انواع انقباض در فرآیند ریخته گری فلز

1. مقدمه

در تولید مدرن, دقت غیر قابل مذاکره است.

صنایعی مانند هوافضا, خودرو, و اجزای دقیق و دقیق تقاضای انرژی با محکم تحمل ها و ریزساختارهای بدون نقص.

یکی از مهمترین چالش ها در دستیابی به این اهداف است انقباض فلزی- انقباض حجمی فلزات در هنگام انتقال از مذاب به حالت جامد و متعاقباً به دمای اتاق خنک می شود.

انقباض فلزی در مراحل مختلف رخ می دهد و تحت تأثیر عوامل مختلف از شیمی آلیاژ تا طراحی قالب قرار می گیرد.

اثرات آن بین تفاوت معنی داری بین آلیاژهای آهنی و غیر آهنی, و پیچیدگی آن با افزایش می یابد هندسه های غیر یکنواخت یا پیچیده.

پرداختن به انقباض برای جلوگیری از انحراف ابعادی ضروری است, تخلخل, و خرابی های مکانیکی.

2. مکانیسم های اساسی

انقباض فلزی در درجه اول از انقباض حرارتی و اثرات تحول فاز. با خنک شدن فلزات, اتمها به هم نزدیکتر می شوند, در نتیجه انقباض خطی و حجمی.

به عنوان مثال, میزان انقباض خطی آلیاژهای آلومینیوم می تواند از 5.5% به 6.5%, در حالی که فولادها به طور معمول در اطراف کوچک می شوند 2%.

علاوه بر این, انقباض در طول تثبیت, به خصوص در منطقه قارچ-حالت نیمه جامد که در آن تغذیه دشوار می شود.

این تعامل بین نرخ خنک کننده, شیمی, و تکامل ریزساختار تعیین می کند که آیا تغذیه این انقباض را جبران می کند یا نقص هایی مانند تخلخل ایجاد می شود.

3. طبقه بندی انقباض در ریخته گری فلز

انقباض در ریخته گری فلز را می توان بر اساس فاز فرآیند جامد سازی که در طی آن رخ می دهد طبقه بندی شود, خصوصیات جسمی نقص های آن, و دلایل ریشه آن.

درک این طبقه بندی ها مهندسان ریخته گری را قادر می سازد تا کنترل های هدفمند طراحی و فرآیند را برای کاهش نقص ریخته گری اجرا کنند.

انقباض مایع

انقباض مایع به کاهش حجمی که با خنک شدن فلز مذاب در فاز مایع قبل از شروع جامد شدن رخ می دهد ، اشاره دارد.

این نوع انقباض به طور معمول نیاز به تغذیه مستمر از افراد متخلف برای جبران از بین رفتن حجم و جلوگیری از آسپیراسیون هوا یا پر کردن ناقص دارد.

• بزرگی معمولی: تقریبا 1% به 2% از دست دادن حجم در مرحله مایع, متفاوت توسط آلیاژ.
• پیامدهای: طراحی ظهور ناکافی یا فشار متالواستاتیک کم ممکن است منجر شود سوء هاضمه, سرد می بندد, یا نقص انقباض سطح.

انجماد (منطقه قارچ) انقباض

در هنگام انتقال از مایع به جامد, فلز از یک فاز "قارچ" عبور می کند که با همزیستی مواد جامد دندریتیک و مایع متقابل مشخص می شود.

کاهش حجم در این مرحله به دلیل کاهش نفوذپذیری و توانایی تغذیه ، چالش برانگیزترین است.

• انواع نقص: حفره های داخلی و دهکده های کلان به طور معمول در آخرین مناطق برای تحکیم شکل می گیرند, به ویژه در مراکز حرارتی یا بخش های تغذیه ای ضعیف.
• آلیاژهای حساس: آلیاژها با دامنه انجماد گسترده (به عنوان مثال, برخی از آلیاژهای مس و آلومینیوم) به ویژه آسیب پذیر هستند.

الگوی ساز (محکم) انقباض

پس از استحکام کامل, ریخته گری همچنان به دمای محیط خنک می شود.

این انقباض, معروف به کوچک شدن الگوی ساز, کاهش بعدی خطی است و به طور معمول در طراحی الگوهای و قالب ها به حساب می آید.

• نرخ انقباض:

• • آهن: 1 ~
  • فولاد کربن: 2 ~ 2 ٪
  • آلیاژهای آلومینیوم: 4-6.5 ٪

• پاسخ مهندسی: مدل های CAD با استفاده از فاکتورهای کوچک تجربی برای پیشگیری از انحراف ابعادی مقیاس بندی می شوند.

