Lijev za investicije — Načini skrućivanja odljevaka

Uvod

U investicijskom lijevanju, rastaljena legura može biti identična, keramička ljuska može biti identična, a uvjeti izlijevanja mogu čak izgledati identični.

Ipak, konačni odljevci mogu biti potpuno različiti u kvaliteti.

Jedan dio može ispasti gust, zvuk, i čisto; drugi može sadržavati poroznost stezanja, Unutarnje šupljine, Vruće suze, ili skrivene slabe zone koje se pojavljuju tek kasnije tijekom obrade ili servisiranja.

Razlog nije samo "sreća" ili kemija legura. To je način na koji se odljevak učvršćuje.

Stvrdnjavanje je odlučujuća faza u kojoj tekući metal prelazi u čvrstu komponentu.

Tijekom ove faze, temperaturno polje unutar odljevka kontinuirano se razvija, fronta skrućivanja se pomiče prema unutra, te se uspostavljaju unutarnji uvjeti ishrane.

U casting, gdje tanke keramičke školjke, precizna geometrija, i pažljivo kontrolirano toplinsko ponašanje, svi međusobno djeluju, način skrućivanja postaje jedan od najvažnijih čimbenika koji upravljaju kvalitetom lijevanja.

Općenito su poznata tri osnovna načina skrućivanja:

• Progresivno skrućivanje
• Kašasto skrućivanje
• Srednje skrućivanje

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

Svaki način rada stvara drugačiju unutarnju strukturu, različiti uvjeti hranjenja, i različita tendencija kvarova.

Njihovo razumijevanje ključno je za dizajn dizanja, dizajn školjke, kontrola hlađenja, i sprječavanje kvarova.

1. Zona skrućivanja unutar odljevka

Tijekom skrućivanja, većina odljevaka sadrži tri toplinska područja:

A zona skrućivanja je najvažnije područje jer u njemu materijal nije niti potpuno tekući niti potpuno čvrst.

To je zona rasta žitarica, tekući metal se kreće kroz interdendritske kanale, a hranjenje skupljanjem može uspjeti ili propasti.

1 je ljuska kalupa, 2 je zona čvrste faze (Tj., skrućenu regiju), 3 je zona skrućivanja (Tj., regija koja se trenutno učvršćuje, gdje tekućina i krutina koegzistiraju), 4 je zona tekuće faze

Od površine prema unutra, metal se počinje smrzavati u blizini stijenke ljuske i fronta skrućivanja se progresivno pomiče prema središtu.

U bilo kojem trenutku, odljevak se može smatrati dinamičkim sustavom s pokretnom frontom, ne kao statični objekt koji se ravnomjerno hladi izvana prema unutra.

Kvaliteta konačnog odljevka uvelike ovisi o tome koliko je široka ta zona skrućivanja i kako se ponaša tijekom smrzavanja.

2. Što određuje način skrućivanja?

A očvršćivanje način investicijskog lijevanja prvenstveno je reguliran dvije međusobno djelujuće varijable: područje smrzavanja legure i toplinski gradijent unutar odljevka.

Kada su temperature likvidusa i solidusa vrlo blizu, legura ima tendenciju smrzavanja s oštrom frontom i ponaša se više kao materijal progresivnog skrućivanja;

kad je razmak širok, legura razvija širu zonu kruto-tekuće i veća je vjerojatnost da će se skrutiti na kašasti način.

Sastav legure je prvi kontrolni faktor

Sastav je najosnovniji pokretač jer legirajući elementi mogu pomak tekućine i krutine temperature, proširiti ili suziti raspon smrzavanja, i promijeniti točku koherentnosti dendritske mreže.

Kako raspon smrzavanja postaje sve duži, područje kruto-tekuće postaje veće, manje se lako stvara dobro definirana čvrsta ljuska, a hranjenje se mora odvijati kroz djelomično skrutnutu dendritsku strukturu.

Komercijalno čisti metali i legure s uskim ledištem imaju tendenciju formiranja ravne fronte ili kratke stupne zone, dok legure s dužim smrzavanjem razvijaju dendritsko skrućivanje na puno većem dijelu presjeka.

Gradijent temperature kontrolira hoće li fronta ostati oštra

Drugi glavni faktor je temperaturni gradijent od stijenke ljuske prema središtu lijevanja.

Jači gradijent potiče usmjereno smrzavanje i gura odljevak prema progresivnom skrućivanju.

