ریخته گری سرمایه گذاری - حالت های انجماد ریخته گری

مقدمه

در ریخته گری سرمایه گذاری, آلیاژ مذاب ممکن است یکسان باشد, پوسته سرامیکی ممکن است یکسان باشد, و شرایط ریختن حتی ممکن است یکسان به نظر برسد.

با این حال ریخته گری نهایی می تواند از نظر کیفیت کاملاً متفاوت باشد.

یک قسمت ممکن است متراکم بیرون بیاید, صدا, و تمیز; دیگری ممکن است حاوی تخلخل انقباضی باشد, حفره های داخلی, اشکهای گرم, یا مناطق ضعیف پنهان که فقط بعداً در حین ماشینکاری یا سرویس ظاهر می شوند.

دلیل آن فقط «شانس» یا شیمی آلیاژ نیست. این روشی است که ریخته گری محکم می شود.

انجماد مرحله تعیین کننده ای است که در آن فلز مایع به یک جزء جامد تبدیل می شود.

در این مرحله, میدان دما در داخل ریخته گری به طور مداوم تکامل می یابد, جلوی انجماد به سمت داخل حرکت می کند, و شرایط تغذیه داخلی ایجاد می شود.

در سرمایه گذاری سرمایه گذاری, که در آن پوسته های سرامیکی نازک, هندسه دقیق, و رفتار حرارتی با دقت کنترل شده همه با هم تعامل دارند, حالت انجماد به یکی از مهمترین عوامل حاکم بر کیفیت ریخته گری تبدیل می شود.

سه حالت انجماد اساسی به طور کلی شناخته شده است:

• انجماد پیشرونده
• انجماد موش
• انجماد متوسط

این حالت ها عمدتاً توسط محدوده انجماد آلیاژ و گرادیان حرارتی در ریخته گری تعیین می شوند..

هر حالت یک ساختار داخلی متفاوت ایجاد می کند, شرایط مختلف تغذیه, و گرایش به نقص متفاوت.

درک آنها برای طراحی رو به رشد ضروری است, طراحی پوسته, کنترل خنک کننده, و پیشگیری از نقص.

1. منطقه انجماد در داخل یک ریخته گری

در طول انجماد, اکثر قطعات ریخته گری شامل سه ناحیه حرارتی هستند:

در منطقه انجماد مهمترین منطقه است زیرا جایی است که مواد نه کاملاً مایع است و نه کاملاً جامد.

منطقه ای است که غلات در آن رشد می کنند, فلز مایع از طریق کانال های بین دندریتی حرکت می کند, و تغذیه انقباضی ممکن است موفق یا شکست بخورد.

1 پوسته قالب است, 2 منطقه فاز جامد است (یعنی, منطقه جامد شده), 3 منطقه انجماد است (یعنی, منطقه در حال حاضر در حال استحکام است, جایی که مایع و جامد با هم وجود دارند), 4 منطقه فاز مایع است

از سطح به داخل, فلز در نزدیکی دیواره پوسته شروع به یخ زدن می کند و جلوی انجماد به تدریج به سمت مرکز حرکت می کند.

در هر لحظه, ریخته گری را می توان به عنوان یک سیستم پویا با یک جبهه متحرک در نظر گرفت, نه به عنوان یک جسم ساکن که به طور یکنواخت از بیرون به داخل خنک می شود.

کیفیت ریخته گری نهایی به شدت به پهنای این ناحیه انجماد و نحوه رفتار آن در هنگام انجماد بستگی دارد..

2. چه چیزی حالت انجماد را تعیین می کند?

در تثبیت روش ریخته گری سرمایه گذاری در درجه اول توسط دو متغیر متقابل: محدوده انجماد آلیاژ و گرادیان حرارتی در داخل ریخته گری.

هنگامی که دمای مایع و جامد بسیار نزدیک است, آلیاژ تمایل به یخ زدن با جلوی تیز دارد و بیشتر شبیه یک ماده انجماد پیشرونده عمل می کند;

وقتی شکاف زیاد است, آلیاژ یک ناحیه جامد-مایع گسترده‌تر ایجاد می‌کند و به احتمال زیاد به شکلی نرم جامد می‌شود..

ترکیب آلیاژ اولین عامل کنترل کننده است

ترکیب اساسی ترین محرک است زیرا عناصر آلیاژی می توانند تغییر دمای مایع و جامد, دامنه انجماد را گسترده یا باریک کنید, و نقطه انسجام شبکه دندریتی را تغییر دهید.

با افزایش دامنه انجماد, ناحیه جامد-مایع بزرگتر می شود, یک پوسته جامد که به خوبی تعریف شده است، به راحتی کمتر تشکیل می شود, و تغذیه باید از طریق یک ساختار دندریتیک نیمه جامد انجام شود.

