鋳鋼部品の表面品質に影響を与える要因の分析

鋳鋼部品の表面品質は、主に成形段階における 2 つの相互に関連する要因によって決まります。: 金型キャビティの清浄度 そして 金型の表面状態.

大型鋳物の場合、注湯システムが長く、冶金的/プロセスの複雑さが高い場合、緩んだ砂の侵入が発生します。, セラミックライザー/ランナーパイプへのドロスやその他の汚染物質、およびパターン/金型表面の劣化または損傷は、目に見える表面欠陥の主な原因です。.

この記事ではこれらの要因を詳しく分析します, 金型表面欠陥の影響に関する実用的な保護対策とテスト証拠を提示します。, 鋳造時の表面状態を改善し、手戻りを減らすための実装ロードマップを提供します。.

1. 表面品質の背景と重要性

大型鋳鋼部品 (タービン成分, 大型バルブ, ハイドロタービンランナー, 等) 高い注湯温度と複雑なゲートシステムの下で製造されます.

表面の外観は商業的な特性だけでなく、プロセス管理と内部の健全性の指標でもあります.

表面品質が悪いと研削コストが高くなる, 機械加工のやり直しや拒否が発生し、顧客の認識に悪影響を及ぼします.

実際には多くの要因が外観に影響を与えます (冶金学的介在物, マクロ分離, 砂の融合, かさぶた), しかし、大企業にとっては 2 つの要因が一貫して支配的です 鋳造成形時および注湯時:

1. 金型キャビティの清浄度 — 緩んだ砂の侵入, セラミックフィーダー/ランナーパイプおよびキャビティへのドロスおよび介在物; そして
2. 金型表面状態 — 機械的損傷, 蓄積の修復, パターンおよびコアコンポーネントの表面粗さ.

ガスタービンなどの大型鋳鋼部品の長年にわたる実際の生産経験に基づく,

蒸気タービン, および水力タービンランナー, この記事は、鋳鋼部品の表面品質に対する金型キャビティの清浄度および金型表面状態の影響メカニズムを体系的に分析します。.

比較テストとエンジニアリングの実践を組み合わせる, 鋳物の表面品質を効果的に向上させるための目標を絞った改善策を提案し、高品質な鋳鋼部品の安定生産を技術的にサポートします。.

2. 金型キャビティの清浄度が鋳鋼部品の表面品質に及ぼす影響

金型キャビティは、鋳鋼部品を成形する「型」です。. 清浄度は、介在物の有無を直接決定します。, 砂の包含, 鋳物の表面上のその他の欠陥.

鋳鋼部品の注湯工程中, 溶鋼が金型キャビティに高速で流れ込​​みます.

製錬工程中に生成されるスラグ混入物, ゲートシステムの敷設中にパイプラインに侵入する飛散砂, 他の汚染物質は溶鋼とともに金型キャビティに洗い流されます。.

溶鋼の冷却凝固過程中, 密度が低いため, ほとんどのスラグ混入物と散乱砂は上方に浮き上がり、ライザーまたは通気システムから排出されます。.

しかし, 介在物の一部は依然として可変断面で凝縮します。, 切り身, およびその他の鋳物の位置, 砂の混入やスラグの混入などの表面欠陥の形成.

これらの欠陥は研削によって除去する必要があります, 製造工数とコストが増加するだけでなく、研削量が多すぎると鋳物の寸法精度に影響を与える可能性があります。.

金型キャビティ内に砂が飛散する主な原因はゲート システムです。.

鋳鋼部品のゲートシステムは通常セラミックパイプで構成されています (磁器パイプ) 高温耐性を確保し、溶鋼の浸食を回避するため.

大型鋳鋼部品用, 敷設されたゲートシステムの全長は、 40 メーター, 敷設プロセスには、接続された磁器パイプの複数のセクションが含まれます.

長さが長く敷設難易度が高いため, 飛散した砂が磁器パイプ内に侵入する可能性が比較的高い.

したがって, 敷設プロセス中に磁器パイプの各セクションを保護し、飛散した砂が溶鋼と一緒に金型キャビティに侵入するのを防ぐことが特に重要です。.

