İçinde yatırım kadrosu, deoksidasyon genellikle rutin bir adım olarak ele alınır: deoksidanlar ekleyin, cürufu sıyırmak, ısıyı dökün, ve umarım döküm temiz çıkar.
Yine de pratikte, gözeneklilik gibi kusurlar olduğunda, kapsama, damarlanma benzeri yüzey reaksiyonları, veya yerel sıcak noktalar görünüyor, Deoksidasyon genellikle mühendislerin baktığı ilk yerdir.
Bu içgüdü doğru, ancak kavramın kendisi sıklıkla çok dar bir şekilde anlaşılmaktadır.
Deoksidasyon sadece “oksijen tüketmek” eylemi değildir. Metalurjik anlamda, eriyikteki çözünmüş oksijen miktarını azaltmayı amaçlayan sistematik bir kontrol stratejisidir,
oksit kalıntılarının oluşumunu sınırlamak, ve temizliğin iyileştirilmesi, akışkanlık, dökme ve katılaşma sırasında metalin arayüzey davranışı.
Hassas dökümde, bu diğer birçok süreçten daha da önemlidir, çünkü seramik kabuk incedir, yüksek sıcaklıkta kimyasal olarak aktif, ve alaşım akışının oksidasyon durumuna karşı oldukça hassastır.
Yetersiz şekilde deokside edilmiş bir eriyik yalnızca iç kusurlar yaratmaz; aynı zamanda kabuk arayüzünde metal-kalıp reaksiyonlarını da yoğunlaştırabilir.
Bu nedenle, hassas döküm bağlamında "eritme" yerine "eritme"den bahsetmek daha kesindir.
Metal, tam çelik üretimi anlamında rafine edilmiyor; yine de, Oksijen kontrolünün aynı fiziksel ve kimyasal prensipleri hala geçerlidir.
1. Eriyikteki Oksijen Nereden Geliyor??
Oksijen erimiş metale çeşitli yollardan girer:
Birincisi suçlamanın kendisi. Hurda, geri döner, alaşımlar, ve ferroalyajlar yüzey oksitleri taşıyabilir, ölçek, pas, veya emilen nem.
İkincisi ise atmosfer. Şarj sırasında, erime, gözden geçirme, örnekleme, ve döküyorum, eriyik yüzeyi havaya maruz kalır ve çevreyle sürekli olarak gaz alışverişinde bulunur.
Üçüncüsü ise fırın veya pota sistemidir.. Refrakter malzemeler, cüruf kalıntıları, ve akışlar oksijen taşıyan türlere katkıda bulunabilir, özellikle yüksek sıcaklıkta veya tekrarlanan termal döngü altında.
Başka bir deyişle, erime asla gerçekten izole edilmez. Oksijen tesadüfi bir kirlilik değildir; ısının termal geçmişinin neredeyse kaçınılmaz bir katılımcısıdır.
2. Erimiş Çelikte İki Formda Oksijen
Erimiş çelikte, oksijen genellikle iki biçimde bulunur.
Birincisi çözünmüş oksijen. Bu, sıvı metal içerisinde atomik formda bulunan oksijendir., Oksidasyon reaksiyonlarına kolaylıkla katılabildiği için bazen aktif oksijen olarak da tanımlanır..
Kimyasal olarak hareketli olması ve alaşım tüketimini doğrudan etkilemesi nedeniyle deoksidasyon açısından en tehlikeli formdur., dahil olma oluşumu, ve katılaşma sırasında gazla ilgili kusurlar.
İkincisi ise kombine oksijen, kararlı oksitler veya oksi-sülfit kalıntıları halinde bulunan. Bu aşamada, oksijen artık “serbest” değil,ama kaybolmadı.
Eriyik içinde asılı duran veya katılaşmış metal içinde sıkışıp kalan katı veya yarı katı metalik olmayan parçacıklara aktarılmıştır..
Bu kalıntılar kimyasal olarak nispeten inert olabilir., ancak temizliği azalttıkları için zararlı olmaya devam ediyorlar, mekanik özellikleri zayıflatmak, ve çatlak başlangıç bölgeleri olarak görev yapar.
