1. Уводзіны
Дакладнасць (інвестыцыя) ліццё шырока выкарыстоўваецца для працоўных колаў помпаў, Целы клапана, кампаненты турба, медыцынскія імплантаты і вырабленыя на заказ дэталі з геаметрыяй, аздабленне паверхні і металургічная цэласнасць маюць вырашальнае значэнне.
Нержавеючая сталь з'яўляюцца прывабнымі для гэтых прыкладанняў з-за ўстойлівасці да карозіі, механічныя ўласцівасці і тэрмаўстойлівасць.
Але спалучэнне складаных формаў, тонкія профілі і металургія з нержавеючай сталі ўзмацняе рызыку дэфектаў.
Зніжэнне гэтых рызык патрабуе комплекснага падыходу ад выбару матэрыялу і распрацоўкі малюнка да плаўлення, выраб абалонкі, наліць, тэрмічная апрацоўка, агляд і аздабленне.
2. Асноўныя сямействы нержавеючай сталі, якія выкарыстоўваюцца ў дакладным ліцці
- Аўстэніт (e.g., 304, 316, 321, КФ-3М): Высокае ўтрыманне Ni/Cr, добрая пластычнасць і ўстойлівасць да карозіі.
Аўстэніт прабачыць з пункту гледжання парэпання, але схільны да газавай сітаватасці (вадарод), акісленне паверхні і ўнутранае науглероживание/раскоксовка ў некаторых атмасферах.
Яны не трансфармуюцца пры астуджэнні, таму кантроль застывання і чысціні ўключэнняў з'яўляецца ключавым. - Дуплекс (ферыта-аўстэнітны): Больш высокая трываласць і палепшаная ўстойлівасць да SCC у некаторых асяроддзях.
Дуплексныя маркі больш адчувальныя да тэрмічнай гісторыі: працяглае ўздзеянне ў дыяпазоне 300–1000 °C можа спрыяць фазам акрышчэння (сігма), і дысбаланс у астуджэнні можа прывесці да непажаданых суадносін ферыту/аўстэніту. - Мартэнічны / ападкава-загартоўвае (e.g., 410, 17-4Ph): Выкарыстоўваецца, калі патрабуецца больш высокая трываласць/калянасць або цвёрдасць.
Гэтыя сплавы могуць быць больш успрымальныя да расколін, калі ўсаджванне пры застыванні або цеплавыя градыенты не кіруюцца належным чынам і патрабуюць дбайнай тэрмічнай апрацоўкі пасля ліцця. - Высокалегіраваных/спец (e.g., 6Мо, 20Cr-2Ni): Павелічэнне легіравання можа ўзмацніць праблемы з сегрэгацыяй, акісляльная і вогнетрывалая сумяшчальнасць; практыка плаўлення і кантроль за дзындрай становяцца яшчэ больш важнымі.
3. Працэс дакладнага ліцця — важныя этапы і кантрольныя зменныя
Ключавыя этапы, на якіх уводзяцца дэфекты:
- Прыклад & канструкцыя варот: васковы або палімерны малюнак, варотны, стратэгія райзера, філе, скразняк.
- Будаўніцтва абалонак: шламахім, ляпны памер, цыклы сушкі/отвержденія і кантроль таўшчыні абалонкі.
- Зняцце выкрайкі / dewax: чысціня і адсутнасць рэшткаў.
- Разагрэць / выпякаць: кантраляваная тэмпература для выдалення рэшткаў арганічных рэчываў і кантролю цеплавога ўдару.
- Плаўленне & апрацоўка металу: практыка плаўлення (індукцыі, вакуумная індукцыя, купала пазбягаць для нержавеючай), раскіслення, выдаленне дзындраў, дэгазацыя (аргон), кантроль уключэння, і дакладнасць хімічнага складу сплаву.
- Наліць: тэмпература налівання, тэхніка (ніжні/верхні наліў), для селязёнкі, і кантроль атмасферы.
- Замоўка & астуджэнне: Накіравальнае зацвярджэнне, прадукцыйнасць стояка, кантроль цеплавых градыентаў.
- Выдаленне абалонкі, ачыстка і прыборка: механічная і хімічная ачыстка, агляд.