فلزات خالص تجاری و آلیاژهای انجماد باریک تمایل به تشکیل یک جلو صاف یا ناحیه ستونی کوتاه دارند., در حالی که آلیاژهای با انجماد طولانی‌تر انجماد دندریتی را در بخش بزرگ‌تری از بخش ایجاد می‌کنند.

گرادیان دما کنترل می کند که آیا جلویی تیز بماند یا خیر

دومین عامل مهم این است گرادیان دما از دیوار پوسته به سمت مرکز ریخته گری.

یک گرادیان قوی تر باعث انجماد جهتی می شود و ریخته گری را به سمت انجماد پیش رونده سوق می دهد.

یک گرادیان ضعیف‌تر، ناحیه مایه را گسترش می‌دهد و حالت انجماد را شبیه به حجم می‌کند.

در ریخته گری های صنعتی, مهندس می تواند به طور غیرمستقیم از طریق پیش گرم کردن پوسته بر این موضوع تأثیر بگذارد, سطح عایق, ضخامت بخش, و شرایط خنک کننده, حتی اگر فیزیک حرارتی زیربنایی را نمی توان مستقیماً تغییر داد.

زمان انجماد محلی مهم است

حالت انجماد نیز توسط زمان انجماد محلی, که فاصله بین عبور ایزوترم های مایع و جامد در یک نقطه معین است.

زمان انجماد محلی طولانی‌تر معمولاً به معنای ایجاد یک منطقه گلگون گسترده‌تر و خطر بزرگ‌تر ریزجداسازی و مشکلات تغذیه بین دندریتی است..

ادبیات انجماد ریخته‌گری نشان می‌دهد که با افزایش دامنه انجماد، ریز تفکیک افزایش می‌یابد و پس از رسیدن به همدوسی، شبکه دندریتی کمتر نفوذپذیر می‌شود..

دمای ریختن و گرمای فوق العاده شرایط شروع را تنظیم می کند

دمای ریختن به خودی خود حالت انجماد را مشخص نمی کند, اما به شدت بر مدت زمانی که قالب ریخته گری قبل از تشکیل جبهه انجماد کاملاً مایع باقی می ماند تأثیر می گذارد.

گرمای فوق العاده بالاتر شروع انجماد را به تاخیر می اندازد و می تواند گرادیان حرارتی اولیه را صاف کند, در حالی که گرمای فوق العاده کمتر زمان در دسترس برای پر شدن را کوتاه می کند و می تواند احتمال انجماد اولیه را افزایش دهد.

در عمل, این بدان معنی است که دمای ریختن شرایط حرارتی را تغییر می دهد که تحت آن محدوده انجماد ذاتی آلیاژ بیان می شود..

هندسه می تواند حالت را به صورت محلی تغییر دهد

ضخامت بخش, گوشه ها, فرورفتگی های داخلی, و نقاط داغ جدا شده می توانند حالت انجماد موضعی را حتی زمانی که آلیاژ بدون تغییر است تغییر دهند.

بخش‌های ضخیم گرما را طولانی‌تر نگه می‌دارند و بیشتر شبیه مناطق انجماد گسترده یا لطیف هستند, در حالی که مقاطع نازک معمولاً با سرعت و جهت بیشتری منجمد می شوند.

گوشه های داخلی تیز به ویژه مهم هستند زیرا جرم حرارتی را متمرکز می کنند و می توانند انجماد موضعی را کاهش دهند، مگر اینکه هندسه به طور عمدی اصلاح یا سرد شود..

رفتار پوسته ریخته گری سرمایه گذاری بخشی از معادله است

در ریخته گری سرمایه گذاری, پوسته سرامیکی فقط یک ظرف نیست; بخشی از طراحی حرارتی است.

پوسته را پیش گرم کنید, ضخامت پوسته, ساخت پوشش, و مسیر خنک‌سازی پس از ریزش همگی نحوه خروج گرما از ریخته‌گری را تغییر می‌دهند.

به همین دلیل است که همان آلیاژ می‌تواند در یک پوسته به تدریج جامد شود و در پوسته‌ای دیگر به‌صورت فشرده‌تر.

بنابراین کنترل جهت یک اثر ترکیبی از طراحی آلیاژ است, طراحی پوسته, و مدیریت حرارتی.

3. حالت انجماد لایه به لایه

تعریف

انجماد پیشرونده حالتی است که در آن مناطق جامد و مایع به وضوح توسط یک جبهه یخبندان نسبتاً متمایز از هم جدا می شوند..

سطح ریخته گری ابتدا جامد می شود, و جلو به طور پیوسته به سمت داخل پیشروی می کند زیرا مایع باقی مانده به تدریج تغذیه می شود.

آلیاژهای صنعتی قابل استفاده

آلیاژهای معمولی انجماد لایه به لایه عبارتند از چدن خاکستری, فولاد کم کربن, آلومینیوم خالص صنعتی, مس خالص, و آلیاژهای یوتکتیک آلومینیوم-سیلیکون.

