Typy smršťování v procesu lití kovu

1. Zavedení

V moderní výrobě, rozměrová přesnost je neegotiokovatelný.

Průmyslová odvětví, jako je letectví, automobilový průmysl, a komponenty přesnosti energetické poptávky s těsnými tolerance a mikrostruktury bez vad.

Jednou z nejtrvalejších výzev při dosahování těchto cílů je Zmenšení kovu- Objemová kontrakce kovů při přechodu z roztaveného na pevný stav a následně chladné na teplotu místnosti.

Shrinkage kovů nastává ve více fázích a je ovlivněno faktory od chemie slitiny po návrh plísní.

Jeho účinky se výrazně liší mezi železné a neželelené slitiny, a jeho složitost se zvyšuje s nejednotné nebo složité geometrie.

Řešení smršťování je nezbytné, aby se zabránilo rozměrovým odchylkám, pórovitost, a mechanické selhání.

2. Základní mechanismy

Kovové smrštění vychází primárně z Tepelná kontrakce a efekty fázové transformace. Jak kovy chladné, Atomy se pohybují blíže k sobě, což má za následek lineární a objemová kontrakce.

Například, lineární rychlost smrštění slitin hliníku se může pohybovat od 5.5% na 6.5%, zatímco oceli se obvykle zmenšují 2%.

Navíc, Během se zintenzivní zmenšení tuhnutí, zejména v kašovité zóně-polotuhý stav, kde je krmení obtížné.

The Interakce mezi rychlostí chlazení, Chemie slitin, a evoluce mikrostruktury určuje, zda krmení kompenzuje tuto kontrakci nebo se rozvíjejí vady, jako je poréznost.

3. Klasifikace smršťování v kovovém odlévání

Shrinkage v kovovém odlévání lze kategorizovat na základě fáze procesu tuhnutí, během kterého dochází, fyzické vlastnosti vad, které vyvolává, a jeho kořenové příčiny.

Porozumění těmto klasifikacím umožňuje inženýrům sléváren implementovat cílené kontroly návrhu a procesů, aby zmírnili vady odlévání.

Zmenšení kapaliny

Kapalinové smrštění se týká objemové redukce, ke které dochází jako roztavený kov v kapalné fázi před nástupem tuhnutí.

Tento typ smršťování obvykle vyžaduje nepřetržité krmení od stoupačů, aby se kompenzovalo ztrátu objemu a zabránilo aspiraci vzduchu nebo neúplnému výplně.

• Typické velikosti: Přibližně 1% na 2% ztráty objemu v kapalné fázi, mění se podle slitiny.
• Důsledky: Nedostatečný design stoupaček nebo nízký metalostatický tlak může vést Misruns, Studené zavřené, nebo Defekty smršťování povrchu.

Tuhnutí (Mushy-Zone) Srážení

Během přechodu z kapaliny na pevnou, Kov prochází „kašovitou“ fází charakterizovanou koexistencí dendritických pevných látek a interdendritické kapaliny.

Snížení objemu během této fáze je nejnáročnější řešit kvůli snížení propustnosti a schopnosti krmení.

• Typy vad: Vnitřní dutiny a makro shrinkge se obvykle tvoří v posledních oblastech, aby se ztuhly, zejména v tepelných centrech nebo špatně krmených sekcích.
• Citlivé slitiny: Slitiny s širokým rozsahem mrazu (NAPŘ., Některé slitiny mědi a hliníku) jsou zvláště zranitelné.

Patternmaker (Solidní) Srážení

Po úplném tuhnutí, Obsazení se nadále stahuje, když se ochladí na teplotu okolního.

Tato kontrakce, známé jako smršťování vzorů, je lineární rozměrová redukce a obvykle se zohledňuje při navrhování vzorů a plísní.

• Míra smršťování:

• • Šedé železo: ~ 1%
  • Uhlíková ocel: ~ 2%
  • Hliníkové slitiny: 4–6,5%

• Inženýrská reakce: Modely CAD jsou upraveny pomocí empirických faktorů smršťování, aby se zabránilo rozměrové odchylce.

