Тры важныя меркаванні для літых канструкцый з нержавеючай сталі

З нержавеючай сталі адліўкі з металу (пастаянны) прэс-формы або дакладныя інвест-формы прадстаўляюць унікальны набор магчымасцей і рызык.

У параўнанні з адліўкамі з пясчаных форм, адліўкі з металічных форм хутчэй астуджаюцца і застываюць, а форма не дае «паддачы» падчас ўсаджвання.

Гэта больш хуткае астуджэнне плюс нулявая адпаведнасць формы павялічвае ўнутраныя напружання, павышае верагоднасць парэпання і ўзмацняе дэфекты, такія як няправільная праца, халодныя замкі і няпоўнае запаўненне.

Вырабляць трывалы, надзейныя літыя канструкцыі з нержавеючай сталі, тры катэгорыі праектавання і кіравання тэхналагічнымі працэсамі заслугоўваюць першачарговай увагі:

(1) забеспячэнне поўнага запаўнення і пазбяганне халодных дэфектаў, (2) прадухіленне парэпання пры застыванні і механічнага парэпання, і (3) праектаванне для экстракцыі формы, аснастка і стабільнасць памераў.

Далей падрабязна тлумачыцца кожная вобласць і даецца канкрэтыка, дзеянні і кантрольныя спісы інжынернага ўзроўню.

Агляд — чаму адліўкі з нержавеючай сталі ў металічных формах асаблівыя

• Больш хуткае астуджэнне → больш высокія цеплавыя градыенты. Хуткі адбор цяпла павялічвае ўнутраныя напружання расцяжэння падчас застывання і пры пакаёвай тэмпературы.
• Няма адпаведнасці цвілі. У адрозненне ад пяску, металічныя плашкі не сціскаюцца, каб прыстасавацца да ўсаджвання; стрыманая ўсаджванне выклікае расколіны або гарачы разрыў, калі канструкцыі не дазваляюць свабоднае скарачэнне або падачу.
• Змены паводзін паверхні/плыні. Тонкія зрэзы хутка губляюць цякучасць металу; вялікія гарызантальныя паверхні і вострыя куты пагаршаюць адукацыю вокісу, халодны паток і няправільная праца.
• Адчувальнасць сплаву. Нержавеючыя сплавы (аўстэнітны, дуплекс, Мартэнсітныя літыя маркі) адрозніваюцца дыяпазонам замярзання, цякучасць і схільнасць да гарачых расколін - таму спецыяльная канструкцыя сплаву важная.

1. Прадухіленне няпоўнага запаўнення, халодныя замкі і іншыя дэфекты напаўнення

Асноўная праблема: у металічных формах нержавеючая плаўка хутка губляе цяпло і можа зацвярдзець да поўнага запоўнення паражніны, вытворчасць памылак, халодныя каленях і аксід ўлоўлівання.

Прынцыпы праектавання

• Гладкі, абцякальная знешняя геаметрыя. Пазбягайце рэзкіх змен раздзелаў, вострыя куты, і крокавыя змены, якія парушаюць паток.
  Аддавайце перавагу закругленым пераходам і філе злучэнняў для падтрымання ламінарнага патоку металу і памяншэння захопу аксіднай плёнкі.
• Пазбягайце вялікіх гарызантальных кватэр. Гарызантальныя паверхні выклікаюць павольнае запаўненне, шырокі кантакт паветра/метал (акіленне) і страта цякучасці; разбівайце вялікія плоскі з мяккім выгібам, рэбры або нахільныя рысы.
• Выкарыстоўвайце профіль адпаведнай таўшчыні. Не варта рабіць шырокія тонкія сцены вялікай плошчы.
  Тонкія зрэзы ў буйных кампанентах хутка астуджаюцца і губляюць цякучасць - альбо згусціце крытычныя зрэзы, альбо стварыце лакальныя патаўшчэнні для падачы.
• Аптымізаваны дызайн варот і дарожак. Знайдзіце вароты, каб спачатку накарміць рэгіёны з найбольшым або павольным напаўненнем; выкарыстоўвайце вароты добрага памеру, закругленыя ўваходы і пашырэнне патоку для мінімізацыі турбулентнасці і ўцягвання аксідаў.
  Выкарыстоўвайце геаметрыю ўваходу, якая падтрымлівае высокую тэмпературу вадкага металу, калі ён дасягае самых аддаленых кропак паражніны.

