Lieto tērauda detaļu virsmas kvalitāti ietekmējošo faktoru analīze

Lietā tērauda komponentu virsmas kvalitāti galvenokārt nosaka divi savstarpēji saistīti faktori formēšanas fāzē: pelējuma dobuma tīrība un veidnes virsmas stāvoklis.

Lieliem lējumiem, kur liešanas sistēmas ir garas un metalurģijas/procesa sarežģītība ir augsta, irdenu smilšu iekļūšana, sārņi un citi piesārņotāji keramikas stāvvada/vada caurulēs un raksta/veidnes virsmas bojājums vai bojājums ir dominējošie redzamo virsmas defektu avoti..

Šajā rakstā šie faktori tiek padziļināti analizēti, iepazīstina ar praktiskiem aizsardzības pasākumiem un testu pierādījumiem pelējuma virsmas defektu ietekmei, un nodrošina ieviešanas ceļvedi, lai uzlabotu liešanas virsmas stāvokli un samazinātu pārstrādi.

1. Virsmas kvalitātes priekšvēsture un nozīme

Lielas lieta tērauda detaļas (turbīnu komponenti, lieli vārsti, hidroturbīnu skrējēji, utc) tiek ražoti augstā liešanas temperatūrā un sarežģītās vārtu sistēmās.

Virsmas izskats ir ne tikai komerciāls atribūts, bet arī procesa kontroles un iekšējās stabilitātes rādītājs.

Slikta virsmas kvalitāte izraisa dārgu slīpēšanu, mehāniski pārstrādājot vai noraidot un negatīvi ietekmē klienta uztveri.

Praksē izskatu ietekmē daudzi faktori (metalurģijas ieslēgumi, makro segregācija, smilšu saplūšana, kraupas), bet lieliem konsekventi dominē divi faktori liešanas formēšanas un liešanas laikā:

1. Pelējuma dobuma tīrība — irdenu smilšu iekļūšana, izdedži un ieslēgumi keramikas padeves/vada caurulēs un dobumā; un
2. Pelējuma virsmas stāvoklis - mehāniski bojājumi, remonta uzkrāšanās, un modeļa un galveno komponentu virsmas raupjums.

Pamatojoties uz daudzu gadu praktisko ražošanas pieredzi lielās liešanas tērauda daļās, piemēram, gāzes turbīnās,

tvaika turbīnas, un hidraulisko turbīnu skrējēji, šajā rakstā sistemātiski analizēts veidņu dobuma tīrības un veidņu virsmas stāvokļa ietekmes mehānisms uz liešanas tērauda detaļu virsmas kvalitāti.

Apvienojumā ar salīdzinošiem testiem un inženiertehnisko praksi, tiek ierosināti mērķtiecīgi uzlabošanas pasākumi, lai efektīvi uzlabotu lējumu virsmas kvalitāti un sniegtu tehnisko atbalstu stabilai augstas kvalitātes liešanas tērauda detaļu ražošanai.

2. Pelējuma dobuma tīrības ietekme uz lietā tērauda detaļu virsmas kvalitāti

Veidnes dobums ir “veidne”, kas veido lietās tērauda daļas. Tās tīrība tieši nosaka, vai ir ieslēgumi, smilšu ieslēgumi, un citi defekti uz lējumu virsmas.

Lieto tērauda detaļu liešanas procesā, kausētais tērauds lielā ātrumā ieplūst veidnes dobumā.

Kausēšanas procesā radušies izdedžu ieslēgumi, izkaisītas smiltis, kas ieplūst cauruļvadā vārtu sistēmas ieklāšanas laikā, un citi piesārņotāji tiks ieskaloti veidnes dobumā kopā ar izkausēto tēraudu.

Izkausēta tērauda dzesēšanas un sacietēšanas procesā, to zemāka blīvuma dēļ, lielākā daļa izdedžu ieslēgumu un izkaisīto smilšu peldēs uz augšu un tiks izvadīti caur stāvvadu vai ventilācijas sistēmu.

Tomēr, daļa ieslēgumu mainīgajos šķērsgriezumos joprojām kondensēsies, filejas, un citas lējumu pozīcijas, veidojot virsmas defektus, piemēram, smilšu ieslēgumus un izdedžu ieslēgumus.