در تولید ریخته گری سرمایه گذاری, وابسته به اوت الومینیوم آلیاژها و فولاد ضد زنگ کم کربن پرکاربردترین گریدهایی هستند که این ویژگی انجماد را دارند.

خصوصیات

در انجماد تدریجی:

• جلوی انجماد نسبتاً تیز است.
• فلز مایع برای مدت طولانی تری متصل می ماند.
• آخرین فلز مایع معمولاً در یک نقطه داغ نهایی متمرکز می شود.
• تغذیه نسبتاً ساده است زیرا منطقه انقباض موضعی است.
• بازیگران اغلب نشان می دهد حفره های انقباض مرکزی به جای تخلخل به طور گسترده پراکنده.

اهمیت کیفیت

انجماد پیشرونده عموماً برای سالم بودن مطلوب است زیرا پیش‌بینی و تغذیه آسان‌تر انقباض است.

اگر منطقه آخرین انجماد به درستی توسط رایزر یا فیدر تامین شود, انقباض متمرکز را می توان به طور موثر کنترل کرد.

به همین دلیل است که بسیاری از آلیاژهای انجماد باریک رفتار تغذیه خوبی از خود نشان می دهند.

در ریخته گری های بشقاب مانند یا میله ای, اگر تغذیه کافی نباشد، ممکن است یک حفره مرکزی تشکیل شود, اما تشخیص و تصحیح عیب اغلب ساده تر از تخلخل منتشر شده در سراسر بخش است.

کاربرد عملی در ریخته گری سرمایه گذاری

کنترل ریخته‌گری‌های سرمایه‌گذاری که به تدریج مستحکم می‌شوند، معمولا آسان‌تر هستند, به شرطی که مسیر حرارتی به درستی هدایت شود.

زمانی که طراحی انجماد جهت دار به سمت فیدر را تشویق می کند, ریخته گری به احتمال زیاد سالم باقی می ماند.

هر چند, اگر یک نقطه داغ به طور نامناسب ایزوله شده باشد, یک حفره انقباض متمرکز هنوز می تواند در منطقه انجماد نهایی تشکیل شود.

4. انجماد موشی (انجماد حجمی) حالت

تعریف

انجماد موش, همچنین خوانده می شود انجماد حجمی یا انجماد خمیر مانند, حالتی است که در آن آلیاژ از یک منطقه انجماد گسترده عبور می کند.

فلز در یک جبهه مجزا یخ نمی زند; در عوض, مخلوطی دوغاب مانند یا ماش مانند از دندریت های جامد و مایع باقی مانده ایجاد می کند.

آلیاژهای صنعتی قابل استفاده

آلیاژهای انجماد مخلوط شامل آهن شکل پذیر هستند, فولاد کربن بالا, و قلع برنز.

مارتنزیتی کربن فولاد ضد زنگ معمولاً در ریخته‌گری سرمایه‌گذاری استفاده می‌شود، معمولاً رفتارهای انجماد مخلوط را نشان می‌دهد.

خصوصیات

در انجماد موز:

• منطقه انجماد گسترده است.
• آلیاژ در اوایل ساختار دندریتی ایجاد می کند.
• وقتی کسر جامد به اندازه کافی زیاد شد, مایع باقی مانده در جیب های جدا شده به دام می افتد.
• تغذیه مشکل می شود زیرا مسیرهای مایع قطع می شود.
• ریخته گری مستعد است تخلخل کوچک یا میکرو انقباض در سراسر بخش توزیع شده است.

چرا مشکل دارد

هنگامی که دندریت ها به هم متصل می شوند, مایع باقی مانده دیگر قادر به جریان آزادانه از فیدر به نقطه داغ نیست.

به جای یک حفره متمرکز, ریخته گری ممکن است حفره های داخلی کوچک زیادی ایجاد کند که در منطقه انجماد پخش شده اند.

رفع این عیوب توزیع شده اغلب سخت تر از یک حفره جمع شدگی است.

به همین دلیل تغذیه آلیاژهای با دامنه انجماد وسیع با رایزرهای معمولی دشوارتر است. انقباض در یک مکان جمع نمی شود; از طریق حجم پخش می شود.

کاربرد عملی در ریخته گری سرمایه گذاری

انجماد موش به ویژه در نازک مهم است, مجتمع, یا ریخته گری با آلیاژ بالا که در آن شیمی آلیاژ به طور طبیعی محدوده انجماد گسترده ای را ایجاد می کند.

در چنین مواردی, تغذیه ساده اغلب کافی نیست. فرآیند ممکن است نیاز داشته باشد:

• خنک کننده جهت قوی تر,
• فیدرهای بزرگتر یا موثرتر,
• گرادیان های حرارتی بهبود یافته,
• کاهش سوپر گرما,
• یا سرد کردن انتخابی.

