Ճեղքվածք կերամիկական պատյանների կրակման ժամանակ: Պատճառները և կանխարգելումը

Ներածություն

Ներդրումային ձուլման մեջ, կերամիկական պատյանը շատ ավելին է, քան ժամանակավոր կաղապարը.

Դա կառուցվածքային հիմքն է, որն աջակցում է մոմի հեռացմանը, կրակել, մետաղի հորդում, և, ի վերջո, վերջնական ձուլման ծավալային ամբողջականությունը.

Եթե ​​արկը կրակելու ժամանակ ճաքի, ձուլման ամբողջ հաջորդականությունը կարող է վտանգվել նախքան հալած մետաղը նույնիսկ կաղապար մտնելը.

Այս պատճառով, Ռումբերն արձակող ճաքերը ներդրումային ձուլման գործընթացի ամենալուրջ և ծախսատար թերություններից են.

Կերամիկական պատյանների կրակման ժամանակ ճաքելը մեկ պատճառի խնդիր չէ.

Սովորաբար դա միաժամանակ գործող բազմաթիվ սթրեսների արդյունք է: ջերմային գրադիենտներ, փուլային փոխակերպման սթրեսները, մնացորդային սթրեսի ազատում, և թուլություն կեղևի նյութական համակարգում կամ գործընթացի վերահսկման մեջ.

Կեղևը կարող է հնչել սենյակային ջերմաստիճանում, սակայն արագորեն ձախողվում է, երբ ջեռուցվում է, եթե ջեռուցման ժամանակացույցը, նյութի կազմը, կամ չորացման պատմությունը վատ է վերահսկվում.

Այս թերությունը հասկանալու համար անհրաժեշտ է դիտարկել խնդիրը երեք տեսանկյունից: ինչ տեսք ունեն ճաքերը, ինչու են նրանք ձևավորվում, և ինչպես դրանք կարող են կանխվել գործընթացի ողջ շղթայի ընթացքում.

1. Ինչ է կերամիկական կեղևը?

Կերամիկական կեղևը բազմաշերտ հրակայուն կառույց է, որը կառուցված է մոմի նախշի շուրջ Ներդրումների ձուլում.

Այն սովորաբար ձևավորվում է մոմը բազմիցս թաթախելով կերամիկական լուծույթի մեջ, սվաղելով այն հրակայուն հատիկներով, և չորացնելով յուրաքանչյուր շերտը մինչև ցանկալի հաստությունը և ամրությունը ձեռք բերվի.

Էպիլյացիայից հետո, կեղևը կրակում են մնացած խոնավությունն ու օրգանական նյութերը հեռացնելու համար, ամրացնել կապակցված կերամիկական ցանցը, և պատրաստիր կաղապարը լցնելու համար.

Կեղևը պետք է բավարարի պահանջների բարդ համակցություն:

• բավականաչափ սենյակային ջերմաստիճանի ամբողջականություն, որպեսզի գոյատևի բեռնաթափման և մոմազրկման ժամանակ,
• բավականաչափ թափանցելիություն, որպեսզի գազերը դուրս գան,
• բավականաչափ ջերմային կայունություն՝ կրակին և հալած մետաղին դիմակայելու համար,
• բավականաչափ ուժ՝ դիմադրելու դեֆորմացիային և ճաքերին,
• և բավականաչափ չափերի հավատարմություն՝ ձուլման ճշգրիտ ձևը վերարտադրելու համար.

Քանի որ այս պահանջները սերտորեն կապված են, Ռումբերի համակարգի մի մասի թուլությունը կարող է արագորեն դառնալ կրակոցների ժամանակ ճաքերի խնդիր.

2. Մակրո և միկրո ձևաբանական բնութագրերը պատյանների կրակման ճաքերի

Կերամիկական պարկուճների կրակման ճեղքերը դրսևորում են խիստ կանոնավոր և տարբերվող ձևաբանական առանձնահատկություններ,

որոնք կարելի է դասակարգել երեք բնորոշ մակրոսկոպիկ կատեգորիաների՝ հիմնված բաշխման վրա, խորությունը, և վտանգի մակարդակը, միկրոսկոպիկ ընդլայնման եզակի կանոններով, որոնք բացահայտվել են միկրոկառուցվածքային դիտարկմամբ.

