Երեք կարևոր նկատառումներ չժանգոտվող պողպատից ձուլված կոնստրուկցիաների համար

Չժանգոտվող պողպատ մետաղից պատրաստված ձուլվածքներ (մշտական) կաղապարները կամ ճշգրիտ ներդրումային կաղապարները ներկայացնում են հնարավորությունների և ռիսկերի եզակի շարք.

Ավազ-ձուլվածքների համեմատ, մետաղական ձուլվածքները սառչում և ամրանում են ավելի արագ, իսկ կաղապարը «չի տալիս» նեղանալու ժամանակ.

Այդ ավելի արագ սառեցումը և զրոյական կաղապարի համապատասխանությունը մեծացնում է ներքին սթրեսները, մեծացնում է ճաքերի հավանականությունը և մեծացնում այնպիսի թերություններ, ինչպիսին են սխալները, սառը փակումներ և թերի լրացում.

Առողջ արտադրելու համար, հուսալի չժանգոտվող պողպատից ձուլածո կառույցներ, Նախագծման և գործընթացի վերահսկման երեք կատեգորիաները արժանի են առաջնային ուշադրության:

(1) ապահովելով ամբողջական լցոնում և խուսափել սառը թերություններից, (2) կանխում է պինդացման ճաքերը և մեխանիկական ճաքերը, մի քանազոր (3) նախագծում կաղապարի արդյունահանման համար, գործիքային և ծավալային կայունություն.

Հետևյալը մանրամասնորեն բացատրում է յուրաքանչյուր տարածք և տալիս է կոնկրետ, ինժեներական կարգի գործողություններ և ստուգաթերթեր.

Ընդհանուր ակնարկ. ինչու են մետաղական կաղապարներում չժանգոտվող պողպատից պատրաստված ձուլվածքները հատուկ

• Ավելի արագ սառեցում → ավելի բարձր ջերմային գրադիենտներ. Ջերմության արագ արդյունահանումը մեծացնում է ներքին առաձգական լարումները պինդացման ժամանակ և սենյակային ջերմաստիճանում.
• Կաղապարի համապատասխանություն չկա. Ի տարբերություն ավազի, մետաղական ձողերը չեն սեղմվում՝ նեղացումը հարմարեցնելու համար; զսպված կծկվելը հանգեցնում է ճաքերի կամ տաք պատռվածքի, եթե դիզայնը թույլ չի տալիս ազատ կծկում կամ սնուցում.
• Մակերեւութային/հոսքի վարքագծի փոփոխություններ. Բարակ հատվածները արագ կորցնում են մետաղի հեղուկությունը; խոշոր հորիզոնական մակերեսները և սուր անկյունները վատթարացնում են օքսիդի ձևավորումը, ցուրտ հոսք և անսարքություններ.
• Ալյումինե զգայունություն. Չժանգոտվող պողպատից համաձուլվածքներ (ավստենիտիկ, կրկնակի, մարտենզիտային ձուլման դասարաններ) տարբերվում են սառեցման միջակայքում, հեղուկություն և զգայունություն տաք ճաքերի նկատմամբ, ուստի համաձուլվածքի հատուկ դիզայնը կարևոր է.

1. Անավարտ լցոնման կանխարգելում, սառը փակումներ և լրացման այլ թերություններ

Հիմնական խնդիր: մետաղական կաղապարներում չժանգոտվող հալոցները արագորեն կորցնում են ջերմությունը և կարող են կարծրանալ մինչև խոռոչի լրիվ լցվելը, արտադրելով misruns, սառը շրջաններ և օքսիդի թակարդում.