Šie defekti ir jānovērš, slīpējot, kas ne tikai palielina ražošanas slodzi un izmaksas, bet arī var ietekmēt lējumu izmēru precizitāti, ja slīpēšanas apjoms ir pārāk liels.

Galvenais izkaisīto smilšu avots pelējuma dobumā ir aizbīdņu sistēma.

Lieto tērauda detaļu vārstu sistēma parasti sastāv no keramikas caurulēm (porcelāna pīpes) lai nodrošinātu augstas temperatūras izturību un izvairītos no izkausētā tērauda erozijas.

Lielām liešanas tērauda daļām, kopējais ieliktās vārtu sistēmas garums var sasniegt vairāk nekā 40 metri, un ieklāšanas process ietver vairākas savienotas porcelāna cauruļu daļas.

Pateicoties lielajam garumam un augstām dēšanas grūtībām, izkaisītu smilšu iekļūšanas varbūtība porcelāna caurulēs ir salīdzinoši liela.

Tāpēc, ieklāšanas laikā ir īpaši svarīgi aizsargāt katru porcelāna caurules daļu, lai novērstu izkaisītu smilšu iekļūšanu veidnes dobumā kopā ar izkausēto tēraudu.

Praktiski pārbaudot trīs veidu liešanas tērauda izstrādājumus (gāzes turbīnas, tvaika turbīnas, un hidraulisko turbīnu skrējēji),

ir izstrādāti trīs veidu aizsargmateriāli un metodes, lai efektīvi uzlabotu pelējuma dobuma tīrību. Tālāk ir sniegta katras metodes detalizēta analīze:

2.1 PVC plastmasas plēves aizsardzības metode

PVC (Polivinilhlorīds) plastmasas plēve tiek plaši izmantota vārtu sistēmas aizsardzībā tās augsto izmaksu dēļ, ērta darbība, un laba blīvējuma veiktspēja.

Ieteicamais plēves biezums ir 0,4–1 mm, un īpašo biezumu var izvēlēties atbilstoši formēšanas darbības prasībām uz vietas.

Veicināt porcelāna cauruļu iekšējās tīrības novērošanu un pārbaudi, Priekšroka tiek dota caurspīdīgai PVC plēvei.

Konkrētās darbības darbības ir šādas: Pirmais, pirms aizsardzības pārbaudiet katras porcelāna caurules daļas iekšējo tīrību, un noņemiet visas esošās izkaisītās smiltis vai citus piesārņotājus.

Tad, aptiniet PVC plēvi ap aizsargājamās porcelāna caurules atveri. Plēves blīvumam jābūt tādam, lai tas neietekmētu savienojumu starp porcelāna caurulēm.

Porcelāna cauruļu sadursavienojuma laikā, peldošās smiltis un citi piesārņotāji ir bloķēti ārpus plēves un nevar iekļūt porcelāna caurulēs.

Pēc vārtu sistēmas ieklāšanas pabeigšanas, plēve nav jānoņem.

Liešanas procesa laikā, kad izkausētais tērauds ieplūst veidnes dobumā, gaiss porcelāna caurulēs tiek izvadīts no sistēmas zem spiediena, un PVC plēve tiek izpūsta no gaisa izplūdes sistēmas kopā ar gaisu pelējuma dobumā.

Tā kā PVC plēve augstā temperatūrā pilnībā sadedzinās un sadalīsies (PVC sadalīšanās temperatūra ir aptuveni 200–300°C,

kas ir daudz zemāka par kausēta tērauda liešanas temperatūru), tas neizraisīs izkausētā tērauda piesārņojumu un neatstās atlikumus uz lējumu virsmas.

2.2 Plānas tērauda loksnes aizsardzības metode

Plānas tērauda loksnes, kuru biezums ir mazāks par 1 mm var izmantot arī porcelāna cauruļu aizsardzībai.

Plāno tērauda lokšņu priekšrocība ir tā, ka tās var izmantot atkārtoti, kas var zināmā mērā samazināt materiālu izmaksas ilgtermiņā.

Pirms lietošanas, plānās tērauda loksnes ir jāapstrādā atbilstošos izmēros, kas ir nedaudz lielāki par porcelāna cauruļu ārējo diametru atbilstoši porcelāna cauruļu izmēram un formai, lai nodrošinātu, ka tās var pilnībā nosegt porcelāna cauruļu savienojuma daļu.