Երեք տիպիկ մակրոսկոպիկ ճաքերի տեսակներ

Հաստության միջով ճաքեր

Որպես կրակելու ամենավտանգավոր թերություն, հաստությամբ ճաքերն ամբողջությամբ թափանցում են արտաքին թաղանթի մակերեսից մինչև ներքին խոռոչի մակերեսը, որի լայնությունը գերազանցում է. 0.5 մմ.

Այս ճաքերը հիմնականում առաջանում են խոշորների վրա, կերամիկական կեղևի բարակ պատերով հարթ հատվածներ և տեսանելիորեն առաջանում են կրակման տաքացման փուլում.

Կազմավորվելուց հետո, դրանք ամբողջությամբ ոչնչացնում են կեղևի կաղապարի կառուցվածքային ամբողջականությունը և ճնշման դիմադրությունը, հանգեցնելով ձուլման կեղևի մանրակրկիտ ջնջմանը` առանց վերանորոգման հնարավորության.

Այս թերությունը զանգվածային ներդրումային ձուլման արտադրության մեջ պատյանների զանգվածային թափոնների հիմնական պատճառն է.

Մակերեւութային միկրո-ճաքեր

Մակերեւութային միկրոճաքերը մակերեսային են, մազերի գծի թերությունները սահմանափակվում են բացառապես կեղևի արտաքին մակերեսային շերտով, ներթափանցման խորությամբ կեղևի ընդհանուր հաստության մեկ երրորդից պակաս.

Այս նուրբ ճաքերը համարյա անտեսանելի են սենյակային ջերմաստիճանում և հաճախ խուսափում են նախնական հորդառատ ստուգումից.

Լցնելու ժամանակ բարձր ջերմաստիճանի հալած մետաղի ինտենսիվ ջերմային ցնցումների տակ, քնած միկրոճաքերն արագորեն ընդլայնվում են և տարածվում դեպի ներս,

համապատասխան ձուլման մակերևույթի վրա ձևավորելով շարունակական բարձրացված գծային թերություններ, ինչը խիստ վտանգում է ճշգրիտ ձուլվածքների մակերևույթի հարդարումը և ծավալային միատեսակությունը.

Միջերեսային շերտազատման ճաքեր

Միջերեսային շերտազատման ճաքերը տարածվում են պատյան ծածկույթի հարակից շերտերի միջև կապող միջերեսների երկայնքով, առաջացնելով տեղական տարանջատում և կլեպ կերամիկական կեղևի մակերեսային շերտի և պահեստային շերտերի միջև.

Կենտրոնացված է պատյանների անկյուններում, եզրեր, և կառուցվածքային անցումային գոտիներ, այս ճեղքերը խաթարում են կեղևի ընդհանուր կառուցվածքային կոշտությունը և միջշերտային կապի ուժը.

Հալած մետաղի հորդառատման ժամանակ, միջերեսային տարանջատումը հանգեցնում է պատյանների տեղայնացմանը, ինչը հանգեցնում է ձուլման մակերևույթների վրա ավազի ընդգրկման բնորոշ թերությունների և խաթարում է կաղապարի խոռոչի հերմետիկությունը և կայունությունը:.

Կրակվող ճեղքերի մանրադիտակային ընդարձակման մեխանիզմը

Միկրոկառուցվածքային վերլուծությունը հաստատում է, որ կրակող ճեղքերը գնում են ընտրովի տարածման ճանապարհով.

Հրակայուն ագրեգատի մասնիկները ուղղակիորեն պատռելու փոխարեն, ճաքերի մեծ մասը տարածվում է հրակայուն մասնիկների և կոլոիդ կապող գելային փուլի միջերեսային սահմանի երկայնքով.

Այս հիմնական հատկանիշը ստուգում է, որ պարկուճների արձակման ճեղքը հիմնականում առաջանում է կապող համակարգի և հրակայուն նյութերի միջև ջերմաֆիզիկական անհամապատասխանությունից:.