Դիզայնի սկզբունքներ

• Հարթ, պարզեցված արտաքին երկրաչափություն. Խուսափեք հատվածի կտրուկ փոփոխություններից, սուր անկյուններ, և քայլերը փոխում են, որոնք խանգարում են հոսքին.
  Նախընտրեք կլորացված անցումները և ֆիլեով հանգույցները՝ մետաղի շերտավոր հոսքը պահպանելու և օքսիդ թաղանթի ծուղակը նվազեցնելու համար.
• Խուսափեք խոշոր հորիզոնական բնակարաններից. Հորիզոնական մակերեսները դանդաղ լցնում են առաջացնում, լայնածավալ օդ/մետաղ շփում (օքսիդացում) և հեղուկության կորուստ; կոտրել մեծ բնակարանները նուրբ կամարով, կողիկներ կամ թեքված հատկանիշներ.
• Օգտագործեք համապատասխան հատվածի հաստությունը. Մի պատրաստեք լայնածավալ մեծ տարածքի բարակ պատեր.
  Խոշոր բաղադրիչների բարակ հատվածները արագ սառչում են և կորցնում հոսքունակությունը՝ կա՛մ խտացնում են կրիտիկական հատվածները, կա՛մ ձևավորում տեղական խտացումներ կերակրման համար:.
• Օպտիմիզացված դարպասների և վազորդի ձևավորում. Գտեք դարպասները՝ նախապես կերակրելու ամենածանր կամ դանդաղ լցնող շրջանները; օգտագործեք լավ չափի ներդիրներ, կլորացված մուտքեր և հոսքի ընդարձակումներ՝ տուրբուլենտությունը և օքսիդների ներթափանցումը նվազագույնի հասցնելու համար.
  Օգտագործեք ներքին երկրաչափություններ, որոնք բարձր են պահում հեղուկ մետաղի ջերմաստիճանը, երբ այն հասնում է խոռոչի ամենահեռավոր կետերին.

Գործընթացի վերահսկում

• Գերջերմության կառավարում. Պահպանեք հալման ջերմաստիճանը ընտրված խառնուրդի համար առաջարկվող միջակայքի բարձր կողմում (անվտանգ սահմաններում), երկարացնել հեղուկությունը՝ առանց օքսիդացման խթանելու.
• Պաշտպանիչ մթնոլորտ / հոսող. Նվազագույնի հասցնել օքսիդացումը (հատկապես բարակ անցուղիներում) օգտագործելով ծածկույթի հոսքեր, վակուումային կամ պաշտպանիչ մթնոլորտ, որտեղ հնարավոր է.
• Մեկուսացված կամ ջեռուցվող դարպասներ և սնուցիչներ. Վազողների տեղային ջեռուցումը կամ մեկուսիչ թևերը կարող են պահպանել ջերմությունը և նվազեցնել սխալ գործարկումները.
• Անհրաժեշտության դեպքում օգտագործեք ցրտերը. Արտաքին ռազմավարական ցրտերն օգնում են ուղղակի ամրացմանը և կարող են նվազեցնել ցրտից փակվելու վտանգը, երբ համակցվում է պատշաճ դարպասի հետ; խուսափել ցրտերից, որոնք վաղաժամ ամրացնում են հոսքի վերջին ուղին.
• Մոդելավորում (կարծրացում/հոսում CFD) պետք է օգտագործվի լիցքավորման ժամանակը հաստատելու և ցրտից փակվելու ռիսկը հայտնաբերելու համար նախքան մատրիցի պատրաստումը.

2. Ձուլման ճաքերի կանխարգելում, տաք արցունքներ և սթրեսային կոտրվածքներ

Հիմնական խնդիր: զսպված նեղացում, Ջերմային գրադիենտները և լարման տեղային խտացուցիչները պնդացման ժամանակ տաք պատռվածք են առաջացնում կամ սառեցման ժամանակ ճաքում.