- Тэрмічная апрацоўка пасля ліцця: раствор адпалу, патушыць, загармаванне, зняцце напружання, якое прадыктавана сплавам і механічнымі патрэбамі.
- Неразбуральны кантроль & фініш: Ndt, апрацоўванне, HIP, калі паказана, аздабленне паверхні і пасівацыя.
Кантрольныя зменныя ўключаюць: растаюць чысціня і хімія, сітаватасць абалонкі і пранікальнасць, прогреть профіль, тэмпература залівання і турбулентнасць, пад'ём і канфігурацыя кармушкі, і тэрмічныя цыклы пасля ліцця.
4. Самыя распаўсюджаныя дэфекты дакладнага ліцця з нержавеючай сталі
У гэтым раздзеле пералічаны дэфекты, якія найбольш часта з'яўляюцца ў нержавеючай сталі выплавляемых адлівак, тлумачыць, як і чаму яны ўтвараюцца, і дае практычнае выяўленне, меры прафілактыкі і аздараўлення.
Газавая сітаватасць (дзіркі, дзіркі, сотавай сітаватасці)
Як гэта выглядае: сферычныя або круглявыя пустэчы, размеркаваныя па адліўцы; паверхневыя дзіркі або навалы падпаверхневай сітаватасці; часам сотавая сетка ў междендритных абласцях.
Першапрычыны: раствораны газ (пераважна вадарод, часам азот/кісларод) вылучаецца пры застыванні; вільгаці або лятучых арганічных рэчываў у абалонцы або малюнку; недастатковая дэгазацыя; бурнае ліццё з уцягваннем паветра або шлаку; рэакцыі ў расплаве, якія ўтвараюць газ.
Як выявіць: візуальны (адтуліны на паверхні), пенетрант для пакрыцця пары паверхні, рэнтгенаграфія/КТ для падпаверхневай сітаватасці, ультрагукавая або геліевая праверка на герметычнасць дэталяў, крытычных да ціску.
Прафілактыка: строга высушыце шкарлупіну і кантралюйце выдаленне воску/попелу; правесці дэгазацыю расплаву (сумесі аргон/аргон-кісларод, вакуумная дэгазацыя);
выкарыстоўваць чыстыя зарадныя матэрыялы і звесці да мінімуму рэактыўны паток; заліць з ламінарным патокам або ніжняй залівання тэхнікі; кантралюйце тэмпературу залівання, каб збалансаваць цякучасць і паглынанне газу.
Санацыя: гарачае ізастатычнае прэсаванне (Бядро) каб закрыць унутраную сітаватасць, дзе гэтага патрабуе функцыя; лакальная механічная апрацоўка для выдалення павярхоўных пор; рамонт зварных швоў для асобных дэфектаў, калі гэта дазваляе металургія і праект.
Ўсаджвальная сітаватасць (междендритное ўсаджванне)
Як гэта выглядае: нерэгулярны, часта злучаныя паміж сабой пустэчы, сканцэнтраваныя ў месцах апошняга замярзання (тоўстыя зрэзы, злучэнні)- можа выглядаць як дендрытная сетка або цэнтральная пустата.
Першапрычыны: недастатковае кармленне падчас застывання; сплавы з шырокімі дыяпазонамі замярзання, якія спрыяюць междендритной ўсаджвання;
дрэннае размяшчэнне стаяка / варот; недастатковы перагрэў або празмерная ізаляцыя, якая затрымлівае застыванне ў гарачых кропках.
Як выявіць: рэнтгенаграфія і КТ для карціравання ўнутраных паражнін; металаграфічнае сячэнне для пацверджання междендритной марфалогіі.
Прафілактыка: прымяняйце практыку накіраванага зацвярдзення - размяшчайце стаякі/кармушкі на апошніх для замярзання аб'ёмах, выкарыстоўваць дрыжыкі, каб змяніць шлях застывання, перагледзець вароты для забеспячэння кармлення, выкарыстоўваць праграмнае забеспячэнне для мадэлявання, каб праверыць паводзіны гарачай кропкі.
Санацыя: HIP для ўшчыльнення ўнутранай ўсаджвання; рэдызайн, каб дадаць падачу або змяніць геаметрыю секцыі для наступнай вытворчасці; лакалізаванае нарошчванне зварнога шва для дапушч, даступная ўсаджванне.