هدف این است که منطقه انجماد را بیش از حد وسیع و منزوی نکند.

5. حالت انجماد متوسط

تعریف

اکثر آلیاژهای صنعتی متعلق به نوع انجماد میانی هستند, که ویژگی های انجماد آن بین حالت لایه به لایه و حالت ماشی قرار دارد.

ناحیه انجماد عرض متوسطی را حفظ می کند; مرز جامد-مایع نه یک رابط صاف واضح است و نه یک لایه صاف و تمام بخش.

رشد دندریتی و تغذیه مایع در طول فرآیند انجماد وجود دارند.

آلیاژهای صنعتی قابل استفاده

آلیاژهای معمولی انجماد میانی شامل فولاد با کربن متوسط ​​است, فولاد پر منگنز, و چدن سفید.

قطعات ساختاری فولاد کم آلیاژ با کربن متوسط ​​بیشترین سهم ریخته گری سرمایه گذاری با انجماد متوسط ​​را به خود اختصاص می دهند..

خصوصیات

انجماد متوسط ​​ویژگی های هر دو حالت را ترکیب می کند:

• جلوی انجماد کاملاً تیز نیست.
• ناحیه انجماد دارای عرض متوسط ​​است.
• تغذیه امکان پذیر است, اما به آسانی آلیاژهای انجماد باریک نیست.
• رفتار انقباض پیچیده تر از انجماد پیش رونده خالص است.
• گرایش نقص بین انقباض متمرکز و ریزشرینکیج توزیع شده قرار دارد.

چرا مهم است

انجماد میانی رایج ترین مورد صنعتی است. بسیاری از آلیاژهای مهندسی استاندارد به این روش منجمد می شوند.

کیفیت آنها به شدت به طراحی ریخته گری بستگی دارد، زیرا آنها به طور طبیعی به اندازه آلیاژهای باریک انجماد بخشنده نیستند، اما به سختی آلیاژهای بسیار نرم نیستند..

کاربرد عملی در ریخته گری سرمایه گذاری

برای آلیاژهای انجماد متوسط, ریخته گری باید به دقت تعادل داشته باشد:

• دمای پوسته,
• ریختن دما,
• ضخامت بخش,
• قرار دادن فیدر,
• و نرخ خنک کننده.

زیرا آلیاژ به طور طبیعی مسیر انجماد ایده آلی را فراهم نمی کند, طراح فرآیند باید یکی را ایجاد کند.

6. مقایسه سه حالت انجماد

7. عواملی که انجماد را به یک حالت یا حالت دیگر تغییر می دهند

حالت انجماد توسط یک متغیر به تنهایی ثابت نمی شود. این نتیجه تعامل بین است شیمی آلیاژ, گرادیان حرارتی, شرایط ریختن, رفتار پوسته, و هندسه ریخته گری.

با تغییر این عوامل, ریخته گری می تواند ریخته گری را به سمت انجماد پیش رونده یا به سمت انجماد نرم سوق دهد.

دامنه انجماد آلیاژ

مهمترین عامل محدوده انجماد آلیاژ است.

• محدوده انجماد باریک ← به سمت انجماد پیشرونده تمایل دارد
• دامنه انجماد گسترده ← به سمت انجماد موز گرایش دارد
• محدوده انجماد متوسط ← به سمت انجماد میانی گرایش دارد

هر چه بازه مایع- جامد وسیع تر باشد, هر چه قالب ریخته گری طولانی تر در حالت نیمه جامد باقی بماند و احتمال ایجاد یک منطقه انجماد گسترده بیشتر است..

این تنها مهم ترین دلیلی است که چرا برخی از آلیاژها راحت تر از بقیه تغذیه می شوند.

گرادیان حرارتی در ریخته گری

هر چه گرادیان حرارتی قوی تر باشد, احتمال انجماد تدریجی ریخته گری بیشتر است.

افت شدید دما از دیواره پوسته به مرکز باعث ایجاد جلوی انجماد شفاف می شود و به جامد شدن فلز در یک توالی جهت کمک می کند..

اگر گرادیان دما ضعیف باشد, منطقه انجماد گسترده می شود. بخش بیشتری از بخش برای مدت طولانی تری نیمه جامد باقی می ماند, که رفتار را به سمت یخ زدگی سوق می دهد.

پیش گرم کردن پوسته و استخراج حرارت پوسته

در ریخته گری سرمایه گذاری, پوسته سرامیکی یک عنصر اصلی کنترل حرارتی است.

پوسته داغ تر شوک حرارتی اولیه را کاهش می دهد و ممکن است پر شدن را بهبود بخشد, اما در شروع، استخراج گرما را نیز کند می کند.