Կառուցվածքային նախագծման կանոններ

• Պատերի միասնական հաստությունը. Նախագծեք պատերը, որպեսզի հնարավորինս միատեսակ լինեն.
  Խուսափեք բարակ և հաստ հատվածների միջև հանկարծակի անցումներից; որտեղ անհրաժեշտ են անցումներ, օգտագործեք աստիճանական կոններ և առատաձեռն ֆիլեներ.
• Թույլ գոտիներին ավելացրեք կողիկներ և կողիկներ. Բարակ ցանցեր, բարակ շեֆերը կամ երկար առանց հենարանների պատերը ճաքերի են ենթարկվում՝ ամրացրե՛ք կողերով կամ շեֆերով, բայց նախագծել դրանք այնպես, որ նրանք չստեղծեն սահմանափակող սահմանափակումներ կրճատման վրա.
• Նվազագույնի հասցրեք այն հատկանիշները, որոնք արգելափակում են ազատ կրճատումը. Լոգեր, Կցաշուրթերը և ներկառուցված շեղբերները, որոնք մեխանիկորեն զսպում են կծկումը, հաճախակի ճաքեր առաջացնող են; նվազեցնել թիվը, տեղափոխել, կամ նախագծել դրանք համապատասխան ռելիեֆով.
• Նախընտրեք թեք միացումները ուղղահայաց հետնամասային միացումներից. Հնարավորության դեպքում ուղղահայաց աստիճանական կապերը փոխարինեք թեք կամ նեղ միացումներով. թեքությունները օգնում են խուսափել ամրացման ժամանակ ձգվող լարվածությունից:.
• Առատաձեռն ֆիլեներ բոլոր ներքին/արտաքին անկյուններում. Սուր անկյունները գործում են որպես լարվածության կենտրոնացնող և ճաքերի միջուկային տեղամասեր.
  Ձուլված չժանգոտվող մասերի համար, օգտագործել ավելի մեծ շառավիղներ, քան ավազի ձուլման համար (տես ստորև դեղատոմսը).

Ընթացք & մետալուրգիական հսկողություն

• Վերահսկել ամրացման ուղղությունը. Օգտագործեք ուղղորդված ամրացման սկզբունքները (բարձրացնողի տեղադրում և սարսուռ) այնպես, որ կարծրացումն անցնի բարակից հաստ, և կերակրումը բավարար լինի; խուսափել մեկուսացված տաք կետերից.
• Սնուցիչների/բարձրացուցիչների ձևավորում և տեղադրում. Համոզվեք, որ լավ նախագծված վերելակները կերակրում են վերջին ամրացման շրջանները.
  Մշտական ​​ձուլման համար, բարձրացնողի արդյունավետությունը պետք է հաշվի առնի ավելի արագ սառեցման և կերակրման ավելի կարճ ժամանակները; օգտագործեք մեկուսիչ վերելակներ կամ էկզոթերմիկ թևեր, որտեղ դա օգտակար է.
• Ազատվել ներքին սթրեսներից ջերմային մշակմամբ. Կրիտիկական բաղադրիչների համար, հաշվի առեք հետձուլման սթրեսից ազատման եռացումը կամ համասեռացումը՝ նվազեցնելու մարման լարումները, որոնք կարող են արագացնել ճաքերը.
  Նշում: որոշ չժանգոտվող դասարաններ կարող են պահանջել հատուկ ջերմային ցիկլեր՝ զգայունացումից կամ անցանկալի փուլերից խուսափելու համար. կոորդինացնել HT-ն մետալուրգի հետ.
• Օգտագործեք տաք պատռվող համաձուլվածքներ կամ հացահատիկի զտիչներ. Հնարավորության դեպքում ընտրեք դասարաններ կամ հավելումներ, որոնք նվազեցնում են տաք պատռվելու զգայունությունը, և կիրառել հացահատիկի զտիչներ՝ դենդրիտային կառուցվածքը վերահսկելու համար.
• Խուսափեք սառեցման կտրուկ տարբերություններից. Կառավարեք կաղապարի ջերմաստիճանը և հովացման արագությունը՝ կտրուկ ջերմային գրադիենտները նվազեցնելու համար (նախապես տաքացնել կաղապարները, որտեղ օգտակար է).

3. Կաղապարի արդյունահանում, նախագիծը, ֆիլեներ և մետաղական կաղապարների արտադրություն

Հիմնական խնդիր: մշտական ​​կաղապարները չեն տալիս; միջուկները և ձուլվածքները պետք է նախագծված լինեն հուսալի արտանետման և գործիքների նվազագույն վնասի համար՝ միաժամանակ ապահովելով ջերմային կծկումը.