Ўключэння і захоп дзындраў
Як гэта выглядае: цёмныя вуглаватыя часціцы або стрынгеры ў матрыцы (дзверца, аксідныя плёнкі, вогнетрывалыя аскепкі), часам бачныя на апрацаваных паверхнях або ў пераломах.
Першапрычыны: неадэкватнае выдаленне шумавіння/дзындры ў печы, бурны наліў, які цягне за сабой акід, несумяшчальныя матэрыялы абалонкі рассыпаюцца ў расплаў, неадэкватны флюс, або недастатковая ачыстка расплаву.
Як выявіць: рэнтгенаграфія / КТ для больш буйных уключэнняў, металаграфія для дробных часціц, інспекцыя белага тручэння і фрактаграфія для аналізу адмоваў.
Прафілактыка: дбайная ачыстка ад расплаву (скімінг, флюсаванне), кантраляваная заліванне, каб пазбегнуць турбулентнасці, заліванне з дна або пагружэнне, дзе гэта магчыма,
сумяшчальны склад абалонкі з кантраляванай рассыпістасцю, і метады перыядычнай перадачы каўша, якія зводзяць да мінімуму ўцягванне дзындры.
Санацыя: апрацоўка паверхні ўключэнняў; рамонт зварных швоў або замена секцый апорных частак; палепшаная практыка плаўлення і праверка перад наступнай заліваннем.
Халодныя адключэнні і збоі ў працы (няпоўнае запаўненне)
Як гэта выглядае: лініі паверхні, халодныя лініі на каленях, няпоўныя раздзелы, або тонкія ўчасткі, дзе паражніну запоўнена не цалкам.
Першапрычыны: нізкая тэмпература залівання, недастатковы паток расплаўленага металу, дрэнныя вароты або вентыляцыя, празмерная пранікальнасць абалонкі або мокрыя плямы, празмерна тонкія ўчасткі або доўгія шляхі патоку.
Як выявіць: візуальны агляд і праверка памераў на дэфекты паверхні; КТ/рэнтгенаграфія для пацверджання няпоўнага запаўнення схаваных абласцей.
Прафілактыка: праверка варот і вентыляцыя для ламінар, бесперапынны паток; рэгуляваць тэмпературу залівання і хуткасць залівання для падтрымання цякучасці;
забяспечыць аднастайную таўшчыню секцыі або дадаць каналы падачы; палепшыць сушку абалонкі, каб пазбегнуць лакальнага астуджэння.
Санацыя: перапрацаваць шляхам зваркі і механічнай апрацоўкі, дзе гэта дазваляе геаметрыя; рэдызайн варот для будучых прагонаў.
Гарачае слёзацёк / гарачае парэпанне (расколіны застывання)
Як гэта выглядае: нерэгулярныя расколіны ў рэгіёнах, якія застываюць у апошнюю чаргу, часта на вонкавых паверхнях або паблізу філе і абмежаваных элементаў, якія з'яўляюцца пры астуджэнні.
Першапрычыны: дэфармацыі расцяжэння ў перыяд паўцвёрдага стану/позняга зацвярдзення, калі пластычнасць металу нізкая; абмежаваная геаметрыя, рэзкія змены секцый, недастатковае кармленне або дрэнная адпаведнасць цвілі; сплавы з шырокімі дыяпазонамі застывання больш успрымальныя.
Як выявіць: візуальны і фарбавальнік для паверхневых расколін; рэнтгенаграфія/КТ для падпавярхоўных расколін; металаграфія для пацверджання марфалогіі застывання і часу расколін.
Прафілактыка: дызайн для памяншэння стрыманасці (дадаць філе, павялічыць радыусы, пазбягайце жорсткіх стрыжняў, якія фіксуюць рух), мадыфікаваць стратэгію лібніка/пад'ёмніка, каб паменшыць дэфармацыю расцяжэння падчас застывання,
выкарыстоўвайце матэрыялы для формаў з нязначнай згодлівасцю або ізаляцыйныя рукавы, і ўдакладніць паслядоўнасць ліцця, каб паменшыць цеплавыя градыенты.
Санацыя: часам можна адрамантаваць зварным швом і тэрмічнай апрацоўкай пасля зваркі, калі гэта дазваляюць геаметрыя і металургія; у адваротным выпадку рэдызайн і перавыданне інструментаў.