یک پوسته سردتر گرما را با شدت بیشتری استخراج می کند, که می تواند جلوی انجماد را تیز کند و به انجماد تدریجی کمک کند.

ضخامت پوسته نیز مهم است:

• پوسته ضخیم تر ← مقاومت حرارتی بیشتر ← استخراج گرما کندتر ← منطقه انجماد گسترده تر
• پوسته نازک تر ← مقاومت حرارتی کمتر ← استخراج گرما سریعتر ← جلوی انجماد تیزتر

دمای ریختن و سوپر گرما

دمای ریختن بر مقدار گرمای اضافی که فلز باید قبل از شروع انجماد از دست بدهد تأثیر می گذارد.

• سوپرگرمای بالاتر معمولا انجماد را به تاخیر می اندازد و می تواند گرادیان حرارتی را صاف کند.
• سوپرهیت کمتر زمان قبل از شروع انجماد را کوتاه می کند, اما اگر بیش از حد مورد توجه قرار گیرد، ممکن است پر شدن را کاهش دهد و اشتباهات را ایجاد کند.

در عمل, گرمای بیش از حد می تواند حالت انجماد را حجمی تر کند, در حالی که گرمای فوق العاده کنترل شده می تواند به حفظ مسیر انجماد جهت دارتر کمک کند.

ضخامت دیوار ریخته گری

ضخامت دیوار یکی از قابل مشاهده ترین عوامل مرتبط با هندسه است.

• دیوارهای نازک به سرعت جامد می شوند و تمایل به ترویج انجماد پیش رونده دارند.
• دیوارهای ضخیم گرما را طولانی‌تر نگه می‌دارند و احتمال بیشتری دارد که مناطق گسترده‌ای را تشکیل دهند.

به همین دلیل است که نقاط داغ اغلب در بخش های سنگین ظاهر می شوند, روسای, اتصالات, یا توده های جدا شده ای که گرما نمی تواند به راحتی از آنها خارج شود.

هندسه و جرم حرارتی محلی

گوشه های تیز, اتصالات داخلی, روسای, و تغییرات ناگهانی بخش باعث ایجاد عدم تعادل حرارتی موضعی می شود.

برخی از مناطق ممکن است زود جامد شوند در حالی که برخی دیگر مایع یا نیمه جامد باقی می مانند. این می تواند حالت انجماد محلی را حتی زمانی که خود آلیاژ بدون تغییر است تغییر دهد.

ویژگی‌های هندسی کلیدی که بر حالت انجماد تأثیر می‌گذارند عبارتند از:

• گوشه های داخلی,
• گوشه های خارجی,
• تقاطع های دنده ای,
• پدهای جدا شده,
• و تغییر ضخامت ناگهانی.

محیط خنک کننده پس از ریختن

نحوه خنک شدن قالب پس از ریختن نیز مهم است. خنک کننده در هوای آزاد, خنک کننده بستر شنی, عایق, و سرمایش اجباری همگی شرایط اتلاف حرارت متفاوتی را ایجاد می کنند.

خنک شدن سریعتر شیب دما را تیز می کند و انجماد تدریجی را تشویق می کند. خنک شدن آهسته تر مرحله نیمه جامد را گسترش می دهد و رفتار را به سمت انجماد نرم سوق می دهد.

8. رابطه بین حالت انجماد و کیفیت ریخته گری

حالت انجماد یک جزئیات نظری نیست; این یکی از عوامل اصلی تعیین کننده کیفیت ریخته گری است.

تاثیر می گذارد تراکم, توانایی تغذیه, تشکیل تخلخل, تمایل به ترک داغ, ساختار, و سلامت نهایی.

در ریخته گری سرمایه گذاری, که در آن دقت شکل در حال حاضر بالا است, حالت انجماد اغلب به عاملی تبدیل می شود که تصمیم می گیرد آیا قطعه صرفاً از نظر ابعادی صحیح است یا واقعاً قابل استفاده است.

تراکم و سلامت داخلی

زمانی که انجماد در یک جهت کنترل شده پیش می رود، ریخته گری راحت ترین صدا را ایجاد می کند.

در انجماد پیشرونده, آخرین مایع در یک نقطه گرم نسبتا کوچک متمرکز شده است, بنابراین تغذیه می تواند متمرکز باشد و اغلب می توان انقباض را به طور موثر مدیریت کرد.

این معمولا منجر به چگالی بهتر و خطر کمتر حفره های پراکنده داخلی می شود.

در انجماد مخلوط, در مقابل, مایع باقی مانده در داخل یک شبکه دندریتی نیمه جامد گسترده به دام می افتد.

زمانی که چارچوب جامد منسجم شود, مسیرهای تغذیه به سرعت بسته می شوند, و انقباض از طریق بخش به عنوان حفره های کوچک زیادی به جای یک حفره به راحتی کنترل می شود.