3種類の鋳鋼製品の実践検証により (ガスタービン, 蒸気タービン, および水力タービンランナー),

金型キャビティの清浄度を効果的に向上させるために、3 種類の保護材料と保護方法が開発されました。. 以下は各方法の詳細な分析です:

2.1 PVCプラスチックフィルムの保護方法

PVC (ポリ塩化ビニル) プラスチックフィルムはコストパフォーマンスが高いため、ゲートシステムの保護に広く使用されています, 便利な操作, 優れたシール性能.

フィルムの推奨厚さは0.4～1mmです。, 現場の成形作業要件に応じて特定の厚さを選択できます。.

磁器パイプの内部清浄度の観察・検査を容易にします。, 透明PVCフィルムが好ましい.

具体的な操作手順は以下の通りです: 初め, 保護する前に磁器パイプの各セクションの内部の清浄度をチェックします。, 既存の飛散砂やその他の汚染物質を除去します。.

それから, 保護する磁器パイプの開口部にPVCフィルムを巻きます。. フィルムの気密性は、磁器パイプ間の接続に影響を与えないように適切である必要があります。.

磁器パイプの突合せ接合時, 浮遊砂やその他の汚染物質はフィルムの外側で遮断され、磁器パイプ内に入ることができません。.

ゲートシステムの敷設が完了したら, フィルムを剥がす必要はありません.

注ぐ工程中, 溶けた鋼が金型キャビティに突入するとき, 磁器パイプ内の空気は圧力下でシステムから排出されます。, PVC フィルムは金型キャビティ内の空気とともに排気システムから吹き出されます。.

PVCフィルムは高温になると完全に燃焼して分解してしまうため、 (PVCの分解温度は約200～300℃です。,

これは溶鋼の注入温度よりもはるかに低いです), 溶鋼を汚染したり、鋳物の表面に残留物を残したりすることはありません。.

2.2 薄鋼板の保護工法

厚さ以下の薄鋼板 1 mmは磁器パイプの保護にも使用できます.

薄鋼板の利点は再利用できることです, 長期的な材料費をある程度削減できる.

ご使用の前に, 薄い鋼板は、磁器パイプの接続部分を完全に覆うことができるように、磁器パイプのサイズと形状に応じて、磁器パイプの外径よりわずかに大きい適切なサイズに加工する必要があります。.

操作プロセスは、: 初め, 磁器パイプ内に異物がないか確認します.

それから, 磁器パイプの接続部分に加工した薄い鋼板をスリーブで保護します.

磁器パイプ上部を鋳物砂で完全に覆った後, 薄い鋼板を手で引き抜きます.

しかし, この工法は建設作業に高い要件を必要とします: 一方では, 磁器パイプの周りに大量の砂があるため,

薄い鋼板を引っ張り忘れやすい; 一方で, 鋼板を引き抜く過程で、すでに敷設されている磁器パイプが打ち込まれる可能性があります, ゲートシステムの位置ずれが発生する.

加えて, ゲートシステムの設置後に二次清浄度検査が必要な場合, 薄い鋼板が除去され、磁器パイプの接続部分が砂で覆われているため、作業の難易度は比較的高い.

薄い鋼板を時間内に引き抜かなかったり、取り逃した場合には注意してください。, 注湯中に溶鋼と一緒に金型キャビティに入ります。,

これにより、溶鋼の流れが妨げられ、鋳物の表面にコールドシャットやミスランなどの重大な欠陥が発生します。.

2.3 発泡スチロール板の保護方法

発泡ポリスチレンボードは低コスト、軽量という利点があります。, ゲートシステムの一般的な保護材料でもあります.

この工法の鍵となるのは発泡ボードの加工精度: 発泡ボードは磁器パイプの内径と同じ直径の円筒形に加工する必要があります, 磁器パイプのノズルに設置して保護します.