Darbības process ir: Pirmais, pārbaudiet, vai porcelāna caurulēs nav svešķermeņu.

Tad, uzmavu apstrādātās plānās tērauda loksnes uz aizsargājamo porcelāna cauruļu savienojuma daļas.

Pēc tam, kad porcelāna cauruļu augšdaļa ir pilnībā pārklāta ar formēšanas smiltīm, manuāli izvelciet plānās tērauda loksnes.

Tomēr, šai metodei ir augstas prasības būvniecības darbībām: no vienas puses, lielā smilšu daudzuma dēļ ap porcelāna caurulēm,

ir viegli palaist garām plānās tērauda loksnes; No otras puses, tērauda lokšņu izvilkšanas process var iedzīt jau ieliktās porcelāna caurules, kā rezultātā tiek novirzīta vārtu sistēma.

Papildus, ja pēc vārtu sistēmas ieklāšanas nepieciešama sekundārā tīrības pārbaude, darbības grūtības ir salīdzinoši lielas, jo ir noņemtas plānās tērauda loksnes un porcelāna cauruļu savienojuma daļa ir pārklāta ar smiltīm.

Jāņem vērā, ka, ja plānā tērauda loksne netiek laicīgi izvilkta vai tiek nokavēta, tas ieliešanas laikā kopā ar izkausēto tēraudu nonāks veidnes dobumā,

kas bloķēs izkausēta tērauda plūsmu un radīs nopietnus defektus, piemēram, aukstu aizvēršanos un nepareizu lējumu virsmu.

2.3 Putupolistirola plātņu aizsardzības metode

Putupolistirola plātnei ir zemu izmaksu un vieglā svara priekšrocības, un ir arī izplatīts vārtu sistēmas aizsargmateriāls.

Šīs metodes atslēga ir putu plātnes apstrādes precizitāte: putuplasta plāksne ir jāapstrādā cilindriskā formā ar tādu pašu diametru kā porcelāna caurules iekšējais diametrs, un pēc tam novieto pie porcelāna caurules sprauslas aizsardzībai.

Putuplasta plātnes apstrādes izmēram ir augstas prasības: ja diametrs ir pārāk liels, putuplasta plāksni nevar ievietot porcelāna caurules sprauslā;

ja diametrs ir pārāk mazs, blīvējuma veiktspēja būs slikta, and sand will easily enter the interior of the porcelain pipe from the gap.

Tajā pašā laikā, the foam board should have sufficient thickness (usually 5–10 mm) to avoid tilting inside the porcelain pipe, which will affect the protective effect.

Similar to the PVC plastic film protection method, the foam board does not need to be taken out after the laying of the gating system.

Liešanas procesa laikā, when a large amount of molten steel rushes into the mold cavity, the foam board is blown out of the mold cavity through the air outlet system under the pressure of the air in the mold cavity.

Polystyrene foam will decompose at high temperatures (the decomposition temperature is about 100–150°C) and will not produce harmful substances, so it will not pollute the molten steel or affect the surface quality of the castings.

2.4 Trīs materiālu aizsardzības efektu salīdzinājums

Trīs aizsardzības metožu pamatprincips ir novērst izkaisītu smilšu iekļūšanu porcelāna caurulēs un veidnes dobumā ar nosacījumu, ka tas neietekmē izkausētā tērauda plūsmu liešanas laikā un neievada svešķermeņus veidnes dobumā..

Lai izvēlētos optimālo aizsardzības shēmu, izmaksas, būvniecības grūtības, un trīs materiālu aizsardzības efekts tiek salīdzināts, kā parādīts tabulā 1.

Galotne 1 Aizsargmateriālu izmaksu un veiktspējas salīdzinājums

To var redzēt no tabulas 1 ka gan plānām tērauda loksnēm, gan putupolistirola plāksnēm ir laba aizsardzības iedarbība, bet to apstrādes grūtības ir salīdzinoši augstas, kas zināmā mērā nav ērta būvniecībai un lietošanai uz vietas.

PVC plastmasas plēvei ir vislabākais aizsardzības efekts, ar vienkāršu darbību uz vietas un augstu izmaksu veiktspēju.

