Aliuminio liejimo poringumo kontrolė

Poringumas yra dominuojantis kokybės ir našumo veiksnys aliuminio liejimas. Tai mažina stiprumą, sutrumpina nuovargio gyvenimą, pažeidžia slėgio vientisumą, apsunkina apdirbimą ir apdailą, ir padidina garantijos riziką.

Veiksminga poringumo kontrolė yra sistemų problema: metalurgija (lydinio ir lydalo chemija), lydalo tvarkymas, vartų ir štampų dizainas, šūvio profilio ir ertmės slėgio valdymas, pagalbinės technologijos (tuščias, suspausti, Hip), ir griežtas matavimas / grįžtamasis ryšys turi veikti kartu.

Šiame straipsnyje kiekviena techninė sritis išplečiama praktine diagnostika, prioritetiniai korekciniai veiksmai, projektavimo taisyklės, ir procesų valdymo geriausia praktika, kurią inžinieriai ir liejyklų komandos gali pritaikyti nedelsdami.

Kodėl poringumas svarbus

Poringumas sumažina efektyvų skerspjūvį ir sukuria įtempių koncentratorius, kurie drastiškai sumažina tempimo ir nuovargio ištvermės ribas.

Hidraulinėse arba slėgio turinčiose dalyse, net mažas, sujungtos poros sukuria nuotėkio kelius.

Apdorotuose komponentuose, požeminės poros veda prie įrankių plepėjimo, matmenų nestabilumas po terminio apdorojimo, ir nenuspėjamas laužas apdailos operacijų metu.

Kadangi poringumas yra daugialypis, ad hoc koregavimai retai tai išsprendžia visam laikui – matavimas ir pagrindinės priežasties analizė yra būtini.

1. Aliuminio liejimo akytumo rūšys

• Dujų poringumas (vandenilis): uždaros arba sferinės poros iš ištirpusio vandenilio, kuris išeina iš tirpalo kietėjimo metu.
• Susitraukimo poringumas: tuštumos, atsiradusios dėl nepakankamo maitinimo kietėjimo metu (tūrinis susitraukimas).
• Tarpdendritinis poringumas: tinklinis poringumas paskutiniame užšalusiame skystyje, dažnai siejami su plačiais užšalimo diapazonais arba atskyrimo lydinio sistemomis.
• Įstrigęs oras / turbulencijos poringumas: netaisyklingi burbuliukai ir oksido raukšlės, atsirandančios dėl turbulentinės srovės ir oro įstrigimo.
• Pinhole / paviršiaus poringumas: mažos paviršinės tuštumos, dažnai susietos su paviršiaus reakcijomis, drėgmės, arba apvalkalo / šerdies išmetimas.

Kiekvienam tipui reikia skirtingos prevencijos taktikos; diagnozė yra pirmasis žingsnis.

2. Pagrindinės priežastys – fizika, kurią turite išmokti

Dominuoja du fiziniai vairuotojai:

Dujos (vandenilis) tirpumas ir branduolių susidarymas

Išlydytas aliuminis tirpina vandenilį; metalui vėsstant ir kietėjant, tirpumas krenta, o vandenilis išstumiamas burbuliukų pavidalu.

Ištirpusio vandenilio kiekis pylimo metu, branduolio susidarymo kinetika, ir slėgio istorija kietėjimo metu lemia, ar vandenilis sudaro smulkias poras, ar didesnius burbuliukus.

Lydymosi drėgmės poveikis, drėgni srautai, pernešimo turbulencija, ir ilgesnis laikymo laikas padidina ištirpusį vandenilį.

Maitinimas & kietėjimo kelias (susitraukimo poringumas)

Aliuminis kietėjant susitraukia. Jei nėra skysčio kelio paskutinio užšalimo zonoms maitinti, susidaro tuštumos.

Lydinio užšalimo diapazonas, sekcijos storis, Šiluminiai gradientai, ir tai, ar per galutinį kietėjimo intervalą palaikomas ertmės slėgis, priklauso nuo susitraukimo jautrumo.