フォームボードの加工サイズには高い要件があります: 直径が大きすぎる場合, 発泡ボードは磁器パイプのノズルに挿入できません;

直径が小さすぎる場合, シール性能が悪くなる, 磁器パイプの隙間から砂が内部に侵入しやすくなります。.

同時に, フォームボードには十分な厚さが必要です (通常5～10mm) 磁器パイプ内での傾きを防ぐため, 保護効果に影響します.

PVCプラスチックフィルムの保護方法と同様, ゲートシステムの敷設後にフォームボードを取り外す必要はありません。.

注ぐ工程中, 大量の溶鋼が金型キャビティに流入するとき, フォームボードは、金型キャビティ内の空気の圧力を受けて、空気出口システムを通って金型キャビティから吹き出されます。.

発泡ポリスチレンは高温で分解します (分解温度は約100～150℃) 有害物質を生成しません, そのため、溶鋼を汚染したり、鋳物の表面品質に影響を与えたりすることはありません。.

2.4 3つの素材の保護効果の比較

3つの保護方法の中心原理は、注湯中の溶鋼の流れに影響を与えず、金型キャビティ内に異物を導入しないことを前提として、飛散砂が磁器パイプや金型キャビティに侵入するのを防ぐことです。.

最適な保護スキームを選択するには, 費用, 建設難易度, 3つの素材の保護効果を比較, 表に示すように 1.

テーブル 1 保護材のコストと性能の比較

表からわかる 1 薄い鋼板と発泡スチロール板の両方が優れた保護効果を持っていること, ただし処理難易度は比較的高い, 現場での施工やある程度の使用には不便です.

PVCプラスチックフィルムは最高の保護効果を持っています, 現場での簡単操作と高いコストパフォーマンスを両立.

したがって, 実際の生産ニーズと組み合わせる, 鋳鋼部品のゲート システムの保護材料としては、厚さ 0.4 ～ 1 mm の PVC プラスチック フィルムが推奨されます。,

これにより、金型キャビティの清浄度が効果的に向上し、砂の混入によって引き起こされる表面欠陥が軽減されます。.

3. 金型表面状態が鋳鋼部品の表面品質に及ぼす影響

金型は鋳鋼部品を成形するための中心的なツールです, そしてその表面状態は鋳物の表面仕上げと平坦度に直接影響します。.

大型鋳鋼部品用, 加工しやすいという利点から木型が多く使われます。, 低コスト, そして、良好な機械性.

しかし, 木型は体積が大きく、ばらつきのあるブロックが多いという特徴があります。 (可動ブロック), 高い位置決め精度とルーズブロック間の接続の堅固さが必要な場合.

実際の製造工程では, 金型の使用回数の増加に伴い, 金型剥離時の金型表面へのダメージやブロックのゆるみも増加します。.

これらの欠陥が期限内に維持されない場合, 鋳物の形状や表面品質に影響を与えるだけでなく、金型の耐用年数も短くなります。.

3.1 金型表面の自然欠陥の発生

金型表面の自然欠陥には主に摩耗が含まれます。, 傷, ひび割れ, 接合隙間の凹凸. これらの不具合は主に以下の理由により発生します。:

• 金型剥離損傷: 金型剥離工程中, 鋳物砂と型表面との付着によるもの,
  金型を引き抜くときに、金型の表面と緩んだブロックに傷がついたり摩耗しやすくなります。, 特に金型のフィレットやエッジで.
• 環境要因: 金型は製造工場に長期間保管されます, 表面は湿気の影響を受けやすい, 木材の膨張や変形の原因となる, 表面が不均一になる.
• メンテナンスが適時ではない: 金型使用後, 表面の砂や汚染物質が時間内に除去されなかった場合, または、損傷した部品の修理が間に合わない場合, 使用回数が増えると徐々に欠陥が拡大します.

こうした自然欠陥の中には、, 金型の接続ギャップとフィレットの凹凸のある表面は、鋳物の表面品質に最大の影響を与えます。.

金型修正後, 表面が平らで滑らかになるように研磨されていない場合, 鋳物の表面に溝状またはネズミの尾状の欠陥が形成されます。, 鋳物の外観品質に重大な影響を与える.