Բարձր ջերմաստիճանի կրակման ժամանակ, կոլոիդ սիլիցիումի միացնողի ծավալային փոփոխությունը չի համաժամանակացվում հրակայուն ագրեգատների ջերմային ընդարձակման վարքագծի հետ,

առաջացնելով կենտրոնացված միջերեսային լարվածություն, որը գերազանցում է միջշերտերի բնորոշ ամրությունը, վերջիվերջո առաջացնելով կառուցվածքային կոտրվածք և ճաքերի առաջացում.

1100°C-ից բարձր ջերմաստիճանում առաջացած ճաքերի համար, Մուլիտի փուլերի աննորմալ տեղումներ և ցածր մածուցիկությամբ ապակու փուլերի տեղայնացված հարստացում հետևողականորեն նկատվում են ճաքերի ծայրերում.

Այս բարձր ջերմաստիճանի փուլային փոփոխություններն ավելի են թուլացնում միջերեսային կապի ամրությունը և արագացնում ճաքերի տարածումը, ապացուցելով, որ ջերմային փուլային փոխակերպումը կարևոր շարժիչ գործոն է բարձր ջերմաստիճանի պատյանների ճեղքման համար.

3. Կերամիկական կեղևի կրակման ճեղքերի միջուկի ձևավորման մեխանիզմները

Կերամիկական պատյանների կրակումը դինամիկ ջերմամեխանիկական գործընթաց է, որը ներառում է ջերմաստիճանի շարունակական բարձրացում, ջրի գոլորշիացում, օրգանական տարրալուծում, և փուլային փոխակերպում.

Կրակվող ճաքերը առաջանում են, երբ վերադրված ներքին լարվածությունը գերազանցում է կեղևի ակնթարթային բարձր ջերմաստիճանի ուժը որոշակի ջերմաստիճանի փուլում:.

Սթրեսի համապարփակ համակարգը բաղկացած է երեք գերիշխող մեխանիզմներից: ջերմային սթրեսի անհամապատասխանություն, փուլային փոխակերպման սթրեսի մուտացիա, և մնացորդային սթրեսի կենտրոնացված ազատում, լրացվում է գազի ընդլայնման սթրեսով, որը առաջանում է կեղտի քայքայումից.

Ջերմային սթրեսի անհամապատասխանություն (Առաջնային դրդում)

Կերամիկական թաղանթները ծակոտկեն ոչ մետաղական կոմպոզիտային նյութեր են՝ 1,2~2,0 Վտ/ ցածր ջերմահաղորդականությամբ:(m·K), ինչը հանգեցնում է վառարանի ջեռուցման ժամանակ զգալի ջերմային հիստերեզի.

Ջեռուցման չափազանց արագ տեմպերը ստեղծում են ջերմաստիճանի կտրուկ գրադիենտ կեղևի արտաքին մակերեսի և ներքին միջուկի միջև: արտաքին շերտը արագորեն ընդլայնվում է բարձր ջերմաստիճանի պայմաններում,

մինչդեռ ներքին ցածր ջերմաստիճանի շրջանը սահմանափակում է դրա ազատ ընդլայնումը, առաջացնելով հսկայական սահմանափակ ջերմային սթրես.

Երբ ջեռուցման արագությունը գերազանցում է 5 ° C / րոպե, պահուստային կեղևի շերտերի ներքին և արտաքին ջերմաստիճանի տարբերությունը ավելի հաստ է, քան 10 մմ-ը կարող է հասնել ավելի քան 200°C.

Միջին ջերմաստիճանի 600°C-ից մինչև 800°C միջակայքում, կերամիկական կեղևը պահպանում է համեմատաբար ցածր մեխանիկական ուժ, դարձնելով այն չափազանց խոցելի ջերմային սթրեսից առաջացած ճաքերի առաջացման համար.

Բարդ ներքին խոռոչներով բարդ պատյանների համար, տաք վառարանի օդի հոսքը չի կարող սահուն շրջանառվել խոռոչի ներսում, ավելի ընդլայնելով ներքին-արտաքին ջերմաստիճանի տարբերությունը.