Makro shrinkáge vs.. Mikro-shrinkge

• Makro shrinkge: Jsou velké, viditelné dutiny smršťování, často lokalizované poblíž stoupaček, tepelná centra, nebo v hustých sekcích.
  Významně oslabují strukturální integritu a jsou obvykle odmítnuty v kritických aplikacích.
• Mikro-shrinkge: Jedná se o rozptýlené porozity na mikroskopické úrovni, často vyplývající z nedostatečného mezi-dendritického krmení nebo lokalizovaných tepelných gradientů.
  I když nemusí být viditelné externě, Degradují odolnost proti únavě, Tlakové zadržování, a mechanické vlastnosti.

Potrubí a otevřené smrštění

Potrubí se týká charakteristické trychtýře ve tvaru smrštění ve tvaru trychtýře, která se tvoří v horní části odlévání nebo stoupačky kvůli progresivnímu tuhnutí z periferie dovnitř.
Otevřené smršťování je související dutina propojená povrch, která ukazuje selhání krmení.

• Postižené odvětví: Potrubí je běžné v Ocelové odlitky U složek strukturálních a tlaku, kde jsou požadavky na krmení vysoké.
• Opatření kontroly: Správný design stoupaček, včetně použití izolačních rukávů a exotermických materiálů, může tyto vady výrazně snížit nebo eliminovat.

4. Metalurgická perspektiva

Chování tuhnutí je závislé na slitině a ovlivňuje charakteristiky smršťování:

Eutektický tuhnutí

Slitiny jako šedé železo a al-Si vykazují úzké mrazivé rozsahy. Ztuhnutí dochází téměř současně během lití, Snížení potřeb krmení, ale zvyšování rizika porodiska plynu.

Směrové tuhnutí

Preferováno pro strukturální odlitky (NAPŘ., V ocelích nebo na superaliony založených na Ni), To umožňuje předvídatelné cesty krmení.

Ovládáním tepelného gradientu, Zvržení postupuje z tenčí na silnější sekce.

Equiaxed tuhnutí

Běžné u bronzů a některých slitin Al, To zahrnuje náhodné nukleace zrna, které mohou narušit krmení kanálů a zvýšit porozitu.

Z metalurgického hlediska, Zdokonalení obilí, očkování, a Návrh slitiny Hrajte kritické role při minimalizaci smršťování podporou jednotného tuhnutí a zlepšením krmení.

5. Design & Inženýrská perspektiva

Z hlediska designu a inženýrství, Řízení smršťování začíná inteligentní geometrií a cílenou strategií krmení.

Efektivní části nejen odrážejí metalurgické porozumění, ale také ztělesňují osvědčené postupy v oddících, škálování vzorů, a tepelné řízení.

Tloušťka sekce & Tepelné gradienty

Silnější řezy udržují teplo déle, Vytváření „horkých spotů“, která ztuhnou poslední a přitahují roztavený kov z tenčích oblastí.

Například, A 50 Ocelová stěna mocná mm může vychladnout na 5 ° C/min, zatímco a 10 Sekce MM se ochladí 20 ° C/min za stejných podmínek. Zmírnit to:

• Jednotná tloušťka stěny minimalizuje extrémní gradienty.
• Zaoblené přechody (Minimální poloměr filetu = 0,5 × tloušťka stěny) zabránit lokalizovanému tepelnému napětí.
• Když se tloušťka liší o více než 3:1, začlenit vnitřní zimnice nebo lokalizované stoupačky.

Škálování vzorů & Regionální příspěvky

Globální povolení ke smrštění se obvykle pohybují od 2.4% pro uhlíkové oceli 6.0% pro slitiny hliníku. Však, Poptávka složitých odlitků Měřítko specifické pro region:

• Tenké weby (≤ 5 mm): Použijte 0,8 × globální příspěvek (např. 1.9% pro ocel).
• Silné šéfy (≥ 30 mm): zvýšit o 1,2 × (např. 2.9% pro ocel).
  Moderní nástroje CAD podporují vícefaktorové škálování, Umožnění přímého mapování místních povolenek na geometrii vzoru.