Trečias, toks pat svarbus mechanizmas oksido / biplėvelės įstrigimas: Turbulentiški srautai sulanksto oksido plėveles į lydalą, sukuria vidines dviplėveles, kurios sukuria poringumą ir veikia kaip įtrūkimų iniciatoriai.

Sumažinus turbulenciją ir išvengiant purslų / oro įsiskverbimo, pašalinama daug kitaip neišsprendžiamų poringumo problemų.

3. Lydymosi chemija ir tvarkymas

Lydymosi pusės valdymas yra didžiausia dujų poringumo sverto sritis:

• Degazavimo disciplina: naudokite rotacinio sparnuotės degazavimą (argonas arba azotas) su dokumentuotais ciklais ir išmatuojamais galutiniais taškais.
  Stebėkite sumažinto slėgio bandymą (RPT) arba tankio indeksas kaip vandenilio ir įtraukimo rizikos proceso valdymo metrika. Nustatykite pradines mėginių ėmimo procedūras, kad laikui bėgant duomenis būtų galima palyginti.
• Fluxing ir nugriebimas: degazavimą derinkite su skysčio srautu arba nugriebimą, kad pašalintumėte oksidus ir nuodegas. Srauto pasirinkimas turi būti suderinamas su lydinio ir paskesniu filtravimu.
• Filtravimas: keraminiai filtrai (su atitinkamu pažymiu) pašalinti nemetalinius intarpus ir oksidų sankaupas, kurios vėliau veikia kaip tuštumų branduolių susidarymo vietos.
• Mokesčių ir laužo tvarkymas: kontroliuoti laužo mišinį, vengti vario/geležies trampinių elementų, kurie keičia kietėjimo elgesį, ir tvarkykite grąžinamą laužą, kad jame nebūtų teršalų ar drėgmės.
• Temperatūra & laikymo laikas: sumažinti perkaitimą ir išlaikyti laiką, atitinkantį proceso poreikius. Didesnis perkaitimas pagerina srautą, bet padidina dujų surinkimą ir oksidų susidarymą.
  Optimizuokite dalies geometrijos ir lydinio lydymosi temperatūros kreives.

4. Vartai, bėgio ir ventiliacijos dizainas

Užtvarų ir bėgių geometrija lemia užpildymo elgseną ir tiekimą:

• Vartų vieta kryptiniam kietėjimui: pastatykite vartus, kad paduotų sunkiausias dalis ir skatintumėte kryptingą kietėjimą, kad paskutinis skystis liktų maitinamoje srityje (bėgikas arba perpildymas).
  Venkite vartų, kurie pirmiausia maitina plonas sienas, o stori šonkauliai badauja.
• Bėgiko dydžio ir užpildymo greičio valdymas: bėgeliai, kurių dydis sumažina turbulenciją ir leidžia sluoksniuotą srautą į plonas dalis, sumažina biplėvelės susidarymą. Naudokite sklandžius perėjimus ir venkite staigių posūkių.
• Vėdinimas ir perpildymai: įrengti vėdinimo angas paskutinės užpildymo vietose; kontroliuojami perpildymai leidžia išeiti įstrigusioms dujoms. Sudėtingoms šerdims, ventiliacijos kanalai ir specialios ventiliacijos funkcijos yra būtini.
• Atšalimo ir terminių moderatorių naudojimas: sušalkite, kad pakeistumėte vietinę kietėjimo seką – karštos vietos perkeltos į vietas, kurias galima apdirbti arba šerti.