Հիմնական նկատառումներ և գործողություններ

• Բարձրացնել նախագիծը (կոնաձև) համեմատ ավազի ձուլման հետ. Քանի որ մետաղական կաղապարները զուրկ են ավազի փլվողությունից, ապահովել ձգվող ավելի մեծ անկյուններ- սովորաբար 30-50% ավելի մեծ, քան ավազի ձուլման համար օգտագործվողները.
  Գործնականում: եթե ձեր ավազով ձուլվածքը 1°–2° է, նախագծել ~1,3°–3° մշտական ​​կաղապարի ձգման անկյուններ (սանդղակ մակերեսային ծածկույթով, խառնուրդ և պատի բարձրություն).
  Ավելի մեծ քաշքշուկները հեշտացնում են արտանետումը և նվազեցնում գործիքի մաշվածությունը.
• Մեծացրեք ֆիլեի շառավիղները և անկյունային շառավիղները. Օգտագործեք առատաձեռն շառավիղներ դեպի հանգույցներում: (ա) նվազեցնել սթրեսի կենտրոնացումը և ճաքերը, (բ) հեշտացնել բորբոս լցնելը, մի քանազոր (գ) թույլ տալ ավելի լավ մասի ազատում.
  Որպես կանոն, պատրաստել ֆիլեի շառավիղների մասշտաբներ տեղական պատի հաստությամբ (Է.Գ., շառավիղներ ըստ կարգի 5Տեղական պատի հաստության 15%-ը, փոքր ձուլվածքների համար մի քանի միլիմետր նվազագույն գործնական շառավիղներով). (Կարգավորել ըստ երկրաչափության և գործիքակազմի սահմանափակումների:)
• Նվազագույն պատի հաստությունը — ավելացում ավազի ձուլման համեմատ. Մետաղից ձուլված չժանգոտվող մասերը սովորաբար պահանջում են ավելի մեծ նվազագույն պատի հաստությունը, քան համարժեք ավազով ձուլված բաղադրիչը քանի որ մետաղի կաղապարի քաղվածքները ավելի արագ են տաքանում.
  Որպես կանոն, ավելացնել ավազի ձուլման նվազագույնը 20-50% միևնույն համաձուլվածքի և երկրաչափության համար, եթե մասի դիզայնը և գործընթացը վավերացված չեն. Միշտ ստուգեք ձուլման գործընթացի հնարավորությունների և համաձուլվածքների տվյալների հետ.
• Ներքին խոռոչներ և կողիկներ: ներքին ցանցերը և կողերը պետք է լինեն 0.6–0,7× հարակից արտաքին պատի հաստությունը(ս) խուսափել դանդաղ սառը գոտիներից և դիֆերենցիալ նեղացումից, որոնք առաջացնում են ճաքեր.
  Եթե ​​ներքին կողոսկրերը չափազանց հաստ են շրջապատող պատերի համեմատ, դրանք կամրանան և կդառնան թեժ կետի ճաքերի սկիզբը:.
• Սևագիր միջուկների և առանցքային տպումների համար: քանի որ միջուկները չեն կարող սեղմվել, Հիմնական տպումները և արդյունահանման առանձնահատկությունները պետք է լինեն ամուր և ներառեն բաց թողնվող թելեր. Դիտարկենք փլվող միջուկները կամ պառակտված միջուկները, երբ երկրաչափությունը բարդ է.
• Պարզեցրեք բարդ արտաքին ձևերը, որտեղ հնարավոր է. Եթե ​​բարդ ձևը առաջացնում է արտադրության դժվարություններ, պարզեցնել արտաքին երկրաչափությունը կամ բաժանել բաղադրիչը ենթահողերի՝ ելքի կորուստից խուսափելու համար. դա արեք՝ պահպանելով ֆունկցիոնալ պահանջները.

4. Լրացուցիչ գործնական թեմաներ — մետալուրգիա, տեսչական և արտադրական հսկողություն

Համաձուլվածքի ընտրություն և բուժում

• Ընտրեք ճիշտ չժանգոտվող ձուլման ընտանիքը ֆունկցիայի համար. Աուստենիտիկ դասակարգերը ճկուն են և ներողամիտ, բայց ունեն տարբեր ամրացման միջակայքեր, քան դուպլեքս կամ մարտենզիտային համաձուլվածքները, որոնցից յուրաքանչյուրը պահանջում է հատուկ մուտք:, բարձրացնող և ջերմային մշակման հաջորդականություն.
• Հետձուլման ջերմային բուժումը պետք է նշվի. Լուծում եփել, կարող է անհրաժեշտ լինել սթրեսից ազատում կամ կոփում; դուպլեքս դասակարգերի համար վերահսկում են ջերմության ներածումը` սիգմա ֆազերի անցանկալի ձևավորումից խուսափելու համար.