Tāpēc, kopā ar faktiskajām ražošanas vajadzībām, PVC plastmasas plēve ar biezumu 0,4–1 mm ir ieteicama kā vēlamais aizsargmateriāls liešanas tērauda detaļu vārstu sistēmai,

kas var efektīvi uzlabot pelējuma dobuma tīrību un samazināt virsmas defektus, ko izraisa smilšu ieslēgumi.

3. Pelējuma virsmas stāvokļa ietekme uz liešanas tērauda detaļu virsmas kvalitāti

Veidne ir galvenais instruments liešanas tērauda detaļu formēšanai, un tā virsmas stāvoklis tieši ietekmē lējumu virsmas apdari un līdzenumu.

Lielām liešanas tērauda daļām, pārsvarā tiek izmantotas koka veidnes, pateicoties to vieglai apstrādei, zemas izmaksas, un laba apstrāde.

Tomēr, koka veidnēm ir liela tilpuma īpašības un liels irdenu bloku skaits (kustīgie bloki), kam nepieciešama augsta pozicionēšanas precizitāte un savienojuma blīvums starp vaļīgajiem blokiem.

Faktiskajā ražošanas procesā, pieaugot pelējuma lietojumu skaitam, palielināsies arī pelējuma virsmas bojājumi un vaļīgie bloki pelējuma noņemšanas laikā.

Ja šie defekti netiek savlaicīgi uzturēti, tie ne tikai ietekmēs lējumu formu un virsmas kvalitāti, bet arī saīsinās veidnes kalpošanas laiku.

3.1 Dabisku defektu rašanās uz pelējuma virsmas

Veidnes virsmas dabiskie defekti galvenokārt ietver nodilumu, skrambas, plaisas, un nelīdzenumi savienojuma spraugās. Šos defektus galvenokārt izraisa šādi iemesli:

• Pelējuma noņemšanas bojājumi: Pelējuma noņemšanas procesa laikā, saķeres dēļ starp formēšanas smiltīm un veidnes virsmu,
  veidnes virsma un vaļīgie bloki ir viegli saskrāpēti vai nodiluši, izvelkot veidni, īpaši pie filejām un veidnes malām.
• Vides faktori: Veidne tiek glabāta ražošanas cehā ilgu laiku, un virsmu viegli ietekmē mitrums, izraisot koksnes pietūkumu un deformāciju, kā rezultātā veidojas nelīdzena virsma.
• Apkope nav savlaicīga: Pēc veidnes izmantošanas, ja laikus netiek notīrītas virsmas smiltis un piesārņotāji, vai bojātās daļas netiek laikus salabotas, defekti pakāpeniski paplašināsies, palielinoties lietojumu skaitam.

Starp šiem dabas defektiem, nelīdzenajai virsmai pie savienojuma spraugām un veidnes filejām ir vislielākā ietekme uz lējumu virsmas kvalitāti.

Pēc veidnes remonta, ja virsma nav noslīpēta līdzenai un gludai, uz lējumu virsmas veidosies rievai vai žurkai astei līdzīgi defekti, kas nopietni ietekmē lējumu izskata kvalitāti.

3.2 Pelējuma virsmas mākslīgo defektu pārbaude

Kvantitatīvi pārbaudīt sakarību starp veidņu virsmas līdzenumu un liešanas virsmas defektiem, tika veikts salīdzinošais tests.

Uz veidnes virsmas tika izgatavoti trīs veidu mākslīgie defekti ar dažādu dziļumu, kas bija 1–2 mm, 2-4 mm, un attiecīgi 4–6 mm.

Defektu sadalījuma diapazons aptver plakni, loka virsma, un fileja atloka saknes daļu, kuras ir galvenās pozīcijas, kurās var rasties liešanas tērauda detaļu virsmas defekti.

Pārbaudes plāns ir šāds: Katrai pozīcijai ir atlasīti trīs apgabali, un katra apgabala laukums ir iestatīts uz 300 mm × 300 mm.

Mākslīgie defekti tiek izgatavoti izvēlētajās vietās un atzīmēti.

Izliektos defektus veido, uz veidnes virsmas pievienojot tādus materiālus kā tepe vai ģipsis, un ieliektos defektus noslīpē un veido uz veidnes virsmas ar tādiem instrumentiem kā sakausējuma rotācijas vīles.

