Investicinis liejimas – liejinių kietėjimo būdai

Įvadas

Investicijų atrankoje, išlydytas lydinys gali būti identiškas, keraminis apvalkalas gali būti identiškas, ir pylimo sąlygos gali atrodyti net identiškos.

Tačiau galutiniai liejiniai gali būti visiškai kitokios kokybės.

Viena dalis gali pasirodyti tanki, garsas, ir švarus; kitoje gali būti susitraukimo poringumo, Vidinės ertmės, Karštos ašaros, arba paslėptos silpnos zonos, kurios atsiranda tik vėliau apdirbant ar atliekant techninę priežiūrą.

Priežastis nėra vien „sėkmė“ ar lydinio chemija. Taip liejinys sukietėja.

Kietėjimas yra lemiamas etapas, kai skystas metalas virsta kietu komponentu.

Per šį etapą, temperatūros laukas liejinio viduje nuolat vystosi, kietėjimo frontas juda į vidų, ir nustatomos vidinės maitinimosi sąlygos.

Į Investicijų liejimas, kur ploni keraminiai apvalkalai, tiksli geometrija, ir kruopščiai kontroliuojamas šiluminis elgesys sąveikauja, kietėjimo režimas tampa vienu iš svarbiausių faktorių, lemiančių liejimo kokybę.

Paprastai pripažįstami trys pagrindiniai kietėjimo režimai:

• Laipsniškas kietėjimas
• Švelnus kietėjimas
• Tarpinis kietėjimas

Šiuos režimus daugiausia lemia lydinio užšalimo diapazonas ir terminis gradientas liejinyje.

Kiekvienas režimas sukuria skirtingą vidinę struktūrą, skirtingos maitinimo sąlygos, ir kitokia defektų tendencija.

Jų supratimas yra būtinas kylančiam dizainui, apvalkalo dizainas, aušinimo valdymas, ir defektų prevencija.

1. Kietėjimo zona liejinio viduje

Kietėjimo metu, daugumoje liejinių yra trys šiluminės zonos:

The kietėjimo zona yra svarbiausias regionas, nes čia medžiaga nėra nei visiškai skysta, nei visiškai kieta.

Tai zona, kurioje auga grūdai, skystas metalas juda tarpdendritiniais kanalais, ir susitraukimo šėrimas gali pasisekti arba nepavykti.

1 yra pelėsio apvalkalas, 2 yra kietosios fazės zona (Y., sukietėjusią sritį), 3 yra kietėjimo zona (Y., regionas šiuo metu tvirtėja, kur sugyvena skystis ir kietas), 4 yra skystosios fazės zona

Nuo paviršiaus į vidų, metalas pradeda stingti prie korpuso sienelės, o kietėjimo frontas palaipsniui juda centro link.

Bet kuriuo momentu, liejimą galima įsivaizduoti kaip dinamišką sistemą su judančiu priekiu, ne kaip statiškas objektas, tolygiai vėsantis iš išorės į vidų.

Galutinio liejimo kokybė labai priklauso nuo to, kokia plati yra ši kietėjimo zona ir kaip ji elgiasi užšalimo metu.

2. Kas lemia kietėjimo režimą?

The kietėjimas Investicijų atrankos būdą pirmiausia reglamentuoja du sąveikaujantys kintamieji: lydinio užšalimo diapazonas ir terminis gradientas liejinio viduje.

Kai likvidus ir solidus temperatūros yra labai artimos, lydinys linkęs užšalti su aštriu priekiu ir elgiasi kaip progresyviai kietėjanti medžiaga;

kai tarpas platus, lydinys sukuria platesnę kieto-skysčio zoną ir labiau linkęs kietėti.

Lydinio sudėtis yra pirmasis kontroliuojantis veiksnys

Sudėtis yra svarbiausias veiksnys, nes legiravimo elementai gali keisti skysčių ir kietųjų medžiagų temperatūrą, išplėsti arba susiaurinti užšalimo diapazoną, ir pakeisti dendritinio tinklo koherentiškumo tašką.

Užšalimo diapazonui ilgėjant, kieto-skysčio sritis tampa didesnė, aiškiai apibrėžtas kietas apvalkalas susiformuoja ne taip lengvai, o maitinimasis turi vykti per iš dalies sukietėjusią dendritinę struktūrą.