Slabiji gradijent širi kašastu zonu i čini način zamrzavanja volumenskijim.

U industrijskim odljevcima, inženjer može utjecati na to neizravno kroz prethodno zagrijavanje ljuske, razina izolacije, debljina presjeka, i uvjeti hlađenja, čak iako se temeljna toplinska fizika ne može izravno promijeniti.

Lokalno vrijeme skrućivanja je važno

Način skrućivanja također je oblikovan prema lokalno vrijeme skrućivanja, što je interval između prolaska izoterme likvidusa i solidusa u određenoj točki.

Dulje lokalno vrijeme skrućivanja obično znači širu kašastu zonu i veći rizik od mikrosegregacije i problema s ishranom međudendrita.

Literatura o skrućivanju odljevka pokazuje da se mikrosegregacija povećava kako se povećava raspon smrzavanja i da mreža dendrita postaje manje propusna kada se postigne koherencija.

Temperatura izlijevanja i pregrijavanje prilagođavaju početni uvjet

Temperatura lijevanja ne definira sama po sebi način skrućivanja, ali snažno utječe na to koliko dugo odljevak ostaje potpuno tekući prije nego se formira fronta smrzavanja.

Veća pregrijanost odgađa početak skrućivanja i može izravnati početni toplinski gradijent, dok niže pregrijavanje skraćuje vrijeme dostupno za punjenje i može povećati vjerojatnost ranog smrzavanja.

U praksi, to znači da temperatura lijevanja pomiče toplinske uvjete pod kojima se izražava unutarnje područje smrzavanja legure.

Geometry može promijeniti način lokalno

Debljina presjeka, kutovi, unutarnja udubljenja, a izolirane vruće točke mogu promijeniti lokalni način skrućivanja čak i kada je legura nepromijenjena.

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

Oštri unutarnji kutovi posebno su važni jer koncentriraju toplinsku masu i mogu usporiti lokalno smrzavanje osim ako se geometrija ne modificira ili namjerno ohladi.

Ponašanje ljuske za investicijski lijev dio je jednadžbe

U investicijskom lijevanju, keramička školjka nije samo spremnik; to je dio toplinskog dizajna.

Predgrijavanje ljuske, debljina ljuske, premaz graditi, i put hlađenja nakon izlijevanja mijenjaju način na koji toplina napušta odljevak.

Zbog toga se ista legura može progresivno skrućivati ​​u jednoj postavci ljuske, a više gnjecavo u drugoj.

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

3. Način skrućivanja sloj po sloj

Definicija

Progresivno skrućivanje je način u kojem su čvrsta i tekuća područja jasno odvojena relativno jasnom frontom smrzavanja.

Najprije se skrutne površina odljevka, a prednji dio ravnomjerno napreduje prema unutra kako se preostala tekućina progresivno puni.

Primjenjive industrijske legure

Tipične legure za skrućivanje sloj po sloj uključuju sivi lijev, čelik s niskim udjelom ugljika, čisti industrijski aluminij, čisti bakar, i eutektičke legure aluminija i silicija.

U proizvodnji investicijskog lijevanja, eutektički aluminij legure i nehrđajući čelik s niskim udjelom ugljika najrašireniji su stupnjevi s ovom karakteristikom skrućivanja.

Karakteristike

U progresivnom skrućivanju:

• Fronta skrućivanja je relativno oštra.
• Tekući metal ostaje povezan dulje vrijeme.
• Posljednji tekući metal obično je koncentriran u jednoj konačnoj vrućoj točki.
• Hranjenje je relativno jednostavno jer je zona skupljanja lokalizirana.
• Casting često pokazuje središnje šupljine skupljanja a ne široko raspršenu poroznost.

Značaj kvalitete

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

Ako je područje zadnjeg smrzavanja ispravno opskrbljeno usponskom cijevi ili dovodnikom, koncentrirano skupljanje može se učinkovito kontrolirati.

Zbog toga mnoge legure s uskim ledištem pokazuju dobro ponašanje pri ulaganju.

U pločastim ili šipkastim odljevcima, središnja šupljina može nastati ako je hranjenje nedovoljno, ali defekt je često lakše otkriti i ispraviti nego difuznu poroznost raširenu po presjeku.

Praktična implikacija u lijevanju za ulaganje

Odljevke za ulaganje koji se progresivno skrućuju obično je lakše kontrolirati, pod uvjetom da je toplinski put pravilno usmjeren.