Visu mākslīgo defektu dziļums tiek mērīts ar augstuma mērītāju un fiksēts fotografējot.

Formēšanas procesa laikā, mākslīgo defektu daļas tiek pārbaudītas, lai pārliecinātos, ka tajā nav peldošu smilšu vai citu vielu, kas ietekmē defektu formu.

Ap defektiem uzbērto smilšu blīvēšanas pakāpe un stiprība tiek realizēta atbilstoši formēšanas darbības prasībām.

Pēc lējumu izliešanas un veidošanas, tie tiek pakļauti kvalitatīvai termiskai apstrādei un pirmajam skrošu strūklas procesam, un pārbauda un verificē mākslīgajiem defektiem atbilstošos lējumu virsmas laukumus.

Testa rezultāti liecina, ka dažādi mākslīgo defektu dziļumi uz veidnes virsmas rada dažādus liešanas virsmas raupjuma līmeņus.

Konkrētās atbilstošās attiecības ir parādītas tabulā 2.

Galotne 2 Veidņu virsmas mākslīgo defektu un liešanas virsmas raupjuma salīdzināšanas tabula

Atzīmēt: Virsmas raupjuma pakāpes tabulā ir sadalītas atbilstoši uzņēmuma iekšējam standartam liešanas tērauda daļām: A1 pakāpe (Ra ≤ 6.3 μm) ir augstākā virsmas kvalitāte, piemērots galvenajām izskata daļām;

A2/A3 pakāpe (6.3 μm < Ra ≤ 12.5 μm) ir vispārējā virsmas kvalitāte, piemērots parastajām konstrukcijas daļām; A4 klase (Ra > 12.5 μm) ir zemā virsmas kvalitāte, kas jāpārstrādā slīpējot.

Saskaņā ar testa rezultātiem, lai atbilstu dažādām liešanas tērauda detaļu virsmas raupjuma pakāpes prasībām, pirms katras lietošanas reizes jāpārbauda veidnes virsma.

Par defektiem, kas pārsniedz noteikto dziļumu (parasti 2 mm vispārīgām daļām un 1 mm galvenajām daļām), ir jāveic remonts un slīpēšana, lai nodrošinātu, ka kopējais veidņu virsmas stāvoklis ir kvalificēts.

Veidnes savienojuma spraugām un filejām, īpaša uzmanība jāpievērš pārbaudei un apkopei, lai izvairītos no rievveida vai žurkas astei līdzīgu defektu veidošanās uz liešanas virsmas.

4. Secinājums

Lielām tērauda liešanas daļām divas visietekmīgākās, ir kontrolējami, kas veicina sliktu liešanas virsmas kvalitāti piesārņojuma iekļūšana caur vārtiem/cauruļvadiem un pelējuma virsmas defekti.

Vienkāršs, zemu izmaksu aizsardzības metodes, jo īpaši caurspīdīgas PVC plēves izmantošana, kuras biezums ir 0,4–1,0 mm, lai aizsegtu/pārsegtu cauruļu atveres cauruļvadu uzstādīšanas laikā, ievērojami samazina vaļēju smilšu iekļūšanu.

Rūpīga veidņu virsmu pārbaude un savlaicīga remonts (ar konservatīvu defektu dziļuma pieņemšanu ≤2 mm) novērstu pelējuma bojājumu pārnešanu liešanas detaļās.

Apvienojumā ar pirmā panta NDT un dokumentētu apkopes/pārbaudes programmu, šie pasākumi būtiski uzlabo virsmas stāvokli, samazināt pārstrādāšanu un paaugstināt klientam redzamo kvalitāti.

Atsauces

[1] Džans Čaohui. Lieto tērauda detaļu kvalitātes analīze un kvalitātes uzlabošanas pasākumi [Jūti]. Ķīnas žurnālu tīkls, 2018(01): 75-77.

[2] Van Čenbins. Diskusija par veidņu struktūras ietekmi uz liešanas kvalitāti un optimizācijas dizainu [Jūti]. Mūsdienu biznesa un tirdzniecības nozare, 2011, 23(01): 303.

[3] Amerikas lietuvju biedrība (AFS). Tērauda lējumu rokasgrāmata [M]. 11izdevums. AFS, 2017.