Սա բացատրում է, թե ինչու է բարակ պատը, բարդ կառուցվածքով ներդրումային ձուլման պարկուճները առավել ենթակա են կրակային ճեղքման.

Փուլային փոխակերպման Սթրեսի մուտացիա (Բարձր ջերմաստիճանի գերիշխող գործոն)

Արդյունաբերական հիմնական կոլոիդային սիլիցիումի-քվարցային փոշու կեղևի համակարգը ենթարկվում է բյուրեղային փուլային ծանր անցման 573°C ջերմաստիճանում, որտեղ α-քվարցը արագորեն վերածվում է β-քվարցի՝ հանկարծակի ծավալի ընդլայնմամբ 0.82%.

Այս կրիտիկական ջերմաստիճանի մոտ անվերահսկելի արագ տաքացումը առաջացնում է քվարցի մասնիկների ակնթարթային ծավալային մուտացիա, առաջացնելով զանգվածային ներքին սթրես և միկրոճաքերի ինտենսիվ բողբոջում կեղևի կառուցվածքում.

Նույնիսկ բարձր կայուն հալված ալյումինի վրա հիմնված պատյանների համար, կոլոիդ սիլիցիումից վերափոխված ամորֆ SiO2 գելը սկսում է բյուրեղացումը 800°C-ից բարձր, աստիճանաբար ձևավորելով կրիստոբալիտ՝ զգալի ծավալային տատանումներով.

Այս բյուրեղացման գործընթացում առաջացած փուլային փոխակերպման լարվածությունը հետագայում ընդլայնում է պատյան ներսում բնորոշ միկրո ճեղքերը.

Լրացուցիչ, հումքի մնացորդային կարբոնատ և սուլֆատային կեղտերը քայքայվում են և բարձր ջերմաստիճաններում գազ արտադրում.

Թակարդված գազը, որը չի կարող դուրս գալ կեղևի ծակոտիներից, ստեղծում է լրացուցիչ ընդլայնման սթրես, սրում է ճաքերի տարածման միտումը.

Մնացորդային սթրեսի կենտրոնացված արտազատում (Թաքնված ճեղքի պատճառ)

Էական մնացորդային սթրեսը կուտակվում է պատյանների պատրաստման և մոմազրկման գործընթացների ժամանակ, մնալով մետաստաբիլ վիճակում՝ կապված կեղևի գելային ցանցով սենյակային ջերմաստիճանում.

Կեղևի բազմաշերտ ծածկույթի ժամանակ, ծածկույթի հաջորդական շերտերի ասինխրոն չորացման նեղացումը ստեղծում է միջերեսային կայուն մնացորդային սթրես.

Էպիլյացիայի գործընթացում, արագ ջերմային ընդլայնումը և մոմի ձևանմուշների հալեցումը հետագայում ներդնում են սթրեսի տեղայնացված կոնցենտրացիան պատյանի ներսում.

Երբ կեղևը կրակելու ժամանակ տաքացվում է 600°C-ից բարձր, կոլոիդային կապող գելի փուլը փափկվում է, և կեղևի կոշտ կառուցվածքային սահմանափակումը կտրուկ նվազում է.

Երկար կուտակված մնացորդային սթրեսը հանկարծակի ազատվում է, կոտրելով սկզբնական ներքին լարվածության հավասարակշռությունը և առաջացնելով թաքնված միկրոճաքերի արագ ընդլայնում դեպի տեսանելի մակրոսկոպիկ կրակող ճաքեր.

Այս մեխանիզմը բացատրում է արդյունաբերական արտադրության մեջ կեղևի ճեղքման հետաձգված և թաքնված թերությունների մեծ մասը.

4. Ամբողջական գործընթացի համակարգային վերահսկման և կանխարգելման տեխնոլոգիա

Հաշվի առնելով պարկուճների արձակման ճեղքերի բազմագործոն զուգավորման մեխանիզմը, մեկ գործընթացի ճշգրտումը չի կարող հիմնովին վերացնել թերությունները.