ماکرو-کوچک در مقابل. ریزش کوچک

• کرکس کلان: اینها بزرگ هستند, حفره های کوچک شدن قابل مشاهده, اغلب در نزدیکی Risers بومی می شود, مراکز حرارتی, یا در بخش های ضخیم.
  آنها به طور قابل توجهی یکپارچگی ساختاری را تضعیف می کنند و به طور معمول در برنامه های مهم رد می شوند.
• ریزش کوچک: اینها تخلخل های پراکنده در سطح میکروسکوپی هستند, غالباً ناشی از تغذیه ناکافی بین داندریت یا شیب حرارتی موضعی است.
  در حالی که ممکن است در خارج قابل مشاهده نباشند, آنها مقاومت در برابر خستگی را کاهش می دهند, مهار فشار, و خواص مکانیکی.

لوله کشی و انقباض باز

لوله کشی به حفره کوچک شدن قیف شکل شکل اشاره دارد که در بالای یک ریخته گری یا بالابر به دلیل استحکام پیشرونده از حاشیه درونی شکل می گیرد.
انقباض باز یک حفره مرتبط با سطح است که نشانگر خرابی تغذیه است.

• صنایع تحت تأثیر قرار گرفتند: لوله کشی در ریخته گری برای اجزای ساختاری و فشار که نیازهای تغذیه ای زیاد است.
• اقدامات کنترل: طراحی مناسب آسانسور, از جمله استفاده از آستین های عایق و مواد گرمازدایی, می تواند این نقص ها را به میزان قابل توجهی کاهش یا از بین ببرد.

4. دیدگاه متالورژیکی

رفتار جامد سازی وابسته به آلیاژ است و بر خصوصیات انقباض تأثیر می گذارد:

جامد سازی

آلیاژهای مانند آهن خاکستری و ال سی دارای محدوده انجماد باریک هستند. جامد سازی تقریباً به طور همزمان در طول ریخته گری اتفاق می افتد, کاهش نیازهای تغذیه اما افزایش خطر تخلخل گاز.

جامد سازی جهت دار

ترجیح داده شده برای بازیگران ساختاری (به عنوان مثال, در فولادها یا SuperAlloys مبتنی بر NI), این اجازه می دهد تا مسیرهای تغذیه ای قابل پیش بینی.

با کنترل شیب حرارتی, جامد سازی از بخش های نازک تر به ضخیم تر پیش می رود.

جامد سازی برابر

مشترک در برنز و برخی از آلیاژهای آل, این شامل هسته تصادفی غلات است, که می تواند کانال های تغذیه را مختل کرده و تخلخل را افزایش دهد.

از دیدگاه متالورژی, پالایش غلات, تلقیح, و طراحی آلیاژ نقش مهمی در به حداقل رساندن انقباض با ترویج جامد سازی یکنواخت و بهبود قابلیت تغذیه ایفا کنید.

5. طراحی & دیدگاه مهندسی

از دیدگاه طراحی و مهندسی, کنترل انقباض با هندسه هوشمند و استراتژی های تغذیه هدفمند آغاز می شود.

قطعات مؤثر نه تنها منعکس کننده درک متالورژیک بلکه بهترین روشها را در بخش سازی نیز نشان می دهد, مقیاس بندی الگوی, و مدیریت حرارتی.

ضخامت بخش & شیب حرارتی

بخش های ضخیم تر گرما را طولانی تر می کنند, ایجاد "نقاط داغ" که آخرین بار را جامد می کند و فلز مذاب را از مناطق نازک تر دور می کند.

به عنوان مثال, الف 50 MM-thich Steel Steel ممکن است در آن خنک شود 5 درجه سانتیگراد/دقیقه, در حالی که 10 بخش MM در 20 درجه سانتیگراد/دقیقه تحت همان شرایط. برای کاهش این:

• ضخامت دیواره یکنواخت شیب های شدید را به حداقل می رساند.
• انتقال گرد (حداقل شعاع فیله = ضخامت دیواره 0.5) از استرس حرارتی موضعی جلوگیری کنید.
• وقتی ضخامت بیش از آن متفاوت باشد 3:1, از لرزهای داخلی یا ظروف محلی استفاده کنید.

مقیاس بندی الگوی & کمک هزینه های منطقه ای

کمک هزینه های انقباض جهانی به طور معمول از 2.4% برای فولادهای کربن 6.0% برای آلیاژهای آلومینیومی. با این حال, تقاضای ریخته گری پیچیده مقیاس بندی خاص منطقه:

• شبکه های نازک (≤ 5 میلی متر): 0.8 in کمک هزینه جهانی را اعمال کنید (به عنوان مثال. 1.9% برای فولاد).
• کارفرمایان ضخیم (≥ 30 میلی متر): افزایش 1.2 (به عنوان مثال. 2.9% برای فولاد).
  ابزارهای مدرن CAD از مقیاس گذاری چند عاملی پشتیبانی می کنند, اجازه نقشه برداری مستقیم از کمک های محلی برای الگوی هندسه.

