Odlewanie inwestycyjne — sposoby krzepnięcia odlewów

Wstęp

W castingu inwestycyjnym, stopiony stop może być identyczny, skorupa ceramiczna może być identyczna, a warunki zalewania mogą nawet wydawać się identyczne.

Jednak ostateczne odlewy mogą mieć zupełnie inną jakość.

Jedna część może wyjść gęsta, dźwięk, i czyste; inny może zawierać porowatość skurczową, Wnęki wewnętrzne, Gorące łzy, lub ukryte słabe strefy, które pojawiają się dopiero później podczas obróbki lub serwisu.

Powodem nie jest sam „szczęście” czy chemia stopu. W ten sposób odlew zestala się.

Krzepnięcie jest decydującym etapem, w którym ciekły metal przekształca się w składnik stały.

Na tym etapie, pole temperatury wewnątrz odlewu zmienia się w sposób ciągły, front krzepnięcia przesuwa się do wewnątrz, i ustalane są warunki żywienia wewnętrznego.

W Casting inwestycyjny, gdzie cienkie ceramiczne muszle, precyzyjna geometria, i dokładnie kontrolowane zachowanie termiczne, wszystkie oddziałują na siebie, tryb krzepnięcia staje się jednym z najważniejszych czynników wpływających na jakość odlewu.

Ogólnie znane są trzy podstawowe tryby krzepnięcia:

• Postępujące krzepnięcie
• Musujące zestalenie
• Pośrednie zestalenie

Tryby te są determinowane głównie przez zakres zamarzania stopu i gradient termiczny w odlewie.

Każdy tryb tworzy inną strukturę wewnętrzną, różne warunki karmienia, i inną tendencję do defektów.

Zrozumienie ich jest niezbędne w przypadku projektowania wschodzącego, projekt skorupy, sterowanie chłodzeniem, i zapobieganie defektom.

1. Strefa krzepnięcia wewnątrz odlewu

Podczas zestalania, większość odlewów zawiera trzy obszary termiczne:

. strefa zestalania jest najważniejszym obszarem, ponieważ tam materiał nie jest ani całkowicie płynny, ani całkowicie stały.

Jest to strefa, w której rosną zboża, ciekły metal przemieszcza się kanałami międzydendrytycznymi, a karmienie skurczowe może zakończyć się sukcesem lub niepowodzeniem.

1 to skorupa formy, 2 jest strefą fazy stałej (TJ., zestalonego regionu), 3 jest strefą krzepnięcia (TJ., region obecnie się umacnia, gdzie płyn i ciało stałe współistnieją), 4 jest strefą fazy ciekłej

Od powierzchni do wewnątrz, metal zaczyna zamarzać w pobliżu ściany powłoki, a front krzepnięcia przesuwa się stopniowo w kierunku środka.

W dowolnym momencie, odlew można traktować jako system dynamiczny z ruchomym przodem, a nie jako obiekt statyczny schładzający się równomiernie od zewnątrz do wewnątrz.

Jakość końcowego odlewu zależy w dużej mierze od szerokości tej strefy krzepnięcia i jej zachowania podczas zamrażania.

2. Co decyduje o trybie krzepnięcia?

. zestalenie Tryb castingu inwestycyjnego regulują przede wszystkim dwie oddziałujące na siebie zmienne: zakres zamarzania stopu i gradient termiczny wewnątrz odlewu.

Kiedy temperatury likwidusu i solidusu są bardzo zbliżone, stop ma tendencję do zamarzania z ostrym frontem i zachowuje się bardziej jak materiał o postępującym krzepnięciu;

gdy szczelina jest szeroka, stop tworzy szerszą strefę ciało stałe-ciecz i jest bardziej prawdopodobne, że zestali się w sposób papkowaty.

Skład stopu jest pierwszym czynnikiem kontrolującym

Skład jest najbardziej podstawowym czynnikiem wpływającym, ponieważ pierwiastki stopowe mogą zmieniać temperaturę cieczy i ciała stałego, poszerzyć lub zawęzić zakres zamrażania, i zmienić punkt koherencji sieci dendrytycznej.

W miarę wydłużania się zakresu zamrażania, obszar ciało stałe-ciecz staje się większy, dobrze określona stała skorupa tworzy się trudniej, a karmienie musi odbywać się poprzez częściowo zestaloną strukturę dendrytyczną.

Handlowo czyste metale i stopy o wąskim zamarzaniu mają tendencję do tworzenia płaskiej strefy czołowej lub krótkiej strefy kolumnowej, podczas gdy stopy dłużej zamarzające ulegają krzepnięciu dendrytycznemu na znacznie większej części przekroju.