Кантроль працэсу

• Кіраванне перагрэвам. Падтрымлівайце тэмпературу расплаву на самым высокім узроўні рэкамендаванага дыяпазону для абранага сплаву (у бяспечных межах), падоўжыць цякучасць без спрыяння акісленню.
• Ахоўныя атмасферы / флюсаванне. Мінімізуйце акісленне (асабліва ў тонкіх праходах) з выкарыстаннем пакровных флюсаў, вакууме або ахоўнай атмасферы, дзе гэта магчыма.
• Уцепленыя або падагрэўныя вароты і кармушкі. Мясцовае абаграванне або ізаляцыйныя рукавы на бегунках могуць захоўваць цяпло і памяншаць збоі.
• Пры неабходнасці выкарыстоўвайце дрыжыкі. Стратэгічнае знешняе астуджэнне дапамагае накіраваць зацвярдзенне і можа знізіць рызыку халоднага закрыцця ў спалучэнні з належным варотам; пазбягаць дрыжыкаў, якія заўчасна замацоўваюць апошні шлях плыні.
• Мадэляванне (CFD зацвярдзення/патоку) варта выкарыстоўваць для пацверджання часу запаўнення і вызначэння рызыкі халоднага закрыцця перад вырабам штампа.

2. Прадухіленне расколін адліўкі, гарачыя слёзы і стрэсавыя пераломы

Асноўная праблема: стрыманая ўсаджванне, цеплавыя градыенты і лакальныя канцэнтратары напружання выклікаюць гарачы разрыў падчас зацвярдзення або парэпанне пры астыванні.

Правілы праектавання канструкцый

• Раўнамерная таўшчыня сценкі. Праектуйце сцены так, каб яны былі як мага больш аднастайнымі.
  Пазбягайце рэзкіх пераходаў паміж тонкімі і тоўстымі ўчасткамі; дзе патрабуюцца пераходы, выкарыстоўвайце паступовыя звужэнні і шчодрыя закругленні.
• Дадайце рэбры і выступы ў слабыя зоны. Тонкія павуцінне, тонкія выступы або доўгія непадтрымоўваныя сцены схільныя да расколін - умацуйце рэбрамі або выступамі, але праектуйце іх так, каб яны не стваралі абмежавальных абмежаванняў на ўсаджванне.
• Мінімізуйце функцыі, якія блакуюць свабодную ўсаджванне. Наканечнікі, фланцы і ўбудаваныя выступы, якія механічна стрымліваюць сцягванне, з'яўляюцца частымі ініцыятарамі расколін; паменшыць колькасць, перасяляць, або афармляць іх з адпаведным рэльефам.
• Аддайце перавагу нахільным злучэнням перад вертыкальнымі стыкоўнымі. Заменіце вертыкальныя паступовыя злучэнні на нахільныя або канічныя злучэнні, дзе гэта магчыма - нахілы дапамагаюць пазбегнуць напружання пры расцяжэнні падчас застывання.
• Шчодрыя закругленні ва ўсіх унутраных/вонкавых кутах. Вострыя куты дзейнічаюць як канцэнтратары напружання і месцы зараджэння расколін.
  Для літых дэталяў з нержавеючай сталі, выкарыстоўвайце большыя радыусы, чым для пясчанага ліцця - маштабны радыус філе з таўшчынёй сценкі (глядзіце рэцэпт ніжэй).

