستقیم سطح گاز محلول آلیاژ مذاب را تثبیت می کند و تشکیل منافذ درون زا را مهار می کند..

7. استراتژی های پیشگیری و کنترل هدفمند

از آنجایی که تخلخل بارش از خطاهای کوچک تجمعی ناشی می شود نه از نقص های اصلی فرآیند.,

کنترل کامل لینک سیستماتیک برای پوشش مدیریت مواد خام مورد نیاز است, مشخصات ذوب, کنترل محیطی و تنظیم تطبیقی ​​آلیاژ:

پیش پردازش دقیق مواد خام

اجرای استانداردهای یکپارچه پذیرش مواد خام; هزینه های کوره های زنگ زده و آلوده به نفت را رد کنید.

برای تمام مواد فلزی پیش پخت با دمای ثابت انجام دهید, ابزارهای کمکی و حذف سرباره برای از بین بردن شبنم متراکم و رطوبت داخلی;

برای جلوگیری از جذب رطوبت ثانویه، مواد را در محیط های خشک در بسته طبقه بندی و ذخیره کنید.

استاندارد کردن مشخصات عملیاتی ذوب کامل

بهینه سازی روش های تغذیه برای اطمینان از انباشت مواد خام فشرده و گرمایش یکنواخت;

جلوگیری از نگهداری طولانی مدت آلیاژ مذاب در گرمای بیش از حد و کاهش سرباره مکرر غیر ضروری.

برای تثبیت محتوای اکسیژن داخلی و سرکوب واکنش‌های جانبی کربن-اکسیژن، طرح‌های انحصاری اکسید‌زدایی را بر اساس انواع آلیاژ تدوین کنید..

بهینه سازی پارامترهای انجماد و ریختن

دمای ریختن و سرعت خنک شدن را با توجه به ویژگی های آلیاژ و ضخامت دیواره ریخته گری تنظیم کنید.

برای آلیاژهای انجماد خمیری, بهینه سازی طرح بندی دروازه و بالابر برای ایجاد کانال های فرار حباب; دمای سوپرهیت را به طور مناسب کاهش دهید تا زمان جذب گاز در دمای بالا کوتاه شود.

بهبود کنترل محیطی کارگاهی

تجهیزات رطوبت گیر را برای مناطق تولیدی با رطوبت بالا نصب کنید; مکانیسم‌های بازرسی سطحی منظم برای کوره‌ها و ابزارها برای حذف رطوبت متراکم نامرئی ایجاد کنید.

برای تخصیص طرح‌های اصلاح هدفمند، انواع عیب‌ها را از نظر علمی در طول عیب‌یابی تشخیص دهید.

پیشگیری متمایز خاص آلیاژ

برای ریخته گری فولاد کربن, اولویت کنترل کیفیت دی اکسیداسیون برای جلوگیری از بارش مونوکسید کربن;

برای ریخته گری فولاد ضد زنگ و فولاد آلیاژی بالا, تمرکز بر مدیریت رطوبت و خشک کردن مواد خام برای قطع منابع آلودگی هیدروژن و نیتروژن.

8. سرنخ های تشخیصی عملی

چند مشاهدات میدانی به ویژه مفید هستند:

• اگر همان عیب در اکثر قطعات ریخته گری از یک گرما ظاهر شود, مشکوک به کیفیت ذوب.
• اگر منافذ در نقاط داغ متمرکز شده باشند, متقابل تکامل گاز و تأخیر انجماد مشکوک است.
• اگر فنجان ریختن رفتار غیرعادی داشت, مشکوک باشید که مذاب ممکن است حاوی گاز بیش از حد باشد.
• اگر عیوب بیشتر در فصول مرطوب ظاهر شوند, مشکوک به جذب رطوبت در مواد باردار, ابزار, یا اجزای کوره.
• اگر ریخته گری فولاد ضد زنگ تخلخل را با سیستم های کربن کم نشان می دهد, ابتدا به رطوبت نگاه کنید, پیکاپ هیدروژن, و عمل ذوب به جای فرض واکنش های کربن-اکسیژن.