به همین دلیل است که آلیاژهای انجماد گسترده اغلب به سختی تراکم می شوند.

حفره انقباض در مقابل تخلخل انقباض

نوع نقص انقباض به شدت به حالت انجماد مرتبط است.

• انجماد پیشرونده تمایل به تولید حفره انقباض متمرکز در منطقه انجماد نهایی اگر تغذیه کافی نباشد.
• انجماد موش تمایل به تولید دارد تخلخل انقباض توزیع شده یا ریز انقباض در سراسر منطقه انجماد.
• انجماد متوسط بسته به ضخامت بخش ممکن است هر یک از این رفتارها را نشان دهد, مسیر تغذیه, و کنترل حرارتی.

از دیدگاه کنترل فرآیند, یک حفره متمرکز اغلب راحت تر است, خوراک, و از بین بردن تخلخل گسترده.

این یکی از دلایلی است که انجماد پیشرونده عموماً از منظر استحکام ریخته گری مطلوب تر است.

پاره شدن و ترک خوردن داغ

پارگی داغ زمانی اتفاق می افتد که یک ریخته گری نیمه جامد در طول انقباض مهار می شود و نمی تواند تنش حرارتی را به آرامی کاهش دهد..

حالت انجماد بر این امر تأثیر می گذارد زیرا رفتار مکانیکی فلز با افزایش کسر جامد تغییر می کند.

• در انجماد پیشرونده, اگر تغذیه کافی باشد، مایع باقیمانده ممکن است همچنان بتواند منافذ انقباضی کوچک را بهبود بخشد.
• در انجماد مخلوط, شبکه دندریتی نیمه جامد می تواند زود سفت شود, بنابراین در برابر انقباض مقاومت می شود و احتمال ترک خوردن بیشتر می شود.
• در انجماد میانی, خطر متوسط ​​است و به شدت به طراحی نقطه داغ و سیستم تغذیه بستگی دارد.

درس عملی این است که پارگی داغ فقط یک موضوع متالورژی نیست. این یک مسئله مسیر انجماد است.

توانایی تغذیه

زمانی که فلز مایع می تواند از طریق بخش برای جایگزینی انقباض حجمی حرکت کند، تغذیه موثرتر است.

به همین دلیل است که حالت انجماد بسیار مهم است.

• انجماد پیشرونده مسیر مایع متصل را طولانی تر حفظ می کند.
• انجماد موش این مسیر را زودتر از زمان به هم پیوستن دندریت ها می شکند.
• انجماد متوسط ظرفیت تغذیه جزئی را فراهم می کند اما نه به اندازه انجماد تدریجی قابل اعتماد.

اگر تغذیه ناموفق باشد, نقص انقباض تقریباً در جایی در ریخته گری تضمین شده است.

به همین دلیل, حالت انجماد باید همیشه همراه با طراحی رایزر و هندسه مقطع در نظر گرفته شود.

ریزساختار و یکنواختی اموال

نحوه یخ زدن یک ریخته گری نیز ساختار دانه نهایی را شکل می دهد.

یک الگوی انجماد جهت دارتر تمایل به ایجاد یک جبهه انجماد منظم تری دارد, در حالی که انجماد گسترده اغلب ساختارهای دندریتی درشت تر و تغییرات ترکیبی بیشتر بین مناطق ایجاد می کند..

این مهم است زیرا ریزساختار تأثیر می گذارد:

• استحکام کششی,
• انعطاف پذیری,
• رفتار خستگی,
• مقاومت در برابر خوردگی,
• و پاسخ ماشینکاری.

ریخته گری صدا فقط آن نیست که عاری از نقص قابل مشاهده باشد. ساختار داخلی آن به اندازه کافی سازگار است تا عملکرد خدمات قابل اعتمادی را ارائه دهد.

9. چرا حالت انجماد در ریخته گری سرمایه گذاری مهم است؟

حالت جامد شدن یکی از مهم ترین متغیرها در ریخته گری سرمایه گذاری است زیرا تعیین می کند که آیا ریخته گری تبدیل می شود یا خیر. صدا, قابل تغذیه, و از نظر ساختاری قابل اعتماد است,

یا اینکه آیا نقص های پنهانی ایجاد می کند که فقط بعداً در حین ماشینکاری ظاهر می شوند, بازرسی, یا خدمات.

حالت انجماد، سلامت داخلی را کنترل می کند

دلیل اصلی اهمیت حالت انجماد این است که مستقیماً بر نحوه مدیریت انقباض تأثیر می گذارد. همانطور که فلز یخ می زند, حجمش کم میشه.

اگر فلز مایع بتواند به جریان خود در ناحیه انقباض ادامه دهد, ریخته گری متراکم و سالم باقی می ماند. اگر تغذیه خیلی زود قطع شود, عیوب انقباض شکل می گیرد.