Kada dizajn potiče usmjereno smrzavanje prema hranilici, veća je vjerojatnost da će odljev ostati zdrav.

Međutim, ako je vruća točka nepropisno izolirana, još uvijek se može formirati koncentrirana šupljina skupljanja u zoni završnog skrućivanja.

4. Kašasto skrućivanje (Stvrdnjavanje volumena) Način rada

Definicija

Kašasto skrućivanje, Također nazvan volumen skrućivanje ili pastasto skrućivanje, je način u kojem legura prolazi kroz široku zonu skrućivanja.

Metal se ne smrzava na jednoj jasnoj fronti; umjesto toga, razvija kašastu ili kašastu smjesu čvrstih dendrita i preostale tekućine.

Primjenjive industrijske legure

Reprezentativne legure za kašasto skrućivanje uključuju nodularno željezo, čelik s visokim udjelom ugljika, a kositrena bronca.

Martenzit visokog ugljika nehrđajući čelik koji se obično koristi u livenju za ulaganje, obično pokazuje tipično ponašanje kašastog skrućivanja.

Karakteristike

U kašastom skrućivanju:

• Zona skrućivanja je široka.
• Legura rano razvija dendritsku strukturu.
• Nakon što čvrsta frakcija postane dovoljno visoka, preostala tekućina ostaje zarobljena u izoliranim džepovima.
• Hranjenje postaje otežano jer su putevi tekućine prekinuti.
• Odljev je sklon Poroznost skupljanja ili mikroskupljanje raspoređeni po cijelom odjeljku.

Zašto je to problematično

Kada se dendriti međusobno povežu, preostala tekućina više ne može slobodno teći od hranilice do vruće točke.

Umjesto jedne koncentrirane šupljine, odljevak može razviti mnogo malih unutarnjih šupljina koje se šire kroz zonu skrućivanja.

Ove raspoređene nedostatke često je teže eliminirati nego jednu šupljinu skupljanja.

Zbog toga je legure sa širokim rasponom smrzavanja teže puniti običnim usponima. Skupljanje se ne skuplja na jednom mjestu; širi se kroz volumen.

Praktična implikacija u lijevanju za ulaganje

Kašasto skrućivanje posebno je važno kod tankih, kompleks, ili visokolegirani odljevci gdje kemijski sastav legura prirodno proizvodi široki raspon smrzavanja.

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

• jače usmjereno hlađenje,
• veće ili učinkovitije hranilice,
• poboljšani toplinski gradijenti,
• smanjeno pregrijavanje,
• ili selektivno hlađenje.

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

5. Način srednjeg skrućivanja

Definicija

Većina industrijskih legura pripada tipu srednjeg skrućivanja, čije karakteristike skrućivanja leže između slojevitog i kašastog načina.

Zona skrućivanja održava srednju širinu; granica kruto-tekuće nije očigledna glatka površina niti kašasti sloj cijelog presjeka.

Dendritski rast i hranjenje tekućinom koegzistiraju tijekom cijelog procesa skrućivanja.

Primjenjive industrijske legure

Tipične legure srednjeg skrućivanja uključuju srednje ugljični čelik, čelik s visokim sadržajem mangana, i bijelo lijevano željezo.

Strukturalni dijelovi od niskolegiranog čelika sa srednjim udjelom ugljika čine najveći udio odljevaka za ulaganje srednjeg skrućivanja.

Karakteristike

Srednje skrućivanje kombinira značajke oba načina:

• Fronta skrućivanja nije savršeno oštra.
• Zona skrućivanja ima umjerenu širinu.
• Hranjenje je moguće, ali ne tako lako kao kod legura s uskim smrzavanjem.
• Ponašanje skupljanja je složenije nego kod čistog progresivnog smrzavanja.
• Tendencije defekta leže između koncentriranog skupljanja i raspodijeljenog mikroskupljanja.

Zašto je to važno

Intermedijarno skrućivanje je najčešći industrijski slučaj. Mnoge standardne inženjerske legure smrzavaju se na ovaj način.

Njihova kvaliteta uvelike ovisi o dizajnu lijevanja jer prirodno nisu tako otporne kao legure s uskim smrzavanjem, ali nisu tako teške kao jako kašaste legure.

Praktična implikacija u lijevanju za ulaganje

Za legure srednjeg skrućivanja, ljevaonica mora pažljivo balansirati:

• temperatura ljuske,
• temperatura ulijevanja,
• debljina presjeka,
• postavljanje hranilice,
• i brzina hlađenja.