Працэс & металургічны кантроль

• Кіруйце напрамкам зацвярдзення. Выкарыстоўвайце прынцыпы накіраванага зацвярдзення (размяшчэнне стояка і дрыжыкі) так што зацвярдзенне пераходзіць ад тонкага да густога і кармленне адэкватнае; пазбягайце асобных гарачых кропак.
• Канструкцыя і размяшчэнне кармушак/райзераў. Пераканайцеся, што добра спраектаваныя стаякі сілкуюць апошнія зацвярдзелыя рэгіёны.
  Для бесперапыннага ліцця, эфектыўнасць стояка павінна ўлічваць больш хуткае астуджэнне і меншы час падачы; выкарыстоўвайце ізаляцыйныя стаякі або экзатэрмічныя рукавы, дзе гэта карысна.
• Зняць ўнутраныя напружання тэрмічнай апрацоўкай. Для важных кампанентаў, разгледзець магчымасць адпалу або гамагенізацыі для зняцця напружання пасля ліцця, каб паменшыць напружанне гашэння, якое можа выклікаць расколіны.
  Запіска: для некаторых гатункаў нержавеючай сталі могуць спатрэбіцца спецыяльныя тэрмічныя цыклы, каб пазбегнуць сенсібілізацыі або непажаданых фаз - узгадніце HT з металургам.
• Выкарыстоўвайце ўстойлівыя да гарачага разрыву сплавы або ачышчальнікі. Па магчымасці выбірайце гатункі або дабаўкі, якія зніжаюць успрымальнасць да гарачага разрыву, і ўжываць рафінеры для кантролю дендрытнай структуры.
• Пазбягайце рэзкіх перападаў астуджэння. Кіруйце тэмпературай формы і хуткасцю астуджэння, каб паменшыць рэзкія тэмпературныя градыенты (папярэдне разагрэйце формы, дзе гэта зручна).

3. Выманне цвілі, скразняк, галтэляў і тэхналагічнасці для металічных форм

Асноўная праблема: пастаянныя цвілі не маюць даць; стрыжні і адліўкі павінны быць распрацаваны для надзейнага выштурхоўвання і мінімальнага пашкоджання інструментаў, адначасова з улікам цеплавога скарачэння.

Асноўныя меркаванні і дзеянні

• Павялічыць скразняк (звужацца) адносна пясчанага ліцця. Таму што ў металічных формаў адсутнічае сціскальнасць пяску, забяспечыць вялікія куты ўхілу— як правіла 30–50% больш, чым тыя, якія выкарыстоўваюцца для пясчанага ліцця.
  Практычна: калі ваша пясчаная асадка складае 1°–2°, праектныя вуглы цягі пастаяннай формы ~1,3°–3° (луска з аздабленнем паверхні, сплаву і сценкі выш).
  Вялікія цягі палягчаюць выкід і памяншаюць знос інструмента.
• Павялічце радыусы закруглення і куты. Ужываць шчодрыя радыусы на стыках да: (а) паменшыць канцэнтрацыю напружання і парэпанне, (б) палегчыць запаўненне формы, і (в) дазваляюць лепш вызваліць частку.
  Як правіла, зрабіць шкалу радыусаў філе з мясцовай таўшчынёй сценкі (e.g., радыусаў парадку 5–15% мясцовай таўшчыні сценкі, з мінімальнымі практычнымі радыусамі ў некалькі міліметраў для невялікіх адлівак). (Адрэгулюйце геаметрыю і абмежаванні інструментаў.)
• Мінімальная таўшчыня сценкі — павелічэнне ў параўнанні з пясчаным ліццём. Як правіла, патрэбныя дэталі з нержавеючай металічнай формы большая мінімальная таўшчыня сценкі, чым у эквівалентнага пясчана-літага кампанента таму што металічная форма хутчэй адводзіць цяпло.
  Як правіла, павялічыць мінімальную колькасць пясчанага ліцця на 20–50% для таго ж сплаву і геаметрыі, калі толькі канструкцыя дэталі і працэс не пацверджаны. Заўсёды правярайце магчымасці ліцейнага працэсу і дадзеныя сплаву.
• Унутраныя паражніны і рэбры: ўнутраныя перапонкі і рэбры павінны быць 0.6–0,7× таўшчыня прылеглай вонкавай сцяны(с) каб пазбегнуць зон павольнага астуджэння і дыферэнцыяльнай ўсаджвання, якія выклікаюць расколіны.
  Калі ўнутраныя рэбры занадта тоўстыя адносна навакольных сценак, яны зацвярдзеюць у апошнюю чаргу і стануць ініцыятарамі расколін у гарачых кропках.
• Чарнавік для стрыжняў і стрыжняў: таму што ядра не могуць сціскаць, стрыжневыя адбіткі і функцыі экстракцыі павінны быць надзейнымі і ўключаць канусы для вызвалення. Калі геаметрыя складаная, разгледзьце магчымасць разборных стрыжняў або раздзеленых стрыжняў.
• Спрасціце складаныя знешнія формы, дзе гэта магчыма. Калі складаная форма выклікае цяжкасці вытворчасці, спрасціць знешнюю геаметрыю або падзяліць кампанент на вузлы, каб пазбегнуць страты прадукцыйнасці - зрабіце гэта, захоўваючы функцыянальныя патрабаванні.

