Тот баспайтын болаттан жасалған конструкциялар үшін үш сыни пікір

Тот баспайтын болат металдан жасалған құймалар (тұрақты) Қалыптар немесе дәлдік инвестициялық қалыптар мүмкіндіктер мен тәуекелдердің ерекше жиынтығын ұсынады.

Құм-қалыпты құюмен салыстырғанда, металдан жасалған құймалар тезірек салқындатылады және қатаяды және шөгу кезінде қалып «бермейді».

Жылдамырақ салқындату плюс қалыптың нөлге сәйкестігі ішкі кернеулерді арттырады, сыну мүмкіндігін арттырады және қате іске қосу сияқты ақауларды ұлғайтады, суық жабулар және толық емес толтыру.

Мықты өндіру үшін, сенімді тот баспайтын болаттан жасалған құйма құрылымдар, жобалау және процесті басқарудың үш категориясы бірінші кезекте назар аударуды қажет етеді:

(1) толық толтыруды қамтамасыз ету және суық ақауларды болдырмау, (2) қату крекингінің және механикалық крекингтің алдын алу, жіне (3) қалыптарды алу үшін жобалау, аспаптық және өлшемдік тұрақтылық.

Төменде әрбір аумақты терең түсіндіріп, бетонды береді, инженерлік деңгейдегі әрекеттер мен бақылау парақтары.

Шолу — неліктен металл қалыптардағы тот баспайтын болаттан жасалған құймалар ерекше

• Жылдам салқындату → жоғары термиялық градиенттер. Жылудың жылдам алынуы қатаю кезінде және бөлме температурасында ішкі созылу кернеулерін арттырады.
• Қалыпқа сәйкестік жоқ. Құмнан айырмашылығы, металл матрицалар шөгуді қамтамасыз ету үшін қыспайды; шектелген шөгу, егер конструкциялар еркін жиыруға немесе қоректенуге мүмкіндік бермесе, крекинг немесе ыстық жыртылу тудырады.
• Беттік/ағындық мінез-құлық өзгереді. Жұқа бөліктер металдың өтімділігін тез жоғалтады; үлкен көлденең беттер мен өткір бұрыштар оксидтің пайда болуын нашарлатады, суық ағын және қате жүгіру.
• Қорытпаның сезімталдығы. Тот баспайтын болаттан жасалған қорытпалар (аустениттік, дуфлекс, мартенситтік құйма сорттары) мұздату диапазонында ерекшеленеді, өтімділік пен ыстық крекингке бейімділік, сондықтан қорытпаға арнайы дизайн маңызды.

1. Толық емес толтырудың алдын алу, суық жабулар және басқа толтыру ақаулары

Негізгі мәселе: металл қалыптарда тот баспайтын балқымалар жылуды тез жоғалтады және қуыс толығымен толтырылғанға дейін қатып қалуы мүмкін., қателіктерді тудырады, суық айналымдар және оксидтердің басып қалуы.

Дизайн принциптері

• Тегіс, жеңілдетілген сыртқы геометрия. Бөлімдерді күрт өзгертуден аулақ болыңыз, Өткір бұрыштар, және ағынды бұзатын қадамдық өзгерістер.
  Ламинарлы металл ағынын сақтау және оксидті қабықшаның тартылуын азайту үшін дөңгелектелген өтулер мен филеленген қосылыстарға артықшылық беріңіз..
• Үлкен көлденең пәтерлерден аулақ болыңыз. Көлденең беттер баяу толтыруды тудырады, кең ауа/металл байланысы (тотықтыру) және өтімділіктің жоғалуы; жұмсақ камерамен үлкен пәтерлерді сындырыңыз, қабырғалары немесе көлбеу ерекшеліктері.
• Сәйкес бөлік қалыңдығын пайдаланыңыз. Кең аумақты жұқа қабырғаларды жасамаңыз.
  Үлкен құрамдас бөліктердегі жұқа бөліктер салқындатылады және ағындылығын тез жоғалтады — маңызды бөліктерді қалыңдатады немесе азықтандыру үшін жергілікті қалыңдатқыштарды жобалайды..
• Оңтайландырылған қақпа және жүгіргіш дизайны. Алдымен ең ауыр немесе ең баяу толтырылатын аймақтарды беру үшін қақпаларды табыңыз; жақсы өлшемді саңылауларды пайдаланыңыз, турбуленттілік пен оксидтердің енуін азайту үшін дөңгелектелген кіреберістер мен ағынның кеңеюі.
  Сұйық металл ең алыс қуыс нүктелеріне жеткенде оның температурасын жоғары ұстап тұратын ішкі геометрияларды қолданыңыз.