Oksijen içeriğinden bahsettiğimizde, aslında hem çözünmüş oksijenden hem de kimyasal olarak birleşmiş oksijenden oluşan bir sistemden bahsediyoruz. Etkili deoksidasyon her ikisine de hitap etmelidir.
3. Oksijen Neden Zararlıdır?
Oksijenin tehlikeleri genellikle hafife alınır çünkü bunlar tek bir dramatik arıza olarak görünmek yerine sürecin çeşitli aşamalarına dağılmıştır..
Sıvı Hal Sırasında Zarar
Çözünmüş oksijen eriyikteki alaşım elementlerini agresif bir şekilde oksitler. Bu sadece metal kaybını arttırmakla kalmaz, aynı zamanda bor gibi pahalı mikroalaşım ilavelerinin de israfına neden olur., zirkonyum, veya nadir toprak elementleri.
Yüksek performanslı alaşımlarda, Az miktarda oksijen bile etkili kimyayı hedef özellikleri tehlikeye atacak kadar değiştirebilir.
Bir o kadar da önemli, oksijen oksit kalıntılarının oluşumunu teşvik eder. Bu kalıntılar yalnızca kozmetik anlamda kusurlar değildir.; onlar zor, kırılgan, ve sıklıkla köşeli.
Beslenmeye müdahale ediyorlar, işleme direncini artırın, yorulma ömrünü azaltmak, ve hasar dayanıklılığı.
Hassas dökümlerde, boyutsal doğruluğun ve yüzey bütünlüğünün kritik olduğu durumlarda, Dahil edilen popülasyondaki küçük bir artış bile reddedilme oranında orantısız bir artışa neden olabilir.
Katılaşma Sırasında Zarar
Eriyik soğudukça, sıvı çelikte oksijenin çözünürlüğü azalır. Sıvı halde stabil olan oksijen, termodinamik olarak kararsız hale gelir ve yeni bir form arar..
Bu dönüşüm birçok sorun yaratıyor.
Birinci
Çözünmüş oksijen, karbon monoksit oluşturmak üzere karbonla reaksiyona girebilir.
Bu reaksiyon katılaşma sırasında veya dökümün son aşamalarında meydana gelirse, sonuç gaz gözenekliliğidir, Gaz oluşumu nedeniyle ağırlaşan mikro büzülme, veya şiddetli vakalarda ladin çukurunda şişlik.
Hassas dökümde, bu anormal davranan bir koşucu sistemi olarak görülebilir, çökmek yerine şişen bir dökme havzası, veya besleme yeterli görünse bile iç gözeneklilik gösteren dökümler.
Saniye
Oksijen alüminyum gibi elementlerle birleşebilir, titanyum, silikon, ve manganezin sıcaklık düştükçe yeni oksit kalıntıları oluşturması.
Bu kalıntılar genellikle orijinal parçacıklardan daha fazla sayıdadır çünkü katılaşma cephesi onları hapsetme eğilimindedir ve türbülanslı dökme akışı bunları eriyik boyunca dağıtır..
Üçüncü
Oksijenden türetilen oksitler kükürt ile reaksiyona girerek tane sınırlarında düşük erime noktalı ötektikler oluşturabilir.
Bu, sıcak kısalığı ve taneler arası zayıflığı teşvik eder. Sonuç her zaman görünür bir çatlak değildir; bazen daha sonra zayıf işlenebilirlik olarak ortaya çıkar, kenar yırtılması, veya servis ömrünün azalması.
Dördüncü
Kalıp etkileşimi açısından, eriyik seramik kabuğu ıslattığında oksijen özellikle tehlikeli hale gelir.
Temiz bir çelik eriyiği, refrakter yüzeyleri kolayca ıslatmaz, ancak oksijen açısından zengin metal, arayüzde FeO ve diğer düşük erime noktalı oksit türlerini üretebilir.
Bu oksitler, fayalit tipi bileşikler gibi düşük erime noktalı silikatlar oluşturmak için silika içeren kabuk malzemeleriyle reaksiyona girebilir..