Komerciniu požiūriu gryni metalai ir siaurai užšąlantys lydiniai paprastai sudaro plokščią priekinę arba trumpą stulpelio zoną, o ilgiau užšąlantys lydiniai sukuria dendritinį kietėjimą daug didesnėje sekcijos dalyje.

Temperatūros gradientas kontroliuoja, ar priekis išlieka aštrus

Antras svarbus veiksnys yra temperatūros gradientas nuo korpuso sienelės link liejimo centro.

Stipresnis gradientas skatina kryptingą užšalimą ir stumia liejinį link laipsniško kietėjimo.

Silpnesnis gradientas praplečia minkštą zoną ir daro šaldymo režimą panašesnį į tūrį.

Pramoniniuose liejiniuose, inžinierius gali tai paveikti netiesiogiai per išankstinį apvalkalo pašildymą, izoliacijos lygis, skyriaus storis, ir aušinimo sąlygos, nors pagrindinės šiluminės fizikos negalima tiesiogiai pakeisti.

Svarbus vietos kietėjimo laikas

Kietėjimo režimą taip pat formuoja vietinis kietėjimo laikas, kuris yra intervalas tarp likvidumo ir solidaus izotermų perėjimo tam tikrame taške.

Ilgesnis vietinio stingimo laikas paprastai reiškia platesnę miglotą zoną ir didesnę mikrosegregacijos bei tarpdendritinio maitinimosi problemų riziką..

Literatūroje apie liejinio kietėjimą matyti, kad mikrosegregacija didėja didėjant užšalimo diapazonui ir kad dendritinis tinklas tampa mažiau pralaidus, kai pasiekiama darna..

Pilimo temperatūra ir perkaitimas reguliuoja paleidimo sąlygas

Išpylimo temperatūra pati savaime neapibrėžia kietėjimo režimo, bet tai stipriai įtakoja, kiek laiko liejinys išlieka visiškai skystas, kol susiformuoja stingdantis frontas.

Didesnis perkaitimas atitolina kietėjimo pradžią ir gali išlyginti pradinį terminį gradientą, o mažesnis perkaitimas sutrumpina užpildymo laiką ir gali padidinti ankstyvo užšalimo tikimybę.

Praktiškai, tai reiškia, kad liejimo temperatūra keičia šilumines sąlygas, kurioms esant išreiškiamas lydinio vidinis užšalimo diapazonas.

Geometrija gali pakeisti režimą vietoje

Pjūvio storis, kampus, vidinės įdubos, ir izoliuotos karštosios vietos gali pakeisti vietinį kietėjimo režimą net tada, kai lydinys nepakitęs.

Storos sekcijos ilgiau išlaiko šilumą ir elgiasi kaip plačios užšalimo ar purios zonos, o plonos dalys paprastai užšąla greičiau ir kryptingai.

Aštrūs vidiniai kampai yra ypač svarbūs, nes jie koncentruoja šiluminę masę ir gali sulėtinti vietinį užšalimą, nebent geometrija būtų pakeista arba vėsinama sąmoningai.

Investicijų liejimo apvalkalo elgsena yra lygties dalis

Investicijų atrankoje, keraminis apvalkalas yra ne tik talpykla; tai yra šiluminės konstrukcijos dalis.

Lukšto pašildymas, apvalkalo storis, dangos konstrukcija, ir aušinimo po išpylimo kelias keičia tai, kaip šiluma palieka liejinį.

Štai kodėl tas pats lydinys gali laipsniškai kietėti vienoje korpuso sąrankoje, o kietesnis – kietesnis.

Todėl krypties valdymas yra lydinio dizaino kombinuotas poveikis, apvalkalo dizainas, ir šilumos valdymas.

3. Sluoksnio kietėjimo režimas

Apibrėžimas

Laipsniškas kietėjimas yra būdas, kai kietos ir skystos dalys yra aiškiai atskirtos santykinai skirtingu užšalimo frontu..

Liejimo paviršius pirmiausia sukietėja, o priekis tolygiai juda į vidų, kai likęs skystis palaipsniui tiekiamas.