Budući da legura prirodno ne osigurava idealan put smrzavanja, dizajner procesa mora ga stvoriti.

6. Usporedba tri načina skrućivanja

7. Čimbenici koji pomiču skrućivanje prema jednom ili drugom načinu

Način skrućivanja nije fiksiran samo jednom varijablom. To je rezultat interakcije između kemija legura, toplinski gradijent, uvjeti izlijevanja, ponašanje ljuske, i geometrija lijevanja.

Promjenom ovih faktora, ljevaonica može gurati odljevak prema progresivnom skrućivanju ili prema kašastom skrućivanju.

Asortiman legura zamrzavanja

Najvažniji čimbenik je raspon smrzavanja legure.

• Uzak raspon smrzavanja → teži progresivnom skrućivanju
• Širok raspon zamrzavanja → teži ka kašastom skrućivanju
• Srednji raspon smrzavanja → teži srednjem skrućivanju

Što je interval liquidus–solidus širi, što dulje odljevak ostaje u polukrutom stanju i to je vjerojatnije da će se razviti široka zona skrućivanja.

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

Toplinski gradijent u odljevku

Što je toplinski gradijent jači, veća je vjerojatnost da će se odljevak postupno smrzavati.

Oštar pad temperature od stijenke ljuske do središta potiče jasnu frontu smrzavanja i pomaže metalu da se skrutne u usmjerenom nizu.

Ako je temperaturni gradijent slab, zona skrućivanja se širi. Veći dio presjeka ostaje polučvrst dulje vrijeme, što tjera ponašanje prema kašastom smrzavanju.

Predgrijavanje ljuske i ekstrakcija topline ljuske

U investicijskom lijevanju, keramička ljuska je glavni element za kontrolu topline.

Toplija ljuska smanjuje početni toplinski udar i može poboljšati punjenje, ali također usporava odvođenje topline na početku.

Hladniji omotač agresivnije izvlači toplinu, što može izoštriti frontu smrzavanja i pogodovati progresivnom skrućivanju.

Debljina ljuske također je važna:

• Deblja ljuska → veći toplinski otpor → sporije odvođenje topline → šira zona smrzavanja
• Tanja ljuska → manji toplinski otpor → brže odvođenje topline → oštrija fronta smrzavanja

Temperatura izlijevanja i pregrijavanje

Temperatura lijevanja utječe na to koliko dodatne topline metal mora izgubiti prije nego počne smrzavanje.

• Veće pregrijavanje obično odgađa smrzavanje i može izravnati toplinski gradijent.
• Niže pregrijavanje skraćuje vrijeme prije početka skrućivanja, ali ako se ode predaleko, može smanjiti mogućnost punjenja i stvoriti neispravan rad.

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

Debljina stijenke odljevka

Debljina stijenke jedan je od najvidljivijih faktora povezanih s geometrijom.

• Tanki zidovi brzo skrućuju i imaju tendenciju poticanja progresivnog skrućivanja.
• Debeli zidovi duže zadržavaju toplinu i vjerojatnije je da će formirati široke kašaste zone.

Zbog toga se na teškim dijelovima često pojavljuju vruće točke, šefovi, spojevi, ili izolirane mase gdje toplina ne može lako pobjeći.

Geometrija i lokalna toplinska masa

Oštri uglovi, unutarnje spojeve, šefovi, a nagle promjene presjeka stvaraju lokalnu toplinsku neravnotežu.

Neka se područja mogu rano skrutiti, dok druga ostaju tekuća ili polučvrsta. To može promijeniti način lokalnog skrućivanja čak i kada je sama legura nepromijenjena.

Ključne geometrijske značajke koje utječu na način zamrzavanja uključuju:

• unutarnji kutovi,
• vanjski uglovi,
• križanja rebara,
• izolirani jastučići,
• i nagle promjene debljine.

Okruženje za hlađenje nakon izlijevanja

Način na koji se odljevak hladi nakon lijevanja također je važan. Hlađenje na otvorenom, hlađenje pijeskom, izolacija, i prisilno hlađenje stvaraju različite uvjete gubitka topline.

Brže hlađenje izoštrava temperaturni gradijent i potiče progresivno smrzavanje. Sporije hlađenje proširuje fazu polukrutog stanja i gura ponašanje prema kašastom skrućivanju.