Կաղապարների և գործիքների պրակտիկա

• Մակերեւույթի հարդարում և քսում. Ձուլման մակերեսի թերությունները նվազեցնելու և արտանետումը հեշտացնելու համար օգտագործեք համապատասխան քսանյութեր, բայց խուսափեք ավելորդ յուղումից, որն առաջացնում է ծակոտկենություն կամ աղտոտում.
• Կաղապարի ջերմաստիճանի վերահսկում. Կաղապարի նախնական տաքացումը և վերահսկվող ջերմաստիճանի պահպանումը նվազեցնում են ջերմային ցնցումները և անհետևողական ամրացումը.
• Օդափոխում և գազազերծում. Ապահովեք օդափոխիչները և օգտագործեք գազազերծում, որպեսզի խուսափեք գազի ծակոտիներից. Մշտական ​​կաղապարները պետք է նախագծված լինեն օդափոխիչով կամ վակուումային օժանդակությամբ չժանգոտվող ձուլման ժամանակ՝ ծակոտկենությունը և գազի թակարդը վերահսկելու համար:.

Որակի ապահովում & վավերացում

• Օգտագործեք ամրացման և հոսքի մոդելավորում. CFD-ի և ամրացման մոդելները չափազանց արդյունավետ են սառը փակումները կանխատեսելու համար, մետաղական կաղապարով չժանգոտվող ձուլվածքների սխալ գործարկումներ և տաք պատռվելու վտանգ. օգտագործեք դրանք նախքան շինարարությունը.
• Ոչ կործանարար փորձարկում ըստ կրիտիկականության. Ռադիոգրաֆիա, Ուլտրաձայնային թեստը կամ CT սկանավորումը բացահայտում է ներքին ծակոտկենությունը, ընդգրկումներ և ճաքեր.
  NDT-ի մակարդակը պետք է համապատասխանի անվտանգությանը և գործառույթին.
• Օդաչուն վազում է & գործընթացի որակավորում. Վավերացնել գործիքավորումը, դարպասներ և ջերմային մշակում փորձնական ձուլվածքներով, այնուհետև փաստաթղթերի մշակման պատուհանները (հալման ջերմաստիճանը, կաղապարի ջերմաստիճանը, լրացնել ժամանակը, մարելու ռեժիմ, հետընտրական ձուլման HT).

5. Արագ ամփոփման աղյուսակ - երեք ուշադրության տարածք և հիմնական գործողություններ

6. Վերջնական դիտողություններ

Մետաղական կաղապարների արտադրության համար չժանգոտվող պողպատից ձուլածո կոնստրուկցիաների նախագծումը համակարգային խնդիր է, որն ընդգրկում է երկրաչափությունը, մետալուրգիա և պրոցեսի ճարտարագիտություն.

Վերոհիշյալ երեք կենտրոնական ոլորտները.լցնում & հոսել, ճաքերի կանխարգելում, մի քանազոր կաղապարի արդյունահանում/արտադրականություն— ֆիքսեք ձախողման հիմնական ռեժիմները և ուղղակիորեն մատնանշեք ինժեներական միջոցները: հարթ ձևեր, վերահսկվող հաստություններ և անցումներ, համապատասխան դարպասներ և սնուցում, համարժեք նախագիծ և ֆիլեապատում, և վավերացված ջերմային բուժում.

Օգտագործեք սիմուլյացիա, փորձնական փորձարկումներ և սերտ համագործակցություն դիզայներների և ձուլարանային ինժեներների միջև՝ բարդ դիզայնն ամուր դարձնելու համար, կրկնվող արտադրական մաս.

Հիմնական հղումներ

ASTM A351-23: Ստանդարտ Տեխնիկական Ձուլման համար, Austenitic չժանգոտվող պողպատ, ճնշում պարունակող մասերի համար.

Ամերիկյան ձուլման միություն (Afs). (2022). Մշտական ​​բորբոս ձուլման ձեռնարկ. AFS Press.

Iso 3740:2019: Մետաղական նյութեր — ձուլվածքներ — Ստուգման և փորձարկման ընդհանուր պահանջներ.

Դևիս, Ժլատ. Ռ. (2019). Չժանգոտվող պողպատից ձուլման ձեռնարկ. ASM International.