4. Дадатковыя практычныя тэмы — металургія, кантроль і кантроль вытворчасці

Выбар і апрацоўка сплаваў

• Выберыце правільнае сямейства літых з нержавеючай сталі для гэтай функцыі. Аўстэнітныя маркі з'яўляюцца пластычнымі і прабачлівымі, але маюць розныя дыяпазоны зацвярдзення, чым дуплексныя або мартенситные сплавы - кожны патрабуе спецыяльнага литника, стояк і паслядоўнасці тэрмічнай апрацоўкі.
• Тэрмічная апрацоўка пасля ліцця павінна быць указана. Раствор адпалу, можа спатрэбіцца зняцце стрэсу або гартаванне; для дуплексных марак кантралюйце паступленне цяпла, каб пазбегнуць непажаданага ўтварэння сігма-фазы.

Практыка формы і аснасткі

• Аздабленне паверхні і змазка. Выкарыстоўвайце адпаведныя змазкі для штампа, каб паменшыць дэфекты паверхні ліцця і палегчыць выкід, але пазбягайце празмернай змазкі, якая выклікае сітаватасць або забруджванне.
• Кантроль тэмпературы формы. Папярэдні нагрэў і падтрыманне кантраляванай тэмпературы формы памяншае цеплавыя ўдары і непаслядоўнае застыванне.
• Вентыляцыя і дэгазацыя. Забяспечце вентыляцыйныя адтуліны і выкарыстоўвайце дэгазацыю, каб пазбегнуць газавых пор. Пастаянныя формы павінны быць распрацаваны з вентыляцыйнымі адтулінамі або вакуумам пры адліўцы нержавеючай сталі для кантролю сітаватасці і ўтрымання газу.

Забеспячэнне якасці & праверка

• Выкарыстоўвайце мадэляванне зацвярдзення і патоку. CFD і мадэлі зацвярдзення надзвычай эфектыўныя для прагназавання халоднага адключэння, няправільная праца і рызыка гарачага разрыву для адлівак з нержавеючай металічнай формы - выкарыстоўвайце іх перад вырабам штампа.
• Неразбуральны кантроль на крытычнасць. Рэнтгенаграфія, Ультрагукавое даследаванне або КТ выяўляюць унутраную сітаватасць, ўключэнняў і расколін.
  Узровень НК павінен адпавядаць бяспецы і функцыянальнасці.
• Бяжыць пілот & кваліфікацыя працэсу. Праверка інструментаў, ліццё і тэрмічная апрацоўка з пілотнымі адліўкамі, а затым дакументаваць тэхналагічныя вокны (тэмпература плаўлення, тэмпература цвілі, час запаўнення, рэжым гартавання, посткаста HT).

5. Кароткая зводная табліца — тры вобласці ўвагі і галоўныя дзеянні

6. Заключныя заўвагі

Праектаванне літых канструкцый з нержавеючай сталі для вытворчасці металічных формаў - гэта сістэмная праблема, якая ахоплівае геаметрыю, металургіі і тэхналагічнага машынабудавання.

Тры асноўныя вобласці вышэй -начынне & паток, прафілактыка расколін, і выманне формы / тэхналагічнасць— захапіць асноўныя рэжымы адмовы і ўказаць непасрэдна на інжынерныя меры: гладкія формы, кантраляваныя таўшчыні і пераходы, адпаведны варот і кармленне, адэкватная асадка і філіроўка, і правераная тэрмічная апрацоўка.

Выкарыстоўвайце сімуляцыю, пілотныя выпрабаванні і цеснае супрацоўніцтва паміж дызайнерамі і ліцейнымі інжынерамі, каб ператварыць складаную канструкцыю ў надзейную, паўтаральная частка вытворчасці.

Асноўныя спасылкі

ASTM A351-23: Стандартная спецыфікацыя для адлівак, Аўстэнітная нержавеючая сталь, для частак, якія знаходзяцца пад ціскам.

Амерыканскае ліцейнае таварыства (АФ). (2022). Дапаможнік па бесперапынным ліцця ў формы. AFS Press.

ISO 3740:2019: Металічныя матэрыялы — адліўкі — агульныя патрабаванні да праверкі і выпрабаванняў.

Дэвіс, J. Г. (2019). Падручнік па ліцця нержавеючай сталі. ASM International.