8. Odnos između načina skrućivanja i kvalitete lijevanja

Način skrućivanja nije teoretski detalj; jedna je od glavnih odrednica kvalitete lijevanja.

Utječe gustoća, sposobnost hranjenja, stvaranje poroznosti, sklonost vrućem pucanju, mikrostruktura, i konačnu ispravnost.

U investicijskom lijevanju, gdje je točnost oblika već visoka, način skrućivanja često postaje čimbenik koji odlučuje je li dio samo dimenzionalno ispravan ili se doista može koristiti.

Gustoća i unutarnja čvrstoća

Odljevak je najlakše dati zvuk kada se skrućivanje odvija kontrolirano usmjereno.

U progresivno skrućivanje, posljednja tekućina je koncentrirana u relativno maloj vrućoj točki, tako da se hranjenje može fokusirati i često se može učinkovito upravljati skupljanjem.

To obično dovodi do bolje gustoće i manjeg rizika od raspršenih unutarnjih šupljina.

U kašasto skrućivanje, za razliku od, preostala tekućina postaje zarobljena unutar široke polučvrste dendritične mreže.

Nakon što čvrsti okvir postane koherentan, putevi za hranjenje se brzo zatvaraju, a skupljanje se širi kroz dio kao mnogo malih šupljina umjesto jedne lako kontrolirane šupljine.

Zbog toga je legure sa širokim zamrzavanjem često teže napraviti potpuno guste.

Šupljina skupljanja nasuprot poroznosti skupljanja

Vrsta defekta skupljanja usko je povezana s načinom skrućivanja.

• Progresivno skrućivanje ima tendenciju stvaranja a koncentrirana šupljina skupljanja u zoni konačnog smrzavanja ako je hranjenje nedovoljno.
• Kašasto skrućivanje ima tendenciju proizvodnje raspodijeljena poroznost skupljanja ili mikroskupljanja preko zone skrućivanja.
• Srednje skrućivanje može pokazivati ​​bilo koje ponašanje ovisno o debljini presjeka, put za hranjenje, i toplinska kontrola.

Sa stajališta kontrole procesa, koncentriranu šupljinu često je lakše locirati, hraniti se, i eliminirati raširenu poroznost.

To je jedan od razloga zašto je progresivno skrućivanje općenito povoljnije iz perspektive čvrstoće lijevanja.

Vruće kidanje i pucanje

Vruće kidanje događa se kada je djelomično skrutnuti odljevak sputan tijekom kontrakcije i ne može glatko ublažiti toplinski stres.

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

• U progresivno skrućivanje, preostala tekućina još uvijek može zacijeliti male kontrakcijske otvore ako je hranjenje odgovarajuće.
• U kašasto skrućivanje, polučvrsta dendritična mreža može rano postati kruta, pa se kontrakcija opire i pucanje postaje vjerojatnije.
• U srednje skrućivanje, rizik je umjeren i jako ovisi o dizajnu vruće točke i sustava hranjenja.

Praktična lekcija je da vruće kidanje nije samo problem metalurgije. To je problem puta skrućivanja.

Sposobnost hranjenja

Hranjenje je najučinkovitije kada se tekući metal još uvijek može kretati kroz profil kako bi zamijenio volumetrijsko skupljanje.

Zato je način skrućivanja toliko važan.

• Progresivno skrućivanje duže čuva povezani put tekućine.
• Kašasto skrućivanje prekida taj put rano dok se dendriti spajaju.
• Srednje skrućivanje pruža djelomični kapacitet hranjenja, ali ne tako pouzdano kao progresivno zamrzavanje.

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

Iz tog razloga, način skrućivanja mora se uvijek razmatrati zajedno s projektom uspona i geometrijom presjeka.

Ujednačenost mikrostrukture i svojstava

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

Usmjereniji uzorak smrzavanja nastoji proizvesti uredniju frontu skrućivanja, dok široko kašasto zamrzavanje često proizvodi grublje dendritične strukture i veće varijacije sastava između zona.

To je važno jer mikrostruktura utječe:

• zatečna čvrstoća,
• duktilnost,
• ponašanje umora,
• otpor korozije,
• i odziv obrade.

Zvučni odljevak nije samo onaj bez vidljivih nedostataka. To je onaj čija je unutarnja struktura dovoljno dosljedna da pruži pouzdanu izvedbu usluge.