Taikomi pramoniniai lydiniai

Tipiški sluoksnių kietėjimo lydiniai yra pilkasis ketus, Mažai anglies plienas, grynas pramoninis aliuminis, gryno vario, ir eutektiniai aliuminio ir silicio lydiniai.

Investicinio liejimo gamyboje, eutektika aliuminis lydiniai ir mažai anglies išskiriantis nerūdijantis plienas yra plačiausiai naudojamos šios kietėjimo savybės.

Charakteristikos

Laipsniško kietėjimo metu:

• Kietėjimo frontas yra gana aštrus.
• Skystas metalas ilgiau išlieka prijungtas.
• Paskutinis skystas metalas paprastai koncentruojamas vienoje galutinėje karštoje vietoje.
• Maitinimas yra gana paprastas, nes susitraukimo zona yra lokalizuota.
• Kastingas dažnai rodo centrinės susitraukimo ertmės o ne plačiai išsklaidytas poringumas.

Kokybės reikšmė

Laipsniškas kietėjimas paprastai yra palankus tvirtumui, nes susitraukimą lengviau numatyti ir pamaitinti.

Jei paskutinio užšalimo regioną tinkamai aprūpina stovas arba tiektuvas, koncentruotas susitraukimas gali būti veiksmingai kontroliuojamas.

Štai kodėl daugelis siaurai užšąlančių lydinių pasižymi geru maitinimosi elgesiu.

Plokštės arba strypų formos liejiniuose, jei maitinama nepakankamai, gali susidaryti vidurio linijos ertmė, tačiau defektą dažnai lengviau aptikti ir ištaisyti nei išsklaidytą poringumą, pasklidusį visoje sekcijoje.

Praktinė reikšmė investuojant

Investicinius liejinius, kurie palaipsniui kietėja, paprastai lengviau valdyti, jei šilumos kelias nukreiptas teisingai.

Kai konstrukcija skatina kryptingą užšalimą tiektuvo link, labiau tikėtina, kad liejimas išliks garsus.

Tačiau, jei karštoji vieta izoliuota netinkamai, galutinėje kietėjimo zonoje dar gali susidaryti koncentruota susitraukimo ertmė.

4. Švelnus kietėjimas (Tūrio kietėjimas) Režimas

Apibrėžimas

Švelnus kietėjimas, Taip pat vadinamas tūrio kietėjimas arba pastos pavidalo kietėjimas, yra režimas, kai lydinys praeina per plačią kietėjimo zoną.

Metalas neužšąla viename atskirame priekyje; vietoj, susidaro į srutas ar košę panašus kietų dendritų ir likusio skysčio mišinys.

Taikomi pramoniniai lydiniai

Tipiški purūs kietėjimo lydiniai yra kaliojo ketaus, Aukštų anglies plienas, ir alavo bronza.

Aukšto anglies martensitinis Nerūdijantis plienas dažniausiai naudojamas investiciniam liejimui, paprastai pasižymi tipišku miglotu kietėjimo elgesiu.

Charakteristikos

Mišraus kietėjimo:

• Kietėjimo zona plati.
• Lydinys anksti sukuria dendritinę struktūrą.
• Kai kietoji frakcija tampa pakankamai didelė, likęs skystis patenka į izoliuotas kišenes.
• Maitinimas tampa sunkus, nes nutrūksta skysčio keliai.
• Liejimas yra linkęs susitraukimo poringumas arba mikrosusitraukimas paskirstytas visame skyriuje.

Kodėl tai problematiška

Kai dendritai susijungia tarpusavyje, likęs skystis nebegali laisvai tekėti iš tiektuvo į karštą vietą.

Vietoj vienos koncentruotos ertmės, liejinyje gali susidaryti daug mažų vidinių tuštumų, pasklidusių per kietėjimo zoną.

Šiuos paskirstytus defektus dažnai yra sunkiau pašalinti nei vieną susitraukimo ertmę.

Štai kodėl plataus užšalimo diapazono lydinius sunkiau tiekti naudojant įprastus stovus. Susitraukimas nėra surenkamas į vieną vietą; jis pasklinda per tūrį.

Praktinė reikšmė investuojant

Mišrus kietėjimas ypač svarbus plonoms, kompleksas, arba didelio lydinio liejiniai, kai lydinio chemija natūraliai sukuria platų užšalimo diapazoną.