5. Šūvio profilio ir ertmės slėgio valdymas (HPDC specifika)

Aukšto slėgio liejimo metu, šūvio profilis ir intensyvinimo grafikas yra poringumo kontrolės įrankiai:

• Pastatykite užpildymą: naudokite pradinį lėtą šūvį ramiam užpildymui ir perjunkite į didelį greitį, kad išvengtumėte ankstyvo kietos odos susidarymo ir sumažintumėte turbulenciją.
• Intensyvinimo laikas ir dydis: pradėti intensyvinimą (suspausti) kad paskutiniam skysčiui užšalus būtų ertmės slėgis; pakankamas intensyvinimo slėgis sumažina susitraukimą, priversdamas metalą į susiliejančius dendritinius tinklus.
  Empirinis ir jutikliais pagrįstas derinimas yra labai svarbus - didesnis intensyvinimo slėgis paprastai sumažina poringumą, tačiau per didelis slėgis gali sukelti blyksnį ir prilipti.
• Ertmės slėgio stebėjimas: įdiekite ertmės slėgio jutiklius ir naudokite slėgio ir laiko kreivės analizę kaip kokybės metriką ir uždarojo ciklo valdymą.
  Slėgio pėdsakai padeda susieti proceso nustatytas vertes su poringumo rezultatais ir turėtų būti saugomi kaip gamybos įrašų dalis.

6. Vakuuminė pagalba, žemo slėgio & suspaudimo liejimas

Kai įprastos priemonės negali pasiekti poringumo tikslų, apsvarstykite proceso variantus:

• Liejimas vakuuminiu būdu: ertmės pašalinimas prieš užpildymą sumažina įtraukto oro kiekį, sumažina dalinį slėgį vandenilio burbulų augimui, ir sumažina poringumą – ypač veiksmingai pašalina oro ir dujų poras.
  Įrodyta, kad vakuuminis pagalbininkas smarkiai sumažina poringumą ir pagerina sudėtingų dalių mechanines savybes.
• Suspaudimo liejimas / žemo slėgio liejimas: taiko nuolatinį slėgį, kol metalas kietėja, gerinant šėrimo ir uždarymo susitraukimo poringumą.
  Šie procesai yra labai veiksmingi storoms pjūviams, slėgiui svarbios dalys, bet prideda ciklo laiką ir įrankių apribojimus.
• Derinimo strategijos: tuščias + intensyvinimas suteikia geriausius iš abiejų pasaulių, bet už didesnes kapitalo ir priežiūros išlaidas.

7. Štampo dizainas, įrankių priežiūra, ir šiluminė kontrolė

Štampo būklė ir šilumos valdymas yra labai svarbūs ir dažnai nepaisomi:

• Štampo paviršiaus būklė ir atpalaidavimo priemonės: dėvėtos šautinės rankovės, sugedę vartai arba netinkami tepalai padidina turbulenciją ir šlaką.
  Prižiūrėkite įrankius ir kontroliuokite štampo tepimą, kad sumažintumėte aerozolių susidarymą ir vandenilio pasisavinimą.
• Šiluminis valdymas & konforminis aušinimas: Tvirta šiluminė kontrolė stabilizuoja užšalusius žemėlapius; Konforminis aušinimas gali būti naudojamas siekiant išvengti karštų taškų ir nukreipti kietėjimo modelius.
• Pakartotinis įrankių surinkimas ir šerdies atrama: šerdies pasislinkimas arba atsilaisvinusios šerdys sukelia vietinį susitraukimą ir pertvarkymą.
  Sukurkite teigiamus šerdies spaudinius ir mechanines atramas, kurios atlaikytų tvarkymo ir apvalkalo perdengimo ciklus.

Gera štampo priežiūra apsaugo nuo proceso dreifo, kuris pasireiškia kaip protarpinis poringumas.

8. Diagnostika, matavimo ir kokybės rodikliai

Jūs negalite kontroliuoti to, ko nematuojate.