Gradient temperatury kontroluje, czy przód pozostaje ostry

Drugim ważnym czynnikiem jest gradient temperatury od ściany płaszcza w kierunku centrum odlewniczego.

Silniejszy gradient sprzyja kierunkowemu zamrażaniu i popycha odlew w kierunku stopniowego krzepnięcia.

Słabszy gradient poszerza papkowatą strefę i sprawia, że ​​tryb zamrażania jest bardziej objętościowy.

W odlewach przemysłowych, inżynier może na to wpłynąć pośrednio poprzez wstępne podgrzanie skorupy, poziom izolacji, grubość sekcji, i warunki chłodzenia, mimo że podstawowej fizyki termicznej nie można zmienić bezpośrednio.

Lokalny czas krzepnięcia ma znaczenie

Tryb krzepnięcia jest również kształtowany przez lokalny czas krzepnięcia, czyli odstęp między przejściem izoterm likwidusu i solidusu w danym punkcie.

Dłuższy czas lokalnego krzepnięcia zwykle oznacza szerszą strefę papkowatą i większe ryzyko mikrosegregacji i problemów z żerowaniem międzydendrytycznym.

Literatura na temat krzepnięcia odlewów pokazuje, że mikrosegregacja wzrasta wraz ze wzrostem zasięgu zamarzania, a sieć dendrytyczna staje się mniej przepuszczalna po osiągnięciu spójności.

Temperatura zalewania i przegrzanie regulują warunki początkowe

Temperatura zalewania sama w sobie nie definiuje trybu krzepnięcia, ale silnie wpływa na to, jak długo odlew pozostaje w pełni płynny, zanim uformuje się front zamarzania.

Wyższe przegrzanie opóźnia początek krzepnięcia i może spłaszczyć początkowy gradient termiczny, podczas gdy niższe przegrzanie skraca czas dostępny na napełnienie i może zwiększyć prawdopodobieństwo wczesnego zamarzania.

W rzeczywistości, oznacza to, że temperatura zalewania zmienia warunki termiczne, w których wyrażany jest wewnętrzny zakres zamarzania stopu.

Geometria może lokalnie zmienić tryb

Grubość przekroju, rogi, wnęki wewnętrzne, a izolowane gorące punkty mogą zmienić lokalny tryb krzepnięcia, nawet jeśli stop pozostaje niezmieniony.

Grube sekcje dłużej utrzymują ciepło i zachowują się bardziej jak strefy szerokiego zamarzania lub papkowate, podczas gdy cienkie przekroje zwykle zamarzają szybciej i kierunkowo.

Ostre narożniki wewnętrzne są szczególnie ważne, ponieważ skupiają masę termiczną i mogą spowolnić lokalne zamarzanie, chyba że geometria zostanie celowo zmodyfikowana lub schłodzona.

Zachowanie powłoki inwestycyjnej jest częścią równania

W castingu inwestycyjnym, ceramiczna skorupa to nie tylko pojemnik; jest to część projektu termicznego.

Rozgrzej skorupę, grubość skorupy, budowa powłoki, i ścieżka chłodzenia po wylaniu zmieniają sposób, w jaki ciepło opuszcza odlew.

Dlatego ten sam stop może stopniowo krzepnąć w jednym układzie skorupy, a bardziej papkowato w innym.

Sterowanie kierunkowe jest zatem połączonym efektem konstrukcji stopu, projekt skorupy, i zarządzanie ciepłem.

3. Tryb zestalenia warstwa po warstwie

Definicja

Postępujące krzepnięcie to tryb, w którym obszary stałe i ciekłe są wyraźnie oddzielone stosunkowo wyraźnym frontem zamarzania.

Powierzchnia odlewu najpierw twardnieje, a przód przesuwa się równomiernie do wewnątrz w miarę stopniowego podawania pozostałej cieczy.

Stosowane stopy przemysłowe

Typowe stopy do krzepnięcia warstwa po warstwie obejmują żeliwo szare, Stal niskoemisyjna, czyste aluminium przemysłowe, czysta miedź, i eutektyczne stopy aluminium i krzemu.

W produkcji odlewów metodą traconą, eutektyczny aluminium stopy i niskowęglowa stal nierdzewna to najczęściej stosowane gatunki o tej charakterystyce krzepnięcia.