Riser, Gating & Chill strategie

Propagace Směrové tuhnutí Vyžaduje strategické umístění podavačů a ovládání teploty:

• Objem stoupání by se mělo rovnat 30–40% hmoty zóny, kterou se živí.
• Položení stoupačky přímo nad tepelnými horkými skvrnami, identifikováno pomocí simulace turifikace nebo tepelné analýzy.
• Izolační rukávy Kolem stoupaček zpomalují jejich chlazení o 15–20%, Prodloužení doby krmení.
• Zimnice Vyrobeno z mědi nebo železa zrychlení místního tuhnutí, Odklonění frontu tuhnutí směrem k stoupačce.

Design pro výrobu

Včasná spolupráce mezi týmy designu a sléváren snižuje riziko smrštění.

Integrací Pokyny DFM- jako jednotné rozdělení, Přiměřené úhly návrhu (> 2° pro lití písku), a zjednodušená jádra - inteligenti mohou:

• Nižší míra šrotu od 20–30%
• Zkraťte dodací lhůty tím, že se vyhnete více iteracím vzorů
• Zajistěte úspěch prvního průchodu ve vysoce přesných komponentách, například pouzdra motorů s ± 0,2 mm Požadavky na tolerance

6. Simulace & Prediktivní modelování

Moderní castingová operace páka Simulace tepelných a tekutin na bázi CFD Chcete-li preventivně identifikovat oblasti náchylné k smrštění.

Používání nástrojů, jako je Magmasoft®, Flow-3D®, nebo procast®, Foundries může:

• Předpovědět horká místa a krmivo
• Vyhodnoťte dopad výběru slitiny, Design plísní, a vylévání parametrů
• Simulovat více scénářů obsazení před fyzickou produkcí

Integrace simulace s Systémy CAD/CAM Umožňuje přesnější návrh nástrojů, významné snížení Iterace pokusů a omylů, odpad, a dodací lhůta.

7. Kontrola kvality & Inspekce

Detekce vad je zásadní při ověřování integrity odlévání. Běžně používané Nedestruktivní testování (Ndt) Metody zahrnují:

• Radiografická inspekce (rentgen): Detekuje dutiny vnitřního smrštění a defekty makro
• Ultrazvukové testování (UT): Ideální pro detekci porozity a vnitřních diskontinuity v hustých slitin
• Rozměrová analýza (Cmm, 3D laserové skenování): Ověřuje povolení k smrštění a shodu se specifikacemi

Foundries také implementuje Statistická kontrola procesů (Spc) Sledovat změny smršťování napříč dávkami a neustále zlepšovat schopnost procesu.

8. Přibližné příspěvky na lineární smršťování pro běžné lití slitiny.

Níže je konsolidovaný stůl s přibližnými lineárními povolenkami smršťování pro řadu běžně odlitých slitin.

Použijte je jako výchozí body ve škálování vzorů nebo CAD - pak ověřte se simulačními a prototypovými pokusy a vytočte v konečných rozměrech.

9. Závěr

Pochopení různých typů smršťování v kovovém obsazení, tuhnutí, a pevný stav-je nezbytné pro produkci strukturálně zdravých a rozměrově přesných komponent.

Protože slitiny a části geometrie jsou složitější, Také se musí naše strategie vyvinout.

Zmírňující smrštění vyžaduje a Multidisciplinární přístup zahrnující metalurgii, design, simulace, a kontrola kvality.

Slévárny, které se obejmou prediktivní modelování, Kontrola v reálném čase, a Kolaborativní návrhové procesy jsou lépe vybaveny ke snížení odpadu, Optimalizovat náklady, a dodávat komponenty, které splňují nejvyšší standardy výkonu a spolehlivosti.

Na TENTO, S potěšením diskutujeme o vašem projektu na začátku procesu navrhování, abychom zajistili, že je vybrána jakákoli slitina nebo použito po odcizení léčby, Výsledek splní vaše mechanické a výkonné specifikace.

Diskutovat o vašich požadavcích, e-mail sales@casting-čna.com.