9. Zašto je način skrućivanja bitan u lijevanju u kalupe

Način skrućivanja jedna je od najvažnijih varijabli u lijevanju s uloškom jer određuje hoće li odljevak postati zvuk, hranivi, i konstrukcijski pouzdan,

ili razvija li skrivene nedostatke koji se pojavljuju tek kasnije tijekom strojne obrade, inspekcija, ili uslugu.

Način skrućivanja kontrolira unutarnju ispravnost

Glavni razlog zašto je način skrućivanja važan je taj što izravno utječe na način na koji se rješava skupljanje. Kao što se metal smrzava, njegov volumen se smanjuje.

Ako tekući metal može nastaviti teći u područje skupljanja, odljevak ostaje gust i zdrav. Ako se hranjenje prekine prerano, nastaju defekti skupljanja.

• Progresivno skrućivanje obično koncentrira skupljanje u jednoj zadnjoj zoni smrzavanja, koje je lakše hraniti i upravljati.
• Kašasto skrućivanje ima tendenciju širenja skupljanja kroz široku polukrutu regiju, što čini unutarnju poroznost teže spriječiti.
• Srednje skrućivanje nalazi se između ova dva i može se ponašati dobro ili loše ovisno o toplinskom dizajnu.

Drugim riječima, način skrućivanja određuje je li skupljanje lokalizirano i može li se kontrolirati, ili raspršene i teško ih je eliminirati.

Određuje uspjeh ili neuspjeh hranjenja

Investicijski lijev uvelike ovisi o hranidbi. Hranilica ili voda za podizanje moraju ostati tekući dovoljno dugo da opskrbe posljednja područja koja se smrzavaju. Način skrućivanja određuje koliko dugo taj put za hranjenje ostaje otvoren.

Odljevak koji se postupno smrzava daje ljevaonici bolju priliku za održavanje povezanog spremnika tekućine.

Odljevak koji se smrzne u kašastom obliku može rano izgubiti tu vezu, zadržavanje tekućine u izoliranim džepovima.

Nakon što su ti džepovi odrezani, nikakvo kasnije hlađenje ne može vratiti ispravnost.

Zbog toga se dizajn dodavanja ne može odvojiti od načina skrućivanja. Hranilica je učinkovita samo ako to podržava redoslijed zamrzavanja.

Utječe na vrstu i mjesto defekta skupljanja

Način skrućivanja također odlučuje koja će se vrsta defekta skupljanja vjerojatno pojaviti.

Koncentrirana šupljina često je manje štetna od raširenog mikroskupljanja jer je vidljivija, lokaliziraniji, i lakši za rukovanje s usponima ili dodatkom za strojnu obradu.

Distribuirana poroznost, za razliku od, može oslabiti veliko područje dijela, a da to nije vidljivo izvana.

Utječe na vruće kidanje i pucanje

Vruće kidanje usko je povezano s načinom na koji se odljevak steže dok je djelomično čvrst.

Ako polučvrsta mreža postane kruta prije nego što odljevak završi svoju kontrakciju, može se nakupiti vlačni napon i puknuti dio.

Način skrućivanja je važan jer se mijenja:

• koliko brzo dendritična mreža postaje koherentna,
• koliko dugo tekućina ostaje dostupna za ublažavanje stresa,
• i koliko ograničenja postoji tijekom kontrakcije.

Progresivno skrućivanje često nudi bolju priliku za hranjenje kontrakcija i opuštanje stresa.

Kašasto skrućivanje može blokirati strukturu prerano, čineći odljevak osjetljivijim na kidanje. Zbog toga je način skrućivanja izravan čimbenik u sprječavanju pukotina, ne samo problem skupljanja.

Oblikuje mikrostrukturu i konačna svojstva

Način na koji se odljevak smrzava također utječe na strukturu zrna, razmak dendrita, i jednolikost sastava metala.

Smjerniji put smrzavanja teži stvaranju urednije strukture, dok široka kašasta zona često dovodi do grubljih dendrita i veće lokalne segregacije.

To je važno jer unutarnja struktura utječe:

• zatečna čvrstoća,
• duktilnost,
• Život umora,
• reakcija na koroziju,
• i ponašanje obrade.

Odljevak može zadovoljiti dimenzionalne specifikacije, ali i dalje biti lošiji ako je njegov način skrućivanja proizveo neravnu ili poroznu unutarnju strukturu.

Ovo je posebno važno kod odljevaka za ulaganje visoke vrijednosti koji se koriste u zrakoplovstvu, vlast, medicinski, i aplikacije preciznog inženjerstva.