Charakterystyka

W postępującym zestalaniu:

• Front krzepnięcia jest stosunkowo ostry.
• Ciekły metal pozostaje połączony przez dłuższy czas.
• Ostatni ciekły metal jest zwykle skoncentrowany w jednym końcowym gorącym punkcie.
• Karmienie jest stosunkowo proste, ponieważ strefa skurczu jest zlokalizowana.
• Casting często pokazuje centralne wnęki skurczowe a nie szeroko rozproszoną porowatość.

Znaczenie jakości

Stopniowe krzepnięcie jest ogólnie korzystne dla zdrowia, ponieważ łatwiej jest przewidzieć i zapewnić skurcz.

Jeżeli ostatni rejon mrożenia jest prawidłowo zasilany z pionu lub podajnika, skoncentrowany skurcz można skutecznie kontrolować.

Z tego powodu wiele stopów o wąskim zamrażaniu wykazuje dobre właściwości żywieniowe.

W odlewach w kształcie płyt lub prętów, jeśli karmienie jest niewystarczające, może powstać wgłębienie w linii środkowej, ale defekt jest często łatwiejszy do wykrycia i skorygowania niż rozproszona porowatość rozproszona w całym przekroju.

Praktyczne zastosowanie w odlewaniu metodą traconą

Odlewy inwestycyjne, które stopniowo twardnieją, są zwykle łatwiejsze do kontrolowania, pod warunkiem, że ścieżka termiczna jest skierowana prawidłowo.

Gdy konstrukcja zachęca do kierunkowego zamrażania w kierunku podajnika, jest bardziej prawdopodobne, że odlew pozostanie zdrowy.

Jednakże, jeśli gorący punkt zostanie nieprawidłowo odizolowany, w końcowej strefie zestalania może nadal tworzyć się skoncentrowana wnęka skurczowa.

4. Musujące zestalenie (Zestalanie objętościowe) Tryb

Definicja

Musujące zestalenie, nazywany również zestalenie objętości Lub zestalenie przypominające pastę, to tryb, w którym stop przechodzi przez szeroką strefę krzepnięcia.

Metal nie zamarza na jednym wyraźnym froncie; Zamiast, tworzy zawiesinową lub papkowatą mieszaninę stałych dendrytów i pozostałej cieczy.

Stosowane stopy przemysłowe

Reprezentatywne papkowate stopy krzepnące obejmują żeliwo sferoidalne, Stal wysokobocza, i brąz cynowy.

Martenzytyczne stal nierdzewna powszechnie stosowany w odlewnictwie traconym, zazwyczaj wykazuje typowe zachowanie podczas krzepnięcia.

Charakterystyka

W papkowatym zestaleniu:

• Strefa krzepnięcia jest szeroka.
• Stop wcześnie tworzy strukturę dendrytyczną.
• Gdy frakcja stała stanie się wystarczająco wysoka, pozostała ciecz zostaje uwięziona w izolowanych kieszeniach.
• Karmienie staje się trudne, ponieważ ścieżki cieczy są przerwane.
• Casting jest podatny na Porowatość skurczowa Lub mikroskurcz rozesłane po całym odcinku.

Dlaczego jest to problematyczne

Kiedy dendryty łączą się ze sobą, pozostała ciecz nie może już swobodnie przepływać z podajnika do gorącego punktu.

Zamiast jednej skoncentrowanej wnęki, w odlewie może powstać wiele małych wewnętrznych pustek rozmieszczonych w strefie krzepnięcia.

Te rozproszone defekty są często trudniejsze do wyeliminowania niż pojedyncza wnęka skurczowa.

Z tego powodu stopy o szerokim zakresie temperatur zamarzania są trudniejsze do zasilania zwykłymi taśmami. Skurcz nie jest zebrany w jednym miejscu; rozprzestrzenia się w całej objętości.

Praktyczne zastosowanie w odlewaniu metodą traconą

Musujące zestalenie jest szczególnie ważne w przypadku cienkich, złożony, lub odlewy wysokostopowe, gdzie skład chemiczny stopu w naturalny sposób powoduje szeroki zakres zamarzania.

W takich przypadkach, proste karmienie często nie wystarcza. Proces może wymagać:

• silniejsze chłodzenie kierunkowe,
• większe lub bardziej efektywne podajniki,
• ulepszone gradienty termiczne,
• zmniejszone przegrzanie,
• lub selektywne schładzanie.

Celem jest, aby strefa krzepnięcia nie stała się zbyt szeroka i zbyt odizolowana.

5. Pośredni tryb zestalenia

Definicja

Większość stopów przemysłowych należy do typu pośredniego krzepnięcia, których charakterystyka krzepnięcia mieści się pomiędzy trybami warstwa po warstwie i papkowatymi.

