A fém öntési folyamatban lévő zsugorodás típusai

1. Bevezetés

A modern gyártásban, dimenziós pontosság nem tárgyalható.

Olyan iparágak, mint a repülőgépipar, autóipar, és az energiaigény precíziós advert alkatrészeket szorosan tolerancia és hibamentes mikroszerkezetek.

E célok elérésében az egyik leginkább kitartó kihívás a fém zsugorodás—A fémek térfogat -összehúzódása, amikor az olvadtról szilárd állapotra váltanak, majd lehűlnek szobahőmérsékletre.

A fém zsugorodás több szakaszban fordul elő, és az ötvözött kémiától a penésztervezésig terjedő tényezők befolyásolják.

Hatásai jelentősen különböznek között vas- és színfém ötvözetek, és bonyolultsága növekszik nem egységes vagy bonyolult geometriák.

A zsugorodás kezelése elengedhetetlen a dimenziós eltérések elkerüléséhez, porozitás, és mechanikai hibák.

2. Alapvető mechanizmusok

A fém zsugorodás elsősorban termikus összehúzódás és fázisátalakítási hatások. Amint a fémek hűvösek, Az atomok közelebb mozognak egymáshoz, eredményezve lineáris és térfogati összehúzódás.

Például, Az alumíniumötvözetek lineáris zsugorodási sebessége lehet 5.5% -hoz 6.5%, míg az acélok általában zsugorodnak 2%.

Ráadásul, A zsugorodás fokozódik megszilárdulás, Különösen a pépes zónában-egy félig szilárd állapotban, ahol az etetés nehézkessé válik.

A kölcsönhatás a hűtési sebesség között, ötvözött kémia, és mikroszerkezet -evolúció Meghatározza, hogy az etetés kompenzálja -e ezt az összehúzódást, vagy olyan hibákat, mint a porozitás kialakulása.

3. A zsugorodás osztályozása a fémöntvényben

A fémöntvényben a zsugorodást a megszilárdulási folyamat fázisa alapján lehet besorolni, amelynek során bekövetkezik, az általa előállított hibák fizikai tulajdonságai, és a kiváltó okai.

Ezeknek az osztályozásoknak a megértése lehetővé teszi az öntödei mérnökök számára a célzott tervezési és folyamatvezérlők megvalósítását az öntési hibák enyhítésére.

Folyékony zsugorodás

A folyékony zsugorodás a térfogat -redukcióra utal, amely a folyadék fázisában olvadt fémhűtésként fordul elő a megszilárdulás kezdete előtt.

Az ilyen típusú zsugorodás általában folyamatos táplálkozást igényel a emelőktől a térfogatvesztés kompenzálása érdekében, és elkerülheti a levegő -aspirációt vagy a hiányos kitöltéseket.

• Tipikus nagyságrend: Hozzávetőlegesen 1% -hoz 2% a térfogatveszteség a folyadékfázisban, ötvözet változik.
• Következmények: A nem megfelelő emelkedő kialakítás vagy az alacsony metallosztatikus nyomás elrontás, hideg bezárások, vagy felszíni zsugorodási hibák.

Megszilárdulás (Zóna) Zsugorodás

A folyadékról a szilárdra való áttérés során, A fém áthalad egy „pépes” fázison, amelyet a dendritikus szilárd anyagok és az interdendritikus folyadék együttélése jellemez.

A térfogatcsökkentés ebben a szakaszban a legnagyobb kihívást jelent a csökkenő permeabilitási és táplálkozási képesség miatt.

• Hibatípusok: A belső üregek és a makro-pekk általában az utolsó területeken alakulnak ki a megszilárduláshoz, Különösen a hőközpontokban vagy a rosszul táplált szakaszokban.
• Érzékeny ötvözetek: Ötvözetek széles fagyasztási tartományban (PÉLDÁUL., Néhány réz- és alumíniumötvözet) különösen sebezhetőek.

Patternmakeré (Szilárd) Zsugorodás

Teljes megszilárdulás után, Az casting továbbra is összehúzódik, amikor a környezeti hőmérsékletre lehűl.

Ez a összehúzódás, A Patternmaker zsugorodása néven ismert, egy lineáris dimenziós redukció, és általában a minták és formák tervezésében szerepelnek.

• Zsugorodási sebesség:

• • Szürke vas: ~ 1%
  • Szénacél: ~ 2%
  • Alumíniumötvözetek: 4–6,5%

• Műszaki reagálás: A CAD modelleket empirikus zsugorodási tényezőkkel méretezik a dimenziós eltérés megelőzésére.