• انجماد پیشرونده معمولاً انقباض را در یک منطقه آخرین انجماد متمرکز می کند, که تغذیه و مدیریت آن آسان تر است.
• انجماد موش تمایل به گسترش انقباض در یک منطقه نیمه جامد گسترده دارد, که جلوگیری از تخلخل داخلی را سخت تر می کند.
• انجماد متوسط بین این دو قرار می گیرد و بسته به طراحی حرارتی می تواند خوب یا بد رفتار کند.

به عبارت دیگر, حالت انجماد تعیین می کند که آیا انقباض موضعی و قابل کنترل است یا خیر, یا پراکنده و به سختی از بین می رود.

موفقیت یا شکست تغذیه را تعیین می کند

ریخته گری سرمایه گذاری به شدت به تغذیه بستگی دارد. فیدر یا رایزر باید به اندازه کافی مایع بماند تا آخرین نواحی یخ زده را تامین کند. حالت انجماد تعیین می کند که چه مدت مسیر تغذیه باز بماند.

ریخته گری که به تدریج منجمد می شود به ریخته گری فرصت بهتری برای حفظ یک مخزن مایع متصل می دهد..

ریخته گری که به شکلی خیس منجمد می شود ممکن است این ارتباط را زود از دست بدهد, به دام انداختن مایع در جیب های جدا شده.

وقتی آن جیب ها بریده شد, هیچ مقدار خنک کننده بعدی نمی تواند سلامتی را بازیابی کند.

به همین دلیل است که طراحی تغذیه را نمی توان از حالت انجماد جدا کرد. فیدر تنها در صورتی موثر است که توالی انجماد آن را پشتیبانی کند.

بر نوع و محل نقص انقباض تأثیر می گذارد

حالت انجماد همچنین تصمیم می‌گیرد که چه نوع نقص انقباض احتمالاً ظاهر شود.

یک حفره متمرکز اغلب نسبت به ریزشرینکیج گسترده کمتر مضر است زیرا بیشتر قابل مشاهده است, محلی تر, و با رایزر یا ماشینکاری قابل کنترل تر است.

تخلخل توزیع شده, در مقابل, می تواند ناحیه بزرگی از قطعه را بدون اینکه از بیرون مشخص باشد تضعیف کند.

بر پارگی و ترک خوردگی داغ تأثیر می گذارد

پارگی داغ به شدت به نحوه انقباض قالب در حالی که تا حدی جامد است مرتبط است.

اگر شبکه نیمه جامد قبل از اتمام انقباض ریخته گری سفت شود, ممکن است تنش کششی ایجاد شود و قطعه ترک بخورد.

حالت جامد شدن اهمیت دارد زیرا تغییر می کند:

• با چه سرعتی شبکه دندریتی منسجم می شود,
• چه مدت مایع برای کاهش استرس در دسترس باقی می ماند,
• و چقدر محدودیت در حین انقباض وجود دارد.

انجماد پیشرونده اغلب فرصت بهتری برای تغذیه انقباض و کاهش استرس فراهم می کند.

انجماد خشن می تواند سازه را خیلی زود قفل کند, گچبری را در برابر پارگی آسیب پذیرتر می کند. به همین دلیل است که حالت انجماد یک عامل مستقیم در جلوگیری از ترک است, نه فقط مسئله انقباض.

ریزساختار و خواص نهایی را شکل می دهد

نحوه یخ زدن قالب نیز بر ساختار دانه تأثیر می گذارد, فاصله دندریت, و یکنواختی ترکیبی فلز.

یک مسیر انجماد جهت دارتر تمایل به ایجاد ساختار منظم تری دارد, در حالی که یک منطقه پوشال گسترده اغلب به دندریت های درشت تر و تفکیک محلی بیشتر منجر می شود.

این مهم است زیرا ساختار داخلی تأثیر می گذارد:

• استحکام کششی,
• انعطاف پذیری,
• زندگی خستگی,
• پاسخ خوردگی,
• و رفتار ماشینکاری.

اگر حالت انجماد آن ساختار داخلی ناهموار یا متخلخل ایجاد کند، ممکن است یک ریخته‌گری با مشخصات ابعادی مطابقت داشته باشد و همچنان عملکرد ضعیفی داشته باشد..

این امر به ویژه در ریخته گری های سرمایه گذاری با ارزش بالا که در هوافضا استفاده می شود بسیار مهم است, قدرت, پزشکی, و کاربردهای مهندسی دقیق.

تعیین می کند که چقدر کنترل فرآیند مورد نیاز است

حالت های مختلف انجماد سطوح مختلفی از انضباط ریخته گری را می طلبد.

• انجماد پیشرونده معمولا بخشنده ترین است.
• انجماد متوسط نیاز به کنترل متعادل دارد.
• انجماد موش تهاجمی ترین مداخله مهندسی را می طلبد.