Tokiais atvejais, paprasto šėrimo dažnai nepakanka. Procesui gali prireikti:

• stipresnis kryptinis aušinimas,
• didesnės ar efektyvesnės šėryklos,
• patobulinti šiluminiai gradientai,
• sumažintas perkaitimas,
• arba selektyvus atšaldymas.

Tikslas yra, kad kietėjimo zona netaptų per plati ir per izoliuota.

5. Tarpinis kietėjimo režimas

Apibrėžimas

Dauguma pramoninių lydinių priklauso tarpinio kietėjimo tipui, kurių kietėjimo charakteristikos yra tarp sluoksnio po sluoksnio ir puraus režimų.

Kietėjimo zona išlaiko vidutinį plotį; kieto ir skysčio riba nėra nei akivaizdi sklandi sąsaja, nei visos sekcijos purus sluoksnis.

Dendritinis augimas ir skysčių maitinimas egzistuoja kartu viso kietėjimo proceso metu.

Taikomi pramoniniai lydiniai

Tipiški tarpinio kietėjimo lydiniai yra vidutinio anglies plieno, didelio mangano plieno, ir balto ketaus.

Vidutinio anglies kiekio mažai legiruoto plieno konstrukcinės dalys sudaro didžiausią tarpinio kietėjimo investicinių liejinių dalį.

Charakteristikos

Tarpinis kietėjimas sujungia abiejų režimų savybes:

• Kietėjimo frontas nėra visiškai aštrus.
• Kietėjimo zona yra vidutinio pločio.
• Galimas maitinimas, bet ne taip lengva kaip siaurai užšąlančių lydinių.
• Susitraukimo elgesys yra sudėtingesnis nei gryno laipsniško užšaldymo atveju.
• Defektų tendencijos yra tarp koncentruoto susitraukimo ir paskirstyto mikrosusitraukimo.

Kodėl tai svarbu

Tarpinis kietėjimas yra labiausiai paplitęs pramoninis atvejis. Daugelis standartinių inžinerinių lydinių užšąla tokiu būdu.

Jų kokybė labai priklauso nuo liejimo konstrukcijos, nes iš prigimties jie nėra tokie atlaidūs kaip siaurai užšąlantys lydiniai, bet ne tokie sunkūs kaip stipriai minkšti lydiniai..

Praktinė reikšmė investuojant

Vidutinio kietėjimo lydiniams, liejykla turi kruopščiai subalansuoti:

• apvalkalo temperatūra,
• Pilimo temperatūra,
• skyriaus storis,
• šėryklos išdėstymas,
• ir aušinimo greitis.

Kadangi lydinys natūraliai nesuteikia idealaus užšalimo kelio, proceso dizaineris turi sukurti tokį.

6. Trijų kietėjimo režimų palyginimas

7. Veiksniai, perkeliantys kietėjimą į vieną ar kitą režimą

Kietėjimo režimas nėra nustatytas tik vienu kintamuoju. Tai yra sąveikos tarp lydinio chemija, terminis gradientas, liejimo sąlygos, apvalkalo elgesys, ir liejimo geometrija.

Keičiant šiuos veiksnius, liejykla gali stumti liejinį link laipsniško kietėjimo arba link mišraus kietėjimo.

Lydinio užšalimo diapazonas

Svarbiausias veiksnys yra lydinio užšalimo diapazonas.

• Siauras užšalimo diapazonas → linkęs į laipsnišką kietėjimą
• Platus užšalimo diapazonas → linkęs į purų kietėjimą
• Vidutinis užšalimo diapazonas → linkęs į tarpinį kietėjimą

Kuo platesnis likvidus-solidus intervalas, kuo ilgiau liejinys išlieka pusiau kietas ir tuo didesnė tikimybė, kad susidarys plati kietėjimo zona.

Tai vienintelė svarbiausia priežastis, kodėl kai kuriuos lydinius lengviau šerti nei kitus.

Terminis gradientas liejinyje

Kuo stipresnis terminis gradientas, tuo didesnė tikimybė, kad liejinys laipsniškai užšals.

Staigus temperatūros kritimas nuo korpuso sienelės iki centro skatina aiškų užšalimą ir padeda metalui kietėti tam tikra seka.