Strefa krzepnięcia utrzymuje średnią szerokość; granica ciało stałe-ciecz nie jest ani oczywistą gładką powierzchnią styku, ani papkowatą warstwą o pełnym przekroju.

Wzrost dendrytyczny i zasilanie płynem współistnieją w całym procesie krzepnięcia.

Stosowane stopy przemysłowe

Typowe stopy o pośrednim krzepnięciu obejmują stal średniowęglową, stal wysokomanganowa, i żeliwa białego.

Części konstrukcyjne ze stali niskostopowej średniowęglowej stanowią największą część odlewów precyzyjnych o pośrednim krzepnięciu.

Charakterystyka

Zestalenie pośrednie łączy w sobie cechy obu trybów:

• Front krzepnięcia nie jest idealnie ostry.
• Strefa krzepnięcia ma umiarkowaną szerokość.
• Istnieje możliwość karmienia, ale nie tak łatwe, jak w przypadku stopów o wąskim zamarzaniu.
• Zachowanie podczas skurczu jest bardziej złożone niż w przypadku czystego, stopniowego zamrażania.
• Tendencje defektów obejmują skoncentrowany skurcz i rozproszony mikroskurcz.

Dlaczego to ma znaczenie

Pośrednie krzepnięcie jest najczęstszym przypadkiem przemysłowym. Wiele standardowych stopów konstrukcyjnych zamarza w ten sposób.

Ich jakość zależy w dużej mierze od projektu odlewu, ponieważ z natury nie są tak wybaczające jak stopy o wąskim zamarzaniu, ale nie są tak trudne jak stopy silnie papkowate.

Praktyczne zastosowanie w odlewaniu metodą traconą

Do stopów średnio twardniejących, odlewnia musi dokładnie zrównoważyć:

• temperatura powłoki,
• nalewanie temperatury,
• grubość sekcji,
• umiejscowienie podajnika,
• i szybkość chłodzenia.

Ponieważ stop nie zapewnia w sposób naturalny idealnej ścieżki zamarzania, projektant procesu musi go utworzyć.

6. Porównanie trzech trybów krzepnięcia

7. Czynniki, które przesuwają krzepnięcie w kierunku jednego lub drugiego trybu

Tryb krzepnięcia nie jest ustalany wyłącznie przez jedną zmienną. Jest to wynik interakcji pomiędzy chemia stopów, gradient termiczny, warunki zalewania, zachowanie powłoki, i geometrię odlewów.

Zmieniając te czynniki, odlewnia może popchnąć odlew w kierunku stopniowego krzepnięcia lub w kierunku papkowatego krzepnięcia.

Zamrażanie stopu

Najważniejszym czynnikiem jest zakres zamarzania stopu.

• Wąski zakres zamrażania → ma tendencję do stopniowego zestalenia
• Szeroki zasięg zamrażania → ma tendencję do papkowatego zestalenia
• Średni zakres zamarzania → ma tendencję do krzepnięcia pośredniego

Im szerszy jest przedział likwidus-solidus, im dłużej odlew pozostaje w stanie półstałym i tym większe jest prawdopodobieństwo, że rozwinie się w nim szeroka strefa krzepnięcia.

Jest to najważniejszy powód, dla którego niektóre stopy są łatwiejsze w obróbce niż inne.

Gradient termiczny w odlewie

Im silniejszy gradient termiczny, tym większe prawdopodobieństwo, że odlew będzie stopniowo zamarzać.

Gwałtowny spadek temperatury od ściany skorupy do środka powoduje wyraźny front zamarzania i pomaga metalowi krzepnąć w sekwencji kierunkowej.

Jeśli gradient temperatury jest słaby, strefa krzepnięcia rozszerza się. Większa część pozostaje półstała przez dłuższy czas, co kieruje zachowaniem w stronę papkowatego zamarzania.

Podgrzewanie wstępne skorupy i ekstrakcja ciepła skorupy

W castingu inwestycyjnym, powłoka ceramiczna jest głównym elementem kontroli termicznej.

Gorętsza skorupa zmniejsza początkowy szok termiczny i może poprawić wypełnienie, ale spowalnia także początkowe odprowadzanie ciepła.

Chłodniejsza skorupa odprowadza ciepło bardziej agresywnie, co może zaostrzyć front zamarzania i sprzyjać postępującemu zestalaniu.