Як гэта выглядае: шурпатасць паверхні, вострыя ўбудаваныя вогнетрывалыя часціцы, свабодныя фрагменты абалонкі або часткі лускі, якія адслойваюцца. Вымыванне абалонкі можа стварыць вялікія паражніны на паверхні.
Першапрычыны: слабая абалонка (неадэкватная ляпніна, недопеченная абалонка), хімічнае ўздзеянне паміж расплаўленым металам і злучным рэчывам абалонкі, залішняя турбулентнасць, або празмерная тэмпература металу, якая выклікае паломку абалонкі.
Як выявіць: візуальны агляд адліванай паверхні, metallography to identify refractory inclusions, and fractography to determine shell bonding involvement.
Прафілактыка: control slurry composition and stucco grading, apply correct shell drying and dewax schedules, use shell coatings where appropriate to limit metal-shell reaction, and use appropriate pour practices to limit mechanical erosion.
Санацыя: remove and patch surface cavities by welding and machining; rework or scrap if contamination compromises structural integrity; correct shell process for subsequent runs.
Акісленне, адукацыя накіпу і забруджванне паверхні
Як гэта выглядае: heavy oxide scale, black/gray surface films, dark spots or staining; in severe cases, spalled oxide exposing rough metal.
Першапрычыны: exposure to air/oxygen at elevated melt/pour temperatures, inadequate protective flux/cover, dewax residues or carbonaceous contaminants leading to localized reactions.
Як выявіць: visual inspection, surface chemistry tests, і аптычныя / металаграфічныя папярочныя разрэзы для праверкі таўшчыні аксіду і пранікнення.
Прафілактыка: выкарыстоўваць ахоўныя вечка з флюсу або вечка з інэртнага газу на расплаў, кантраляваць тэмпературу залівання і атмасферу, забяспечыць дбайную депарафинизацию і прамыванне шкарлупіны, і вызначыць адпаведныя сістэмы абалонак і пакрыццяў, якія мінімізуюць рэакцыю.
Санацыя: механічнае выдаленне (Стрэл выбух, драба), хімічная чыстка, электрополирование, і пасівацыя для аднаўлення ўстойлівай да карозіі паверхні; in severe cases, замяніць дэталь.
Науглероживание / обезуглероживание і змены хімічнага складу паверхні
Як гэта выглядае: пацямнелы або далікатны павярхоўны пласт (науглероживание) або мяккі, збедненая паверхня (обезуглероживание), што прыводзіць да зніжэння ўстойлівасці да стомленасці і лакальнай схільнасці да карозіі.
Першапрычыны: дыфузія вугляроду са звязальных рэчываў, рэшткавы воск, вугляродзістыя кампаненты абалонкі, або аднаўленчыя атмасферы падчас тэрмічнай апрацоўкі; обезуглероживание, выкліканае акісляльнай атмасферай або празмерным абпалам пры падвышаных тэмпературах.
Як выявіць: прафіляванне мікрацвёрдасці, металаграфічныя сячэнні, аналіз паверхні вугляроду/серы.
Прафілактыка: выбірайце абалонкавыя сістэмы і злучныя з нізкім утрыманнем рэшткавага вугляроду, кантраляваць цыклы выпечкі/нагрэву, уключыць пратаколы выпякання, якія ліквідуюць лятучыя рэчывы, і выкарыстоўваць печы з кантраляванай атмасферай для тэрмаапрацоўкі.
Санацыя: апрацоўка для выдалення пашкоджанай паверхні, адпаведная тэрмаапрацоўка ў інэртнай або вакуумнай атмасферы, або лакалізаванае драбненне з наступнай пасівацыяй.
Раздзяленне і цэнтральная лінія / макросегрегация
Як гэта выглядае: варыяцыі складу ў вялікіх секцыях адліўкі - канцэнтрацыя легіруючых элементаў або прымешак на цэнтральнай лініі або ў іншых гарачых кропках, часам суправаджаецца цвёрдымі або далікатнымі мікракампанентамі.
Першапрычыны: аддзяленне дендрытаў падчас застывання, павольныя тэмпы астуджэння ў вялікіх секцыях, доўгія дыяпазоны замярзання для некаторых нержавеючых сплаваў, і адсутнасць гамагенізуючай тэрмічнай апрацоўкі.