• Sumažinto slėgio bandymas (RPT) / Tankio indeksas: paprastas, liejyklų grindų bandymai, leidžiantys greitai suprasti lydymosi tendenciją formuoti dujų poringumą; naudoti kaip partijos valdymą ir tendencijų metriką.
  Standartizuoti mėginių ėmimą, Formos pašildymas ir laikas, kad DI būtų galima palyginti.
• Linijiniai jutikliai: ertmės slėgis, lydymosi temperatūra, ir srauto jutikliai leidžia koreliuoti atskirus kadrus su poringumo rezultatais. Išsaugokite SPC ir SPC aliarmų pėdsakus.
• Ndt (Rentgeno spindulys / KT skenavimas): rentgenografija gamybos mėginiams paimti; CT detaliam 3-D porų žemėlapiui nustatyti tiriant pagrindines priežastis. Naudokite KT, kad įvertintumėte porų tūrio dalį ir erdvinį pasiskirstymą.
• Metalografija: skerspjūvio analizė išskiria dujas ir. susitraukimo poringumas ir atskleidžia bifilmo požymius.
• Mechaninis bandymas: reprezentatyvių liejinių arba proceso kuponų nuovargio ir tempimo bandymai patvirtina, kad liekamasis poringumas yra tinkamas naudoti.

9. Ištaisymas po liejimo

Kai prevencija yra nepakankama, ištaisymas gali išgelbėti dalis:

• Karštas izostatinis presavimas (Hip): sutraukia vidines poras, veikiant aukštai temperatūrai ir izotropiniam slėgiui, atkuria beveik visą tankį ir žymiai pagerina nuovargio gyvenimą.
  HIP yra tinkamiausias, kai dalies vertė ir našumas pateisina išlaidas.
• Vakuuminis impregnavimas / dervos sandarinimas: sandariai užsandarina per sieną arba su paviršiumi sujungtą poringumą mažesnėmis sąnaudomis nei HIP; plačiai naudojamas hidrauliniams korpusams ir siurbliams.
• Lokalizuotas apdirbimas & įdėklai: nekritinėms sritims, apdorojus porėtą odą arba įdėjus įdėklus, galima atkurti funkciją.
• Perdarymas ir pertvarkymas: kai akytumas atsiranda dėl konstrukcijos, kurios negalima pataisyti proceso metu (Pvz., neišvengiamos storos salos), perkurkite skyrių nuoseklumą arba pridėkite sklaidos kanalo funkcijų.

Suderinkite ištaisymą su funkcine rizika: naudokite HIP nuovargio/nešančiosioms dalims; impregnavimas slėgio dalių nuotėkio kontrolei.

10. Akytumo mažinimo dizainas

Anksti pasirinkti dizaino sprendimai turi didelį poveikį:

• Sienos storis turi būti vienodas: didelio storio perėjimai sukuria karštus taškus; naudokite briauneles ir įdubas, kad sutvirtintumėte, o ne padengtumėte storį.
• Pirmenybę teikite filė, o ne aštriems kampams: filė sumažina streso koncentraciją ir pagerina lydalo srautą.
• Planuokite tiektuvus / vartai į storas dalis: net HPDC, kur išoriniai tiektuvai yra nepraktiški, vartai bėgikams, kurie gali veikti kaip pašaras.
• Venkite ilgo, plonos šerdys, neparemtos ertmėje: šerdies įlinkis sukuria vietinį susitraukimą ir klaidingus paleidimus.
• Konstrukcija, skirta naudoti slėgio viduje: kur įmanoma, geometrija, kuriai kietėjimo metu naudingas ertmės slėgis, bus tankesnė.

Liejimo DFM visada suderinamas su funkcija ir sąnaudomis – poringumo rizika turėtų būti pagrindinė kritinių dalių geometrijos sprendimų dalis..