Grubość skorupy również ma znaczenie:

• Grubsza skorupa → większy opór cieplny → wolniejsze odprowadzanie ciepła → szersza strefa zamarzania
• Cieńsza skorupa → mniejszy opór cieplny → szybsze odprowadzanie ciepła → ostrzejszy front zamarzania

Temperatura zalewania i przegrzanie

Temperatura zalewania wpływa na ilość dodatkowego ciepła, jaki metal musi stracić, zanim zacznie się zamarzanie.

• Wyższe przegrzanie zwykle opóźnia zamarzanie i może spłaszczyć gradient termiczny.
• Niższe przegrzanie skraca czas do rozpoczęcia krzepnięcia, ale jeśli posunie się za daleko, może zmniejszyć napełnialność i spowodować błędy.

W rzeczywistości, nadmierne przegrzanie może sprawić, że tryb krzepnięcia będzie bardziej objętościowy, kontrolowane przegrzanie może pomóc zachować bardziej kierunkową ścieżkę zamrażania.

Grubość ścianki odlewu

Grubość ścianki jest jednym z najbardziej widocznych czynników związanych z geometrią.

• Cienkie ściany szybko zestalają się i mają tendencję do sprzyjania stopniowemu zestalaniu.
• Grube ściany dłużej utrzymują ciepło i częściej tworzą szerokie, papkowate strefy.

Z tego powodu gorące punkty często pojawiają się w ciężkich obszarach, Szefowie, skrzyżowania, lub izolowane masy, z których ciepło nie może łatwo uciec.

Geometria i lokalna masa termiczna

Ostre zakątki, złącza wewnętrzne, Szefowie, a nagłe zmiany przekroju powodują lokalną nierównowagę termiczną.

Niektóre regiony mogą zestalić się wcześnie, podczas gdy inne pozostają płynne lub półstałe. Może to zmienić lokalny tryb krzepnięcia, nawet jeśli sam stop pozostaje niezmieniony.

Kluczowe cechy geometryczne wpływające na tryb zamrażania obejmują:

• narożniki wewnętrzne,
• narożniki zewnętrzne,
• skrzyżowania żeber,
• izolowane podkładki,
• i nagłe zmiany grubości.

Chłodzenie po nalaniu

Znaczenie ma także sposób chłodzenia odlewu po odlaniu. Chłodzenie na świeżym powietrzu, chłodzenie złożem piaskowym, izolacja, i wymuszone chłodzenie powodują różne warunki utraty ciepła.

Szybsze chłodzenie zaostrza gradient temperatury i sprzyja stopniowemu zamrażaniu. Wolniejsze chłodzenie poszerza stan półstały i popycha zachowanie w kierunku papkowatego zestalenia.

8. Związek między trybem krzepnięcia a jakością odlewu

Tryb krzepnięcia nie jest szczegółem teoretycznym; jest to jeden z głównych wyznaczników jakości odlewów.

To wpływa gęstość, zdolność karmienia, powstawanie porowatości, tendencja do pękania na gorąco, Mikrostruktura, i końcowa solidność.

W castingu inwestycyjnym, gdzie dokładność kształtu jest już wysoka, tryb krzepnięcia często staje się czynnikiem decydującym o tym, czy dana część jest jedynie poprawna wymiarowo, czy też naprawdę nadaje się do użytku.

Gęstość i wewnętrzna solidność

Odlewanie jest najłatwiejsze do wytworzenia dźwięku, gdy krzepnięcie przebiega w kontrolowany sposób.

W postępujące zestalanie, ostatnia ciecz jest skoncentrowana w stosunkowo małym gorącym miejscu, dzięki temu żywienie może być skoncentrowane, a kurczenie się często może być skutecznie kontrolowane.

Zwykle prowadzi to do lepszej gęstości i mniejszego ryzyka rozproszonych wewnętrznych pustek.

W papkowate zestalenie, w przeciwieństwie do tego, pozostała ciecz zostaje uwięziona w szerokiej, półstałej sieci dendrytycznej.

Gdy solidne ramy staną się spójne, ścieżki żerowania zamykają się szybko, a skurcz rozprzestrzenia się w przekroju w postaci wielu małych pustek, a nie jednej, łatwo kontrolowanej wnęki.

Z tego powodu stopy szeroko zamarzające są często trudniejsze do uzyskania pełnej gęstości.

Wnęka skurczowa a porowatość skurczowa

Rodzaj wady skurczowej jest silnie powiązany z trybem krzepnięcia.

• Postępujące krzepnięcie zwykle produkuje skoncentrowana wnęka skurczowa w końcowej strefie mrożenia, jeśli karmienie jest niewystarczające.
• Musujące zestalenie zwykle produkuje rozproszona porowatość skurczowa lub mikroskurcz w strefie krzepnięcia.
• Pośrednie zestalenie może wykazywać oba zachowania w zależności od grubości przekroju, ścieżka karmienia, i kontrola termiczna.