Процесті басқару элементтері

• Аса қызуды басқару. Таңдалған қорытпа үшін ұсынылған диапазонның жоғары жағында балқыма температурасын сақтаңыз (қауіпсіз шектерде), тотығуға ықпал етпестен өтімділікті ұзарту.
• Қорғаныс атмосфера / көну. Тотығуды азайту (әсіресе жұқа жолдарда) жабу флюстерін қолдану, мүмкіндігінше вакуумдық немесе қорғаныс атмосферасы.
• Оқшауланған немесе жылытылатын қақпалар мен фидерлер. Жүгірушілердегі жергілікті жылыту немесе оқшаулағыш жеңдер жылуды сақтайды және қате жүгірулерді азайтады.
• Қажет жерде салқындатуды қолданыңыз. Стратегиялық сыртқы тоңазытқыштар тікелей қатып қалуға көмектеседі және дұрыс қақпақпен үйлескенде, суық тию қаупін азайтады.; соңғы ағын жолын мерзімінен бұрын қатайтатын суықтан аулақ болыңыз.
• Модельдеу (қатаю/ағын CFD) толтыру уақытын растау және штампты дайындау алдында суық жабу қаупін анықтау үшін пайдаланылуы керек.

2. Құйма сызаттарының алдын алу, ыстық көз жасы және стресс сынықтары

Негізгі мәселе: шектелген шөгу, термиялық градиенттер мен жергілікті кернеу концентраторлары қатаю кезінде ыстық жыртылуды немесе салқындату кезінде крекингті тудырады.

Құрылымдық жобалау ережелері

• Біркелкі қабырға қалыңдығы. Қабырғаларды мүмкіндігінше біркелкі етіп жасаңыз.
  Жіңішке және қалың бөліктер арасында кенеттен ауысудан аулақ болыңыз; ауысулар қажет болған жерде, бірте-бірте тарылтулар мен жомарт филелерді пайдаланыңыз.
• Әлсіз аймақтарға қабырғалар мен бұрыштарды қосыңыз. Жұқа торлар, жұқа бөренелер немесе тіреусіз ұзын қабырғалар сызатуға бейім — қабырғалармен немесе бөренелермен бекітіңіз, бірақ оларды кішірейтуге шектеуші шектеулер жасамайтындай етіп жасаңыз.
• Еркін шөгуді блоктайтын мүмкіндіктерді азайтыңыз. Қақпақтар, жиырылуын механикалық түрде тежейтін фланецтер мен ендірілген шұңқырлар жиі жарықшақтардың бастамашысы болып табылады; санын азайту, қоныс аудару, немесе оларды сәйкес рельефпен жобалаңыз.
• Тік түйіспелі қосылыстарға қарағанда көлбеу қосылыстарға артықшылық беріңіз. Мүмкіндігінше тік сатылы қосылымдарды көлбеу немесе конустық қосылымдармен ауыстырыңыз — еңістер қатаю кезінде тартылған созылу кернеуін болдырмауға көмектеседі..
• Барлық ішкі/сыртқы бұрыштарда жомарт филе. Өткір бұрыштар кернеуді концентраторлар және жарықтар үшін ядролар орны ретінде әрекет етеді.
  Тот баспайтын құйылған бөлшектерге арналған, құм құюға қарағанда үлкенірек радиустарды қолданыңыз - қабырға қалыңдығы бар шкаланың филе радиусы (Төмендегі рецептті қараңыз).