بلندتر, دروازه & استراتژی های سرد

ترویج جامد سازی جهت دار نیاز به قرارگیری استراتژیک فیدرها و کنترل دما دارد:

• حجم بلند باید برابر باشد 30-40 ٪ از جرم منطقه ای که تغذیه می کند.
• موقعیت های مستقیماً بالاتر از نقاط داغ حرارتی, از طریق شبیه سازی جامد سازی یا تجزیه و تحلیل حرارتی مشخص شده است.
• آستین های عایق در اطراف Risers ، خنک کننده خود را با 15-20 ٪ کند می کند, افزایش زمان تغذیه.
• لرز ساخته شده از مس یا آهن استحکام محلی را تسریع می کند, هدایت جبهه جامد به سمت بالابر.

طراحی برای تولید

همکاری اولیه بین تیم های طراحی و ریخته گری خطر انقباض را کاهش می دهد.

با ادغام دستورالعمل های DFM- به عنوان بخش بندی یکنواخت, زاویه های پیش نویس کافی (> 2° برای ریخته گری شن و ماسه), و هسته های ساده - مهندسان می توانند:

• نرخ قراضه پایین توسط 20-30 ٪
• با جلوگیری از تکرارهای چند الگوی ، زمان سرب را کوتاه کنید
• اطمینان از موفقیت پاس اول در مؤلفه های با دقت بالا, مانند محفظه های موتور 0.2 میلی متر الزامات تحمل

6. شبیه سازی & مدل سازی پیش بینی کننده

اهرم عملیات ریخته گری مدرن شبیه سازی حرارتی و سیال مبتنی بر CFD برای شناسایی پیشگیرانه مناطق مستعد انقباض.

استفاده از ابزارهایی مانند Magmasoft®, جریان -3D®, یا procast®, ریخته گری می تواند:

• پیش بینی کردن نقاط داغ و مسیرهای خوراک
• تأثیر انتخاب آلیاژ را ارزیابی کنید, طرح قالب, و پارامترهای ریختن
• قبل از تولید فیزیکی چندین سناریو ریخته گری را شبیه سازی کنید

ادغام شبیه سازی با سیستم های CAD/CAM طراحی ابزار دقیق تری را امکان پذیر می کند, به طور قابل توجهی کاهش می یابد تکرارهای آزمایشی و خطا, هدر دادن, و زمان سرب.

7. کنترل کیفیت & بازرسی

تشخیص نقص در تأیید یکپارچگی ریخته گری بسیار مهم است. معمولاً مورد استفاده قرار می گیرد آزمایش غیر مخرب (NDT) روش ها شامل:

• بازرسی رادیوگرافی (اشعه ایکس): حفره های انقباض داخلی و نقص کلان را تشخیص می دهد
• تست اولتراسونیک (UT): ایده آل برای تشخیص تخلخل و ناپیوستگی های داخلی در آلیاژهای متراکم
• تجزیه و تحلیل ابعادی (CMM, 3D اسکن لیزر): کمک هزینه های انقباض و مطابقت با مشخصات را تأیید می کند

ریخته گری ها نیز پیاده سازی می کنند کنترل فرآیندهای آماری (SPC) برای نظارت بر تغییرات انقباض در میان دسته ها و بهبود مداوم توانایی فرآیند.

8. کمک هزینه های کوچک شدن خطی تقریبی برای آلیاژهای ریخته گری مشترک.

در زیر یک جدول تلفیقی از کمک هزینه های تقریبی انقباض خطی برای طیف وسیعی از آلیاژهای رایج بازیگران قرار دارد.

از این موارد به عنوان نقاط شروع در الگوی یا مقیاس گذاری CAD استفاده کنید - سپس با آزمایشات شبیه سازی و نمونه اولیه برای شماره گیری در ابعاد نهایی اعتبار دهید.

9. نتیجه گیری

درک انواع مختلف انقباض در ریخته گری فلز - مایع, تثبیت, و حالت جامد-برای تولید اجزای ساختاری صدا و ابعادی دقیق ضروری است.

همانطور که آلیاژها و هندسه های بخشی پیچیده تر می شوند, استراتژی های ما نیز باید تکامل یابد.

کاهش انقباض نیاز به رویکرد چند رشته ای درگیر متالورژی, طراحی, شبیه سازی, و کنترل کیفیت.

ریخته گری هایی که در آغوش می گیرند مدل سازی پیش بینی کننده, کنترل در زمان واقعی, و فرآیندهای طراحی مشترک برای کاهش زباله بهتر مجهز هستند, بهینه سازی هزینه, و مؤلفه هایی را ارائه دهید که بالاترین استانداردهای عملکرد و قابلیت اطمینان را برآورده کنند.

در این, ما خوشحالیم که از پروژه شما در اوایل فرآیند طراحی بحث می کنیم تا اطمینان حاصل کنیم که هرگونه آلیاژ انتخاب شده یا درمان پس از بازی پس از کاشت اعمال می شود, نتیجه مشخصات مکانیکی و عملکرد شما را برآورده می کند.

برای بحث در مورد نیازهای خود, ایمیل [email protected].