Jei temperatūros gradientas silpnas, stingimo zona platėja. Didesnė dalis ilgesnį laiką išlieka pusiau kieta, o tai skatina elgesį sušalti.

Korpuso pašildymas ir apvalkalo šilumos ištraukimas

Investicijų atrankoje, keraminis apvalkalas yra pagrindinis šilumos valdymo elementas.

Karštesnis apvalkalas sumažina pradinį šiluminį šoką ir gali pagerinti užpildymą, bet taip pat sulėtina šilumos ištraukimą pradžioje.

Vėsesnis apvalkalas agresyviau ištraukia šilumą, kurios gali paaštrinti stingdantį frontą ir skatinti laipsnišką kietėjimą.

Korpuso storis taip pat svarbus:

• Storesnis apvalkalas → didesnė šiluminė varža → lėtesnis šilumos ištraukimas → platesnė užšalimo zona
• Plonesnis apvalkalas → mažesnė šiluminė varža → greitesnis šilumos ištraukimas → ryškesnis užšalimo priekis

Pilimo temperatūra ir perkaitinimas

Išpylimo temperatūra turi įtakos tam, kiek papildomos šilumos metalas turi prarasti prieš prasidedant užšalimui.

• Didesnis perkaitimas paprastai atitolina užšalimą ir gali išlyginti šiluminį gradientą.
• Mažesnis perkaitimas sutrumpina laiką iki kietėjimo pradžios, bet jei imamasi per toli, gali sumažėti užpildymas ir atsirasti klaidų.

Praktiškai, dėl per didelio perkaitimo kietėjimo režimas gali būti panašesnis į tūrį, o kontroliuojamas perkaitimas gali padėti išsaugoti kryptingesnį užšalimo kelią.

Liejimo sienelės storis

Sienelės storis yra vienas iš labiausiai matomų su geometrija susijusių veiksnių.

• Plonos sienos greitai sukietėja ir skatina laipsnišką kietėjimą.
• Storos sienos ilgiau išlaiko šilumą ir gali susidaryti plačias minkštas zonas.

Štai kodėl karštos vietos dažnai atsiranda sunkiose atkarpose, Bosai, sandūros, arba izoliuotos masės, iš kurių šiluma negali lengvai išeiti.

Geometrija ir vietinė šiluminė masė

Aštrūs kampai, vidinės sankryžos, Bosai, o staigūs sekcijų pokyčiai sukuria vietinį šiluminį disbalansą.

Kai kurie regionai gali anksti sukietėti, o kiti likti skysti arba pusiau kieti. Tai gali pakeisti vietinį kietėjimo režimą, net jei pats lydinys yra nepakitęs.

Pagrindinės geometrinės savybės, turinčios įtakos užšaldymo režimui, apima:

• vidiniai kampai,
• išoriniai kampai,
• šonkaulių sankirtos,
• izoliuoti pagalvėlės,
• ir staigūs storio pokyčiai.

Aušinimo aplinka po išpylimo

Svarbus ir tai, kaip liejinys atšaldomas po išpylimo. Vėsinimas po atviru dangumi, smėlio sluoksnio vėsinimas, izoliacija, ir priverstinis aušinimas sukuria skirtingas šilumos praradimo sąlygas.

Greitesnis aušinimas padidina temperatūros gradientą ir skatina laipsnišką užšalimą. Lėtesnis aušinimas išplečia pusiau kietą stadiją ir stumia elgseną link minkšto kietėjimo.

8. Ryšys tarp kietėjimo režimo ir liejimo kokybės

Kietėjimo režimas nėra teorinė detalė; tai vienas iš pagrindinių liejimo kokybę lemiančių veiksnių.

Tai paveikia tankis, maitinimosi gebėjimas, poringumo susidarymas, karšto įtrūkimo tendencija, Mikrostruktūra, ir galutinis tvirtumas.

Investicijų atrankoje, kur formos tikslumas jau didelis, kietėjimo režimas dažnai tampa veiksniu, kuris nusprendžia, ar detalės matmenys yra tik teisingi, ar tikrai tinkami naudoti.

Tankis ir vidinis tvirtumas

Lengviausia išlieti garsą, kai kietėjimas vyksta kontroliuojama kryptimi.