Як выявіць: хімічнае картаграфаванне (EDS/WDS), даследаванні мікрацвёрдасці, металаграфія і аналіз складу па раздзелах.
Прафілактыка: кантралюйце хуткасць зацвярдзення з дапамогай дрыжыкаў або мадыфікаванага разрэзу, аптымізаваць строб для скарачэння доўгіх шляхоў застывання,
выкарыстоўваць гамагенізацыйны адпал, калі гэта дазваляюць геаметрыя і металургія, і разгледзім тэхналогію плаўлення (VIM/VAR) каб паменшыць макросегрегацию.
Санацыя: тэрмічная апрацоўка гамагенізацыі для памяншэння эфектаў сегрэгацыі або рэканструкцыя кампанентаў, каб пазбегнуць крытычнай залежнасці уласцівасцяў ад асобных рэгіёнаў; HIP з наступнай тэрмічнай апрацоўкай таксама можа змякчыць.
Скажэнне, рэшткавыя напружання і расколіны пасля механічнай апрацоўкі
Як гэта выглядае: дэфармаваныя часткі, недапушчальныя памеры пасля зняцця абалонкі або тэрмічнай апрацоўкі; парэпання падчас апрацоўкі або ў эксплуатацыі.
Першапрычыны: нераўнамернае астуджэнне, фазавыя ператварэнні (у мартенситных або дуплексных марках), абмежаванае астуджэнне, апрацоўка, якая здымае ўбудаванае рэшткавае напружанне, і неадпаведныя графікі тэрмічнай апрацоўкі.
Як выявіць: мерная інспекцыя, адлюстраванне скажэнняў, пранікальная фарба або тэставанне магнітнымі часціцамі на расколіны, і металаграфічны фазавы аналіз.
Прафілактыка: кантроль хуткасці астуджэння, правядзіце тэрмічную апрацоўку для зняцця напружання перад цяжкай механічнай апрацоўкай, дзе гэта магчыма, паслядоўная апрацоўка, каб збалансаваць выдаленне матэрыялу, і пазбягайце рэзкіх пераходаў раздзелаў, якія ўтрымліваюць стрэс.
Санацыя: адпал стрэсу, паўторныя цыклы тэрмічнай апрацоўкі, змены стратэгіі апрацоўкі, або тэрмічнае выпростванне ў кантраляваных умовах.
Дэфекты аздаблення паверхні (няроўнасць, перадача тэкстуры абалонкі, аплавоў)
Як гэта выглядае: залішняя шурпатасць, бачная збожжа / тэкстура абалонкі на паверхні адліўкі, лакалізаваныя кропкавыя вылучэнні або тручэнне пасля тэрмічнай апрацоўкі.
Першапрычыны: грубая ляпніна, дрэнны кантроль абалонкі завісі, недастатковае прамыванне шкарлупіны, злучнае попелу, або агрэсіўныя атмасферы тэрмічнай апрацоўкі.
Як выявіць: профіляметрыя, visual inspection, і мікраскапіі.
Прафілактыка: выбраць правільны памер часціц ляпніны для мэтавай аздаблення, кантроль глейкасці суспензіі і нанясення, забяспечыць дбайную ачыстку шкарлупіны і кантраляваныя цыклы выпякання,
і выкарыстоўваць працэсы аздаблення пасля ліцця (дробавы выбух, вібрацыйнае куляванне, апрацоўванне) як паказана.
Санацыя: механічная аздабленне (драба, шмарка), хімічнае тручэнне/тручэнне і электрапаліроўка; затым прымяніць пасівацыю.
Мікротрэшчыны і межкристаллическая атака (IGSCC тэндэнцыя)
Як гэта выглядае: дробныя межкристаллические расколіны, часта звязаны з зонамі сенсібілізацыі або лакалізаванай карозіі пасля ўздзеяння агрэсіўных асяроддзяў.
Першапрычыны: выпадзенне карбіду хрому на межах зерняў (сенсібілізацыя) ад няправільнай тэрмічнай апрацоўкі, сегрэгацыя, або працяглы знаходжанне ў дыяпазоне тэмператур сенсібілізацыі; рэшткавыя напружання ўзмацняюць парэпанне пад дзеяннем каразіі.