زمانی که ریخته گری به طور طبیعی به تدریج یخ می زند, این فرآیند اغلب می تواند با اصول تغذیه جهت دار استاندارد مدیریت شود.

زمانی که ریخته‌گری به سمت انجماد متمایل می‌شود, ممکن است ریخته گری به شیب های حرارتی قوی تری نیاز داشته باشد, طراحی پوسته بهتر, کنترل دمای ریختن دقیق تر, خنک کننده انتخابی, یا استراتژی پیچیده تر افزایش دهنده.

بنابراین حالت انجماد نیز معیاری برای دشواری فرآیند است. هر چه رفتار انجماد خشن تر باشد, تلاش بیشتری برای ایجاد صدای ریخته گری مورد نیاز است.

این پیوند پنهان بین طراحی و کیفیت است

یکی از مهم ترین دلایل اهمیت حالت انجماد این است که طراحی ریخته گری را به کیفیت نهایی متصل می کند.

ممکن است یک قطعه در CAD عالی به نظر برسد و حتی ممکن است با موفقیت بریزد, اما اگر حالت انجماد آن ضعیف باشد, قسمت پایانی همچنان ممکن است شکست بخورد.

حالت انجماد به هم متصل می شود:

• انتخاب آلیاژ,
• ضخامت بخش,
• طراحی پوسته,
• ریختن دما,
• سیستم تغذیه,
• شرایط خنک کننده,
• و یکپارچگی درونی.

که آن را به یکی از متغیرهای اصلی طراحی در ریخته گری سرمایه گذاری تبدیل می کند. این فقط یک مفهوم متالورژیکی نیست. این یک اصل طراحی است.

10. پایان

حالت انجماد مکانیزم داخلی اصلی تعیین کننده ریزساختار و توزیع عیب ریخته گری سرمایه گذاری است.

طبقه بندی بر اساس عرض منطقه انجماد, انجماد فلز به لایه به لایه تقسیم می شود, خیس, و حالت های متوسط.

محدوده دمای تبلور آلیاژها اساساً تمایل ذاتی انجماد را تعیین می کند, در حالی که گرادیان دمای ریخته گری به طور مصنوعی اندازه منطقه انجماد را تنظیم می کند.

در تولید صنعتی واقعی, مهندسان ریخته گری باید طرح های فرآیند هدفمند را با توجه به ویژگی های آلیاژ انتخاب کنند.

با تنظیم دمای پیش گرمایش پوسته, تعبیه اتوهای خنک کننده, بهینه سازی چیدمان رایزر, و کنترل سوپرهیت ریختن, حالت انجماد را می توان به طور مصنوعی بهینه کرد تا انجماد نامطلوب انجماد را به انجماد لایه به لایه قابل کنترل تبدیل کند..

تسلط بر سه حالت انجماد و قوانین تأثیرگذار آنها، فرض اساسی برای از بین بردن عیوب انقباض است., افزایش فشردگی داخلی, و تولید ریخته گری های سرمایه گذاری واجد شرایط با کیفیت بالا.

با ارتقای فناوری شبیه سازی ریخته گری, میدان دما و پیش‌بینی منطقه انجماد، دقت کنترل حالت انجماد را بیشتر می‌کند, ترویج توسعه پیشرفته و هوشمند صنعت ریخته گری سرمایه گذاری دقیق.

 

متداول

کدام حالت انجماد بهترین عملکرد تغذیه را دارد?

انجماد لایه به لایه. حفره های انقباض متمرکز آن به راحتی از طریق رایزر از بین می روند, و مایع جاری می تواند ریزترک ها را به طور خود به خود التیام بخشد.

چرا از بین بردن تخلخل انجماد موز دشوار است؟?

دندریت های به هم پیوسته مایع باقیمانده را در حوضچه های مایع محصور جدا می کنند, و رایزرهای معمولی نمی توانند تغذیه عمیق را برای تخلخل ریز انقباض پراکنده درک کنند.

چرا ریخته گری سرمایه گذاری تمایل به تشکیل مناطق انجماد گسترده دارد؟?

پوسته های سرامیکی قبل از ریختن گرم می شوند, که منجر به شیب دمای سطح مقطع کم می شود, که باعث گسترش منطقه ماسی و تسهیل انجماد ماسی می شود.

نحوه تبدیل انجماد موش به انجماد لایه به لایه?

شیب دمای محلی را با افزودن اتوهای خنک کننده افزایش دهید, کاهش دمای پیش گرمایش پوسته, و سرعت خنک سازی سطح را افزایش می دهد.

پرکاربردترین حالت انجماد در ریخته گری سرمایه گذاری صنعتی چیست؟?

انجماد متوسط. اکثر فولادهای آلیاژی کربن متوسط ​​و آلیاژهای ریخته گری معمولی با عملکرد جامع متعادل به این دسته تعلق دارند.