Į laipsniškas kietėjimas, paskutinis skystis susikoncentruoja santykinai mažoje karštoje vietoje, todėl maitinimas gali būti sutelktas, o susitraukimas dažnai gali būti veiksmingai valdomas.

Tai paprastai lemia didesnį tankį ir mažesnę išsklaidytų vidinių tuštumų riziką.

Į purus kietėjimas, priešingai, likęs skystis įstringa plataus pusiau kieto dendritinio tinklo viduje.

Kai tvirtas pagrindas tampa nuoseklus, šėrimo takai greitai užsidaro, o susitraukimas pasklinda per sekciją, nes yra daug mažų tuštumų, o ne viena lengvai valdoma ertmė.

Štai kodėl plačiai užšąlančius lydinius dažnai sunkiau padaryti visiškai tankius.

Susitraukimo ertmė, palyginti su susitraukimo poringumu

Susitraukimo defekto tipas yra glaudžiai susijęs su kietėjimo režimu.

• Laipsniškas kietėjimas linkęs gaminti a koncentruota susitraukimo ertmė galutinėje užšalimo zonoje, jei šėrimo nepakanka.
• Švelnus kietėjimas linkęs gaminti paskirstytas susitraukimo poringumas arba mikrosusitraukimas visoje kietėjimo zonoje.
• Tarpinis kietėjimas may show either behavior depending on section thickness, feeding path, and thermal control.

From a process-control standpoint, a concentrated cavity is often easier to locate, feed, and eliminate than widespread porosity.

That is one reason progressive solidification is generally more favorable from the perspective of casting soundness.

Karštas plyšimas ir įtrūkimai

Hot tearing occurs when a partially solidified casting is restrained during contraction and cannot relieve the thermal stress smoothly.

The solidification mode affects this because the mechanical behavior of the metal changes as the solid fraction rises.

• Į laipsniškas kietėjimas, the remaining liquid may still be able to heal small contraction openings if feeding is adequate.
• Į purus kietėjimas, the semisolid dendritic network can become stiff early, so contraction is resisted and cracking becomes more likely.
• Į intermediate solidification, rizika yra vidutinė ir labai priklauso nuo karštosios vietos ir šėrimo sistemos konstrukcijos.

Praktinė pamoka yra ta, kad karštas plyšimas nėra tik metalurgijos problema. Tai sukietėjimo kelio problema.

Maitinimo gebėjimas

Maitinimas yra efektyviausias, kai skystas metalas vis dar gali judėti per sekciją, kad pakeistų tūrinį susitraukimą.

Štai kodėl kietėjimo režimas yra labai svarbus.

• Laipsniškas kietėjimas ilgiau išsaugo prijungtą skysčio kelią.
• Švelnus kietėjimas anksti nutraukia tą kelią, kai dendritai susikerta.
• Tarpinis kietėjimas užtikrina dalinį šėrimo pajėgumą, bet ne taip patikimai kaip laipsniškas užšaldymas.

Jei maitinimas nepavyksta, susitraukimo defektai beveik garantuoti kažkur liejinyje.

Dėl tos priežasties, kietėjimo režimas visada turi būti vertinamas kartu su stovo konstrukcija ir sekcijos geometrija.

Mikrostruktūra ir savybių vienodumas

Liejinio užšalimo būdas taip pat formuoja galutinę grūdelių struktūrą.

Kryptingesnis užšalimo modelis sukuria tvarkingesnį kietėjimo frontą, o platus purus užšalimas dažnai sukuria grubesnes dendritines struktūras ir daugiau kompozicijos skirtumų tarp zonų.

Tai svarbu, nes mikrostruktūra turi įtakos:

• tempimo stiprumas,
• ausmingumas,
• nuovargio elgesys,
• atsparumas korozijai,
• ir apdirbimo atsakas.

Garso liejimas nėra tik toks, kuriame nėra matomų defektų. Tai yra tokia, kurios vidinė struktūra yra pakankamai nuosekli, kad būtų užtikrintas patikimas paslaugų teikimas.

9. Kodėl kietėjimo režimas svarbus investuojant

Kietėjimo režimas yra vienas iš svarbiausių investicinio liejimo kintamųjų, nes jis lemia, ar liejimas tampa garsas, maitinamas, ir struktūriškai patikimas,

ar neatsiranda paslėptų defektų, kurie atsiranda tik vėliau apdirbant, tikrinimas, arba paslauga.