Makro-zsákmány vs. Mikro-bukás

• Makrohirkolóhely: Ezek nagyok, látható zsugorodási üregek, Gyakran lokalizálva a emelők közelében, hőközpontok, vagy vastag szakaszokban.
  Jelentősen gyengítik a strukturális integritást, és a kritikus alkalmazásokban általában elutasítják őket.
• Mikro-bukás: Ezek diszpergált porozitások mikroszkopikus szinten, Gyakran nem megfelelő dátumok közötti táplálkozás vagy lokalizált termikus gradiensek eredményeként.
  Bár lehet, hogy nem láthatók külsőleg, Rontják a fáradtság ellenállását, nyomásszigetelés, és mechanikai tulajdonságok.

Csövek és nyitott zsugorodás

A csövek a jellegzetes tölcsér alakú zsugorodási üregre utalnak, amely az öntvény vagy a felszálló tetején alakul ki a perifériából származó fokozatos megszilárdulás miatt.
A nyitott zsugorodás egy kapcsolódó, felülethez kapcsolódó üreg, amely jelzi a táplálkozási meghibásodást.

• Az érintett iparágak: A csövek gyakoriak acélöntvények olyan szerkezeti és nyomáskomponenseknél, ahol a táplálkozási követelmények magas.
• Ellenőrző intézkedések: Megfelelő emelkedő kialakítás, beleértve a szigetelő hüvelyek és az exoterm anyagok használatát, jelentősen csökkentheti vagy kiküszöböli ezeket a hibákat.

4. Kohászati ​​perspektíva

A megszilárdulási viselkedés ötvözött és befolyásolja a zsugorodási jellemzőket:

Eutektikus megszilárdulás

Az olyan ötvözetek, mint a szürke vas és az al-si, keskeny fagyasztási tartományokat mutatnak. A megszilárdulás szinte egyszerre történik az casting során, Az táplálkozási igények csökkentése, de a gázporozitás kockázatának növelése.

Irányított megszilárdulás

Előnyben részesítették a szerkezeti öntvényeket (PÉLDÁUL., acélokban vagy Ni-alapú szuperfémekben), Ez lehetővé teszi a kiszámítható táplálkozási útvonalakat.

A termikus gradiens szabályozásával, A megszilárdulás a vékonyabbról a vastagabb szakaszokra halad.

Egyenértékű megszilárdulás

Általános bronzokban és néhány ötvözetben, Ez magában foglalja a szemcsék véletlenszerű nukleációját, ami megzavarhatja az etetési csatornákat és növeli a porozitást.

Kohászati ​​szempontból, gabonafinomítás, oltás, és ötvözött tervezés Játsszon kritikus szerepet a zsugorodás minimalizálásában az egyenletes megszilárdulás előmozdításával és a táplálkozhatóság javításával.

5. Tervezés & Műszaki perspektíva

Tervezési és mérnöki szempontból, A zsugorodás ellenőrzése az intelligens geometriával és a célzott táplálkozási stratégiákkal kezdődik.

A tényleges részek nemcsak a fémkohászati ​​megértést tükrözik, hanem a metszés legjobb gyakorlatait is megtestesítik, minta méretezés, és a termálkezelés.

Szakasz vastagság & Hőgradiensek

A vastagabb szakaszok hosszabb ideig tartják a hőt, „Forró foltok” létrehozása, amelyek utoljára megszilárdulnak, és az olvadt fémet távolítják el a vékonyabb régióktól.

Például, A 50 MM-vastag acélfal lehűlhet a 5 ° C/perc, mivel a 10 MM szakasz hűt 20 ° C/perc azonos körülmények között. Ennek enyhítésére:

• Egységes falvastagság Minimalizálja a szélsőséges gradienseket.
• Lekerekített átmenetek (minimális filé sugara = 0,5 × falvastagság) megakadályozzák a lokalizált termikus feszültséget.
• Amikor a vastagság több, mint 3:1, Beépítse a belső hidegrázás vagy a lokalizált emelők.

Minta méretezés & Regionális támogatások

A globális zsugorodási juttatások általában a 2.4% A szén acélokhoz 6.0% alumíniumötvözetekhez. Viszont, Komplex öntvények igénye régió-specifikus méretezés:

• Vékony háló (≤ 5 mm): Alkalmazza a 0,8 × globális juttatást (például. 1.9% acélhoz).
• Vastag főnökök (≥ 30 mm): Növelje 1,2 × (például. 2.9% acélhoz).
  A modern CAD eszközök támogatják a többtényezős méretezést, A helyi juttatások közvetlen feltérképezésének lehetővé tétele a geometria mintázatához.