Өңдеу & металлургиялық бақылау

• Қатаю бағытын бақылау. Бағытты қатаю принциптерін қолданыңыз (көтергішті орналастыру және қалтырау) сондықтан қатаю жіңішкеден қалыңға дейін жүреді және азықтандыру жеткілікті; оқшауланған ыстық нүктелерден аулақ болыңыз.
• Қоректендіргіштерді/көтергіштерді жобалау және орналастыру. Жақсы жобаланған көтергіштердің соңғы қатаю аймақтарын беруін қамтамасыз етіңіз.
  Тұрақты құюға арналған, көтергіштің тиімділігі жылдамырақ салқындату мен қысқа азықтандыру уақытын есепке алуы керек; пайдалы болған жағдайда оқшаулағыш көтергіштерді немесе экзотермиялық гильзаларды пайдаланыңыз.
• Ішкі кернеулерді термиялық өңдеу арқылы жеңілдетіңіз. Сыни компоненттер үшін, крекингті тудыруы мүмкін сөндіру кернеулерін азайту үшін құюдан кейінгі кернеуді жеңілдететін күйдіруді немесе гомогенизацияны қарастырыңыз.
  Ескерту: кейбір тот баспайтын сорттар сенсибилизацияны немесе қалаусыз фазаларды болдырмау үшін арнайы термиялық циклдарды қажет етуі мүмкін — HT-ті металлургпен келісу.
• Ыстық жыртылуға төзімді қорытпаларды немесе дәнді тазартқыштарды пайдаланыңыз. Мүмкіндігінше ыстық жыртылуына сезімталдықты төмендететін сорттарды немесе қоспаларды таңдаңыз, және дендритті құрылымды бақылау үшін дәнді тазартқыштарды қолданыңыз.
• Салқындатудың күрт айырмашылығын болдырмаңыз. Өткір термиялық градиенттерді азайту үшін қалып температурасы мен салқындату жылдамдығын басқарыңыз (пайдалы жерде қалыптарды алдын ала қыздырыңыз).

3. Зеңді шығару, жоба, филе және металл қалыптарға арналған дайындау мүмкіндігі

Негізгі мәселе: тұрақты қалыптардың ешқайсысы жоқ; өзектер мен құймалар сенімді лақтыруға және құралдың минималды зақымдалуына, сонымен қатар термиялық жиырылуын қамтамасыз етуге арналған болуы керек..

Негізгі ойлар мен әрекеттер

• Жобаны ұлғайту (конустық) құм құюға қатысты. Өйткені металл қалыптарда құмның жиналу қабілеті жоқ, жабдықтау үлкен тарту бұрыштары- ақырғы 30– құм құю үшін қолданылатындардан 50% үлкен.
  Іс жүзінде: құммен құйылған сызба 1°–2° болса, ~1,3°–3° тұрақты қалыптан тарту бұрыштарын жобалаңыз (бетін өңдеумен масштабтау, қорытпа және қабырға биіктігі).
  Үлкен сызбалар шығаруды жеңілдетеді және құралдың тозуын азайтады.
• Филе радиустары мен бұрыштық радиустарды үлкейтіңіз. Пайдалану жомарт радиустар тораптарында: (а) стресс концентрациясын және крекингті азайту, (б) пішінді толтыруды жеңілдету, жіне (б) бөлікті жақсырақ босатуға мүмкіндік береді.
  Ерекше бас бармақ ретінде, жергілікті қабырға қалыңдығымен филе радиусы шкаласын жасаңыз (E.Г., радиустары реті бойынша 5– жергілікті қабырға қалыңдығының 15%, шағын құймалар үшін ең аз практикалық радиустары бірнеше миллиметр). (Геометрияға және құрал шектеулеріне сәйкес реттеңіз.)
• Ең аз қабырға қалыңдығы — құмды құюға қарсы ұлғайту. Металл құйылған тот баспайтын бөлшектер әдетте қажет қабырғасының ең төменгі қалыңдығы баламалы құм құйылған құрамдас бөліктен үлкенірек өйткені металл қалып жылуды тезірек шығарады.
  Ереже бойынша, құм құю минимумын көбейтіңіз 20-50% бөлшектердің дизайны мен процесі расталмаса, бірдей қорытпа мен геометрия үшін. Әрқашан құю өндірісінің мүмкіндігімен және қорытпа деректерімен тексеріңіз.
• Ішкі қуыстар мен қабырғалар: ішкі торлар мен қабырғалар болуы керек 0.6–0,7× іргелес сыртқы қабырғаның қалыңдығы(С) баяу салқын аймақтарды және крекинг тудыратын дифференциалды шөгуді болдырмау үшін.
  Егер ішкі қабырғалар айналадағы қабырғаларға қарағанда тым қалың болса, олар соңғы рет қатып қалады және жарық нүктелерінің инициаторлары болады..
• Негізгі және негізгі басып шығаруға арналған жоба: өйткені ядролар қысыла алмайды, негізгі басып шығару және шығару мүмкіндіктері берік болуы және босату конустарын қамтуы керек. Геометрия күрделі болған кезде жиналмалы өзектерді немесе бөлінген ядроларды қарастырыңыз.
• Мүмкіндігінше күрделі сыртқы пішіндерді жеңілдетіңіз. Күрделі пішін өндіріс қиындықтарын тудырса, кірісті жоғалтпау үшін сыртқы геометрияны жеңілдетіңіз немесе құрамдас бөлікті қосалқы жинақтарға бөліңіз — мұны функционалдық талаптарды сақтай отырып жасаңыз..