11. Trikčių šalinimo matrica

1. Didelės sferinės poros visoje dalyje: Patikrinkite ištirpusio vandenilio lygį / RPT; degazuoti ir pagerinti lydalo valdymą.
2. Netaisyklingos susitraukusios poros / oksidų parašai: Sumažinti turbulenciją (perdaryti vartus, lėtas pradinis užpildymas), pagerinti filtravimą ir nugriebimą.
3. Poringumas koncentruotas storuose šonkauliuose: Pagerinti maitinimą (vartų pertvarkymas), naudokite šaltkrėtis arba ilgiau palaikykite ertmės spaudimą.
4. Paviršiaus skylės, lokalizuotos pagrindinėse srityse: Patikrinkite šerdies džiovinimo ir lukšto kepimo grafikus, apžiūrėkite, ar nėra drėgmės ar ugniai atsparaus užteršimo.
5. Protarpinis poringumas tarp kadrų: Patikrinkite įrankių / tepalų pakeitimus ir šūvio profilio poslinkį; peržiūrėti ertmės slėgio pėdsakus, ar nėra nukrypimų.

Visada susiekite fizinį patikrinimą (metalografija / KT) su proceso duomenų peržiūra (RPT, ertmės slėgis, išlydyti rąstą) patvirtinti taisymo efektyvumą.

12. Išvada

Aliuminio poringumo kontrolė mirti liejimas nėra vieno mygtuko problema; tai sluoksniuotas, sistemų inžinerijos iššūkis.

Pradėkite nuo griežto matavimo (tankio indeksas, RPT), tada pašalinkite išsilydžiusius dujų šaltinius ir švaros problemas.

Kitas, atakos srautas ir sukietėjimas naudojant šūvio profilio derinimą, vartai/vėdinimas ir šiluminė kontrolė.

Kur reikia ir įperkama, užtepkite pagalbinį vakuuminį arba suspaudžiamą liejimą ir užbaikite tiksliniais pataisymais po liejimo, pvz., impregnavimu arba HIP.

Įdėkite kiekybinius priėmimo kriterijus į specifikacijas ir uždarykite proceso stebėjimo kilpą, kad taisomieji veiksmai būtų pagrįsti duomenimis, ne anekdotas.

 

DUK

Koks yra pats veiksmingiausias žingsnis siekiant sumažinti dujų poringumą?

Rotacinis degazavimas argonu yra ekonomiškiausias ir efektyviausias būdas. Išlaikant vandenilio kiekį ≤0,12 cm³/100g Al po degazavimo, dujų poringumas sumažėja 70–85 %.

Kaip vartų dizainas veikia poringumą?

Mažo dydžio arba ne kūginiai vartai padidina lydymosi greitį, sukelia turbulenciją ir oro įsitraukimą.

Tinkamai suprojektuoti kūginiai vartai (1:10 smailėjantis, 10–15% dalies skerspjūvio) sumažina poringumą 30–40%, skatindamas laminarinį srautą.

Vakuuminis liejimas gali pašalinti visą poringumą?

Ne. Vakuuminis liejimas pirmiausia pašalina įstrigusio oro poringumą (70-80% sumažinimas) bet neturi įtakos ištirpusio vandenilio sukeltam dujų poringumui.

Norint pasiekti bendrą poringumą ≤0,3 %, reikia derinti vakuuminį liejimą su efektyviu degazavimu.

Kuo skiriasi susitraukimas ir dujų poringumas?

Dujų poringumas yra sferinis (5-50 μm), sukeltas vandenilio nusodinimo, ir tolygiai paskirstytas.

Susitraukimo poringumas yra nereguliarus (10-200 μm), sukeltas kietėjimo susitraukimo, ir lokalizuota storose atkarpose. Metalografinė analizė arba kompiuterinė tomografija lengvai atskiria abu.

Kada vietoj impregnavimo reikėtų naudoti HIP?

HIP naudojamas dalims, kurioms reikalingas didesnis mechaninis stiprumas (Pvz., laikantys aviacijos ir kosmoso komponentai), nes pašalina vidinį poringumą ir suriša tuštumas.

Impregnavimas naudojamas skysčius turinčioms dalims (Pvz., hidrauliniai kolektoriai) kur sandarumas yra labai svarbus, bet pakanka mechaninio stiprumo, nes užsandarina tik paviršiaus poras.