Bu gerçekleştiğinde, eriyik kabuk yüzeyine nüfuz edebilir, metal penetrasyonunun sağlanması, kabuk yapışması, yüzey kapanımları, veya sıklıkla sıradan cüruf kalıntısı olarak yanlış teşhis edilen kimyasal bağlanma kusurları.
Bu nokta hassas dökümde özellikle önemlidir çünkü birçok kabuk sistemi reaktif silika fazları içerir..
Kabuk yeterli miktarda aktif SiO₂ veya kristobalit içeriyorsa, oksijen açısından zengin eriyik, klasik kum döküm yanma veya metal nüfuz etme mekanizmalarına çok benzeyen bir şekilde kalıp duvarı ile reaksiyona girebilir. Ölçek farklı, ama kimya temelde benzer.
Katı Metalde Zarar
Katılaşmadan sonra, oksijen esas olarak oksit ve oksisülfit kalıntıları halinde hapsolmuş halde kalır. Bu aşamada, konu artık gaz evrimi değil; metalurjik temizlikle ilgilidir.
boyut, morfoloji, miktar, ve kalıntıların dağılımı bunların ne kadar zarar verici olacağını belirler.
İyi, yuvarlak, seyrek olarak dağılmış parçacıklar bazı uygulamalarda tolere edilebilir, büyük iken, kümelenmiş, veya açısal kapanımlar felakete yol açabilir.
Sünekliği azaltırlar, yorulma performansını olumsuz etkiler, daha düşük darbe direnci, ve yerel stres yoğunlaşma alanları yaratın.
Hassas dökümlerde, hata payının dar olduğu yer, katılım kontrolü genellikle kalite istikrarının ardındaki gizli değişkendir.
4. Deoksidasyonun Gerçek Amacı
Deoksidasyonun amacı sadece çözünmüş oksijeni “öldürmek” değildir.. Oksijeni eriyikten kontrollü ve metalurjik açıdan yararlı bir şekilde çıkarmaktır..
Bu, iki şeyin aynı anda olması gerektiği anlamına gelir:
Birinci, çözünmüş oksijen, alaşım elementlerinin korunmasını sağlayacak kadar düşük bir seviyeye indirilmelidir, Gaz reaksiyonları bastırılır, ve eriyik dökme sırasında temiz davranır.
Saniye, deoksidasyonun oksit ürünleri, cüruf yüzdürme ve temiz metal uygulaması yoluyla mümkün olduğunca verimli bir şekilde eriyikten uzaklaştırılmalıdır..
Büyük miktarlarda inatçı kalıntılar oluşturan ve bunların kaçmasına izin vermeyen bir deoksidatör sorunun yalnızca yarısını çözmüştür ve hatta döküm sonucunu daha da kötüleştirebilir..
Bu nedenle deoksidasyon ve cüruf giderme asla ayrı ayrı ele alınmamalıdır., ilgisiz işlemler.
Pratikte, they are one coupled process: the chemistry of oxygen removal and the physical transport of reaction products.
5. Deoksidasyon Yöntemleri
Broadly speaking, deoxidation can be divided into two categories: chemical deoxidation and vacuum deoxidation.
Hassas dökümde, chemical deoxidation is by far the most common.
Within chemical deoxidation, the practical routes are diffusion deoxidation, precipitation deoxidation, and combined deoxidation.
Difüzyon Deoksidasyonu
Diffusion deoxidation works by reducing the oxygen-bearing species in the slag so that oxygen migrates from the metal into the slag phase.
Fine deoxidizer particles are typically preheated and added to the melt surface, often together with a covering slag or flux.
The key idea is equilibrium. If the oxide concentration in the slag is lowered, the melt continuously transfers more oxygen-bearing species to restore balance. Mesai, metal daha temiz hale gelir.
Bu yöntem doğrudan çökeltme deoksidasyonundan daha yavaştır, ama önemli bir avantajı var: reaksiyon ürünlerinin eriyik içerisine yeniden sürüklenme olasılığı daha düşüktür.
Bu nedenle, difüzyon deoksidasyonu daha az artık kalıntı içeren daha temiz bir metal banyosu üretebilir.
İndüksiyonla eritmede, elektromanyetik karıştırma idealleştirilmiş resmi karmaşıklaştırır ve aslında sürece yardımcı olur.