Felkelő, Kapu & Hűvös stratégiák

Előmozdítás irányított megszilárdulás megköveteli az adagolók stratégiai elhelyezését és a hőmérséklet -szabályozást:

• Emelkedő kötet egyenlőnek kell lennie 30–40% a zóna tömegének, amelyet táplál.
• Helyezze a emelőket közvetlenül a termikus forró foltok felett, megszilárdulási szimulációval vagy termikus elemzéssel azonosítva.
• Szigetelő hüvelyek A körbejárók köré 15–20% -kal lassítják a hűtésüket, Az etetési idő meghosszabbítása.
• Hidegrázás rézből vagy vasból készültek felgyorsítva a helyi megszilárdulást, A megszilárdulás elterelése a felszálló felé.

A gyárthatóság tervezése

A tervezés és az öntödei csapatok közötti korai együttműködés csökkenti a zsugorodási kockázatot.

Integrálással DFM iránymutatások—Szzan egyenletes metszet, Megfelelő huzatszögek (> 2° homoköntéshez), és egyszerűsített magok - a mérnökök képesek:

• Alacsonyabb hulladéklekedési sebesség 20–30%
• Lerövidítse az átfutási időket a több minta iterációjának elkerülésével
• Gondoskodjon az első átadási sikerhez a nagy pontosságú alkatrészekben, mint például a motorházak ± 0,2 mm tolerancia követelmények

6. Szimuláció & Prediktív modellezés

Modern casting műveletek tőkeáttételi tőkeáttétel CFD-alapú termikus és folyadék szimulációk A zsugorodásra hajlamos területek megelőzésének megelőzése érdekében.

Olyan eszközök használata, mint a MagMasoft®, Flow-3D®, vagy Procast®, A Foundies Can:

• Megjósol forró pontok és takarmányos útvonalak
• Értékelje az ötvözet kiválasztásának hatását, forma tervezés, és a paraméterek öntése
• Szimulálja a több casting forgatókönyvet a fizikai előállítás előtt

A szimuláció integrálása a CAD/CAM rendszerek Engedélyezi a pontosabb szerszámok kialakítását, jelentősen redukáló próba- és hiba iterációk, hulladék, és átfutási idő.

7. Minőség -ellenőrzés & Ellenőrzés

A hibadetektálás döntő jelentőségű a casting integritásának ellenőrzésében. Általánosan használt Ronasztást okozó tesztelés (NDT) A módszerek között szerepel:

• Radiográfiai ellenőrzés (Röntgen): A belső zsugorodási üregeket és a makro hibákat észlel
• Ultrahangos tesztelés (UT): Ideális a porozitás és a belső folytonosságok kimutatására sűrű ötvözetekben
• Dimenziós elemzés (CMM, 3D lézerszkennelés): Validálja a zsugorodási juttatásokat és a specifikációknak való megfelelést

Az Öntők is megvalósulnak Statisztikai folyamatvezérlés (SPC) A zsugorodási variációk nyomon követése a tételek között, és folyamatosan javítja a folyamat képességét.

8. Hozzávetőleges lineáris zsugorodási juttatások a közös öntési ötvözetekhez.

Az alábbiakban egy konszolidált táblázat a hozzávetőleges lineáris zsugorodási juttatásokról számos általában öntött ötvözet számára.

Használja ezeket kiindulási pontokként a minta vagy a CAD méretezésben - majd a szimuláció és a prototípus -kísérletek validálása a végső dimenziókban a tárcsázáshoz.

9. Következtetés

A fémöntés - folyadék - a zsugorodás különféle típusainak megértése, megszilárdulás, és a szilárdtest-elengedhetetlen a szerkezetileg hangos és dimenzió szempontból pontos komponensek előállításához.

Ahogy az ötvözetek és az alkatrészek geometriái összetettebbé válnak, Tehát a stratégiáinknak is fejlődniük kell.

A zsugorodás enyhítéséhez a multidiszciplináris megközelítés a kohászat bevonása, tervezés, szimuláció, és a minőség -ellenőrzés.

Az átfogó öntödések prediktív modellezés, valós idejű ellenőrzés, és együttműködési tervezési folyamatok jobban felszereltek a hulladék csökkentésére, Optimalizálja a költségeket, és olyan alkatrészeket szállítani, amelyek megfelelnek a teljesítmény és a megbízhatóság legmagasabb előírásainak.

-Kor EZ, Örömmel vitathatjuk meg a projektjét a tervezési folyamat elején annak biztosítása érdekében, hogy bármi ötvözetet választanak ki, vagy az utófutó kezelés alkalmazott, Az eredmény megfelel a mechanikai és a teljesítmény -előírásoknak.

Hogy megvitassa az Ön igényeit, email [email protected].