4. Қосымша практикалық тақырыптар — металлургия, инспекциялық және өндірістік бақылау

Қорытпаларды таңдау және өңдеу

• Функция үшін дұрыс баспайтын құйма тобын таңдаңыз. Аустениттік сорттар икемді және кешірімді, бірақ дуплексті немесе мартенситтік қорытпаларға қарағанда әртүрлі қату диапазондарына ие - әрқайсысы арнайы қақпаны қажет етеді, көтергіш және термиялық өңдеу реттері.
• Құюдан кейінгі термиялық өңдеуді көрсету керек. Шешім, күйзелісті жеңілдету немесе жұмсарту қажет болуы мүмкін; дуплексті сорттар үшін жағымсыз сигма фазасының пайда болуын болдырмау үшін жылу енгізуін басқарады.

Қалып және құрал-саймандарды жасау тәжірибесі

• Бетін өңдеу және майлау. Құйма бетіндегі ақауларды азайту және шығаруды жеңілдету үшін тиісті майлау материалдарын пайдаланыңыз, бірақ кеуектілікті немесе ластануды тудыратын шамадан тыс майлаудан аулақ болыңыз.
• Қалып температурасын бақылау. Қалыптың бақыланатын температурасын алдын ала қыздыру және қолдау термиялық соққыларды және біркелкі қатуды азайтады.
• Желдету және газсыздандыру. Желдеткіштерді қамтамасыз етіңіз және газ саңылауларын болдырмау үшін газсыздандыруды қолданыңыз. Тұрақты қалыптар кеуектілік пен газдың ұсталуын бақылау үшін тот баспайтын құйылған кезде желдеткіш саңылаулары немесе вакуумдық көмекші болуы керек..

Сапаны қамтамасыз ету & тексеру

• Қаттыдану және ағынды модельдеуді пайдаланыңыз. CFD және қатаю үлгілері суық жабылуларды болжауда өте тиімді, металдан жасалған тот баспайтын құймалар үшін дұрыс жұмыс істемеу және ыстық жыртылу қаупі - оларды қалып құрастыру алдында қолданыңыз.
• Сындық дәрежесі бойынша бұзылмайтын сынақ. Рентгенография, ультрадыбыстық сынақ немесе КТ сканерлеу ішкі кеуектілікті анықтайды, қосындылар мен жарықтар.
  NDT деңгейі қауіпсіздік пен функцияға сәйкес болуы керек.
• Ұшқыш жүгіреді & процесінің біліктілігі. Құралды растау, пилоттық құймалармен ысырма және термиялық өңдеу, содан кейін құжатты өңдеу терезелері (балқу температурасы, қалып температурасы, толтыру уақыты, сөндіру режимі, кейінгі HT).

5. Жылдам жиынтық кесте — үш назар аудару аймағы және негізгі әрекеттер

6. Қорытынды ескертулер

Металл құю өндірісі үшін тот баспайтын болаттан құйылған конструкцияларды жобалау геометрияны қамтитын жүйелік мәселе болып табылады., металлургия және технологиялық инженерия.

Жоғарыда көрсетілген үш бағыт –салу & ағу, сызаттардың алдын алу, жіне қалып алу/өндірістік қабілеттілік— негізгі ақаулық режимдерін түсіріп, тікелей инженерлік қорғау жолдарын көрсетіңіз: тегіс пішіндер, бақыланатын қалыңдықтар мен ауысулар, дұрыс қоректендіру және қоректендіру, барабар сызба және филе, және расталған термиялық өңдеу.

Симуляцияны қолданыңыз, күрделі дизайнды берік дизайнға айналдыру үшін тәжірибелік сынақтар және дизайнерлер мен құю инженерлері арасындағы тығыз ынтымақтастық, қайталанатын өндіріс бөлігі.

Негізгі сілтемелер

ASTM A351-23: Құюға арналған стандартты спецификация, Остениттік тот баспайтын болат, Құрамында қысым бар бөлшектер үшін.

Американдық құю қоғамы (ҚҚ). (2022). Тұрақты қалып құю анықтамалығы. AFS түймесін басыңыз.

Исо 3740:2019: Металл материалдар — құймалар — тексеру және сынауға қойылатын жалпы талаптар.

Дэвис, Ж. Патрондылық. (2019). Тот баспайтын болаттан құю бойынша анықтамалық. ASM International.