Određuje koliko je kontrole procesa potrebno

Različiti načini skrućivanja zahtijevaju različite razine ljevaoničke discipline.

• Progresivno skrućivanje obično najviše oprašta.
• Srednje skrućivanje zahtijeva uravnoteženu kontrolu.
• Kašasto skrućivanje zahtijeva najagresivniji inženjerski zahvat.

Kada se odljevak prirodno postupno smrzava, procesom se često može upravljati standardnim načelima usmjerenog dodavanja.

Kada odljevak teži ka kašastom smrzavanju, ljevaonici će možda trebati jači toplinski gradijenti, bolji dizajn školjke, pažljivija kontrola temperature izlijevanja, selektivno hlađenje, ili sofisticiraniju strategiju uspona.

Dakle, način skrućivanja također je mjera težine procesa. Što je kašastije ponašanje smrzavanja, potrebno je više truda da bi lijevanje bilo zvučno.

To je skrivena poveznica između dizajna i kvalitete

Jedan od najvažnijih razloga zašto je način skrućivanja bitan je taj što povezuje dizajn lijevanja s konačnom kvalitetom.

Dio može izgledati izvrsno u CAD-u i može se čak uspješno izliti, ali ako mu je način skrućivanja loš, završni dio još uvijek može propasti.

Način skrućivanja povezuje se:

• odabir legura,
• debljina presjeka,
• dizajn školjke,
• temperatura ulijevanja,
• sustav hranjenja,
• uvjetima hlađenja,
• i unutarnji integritet.

To ga čini jednom od središnjih varijabli dizajna u investicijskom lijevanju. To nije samo metalurški koncept. To je princip dizajna.

10. Zaključak

Način skrućivanja je osnovni unutarnji mehanizam koji određuje mikrostrukturu i raspodjelu nedostataka odljevaka za ulaganje.

Klasificirano prema širini zone skrućivanja, skrućivanje metala dijeli se na sloj-po-sloj, sentimentalan, i srednji modovi.

Raspon temperature kristalizacije legura temeljno određuje inherentnu tendenciju skrućivanja, dok gradijent temperature lijevanja umjetno prilagođava veličinu zone skrućivanja.

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

Podešavanjem temperature predgrijavanja ljuske, embedding chill irons, optimiziranje rasporeda uspona, i kontroliranje pregrijavanja izlijevanja, način skrućivanja može se umjetno optimizirati kako bi se nepovoljno kašasto skrućivanje pretvorilo u kontrolirano skrućivanje sloj po sloj.

Ovladavanje trima načinima skrućivanja i njihovim zakonima utjecaja osnovna je pretpostavka za uklanjanje nedostataka skupljanja, poboljšati unutarnju kompaktnost, i proizvoditi visokokvalitetne kvalificirane odljevke za ulaganje.

S nadogradnjom tehnologije simulacije lijevanja, vizualizirano temperaturno polje i predviđanje zone skrućivanja dodatno će povećati točnost kontrole načina skrućivanja, promicanje vrhunskog i inteligentnog razvoja industrije preciznog livenja za uložak.

 

Česta pitanja

Koji način skrućivanja ima najbolju izvedbu hranjenja?

Stvrdnjavanje sloj po sloj. Njegove koncentrirane šupljine skupljanja lako se uklanjaju kroz uspone, a tekuća tekućina može spontano zacijeliti mikropukotine.

Zašto je kašastim skrućivanjem teško eliminirati poroznost?

Međusobno povezani dendriti izoliraju zaostalu tekućinu u zatvorene bazene tekućine, a konvencionalni dizači ne mogu ostvariti duboko hranjenje za dispergiranu mikro poroznost skupljanja.

Zašto investicijski lijev ima tendenciju stvaranja širokih zona skrućivanja?

Keramičke školjke se prethodno zagrijavaju prije izlijevanja, što rezultira niskim temperaturnim gradijentima presjeka, koji proširuju kašastu zonu i olakšavaju kašasto skrućivanje.

Kako pretvoriti kašasto skrućivanje u skrućivanje sloj po sloj?

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

Koji je najčešće korišten način skrućivanja u industrijskom lijevanju za ulaganje?

Srednje skrućivanje. Većina srednje ugljičnih legiranih čelika i uobičajenih legura za lijevanje pripadaju ovoj kategoriji s uravnoteženim sveobuhvatnim performansama.