Համապարփակ կանխարգելման համակարգ, որն ընդգրկում է նյութի բանաձևի օպտիմալացումը, ճշգրիտ հատվածային կրակման ջերմակարգավորում, և նախամշակման համատեղ հսկողությունը պահանջվում է կեղևի որակը կայունացնելու և ճեղքման թերությունները ճնշելու համար.

Նյութական համակարգի օպտիմիզացում: Հիմնարար ճեղքերի ճնշում

Կեղևի նյութերի բարձր ջերմաստիճանի ջերմակայունության և ամրության օպտիմալացումը վերացնում է սթրեսի անհամապատասխանության հիմնական պատճառը:

Առաջին, փոփոխել ավանդական քվարց փոշի հրակայուն համակարգը՝ ներմուծելով հալված կավահող կամ մուլլիտի փոշի.

Այս բարձր ջերմաստիճանի կայուն նյութերը բուֆերացնում են քվարցի ֆազային փոխակերպման բռնի ծավալային մուտացիան, նվազեցնելով ծավալի տատանումների արագությունը 573°C փուլային անցման կետում դեպի ներս 0.3% և կտրուկ նվազեցնելով փուլային փոխակերպման սթրեսը.

Երկրորդ, օպտիմիզացնել կոլոիդային սիլիցիումի միացնողի աշխատանքը՝ վերահսկելով SiO2 մասնիկների չափի բաշխումը 10-20 նմ-ի սահմաններում.

Սա խուսափում է բարձր ջերմաստիճաններում ծայրահեղ նուրբ սիլիցիումի մասնիկների արագ բյուրեղացումից և բարելավում է կապող համակարգի ընդհանուր ջերմային կայունությունը.

Բացի այդ, ավելացնել փոքր քանակությամբ կարճ կտրված ալյումինե սիլիկատային մանրաթել պահեստային շերտի ծածկույթներին՝ մանրաթելերի ամրացման ներքին ցանց կառուցելու համար.

Մանրաթելերի կամրջման էֆեկտը արդյունավետորեն ամրացնում է ճաքերի ծայրերը և արգելափակում ճաքերի տարածումը,

բարձրացնելով կերամիկական պատյան բարձր ջերմաստիճանի ճկման ուժը ավելի քան 30% և զգալիորեն ուժեղացնելով կառուցվածքային դիմադրությունը սթրեսային վնասների նկատմամբ.

Սեգմենտացված ճշգրիտ ջերմաստիճանի վերահսկում: Կայուն սթրեսի ազատում

Ջեռուցման փուլային փուլային կորը փոխարինում է ավանդական չմշակված արագ կրակումը՝ հասնելու գրադիենտ և հավասարակշռված սթրեսի ազատմանը կրակման գործընթացում։:

1. Սենյակի ջերմաստիճանը մինչև 300°C: Ընդունեք տաքացման ցածր արագություն՝ 1°C/րոպե, որպեսզի ամբողջովին հեռացնեք պատի ներսում ազատ մնացորդային խոնավությունը, կանխում է գոլորշու ակնթարթային գոլորշիացումը և պայթյունավտանգ սթրեսի վնասը.
2. 300°C-ից մինչև 600 °C: Սահմանափակեք տաքացման արագությունը 1,5°C/րոպեից ցածր՝ մնացորդային մոմի և օրգանական մնացորդների ամբողջական օքսիդատիվ տարրալուծումն ապահովելու համար, խուսափելով մնացորդային կեղտերի բռնի այրման հետևանքով առաջացած սթրեսի տեղայնացված կենտրոնացումից.
3. 573°C փուլային անցումային հարթակ: Պահպանեք մշտական ​​ջերմաստիճանի պահպանման փուլը 60-90 րոպե քվարցային փուլի անցումային կրիտիկական կետում՝ դանդաղեցնելու համար, կայուն փուլային փոխակերպում և վերացնում կառուցվածքային վնասը հանկարծակի ծավալի ընդլայնումից.
4. 600°C-ից մինչև 1050°C: Ջեռուցման արագությունը չափավոր բարձրացրեք մինչև 2°C/րոպե, որին հաջորդում է 2-4 ժամ հաստատուն ջերմաստիճանի կրակում վերջնական ջերմաստիճանում.
   Սա ապահովում է կապակցման համակարգի բավարար սինթրեումը և ձևավորում է միատեսակ, կեղևի կայուն բարձր ջերմաստիճանի կառուցվածքային ամրություն.