Як выявіць: металаграфія з тручэннем для сенсібілізацыі, фарбавальнік для паверхневых расколін, і каразійныя выпрабаванні (e.g., выпрабаванні на міжкрышталітную карозію, дзе дастасавальна).
Прафілактыка: адпаведныя цыклы адпалу і загартоўкі раствора для аўстэнітных марак, кантроль дэльта-ферыту ў адліўках, і выкарыстоўваць стабілізаваныя гатункі (Калі / Nb) дзе існуе рызыка сенсібілізацыі.
Санацыя: адпал раствора для растварэння карбідаў (калі геаметрыя і абмежаванні дэталяў дазваляюць), лакалізаванае шліфаванне/зварка з адпаведнай тэрмічнай апрацоўкай пасля зваркі, або замена на стабілізаваныя або з нізкім утрыманнем С для будучай вытворчасці.
5. Тэматычныя даследаванні — тыповыя прыклады ліквідацыі непаладак
Справа 1 — Перыядычная ўнутраная сітаватасць у працоўных колах помпаў
Першапрычына: неадэкватная дэгазацыя і турбулентная тэхніка доннага залівання, якая ўцягвае кісларод; складаныя пераходы ад тонкага да тоўстага, якія выклікаюць междендритное ўсаджванне.
Рашэнне: рэалізавана дэгазацыя аргону, перайшлі на нізкатурбулентнае дновае заліванне, перапрацаваны вароты і дададзены дрыжыкі; прымяняецца HIP на крытычных частках палёту.
Справа 2 — Халодныя адключэнні і збоі ў танкасценных цеплаабменніках
Першапрычына: занадта нізкая тэмпература залівання і недастатковая вентыляцыя праз стрыжні; пранікальнасць абалонкі супярэчлівая.
Рашэнне: падвышаная тэмпература залівання ў акне са сплаву, палепшаная сушка шкарлупіны, аптымізаваныя вентыляцыйныя каналы і мадыфікаваны затвор для забеспячэння ламінарным патоку - выключаны халодныя замыканні.
Справа 3 — Сернае афарбоўванне паверхні і лакальная карозія пасля ліцця
Першапрычына: рэшткі вугляроднага злучнага і неадэкватная ачыстка абалонкі, што прыводзіць да лакалізаванага сульфіднага афарбоўвання і вылучэнняў.
Рашэнне: перагледжаны працэс дэпарафінізацыі і мыцця абалонкі, уведзена больш высокая тэмпература абпалу абалонкі для выдалення лятучых рэчываў і праведзена электрапаліроўка плюс цытрынавая пасівацыя.
6. Conclusion
Дакладнае ліццё з нержавеючай сталі дазваляе ствараць складаныя геаметрыі, высокая дакладнасць памераў і выдатнае якасць паверхні, але ён па сваёй сутнасці адчувальны да металургічных і тэхналагічных зменных.
Самыя распаўсюджаныя дэфекты ліцця, напрыклад, сітаватасць, ўсаджвацца, уключэнні, гарачы разрыў і праблемы з хіміяй паверхні - не выпадковыя падзеі; яны з'яўляюцца прамымі вынікамі выбару сплаву, практыка плаўлення, якасць формы, тэрмакантроль і дызайн дэталяў.
Ключ да якасці і надзейнасці ляжыць у прафілактычны кантроль, а не рамонт пасля ліцця.
Раннія рашэнні ў дызайне для ліцця, планіроўка варот і стаяка, выраб корпуса і дысцыпліна плаўлення ліквідуюць большасць дэфектаў яшчэ да іх адукацыі.
У той час як карэкціруючыя меры, такія як HIP, тэрмічная апрацоўка і рамонт зварных швоў могуць аднавіць каштоўнасць важных кампанентаў, яны павялічваюць кошт і не павінны замяняць надзейнае кіраванне працэсам.
У заключэнне, дакладнае ліццё з нержавеючай сталі становіцца прадказальным і каштоўным вытворчым рашэннем пры праектаванні, матэрыялазнаўства і кіраванне працэсам выраўнаваны.
Сістэматычная прафілактыка, мэтанакіраваная праверка і бесперапыннае ўдасканаленне з'яўляюцца асновай доўгатэрміновай якасці і прадукцыйнасці ліцця.