3.2 金型表面の人工欠陥の試験

金型表面の平坦度と鋳肌欠陥の関係を定量的に検証したい, 比較テストが行​​われました.

金型表面に深さの異なる3種類の人工欠陥を作製, 1〜2 mmでした, 2–4mm, それぞれ4〜6 mm.

欠陥の分布範囲は面内をカバー, 円弧面, フランジ付け根のフィレット部と, 鋳鋼部品の表面欠陥が発生しやすい重要な位置です。.

テスト計画は次のとおりです: ポジションごとに 3 つのエリアが選択されます, 各領域の面積は次のように設定されます。 300 mm× 300 mm.

選択した領域に人工欠陥が作成され、マークが付けられます。.

凸状欠陥は、金型表面にパテや石膏などの材料を追加することによって作成されます。, 合金回転ヤスリなどの工具を用いて金型表面を研磨し、凹状欠陥を形成します。.

すべての人工欠陥の深さは高さゲージで測定され、写真によって記録されます。.

成形工程中, 人工欠陥部分を検査し、欠陥の形状に影響を与える砂などが浮遊していないかを確認します。.

欠陥の周囲に充填される砂の圧縮度および強度は、成形作業の要件に従って実装されます。.

鋳物が注がれて形成された後, 高品質の熱処理と最初のショットブラストプロセスが施されます。, 人工欠陥に対応する鋳物の表面領域が検査および検証されます。.

テスト結果は、金型表面の人為的欠陥の深さの違いにより、鋳造表面の粗さのレベルが異なることを示しています。.

具体的な対応関係を表に示します。 2.

テーブル 2 金型表面の人為欠陥と鋳造表面粗さの比較表

注記: 表中の表面粗さのグレードは、鋳鋼部品の社内規格に従って分類されています。: A1グレード (ra≤ 6.3 μm) 最高の表面品質です, 主要な外観パーツに適しています;

A2/A3グレード (6.3 μm < ra≤ 12.5 μm) 一般的な表面品質です, 通常の構造部品に適しています; A4グレード (ra > 12.5 μm) 表面品質が低いです, 研削して再加工する必要がある.

テスト結果によると, 鋳鋼部品のさまざまな表面粗さグレードの要件を満たすため, 使用前に金型表面を検査する必要がある.

規定の深さを超える欠陥の場合 (いつもの 2 一般部品の場合はmm、 1 主要部分のmm), 金型表面全体の状態が適切であることを確認するために、修理と研削を実行する必要があります。.

金型の接合隙間やフィレットに, 鋳造表面に溝状またはネズミの尾状の欠陥が形成されないよう、検査とメンテナンスには特別な注意を払う必要があります。.

4. 結論

大型鋳鋼部品の場合、最も大きな影響を与える 2 つの要素, 鋳造時の表面品質低下の制御可能な原因は次のとおりです。 ゲート/配管を介した汚染の侵入 そして 金型表面の欠陥.

単純, 低コストの保護方法、特に配管設置時にパイプ開口部をキャップ/カバーする厚さ 0.4 ～ 1.0 mm の透明 PVC フィルムの使用により、砂の侵入が大幅に減少します。.

金型表面の入念な検査と適時の修復 (保守的な欠陥深さの許容範囲は ≤2 mm です) 金型の損傷が鋳造部品に伝わるのを防ぎます.

初品NDTと文書化された保守/検査プログラムとの組み合わせ, これらの措置により、表面状態が大幅に改善されます, 手戻りを減らし、顧客の目に見える品質を向上させる.

参照

[1] 張超輝. 鋳鋼部品の品質分析と品質向上対策 [j]. 中国ジャーナルネットワーク, 2018(01): 75-77.

[2] ワン・チェンビン. 金型構造が鋳造品質に及ぼす影響と最適化設計に関する考察 [j]. 現代のビジネスと貿易産業, 2011, 23(01): 303.

[3] アメリカ鋳物協会 (afs). 鋼鋳物ハンドブック [m]. 11第 3 版. afs, 2017.