Մինչդեռ, օպտիմիզացնել վառարանի տաք օդի շրջանառության համակարգը՝ վերահսկելու վառարանի ընդհանուր ջերմաստիճանի շեղումը ±15°C-ի սահմաններում, վերացնելով անհավասար ջերմային սթրեսը, որը առաջանում է տեղական ջերմաստիճանի տարբերություններից.

Նախագործընթացի համատեղ օպտիմիզացում: Նվազեցնել մնացորդային սթրեսի կուտակումը

Կեղևի պատրաստման և մոմազրկման գործընթացների համակարգված վերահսկումը նվազեցնում է մնացորդային սթրեսի կուտակումը նախօրոք:

Կեղևի ծածկույթի գործընթացում, խստորեն ստանդարտացնել չորացման ժամանակը և շրջակա միջավայրի ջերմաստիճանը և խոնավությունը յուրաքանչյուր ծածկույթի շերտի համար, ապահովելով բազմաշերտ կառուցվածքների համաժամանակյա չորացման կծկում և խուսափել միջերեսային նեղացման չափից ավելի տարբերություններից.

Էպիլյացիայի գործընթացում, ընդունել ցածր ճնշման գրադիենտ ճնշման բարձրացման ռեժիմ՝ կանխելու մոմի ձևերի ակնթարթային բռնի ընդլայնումը, նվազեցնելով ազդեցության վնասը և մնացորդային սթրեսի ներմուծումը պատյան.

Խոշոր և բարդ պատյանների համար, ավելացրեք ցածր ջերմաստիճանի նախնական չորացման գործընթացը մոմազրկումից հետո ցածր եռացող ցնդող նյութերը արտանետելու և նախապես մակերեսային մնացորդային սթրեսը ազատելու համար, արդյունավետորեն կանխում է հանկարծակի ճաքերը, որոնք առաջանում են բարձր ջերմաստիճանի կրակման ժամանակ կենտրոնացված սթրեսի արտազատման հետևանքով.

5. Եզրափակում

Կերամիկական պատյանների կրակման ճեղքումը տիպիկ կոմպոզիտային կառուցվածքային թերություն է, որը պայմանավորված է ջերմային սթրեսով, փուլային փոխակերպման սթրես, և մնացորդային սթրեսի միացում.

Դրա մեկնարկը և տարածումը որոշվում են թաղանթային նյութերի համակարգերի ջերմաֆիզիկական համապատասխանությամբ, ջերմային համակարգերի կրակման ռացիոնալությունը, և մնացորդային սթրեսային վիճակը, որը ձևավորվել է նախամշակման գործողությունների արդյունքում.

Ճաքերի մակրոսկոպիկ ձևաբանությունների և միկրոսկոպիկ ընդլայնման մեխանիզմների դասակարգված նույնականացումը թույլ է տալիս նպատակային արատների ախտորոշում.

Նյութերի ամրացման փոփոխության միջոցով, հատվածավորված ճշգրիտ ջերմաստիճանի հսկողության կրակում, և կեղևի պատրաստման և մոմազրկման ընթացակարգերի համատեղ նախնական վերահսկում, Ձուլարանները կարող են արդյունավետ կերպով ճնշել պատյանների արձակման ճեղքը,

բարելավել կեղևի կառուցվածքային ամբողջականությունը և բարձր ջերմաստիճանի կայունությունը, նվազեցնել ձուլման մակերեսի թերությունները և ջարդոնի արագությունը, և հասնել բարձր ճշգրտության, բարձր եկամտաբերություն, և ներդրումային ձուլվածքների ցածրարժեք ստանդարտացված արտադրություն.