Z punktu widzenia kontroli procesu, skoncentrowana wnęka jest często łatwiejsza do zlokalizowania, karmić, i wyeliminować bardziej rozpowszechnioną porowatość.

Jest to jeden z powodów, dla których stopniowe krzepnięcie jest ogólnie korzystniejsze z punktu widzenia wytrzymałości odlewu.

Rozdzieranie i pękanie na gorąco

Rozrywanie na gorąco ma miejsce, gdy częściowo zestalony odlew jest utwierdzony podczas skurczu i nie może płynnie złagodzić naprężeń termicznych.

Tryb krzepnięcia ma na to wpływ, ponieważ mechaniczne zachowanie metalu zmienia się wraz ze wzrostem frakcji stałej.

• W postępujące zestalanie, pozostały płyn może nadal być w stanie zagoić małe otwory skurczowe, jeśli karmienie jest odpowiednie.
• W papkowate zestalenie, półstała sieć dendrytyczna może wcześnie stać się sztywna, więc skurcz jest przeciwny, a pękanie staje się bardziej prawdopodobne.
• W krzepnięcie pośrednie, ryzyko jest umiarkowane i w dużym stopniu zależne od projektu gorącego miejsca i systemu karmienia.

Praktyczna lekcja jest taka, że ​​rozrywanie na gorąco nie jest wyłącznie problemem metalurgii. Jest to kwestia ścieżki zestalenia.

Możliwość karmienia

Podawanie jest najskuteczniejsze, gdy ciekły metal może nadal przepływać przez sekcję, zastępując skurcz objętościowy.

Dlatego tryb zestalenia ma tak duże znaczenie.

• Postępujące krzepnięcie dłużej zachowuje połączoną ścieżkę cieczy.
• Musujące zestalenie przerywa tę ścieżkę już w momencie zazębienia się dendrytów.
• Pośrednie zestalenie zapewnia częściową zdolność podawania, ale nie tak niezawodnie jak stopniowe zamrażanie.

Jeśli karmienie się nie powiedzie, Wady skurczowe są prawie gwarantowane gdzieś w odlewie.

Z tego powodu, Tryb zestalania należy zawsze rozpatrywać łącznie z projektem pionu i geometrią przekroju.

Mikrostruktura i jednorodność właściwości

Sposób zamarzania odlewu kształtuje również ostateczną strukturę ziaren.

Bardziej kierunkowy wzór zamarzania ma tendencję do tworzenia bardziej uporządkowanego frontu krzepnięcia, podczas gdy szerokie, papkowate zamrażanie często powoduje powstawanie grubszych struktur dendrytycznych i większych różnic w składzie między strefami.

Ma to znaczenie, ponieważ mikrostruktura ma wpływ:

• wytrzymałość na rozciąganie,
• plastyczność,
• zachowanie zmęczeniowe,
• Odporność na korozję,
• i reakcję obróbki.

Odlew dźwiękowy to nie tylko taki, który jest pozbawiony widocznych wad. To taki, którego wewnętrzna struktura jest wystarczająco spójna, aby zapewnić niezawodne działanie usług.

9. Dlaczego tryb zestalenia ma znaczenie w odlewaniu inwestycyjnym

Tryb krzepnięcia jest jedną z najważniejszych zmiennych w odlewaniu metodą traconą, ponieważ określa, czy odlew stanie się dźwięk, nadający się do karmienia, i konstrukcyjnie niezawodny,

czy też powstają w nim ukryte wady, które pojawiają się dopiero później podczas obróbki, kontrola, lub serwis.

Tryb zestalenia kontroluje wewnętrzną solidność

Głównym powodem, dla którego tryb krzepnięcia ma znaczenie, jest to, że bezpośrednio wpływa on na sposób radzenia sobie ze skurczem. Gdy metal zamarza, jego objętość maleje.

Jeśli ciekły metal może nadal wpływać do obszaru kurczenia się, odlew pozostaje gęsty i mocny. Jeśli karmienie zostanie przerwane zbyt wcześnie, tworzą się defekty skurczowe.

• Postępujące krzepnięcie zwykle koncentruje skurcz w ostatniej strefie zamrażania, który jest łatwiejszy w karmieniu i zarządzaniu.
• Musujące zestalenie ma tendencję do rozprzestrzeniania się skurczu w szerokim obszarze półstałym, co sprawia, że ​​trudniej jest zapobiec porowatości wewnętrznej.
• Pośrednie zestalenie znajduje się pomiędzy tymi dwoma i może zachowywać się dobrze lub źle w zależności od konstrukcji termicznej.