Kietėjimo režimas kontroliuoja vidinį garsumą

Pagrindinė priežastis, dėl kurios svarbus kietėjimo režimas, yra ta, kad jis tiesiogiai veikia susitraukimo apdorojimą. Kaip metalas užšąla, jo tūris mažėja.

Jei skystas metalas gali toliau tekėti į susitraukimo sritį, liejinys išlieka tankus ir tvirtas. Jei maitinimas nutraukiamas per anksti, susidaro susitraukimo defektai.

• Laipsniškas kietėjimas paprastai koncentruoja susitraukimą vienoje paskutinio užšalimo zonoje, kurią lengviau maitinti ir valdyti.
• Švelnus kietėjimas linkęs paskleisti susitraukimą plačiame pusiau kietame regione, todėl vidinio akytumo išvengti sunkiau.
• Tarpinis kietėjimas yra tarp šių dviejų ir gali veikti gerai arba blogai, priklausomai nuo šiluminės konstrukcijos.

Kitaip tariant, kietėjimo režimas nustato, ar susitraukimas yra lokalizuotas ir valdomas, arba išsklaidytas ir sunkiai pašalinamas.

Tai lemia maitinimo sėkmę ar nesėkmę

Investicijų atranka labai priklauso nuo maitinimo. Tiektuvas arba stovas turi išlikti pakankamai skystas, kad padėtų į paskutines užšalimo vietas. Kietėjimo režimas nustato, kiek laiko tas maitinimosi kelias lieka atviras.

Laipsniškai užšąlantis liejinys suteikia liejyklai daugiau galimybių išlaikyti prijungtą skysčio rezervuarą.

Liejinys, kuris sustingsta, gali anksti prarasti ryšį, sulaikantis skystį izoliuotose kišenėse.

Kai tos kišenės bus nupjautos, joks vėlesnis aušinimas negali atkurti garso.

Štai kodėl šėrimo dizainas negali būti atskirtas nuo kietėjimo režimo. Tiektuvas veiksmingas tik tuo atveju, jei užšaldymo seka ją palaiko.

Tai turi įtakos susitraukimo defekto tipui ir vietai

Kietėjimo režimas taip pat nusprendžia, koks susitraukimo defektas gali atsirasti.

Koncentruota ertmė dažnai yra mažiau kenksminga nei plačiai paplitęs mikrosusitraukimas, nes ji yra geriau matoma, labiau lokalizuota, ir lengviau valdomas su stovais arba apdirbimo priedais.

Paskirstytas poringumas, priešingai, gali susilpninti didelę dalies sritį, o tai nėra akivaizdi iš išorės.

Tai daro įtaką karštam plyšimui ir įtrūkimams

Karštas plyšimas yra glaudžiai susijęs su tuo, kaip liejinys susitraukia iš dalies kietas.

Jei pusiau kietas tinklas tampa standus, kol liejinys nebaigė susitraukimo, gali susidaryti tempimo įtempis ir dalis gali įtrūkti.

Kietėjimo režimas yra svarbus, nes jis keičiasi:

• kaip greitai dendritinis tinklas tampa koherentiškas,
• kiek laiko lieka skysčio stresui sumažinti,
• ir kiek suvaržymo egzistuoja susitraukimo metu.

Laipsniškas kietėjimas dažnai suteikia geresnę galimybę susitraukti ir atsipalaiduoti.

Sunkus kietėjimas gali per anksti užblokuoti struktūrą, todėl liejinys tampa labiau pažeidžiamas plyšimui. Štai kodėl kietėjimo režimas yra tiesioginis įtrūkimų prevencijos veiksnys, ne tik susitraukimo problema.

Jis formuoja mikrostruktūrą ir galutines savybes

Liejinio užšalimo būdas taip pat turi įtakos grūdelių struktūrai, dendrito tarpai, ir metalo kompozicinis vienodumas.

Kryptingesnis užšalimo kelias paprastai sukuria tvarkingesnę struktūrą, o plati purvina zona dažnai lemia stambesnius dendritus ir didesnę vietinę segregaciją.