این سرنخ ها جایگزین تجزیه و تحلیل متالورژیکی نمی شوند, اما آنها ردیابی علت اصلی را بسیار کارآمدتر می کنند.

9. پایان

تخلخل بارش یکی از بادوام ترین و از نظر فنی ظریف ترین عیوب در ریخته گری سرمایه گذاری است..

وقتی گاز محلول در فلز مذاب در طول انجماد خارج می شود اما قبل از یخ زدن مواد ریخته گری نمی تواند خارج شود..

زیرا این عیب هم به محتوای گاز مذاب و هم به رفتار انجماد بستگی دارد, اغلب نتیجه انحرافات کوچک فرآیند است که در یک شکست قابل مشاهده جمع می شوند.

پیشگیری از آن به بیش از یک اقدام اصلاحی نیاز دارد.

تمیز, مواد شارژ خشک; تمرین منظم ذوب; اکسید زدایی مناسب; کنترل رطوبت; و طراحی انجماد صدا همه مهم است.

در سیستم های فولادی ضد زنگ, باید به رطوبت کوره توجه ویژه ای شود, تمیزی مواد اولیه, آلودگی ناشی از هیدروژن, و زمان قرار گرفتن در معرض ذوب.

بهترین راه برای کنترل تخلخل بارش این است که آن را به عنوان یک مشکل سیستم فرآیندی در نظر بگیریم, نقص یکباره نیست.

وقتی آن طرز فکر اتخاذ شود, ردیابی علل ریشه ای آسان تر می شود, دسته ها پایدارتر می شوند, و "تخلخل اسرارآمیز" به جای یک مزاحمت اجتناب ناپذیر به یک موضوع مهندسی قابل مدیریت تبدیل می شود.

 

متداول

تفاوت اصلی بین تخلخل بارش و سایر منافذ گاز در ریخته گری سرمایه گذاری چیست؟?

تخلخل رسوبی یک نقص درون زا است که توسط گاز فوق اشباع رسوب شده در داخل آلیاژ مذاب ایجاد می شود.,

در حالی که سایر منافذ عیب های برون زا هستند که توسط هوای در حال ریختن به دام افتاده یا گاز کپک تجزیه شده ایجاد می شوند.

نحوه قضاوت سریع تخلخل بارش از طریق وضعیت خیز?

یک رایزر برآمده پس از انجماد نشان دهنده وجود گاز محلول بیش از حد در داخل فلز مذاب است, به عنوان بصری ترین علامت هشدار اولیه تخلخل بارش عمل می کند.

چرا ابزار مرطوب باعث ایجاد عیوب مختلف از پوسته های قالب مرطوب می شود?

رطوبت روی ابزارهای فلزی عمدتاً محتوای هیدروژن مذاب را برای القای تخلخل بارش افزایش می دهد; رطوبت داخل پوسته های قالب به گاز خارجی تجزیه می شود تا تخلخل تهاجمی ایجاد کند.

چرا فولاد ضد زنگ کمتر از فولاد کربنی تحت تأثیر شکست اکسیداسیون قرار می گیرد؟?

فولاد ضد زنگ دارای محتوای کربن بسیار کم و عناصر کروم فعال است که ترجیحاً اکسیژن مصرف می کند.,

بنابراین تخلخل بارش آن در درجه اول به هیدروژن مربوط می شود تا مونوکسید کربن ناشی از واکنش اکسید زدایی.

مقرون به صرفه ترین راه برای جلوگیری از تخلخل بارش چیست؟?

پخت مواد خام سخت را انجام دهید, کنترل رطوبت محیط کارگاه, و زمان نگهداری ذوب در دمای بالا را استاندارد کنید تا منابع گاز را از علت اصلی قطع کنید.