Metal sürekli dolaşımdadır, bu da eriyik arasındaki teması artırır, deoksider, ve cüruf.
Doğru koşullar altında, bu karıştırma, difüzyon deoksidasyonunu ders kitaplarının önerdiğinden daha etkili hale getirebilir.
Yağış Deoksidasyonu
Yağış deoksidasyonu, bazen doğrudan deoksidasyon olarak adlandırılır, Oksijenin anında kimyasal reaksiyonla uzaklaştırılması için doğrudan erimiş metale deoksidanların eklenmesini içerir.
Yaygın deoksidanlar arasında silikon bulunur, manganez, alüminyum, ve bu elementlerin kombinasyonlarını içeren kompozit deoksidanlar.
Bu yöntem hızlı. Bu onun en büyük gücüdür. Özellikle eriyiğin dökmeden önce hızlı bir şekilde işlenmesi gerektiğinde kullanışlıdır..
Fakat, reaksiyonun hızı aynı zamanda zayıflığıdır. Deoksidasyon ürünleri, dökmeye başlamadan önce yüzmek için yeterli zamanı olmayan çok ince parçacıklar halinde oluşabilir..
Erime sıcaklığı yeterince yüksek değilse, veya bekletme süresi çok kısaysa, bu parçacıklar askıda kalır ve sonunda dökümde sıkışıp kalır.
Öyleyse, çökeltme deoksidasyonu yalnızca uygun zamanla birleştirildiğinde etkilidir, sıcaklık, ve cüruf uygulaması. Tek başına bir çözüm olarak görülmemeli.
Kombine Deoksidasyon
Gerçek üretimde, en mantıklı yaklaşım genellikle birleşik bir süreçtir: ön deoksidasyon ve ardından son deoksidasyon.
Hassas dökümde yaygın pratik mantık budur. Ön aşama oksijen içeriğini kademeli olarak azaltır ve eriyiği stabilize eder.
Son aşama, kalan oksijen seviyesini dökmeden hemen önce ayarlar ve banyonun güvenli bir metalurjik durumda olmasını sağlar.
Gerçek atölye uygulamalarında, Nihai deoksidasyon yöntemi, operatörün tekniğine bağlı olarak çökeltme deoksidasyonuna veya difüzyon deoksidasyonuna benzeyebilir.
Bazı metalürjistler çok ince bir kaplama akı tabakası eklerler, daha sonra kompozit deoksidantörü uygulayın, ve son olarak cüruf-metal arayüzünde reaksiyonu zorlamak için yüzeyi yeniden kaplayın. bu durumda, yöntem daha çok difüzyon deoksidasyonuna benzer şekilde davranır.
Diğerleri oksijen gidericiyi banyonun daha derinlerine yerleştirir, çökelti deoksidasyonuna daha yakın olan. İkisi arasındaki sınır her zaman katı değildir.
Bu nedenle etiketler üzerinde tartışmak, sonuçları kontrol etmekten daha az verimli olabilir..
Asıl soru, belirli bir adımın ders kitabı anlamında "yayılma" mı yoksa "yağışma" mı olduğu değildir., ancak oksijenin yeterince azaltılıp azaltılmadığı ve ürünlerin dökmeden önce çıkarılıp çıkarılamayacağı.
6. Ürünler Erimeyi Bırakana Kadar Deoksidasyon Tamamlanmaz
En çok gözden kaçırılan nokta bu.
Bir eriyik kimyasal olarak deokside edilebilir ve yine de metalurjik olarak kirli olabilir. Neden? Çünkü deoksidasyon ürünlerinin kendisi de kapanımlardır. Banyoda asılı kalırlarsa, onlar sadece yeni bir kusur kaynağıdır.
Öyleyse, İyi bir deoksidasyon uygulaması aynı anda üç soruya cevap vermelidir:
Çözeltide ne kadar oksijen kalır?
Ne tür oksit kalıntıları oluşuyor??
Bu eklemeler nasıl kaldırılacak??
En iyi oksijen gidericinin mutlaka en hızlı reaksiyona giren olması gerekmez. Uygun büyüklükte kapanımlar üretendir, morfoloji, ve yüzebilirlik, ve cüruf giderme ve dökme uygulamasıyla uyumlu çalışan bir uygulama.