Tai svarbu, nes vidinė struktūra turi įtakos:

• tempimo stiprumas,
• ausmingumas,
• nuovargio gyvenimas,
• reakcija į koroziją,
• ir apdirbimo elgesį.

Liejinys gali atitikti matmenų specifikacijas ir vis tiek neveikti, jei jo kietėjimo režimas sukuria nelygią arba porėtą vidinę struktūrą.

Tai ypač svarbu didelės vertės investiciniuose liejiniuose, naudojamuose aviacijoje, galia, medicinos, ir tiksliosios inžinerijos programos.

Jis nustato, kiek reikia proceso kontrolės

Skirtingi kietėjimo režimai reikalauja skirtingo lygio liejyklos drausmės.

• Laipsniškas kietėjimas paprastai yra pats atlaidiausias.
• Tarpinis kietėjimas reikalauja subalansuotos kontrolės.
• Švelnus kietėjimas reikalauja agresyviausios inžinerinės intervencijos.

Kai liejinys natūraliai palaipsniui užšąla, procesas dažnai gali būti valdomas taikant standartinius kryptinio šėrimo principus.

Kai liejimas linkęs į purų užšalimą, liejyklai gali prireikti stipresnių šiluminių gradientų, geresnis apvalkalo dizainas, atidesnė liejimo temperatūros kontrolė, selektyvus aušinimas, arba sudėtingesnė pakilimo strategija.

So solidification mode is also a measure of process difficulty. The more mushy the freezing behavior, the more effort is required to make the casting sound.

Tai paslėpta sąsaja tarp dizaino ir kokybės

One of the most important reasons solidification mode matters is that it connects casting design to final quality.

A part may look excellent in CAD and may even pour successfully, but if its solidification mode is poor, the final part can still fail.

Solidification mode ties together:

• lydinio pasirinkimas,
• skyriaus storis,
• apvalkalo dizainas,
• Pilimo temperatūra,
• feeding system,
• cooling conditions,
• and internal integrity.

That makes it one of the central design variables in investment casting. It is not just a metallurgical concept. It is a design principle.

10. Išvada

Solidification mode is the core internal mechanism determining the microstructure and defect distribution of investment castings.

Classified by solidification zone width, metal solidification is divided into layer-by-layer, mushy, and intermediate modes.

The crystallization temperature range of alloys fundamentally determines the inherent solidification tendency, while the casting temperature gradient artificially adjusts the solidification zone size.

In actual industrial manufacturing, foundry engineers must select targeted process schemes according to alloy attributes.

By adjusting shell preheating temperature, embedding chill irons, optimizing riser layout, and controlling pouring superheat, the solidification mode can be artificially optimized to transform adverse mushy solidification into controllable layer-by-layer solidification.

Mastering the three solidification modes and their influencing laws is the basic premise to eliminate shrinkage defects, improve internal compactness, and produce high-quality qualified investment castings.

With the upgrading of casting simulation technology, visualized temperature field and solidification zone prediction will further enhance the accuracy of solidification mode control, promoting the high-end and intelligent development of precision investment casting industry.

 

DUK

Kuris kietėjimo režimas pasižymi geriausiu šėrimo našumu?

Layer-by-layer solidification. Its concentrated shrinkage cavities are easy to eliminate through risers, and flowing liquid can heal microcracks spontaneously.

Kodėl purvinas kietėjimas sunkiai pašalina poringumą?

Interconnected dendrites isolate residual liquid into enclosed liquid pools, and conventional risers cannot realize deep feeding for dispersed micro shrinkage porosity.

Kodėl investicinis liejimas dažniausiai sudaro plačias kietėjimo zonas?

Ceramic shells are preheated before pouring, resulting in low cross-section temperature gradients, which broaden the mushy zone and facilitate mushy solidification.

Kaip purų kietėjimą paversti kietėjimu sluoksniu po sluoksnio?

Increase local temperature gradients by adding chill irons, reducing shell preheating temperature, and accelerating surface cooling speed.

Koks yra plačiausiai naudojamas kietėjimo būdas pramoninių investicijų liejimui?

Tarpinis kietėjimas. Most medium-carbon alloy steels and common casting alloys belong to this category with balanced comprehensive performance.