Innymi słowy, tryb krzepnięcia określa, czy skurcz jest zlokalizowany i możliwy do kontrolowania, lub rozproszone i trudne do wyeliminowania.

Od niego zależy sukces lub porażka karmienia

Castingi inwestycyjne zależą w dużej mierze od karmienia. Podajnik lub pion musi pozostać płynny wystarczająco długo, aby zasilić ostatnie obszary do zamarzania. Tryb zestalania reguluje, jak długo ścieżka podawania pozostaje otwarta.

Stopniowo zamarzający odlew daje odlewni większe szanse na utrzymanie podłączonego zbiornika cieczy.

Odlew, który zamarza w papkowaty sposób, może wcześnie utracić to połączenie, zatrzymując ciecz w izolowanych kieszeniach.

Kiedy te kieszenie zostaną odcięte, żadne późniejsze chłodzenie nie przywróci zdrowia.

Dlatego też projektowania karmienia nie można oddzielić od trybu zestalania. Podajnik jest skuteczny tylko wtedy, gdy wspiera go sekwencja mrożenia.

Wpływa na rodzaj i lokalizację wady skurczowej

Tryb krzepnięcia decyduje również o tym, jaki rodzaj wady skurczowej może się pojawić.

Skoncentrowana wnęka jest często mniej szkodliwa niż szeroko rozpowszechniony mikroskurcz, ponieważ jest bardziej widoczna, bardziej zlokalizowane, i łatwiejsze w obsłudze dzięki nadstopniom lub naddatkowi na obróbkę.

Rozproszona porowatość, w przeciwieństwie do tego, może osłabić duży obszar części, nie będąc widocznym z zewnątrz.

Wpływa na rozdzieranie i pękanie na gorąco

Rozdzieranie na gorąco jest silnie powiązane ze sposobem kurczenia się odlewu, gdy jest częściowo stały.

Jeśli półstała sieć stanie się sztywna przed zakończeniem skurczu odlewu, może narosnąć naprężenie rozciągające i spowodować pęknięcie części.

Tryb krzepnięcia ma znaczenie, ponieważ się zmienia:

• jak szybko sieć dendrytyczna staje się spójna,
• jak długo płyn pozostaje dostępny, aby złagodzić stres,
• oraz ile utwierdzeń występuje podczas skurczu.

Stopniowe krzepnięcie często daje większą szansę na zaspokojenie skurczu i złagodzenie stresu.

Gęste zestalenie może spowodować zbyt wczesne zablokowanie konstrukcji, czyniąc odlew bardziej podatnym na rozdarcia. Dlatego tryb krzepnięcia jest bezpośrednim czynnikiem zapobiegającym pęknięciom, nie tylko kwestia skurczu.

Kształtuje mikrostrukturę i końcowe właściwości

Sposób zamarzania odlewu wpływa również na strukturę ziaren, odstęp dendrytów, i jednorodność składu metalu.

Bardziej kierunkowa ścieżka zamrażania zwykle tworzy bardziej uporządkowaną strukturę, podczas gdy szeroka strefa papkowata często prowadzi do grubszych dendrytów i większej lokalnej segregacji.

To ma znaczenie, ponieważ wpływa na to struktura wewnętrzna:

• wytrzymałość na rozciąganie,
• plastyczność,
• Życie zmęczeniowe,
• reakcja na korozję,
• i zachowanie podczas obróbki.

Odlew może spełniać specyfikację wymiarową i nadal działać gorzej, jeśli tryb krzepnięcia powoduje nierówną lub porowatą strukturę wewnętrzną.

Jest to szczególnie ważne w przypadku wysokowartościowych odlewów inwestycyjnych stosowanych w przemyśle lotniczym, moc, medyczny, i zastosowania w inżynierii precyzyjnej.

Określa, jaki poziom kontroli procesu jest wymagany

Różne tryby krzepnięcia wymagają różnych poziomów dyscypliny odlewniczej.

• Postępujące krzepnięcie zazwyczaj jest najbardziej wyrozumiały.
• Pośrednie zestalenie wymaga zrównoważonej kontroli.
• Musujące zestalenie wymaga najbardziej agresywnej interwencji inżynieryjnej.

Kiedy odlew naturalnie zamarza stopniowo, procesem często można zarządzać, stosując standardowe zasady podawania kierunkowego.