Bu anlamda, deoksidasyon, katılım mühendisliği olarak anlaşılmalıdır, sadece oksijen temizleyici değil.
7. Modern Bir Görünüm: Eriyik Temizliği Yönetimi Olarak Oksijen Kontrolü
Deoksidasyon hakkında düşünmenin daha gelişmiş bir yolu, oksijeni tek sayılı bir problem olarak ele almayı bırakmaktır.. Oksijen içeriği önemlidir, ancak bu eriyik temizliğinin yalnızca bir boyutudur.
Modern bir döküm mühendisinin de dikkate alması gerekenler:
oksijenin termodinamik aktivitesi,
oluşan kalıntıların türü ve bileşimi,
bu kapanımların yüzdürme kinetiği,
oksitler ve refrakter kabuklar arasındaki etkileşim,
elektromanyetik karıştırmanın reaksiyon yolları üzerindeki etkisi,
ve dökmeye göre deoksidant ilavesinin zamanlaması.
Bu daha geniş bakış açısı hassas dökümde özellikle değerlidir, kusurların sıklıkla tek bir izole nedenden ziyade birden fazla bağlantılı mekanizmadan kaynaklandığı durumlarda.
Kimyasal olarak aktif bir kabuk, biraz fazla oksitlenmiş bir eriyik, ve çok geç eklenen bir oksijen giderici, hiçbir düzeltici eylemin tam olarak çözemeyeceği bir kusur yaratabilir..
8. Çözüm
Aslında, Bir zamanlar son deoksidasyonun çökelme deoksidasyonu mu yoksa difüzyon deoksidasyonu mu olduğu konusunda mücadele etmiştim, ancak daha sonra bunun sadece kavramsal bir ayrım olduğunu fark ettim..
Dahası, deoksidasyon formları farklı çelik türleri için farklıdır: Örneğin, karbon çeliği, deoksidasyon için alüminyum tel eklemeyi kullanır,
paslanmaz çelik kompozit deoksidatör kullanırken (silikon-alüminyum-baryum-kalsiyum alaşımı gibi) deoksidasyon için - bazıları çökeltme deoksidasyonudur, bazıları difüzyon deoksidasyonudur, hatta bazıları aynı anda her iki reaksiyonu da gösteriyor.
Bunun hakkında ne düşünüyorsun?? Ek olarak, Hassas döküm teknolojisinin gelişmesiyle birlikte, bazı yeni kompozit deoksidanlar (kalsiyum-silikon-manganez alaşımı gibi) Hem hızlı deoksidasyon hem de ürünlerin kolay yüzdürülmesi avantajlarına sahiptir,
Yüksek kaliteli hassas döküm üretiminde giderek ana tercih haline gelen, genel olarak ilave bir miktarla 0.2%-0.4% erimiş çelik ağırlığının.
Şunu vurgulamak gerekir ki vakumlu deoksidasyon, başka bir deoksidasyon yöntemi olarak, esas olarak yüksek kaliteli hassas dökümlerin üretiminde kullanılır (havacılık motor bileşenleri ve tıbbi implantlar gibi).
Erimiş çelikteki oksijenin çözünürlüğünün vakum koşulları altında önemli ölçüde azalması prensibini kullanır., Erimiş çelikteki çözünmüş oksijenin çökelmesini ve gaz halinde kaçmasını sağlar.
Vakumlu deoksidasyon, deoksidasyon maddeleri tarafından yeni kalıntıların eklenmesini önleyebilir, ve deoksidasyon etkisi daha kapsamlıdır,
ancak ekipman yatırımı ve işletme maliyeti yüksektir, dolayısıyla sıradan hassas döküm üretiminde yaygın olarak kullanılmaz..
Bazı gelişmiş üretim hatlarında, En iyi deoksidasyon etkisini elde etmek için vakumlu deoksidasyon, deoksidatör deoksidasyonuyla birleştirilir, erimiş çeliğin toplam oksijen içeriğinin aşağıdakilere düşürülmesini sağlamak 0.002%.