Kiedy odlew ma tendencję do papkowatego zamarzania, odlewnia może potrzebować silniejszych gradientów termicznych, lepsza konstrukcja skorupy, dokładniejsza kontrola temperatury zalewania, selektywne chłodzenie, lub bardziej wyrafinowaną strategię wzrostową.

Zatem tryb krzepnięcia jest również miarą trudności procesu. Im bardziej papkowate jest zachowanie podczas zamarzania, tym więcej wysiłku potrzeba, aby wydobyć dźwięk odlewu.

To ukryte połączenie pomiędzy designem i jakością

Jednym z najważniejszych powodów, dla których tryb krzepnięcia ma znaczenie, jest to, że łączy on projekt odlewu z końcową jakością.

Część może wyglądać doskonale w programie CAD i może nawet z powodzeniem zostać zalana, ale jeśli jego tryb krzepnięcia jest słaby, ostatnia część nadal może zakończyć się niepowodzeniem.

Tryb krzepnięcia łączy się ze sobą:

• Wybór stopu,
• grubość sekcji,
• projekt skorupy,
• nalewanie temperatury,
• system karmienia,
• warunki chłodzenia,
• i integralność wewnętrzna.

To sprawia, że ​​jest to jedna z głównych zmiennych projektowych w odlewnictwie traconym. To nie jest tylko koncepcja metalurgiczna. Jest to zasada projektowania.

10. Wniosek

Tryb krzepnięcia jest podstawowym mechanizmem wewnętrznym określającym mikrostrukturę i rozkład defektów odlewów precyzyjnych.

Sklasyfikowane według szerokości strefy krzepnięcia, krzepnięcie metalu dzieli się na warstwę po warstwie, bzdurny, i tryby pośrednie.

Zakres temperatur krystalizacji stopów zasadniczo determinuje naturalną tendencję do krzepnięcia, podczas gdy gradient temperatury odlewania sztucznie dostosowuje wielkość strefy krzepnięcia.

W rzeczywistej produkcji przemysłowej, inżynierowie odlewnicy muszą wybrać docelowe schematy procesów zgodnie z cechami stopu.

Dostosowując temperaturę wstępnego podgrzewania skorupy, osadzanie żelazek chłodzących, optymalizacja układu pionów, i kontrolowanie przegrzania odlewania, tryb krzepnięcia można sztucznie zoptymalizować, aby przekształcić niekorzystne krzepnięcie papkowate w kontrolowane krzepnięcie warstwa po warstwie.

Opanowanie trzech trybów krzepnięcia i praw na nie wpływających jest podstawową przesłanką eliminacji wad skurczowych, poprawić wewnętrzną zwartość, i produkować wysokiej jakości, kwalifikowane odlewy inwestycyjne.

Wraz z unowocześnieniem technologii symulacji odlewania, wizualizowane pole temperatury i przewidywanie strefy krzepnięcia jeszcze bardziej zwiększą dokładność sterowania trybem krzepnięcia, promowanie wysokiej klasy i inteligentnego rozwoju branży precyzyjnych odlewów precyzyjnych.

 

FAQ

Który tryb krzepnięcia ma najlepszą wydajność podawania?

Utwardzanie warstwa po warstwie. Jego skoncentrowane wnęki skurczowe można łatwo wyeliminować za pomocą nadlewów, a płynąca ciecz może samoistnie zagoić mikropęknięcia.

Dlaczego papkowate zestalanie jest trudne do wyeliminowania porowatości?

Połączone ze sobą dendryty oddzielają pozostałą ciecz do zamkniętych zbiorników cieczy, a konwencjonalne piony nie są w stanie zapewnić głębokiego podawania w przypadku rozproszonej porowatości mikroskurczowej.

Dlaczego odlewy metodą traconą mają tendencję do tworzenia szerokich stref krzepnięcia??

Muszle ceramiczne są podgrzewane przed wylaniem, co skutkuje niskimi gradientami temperatury w przekroju poprzecznym, które poszerzają strefę papkowatą i ułatwiają zestalanie papkowatej.

Jak przekształcić papkowate zestalanie w zestalanie warstwa po warstwie?

Zwiększ lokalne gradienty temperatury, dodając żelazka chłodzące, obniżenie temperatury wstępnego nagrzewania płaszcza, i zwiększenie szybkości chłodzenia powierzchni.

Jaki jest najpowszechniej stosowany tryb krzepnięcia w przemysłowych odlewach precyzyjnych?

Pośrednie zestalenie. Większość średniowęglowych stali stopowych i popularnych stopów odlewniczych należy do tej kategorii o zrównoważonych i kompleksowych parametrach.