1. Įvadas
Tikslumas (investicija) liejimas plačiai naudojamas siurblių sparnuotėms, vožtuvo kūnai, turbo komponentai, medicininiai implantai ir pagal užsakymą pagamintos geometrijos dalys, Paviršiaus apdaila ir metalurginis vientisumas yra labai svarbūs.
Nerūdijantys plienai yra patrauklūs šioms reikmėms dėl atsparumo korozijai, mechaninės savybės ir atsparumas karščiui.
Tačiau sudėtingų formų derinys, ploni profiliai ir nerūdijančio plieno metalurgija padidina defektų riziką.
Norint sumažinti šią riziką, reikia integruoto požiūrio – nuo medžiagos pasirinkimo ir modelio projektavimo iki lydymosi, apvalkalo gamyba, pilti, terminis apdorojimas, apžiūra ir apdaila.
2. Pagrindinės nerūdijančio plieno šeimos, naudojamos preciziniam liejimui
- Austenitinis (Pvz., 304, 316, 321, CF-3M): Didelis Ni/Cr kiekis, geras lankstumas ir atsparumas korozijai.
Austenitas yra atlaidus įtrūkimų atžvilgiu, tačiau yra linkęs į dujų poringumą (vandenilis), Paviršiaus oksidacija ir vidinis karbiuravimas/kokso pašalinimas kai kuriose atmosferose.
Vėsdami jie nevirsta, todėl labai svarbu kontroliuoti kietėjimą ir įtraukimo švarą. - Duplex (feritinis-austenitinis): Didesnis stiprumas ir geresnis SCC atsparumas kai kuriose aplinkose.
Dvipusės klasės yra jautresnės šilumos istorijai: ilgalaikis poveikis 300–1000 °C temperatūroje gali paskatinti trapumo fazes (sigma), o aušinimo disbalansas gali sukelti nepageidaujamą ferito/austenito santykį. - Martensitinis / kritulių grūdinimas (Pvz., 410, 17-4Ph): Naudojamas, kai reikia didesnio stiprumo/stangrumo arba kietumo.
Šie lydiniai gali labiau įtrūkti, jei kietėjimo susitraukimas arba terminiai gradientai nėra tinkamai valdomi ir juos reikia kruopščiai apdoroti po liejimo.. - Didelio lydinio/specialybės (Pvz., 6MO, 20Cr-2Ni): Padidėjęs legiravimas gali sustiprinti segregacijos problemas, Oksidacija ir ugniai atsparus suderinamumas; lydymosi praktika ir šlako kontrolė tampa dar svarbesnė.
3. Tikslus liejimo procesas – kritiniai žingsniai ir valdymo kintamieji
Pagrindiniai defektų atsiradimo etapai:
- Šablonas & „Gating Design“: vaško arba polimero raštas, vartai, pakilimo strategija, filė, juodraštis.
- Lukšto pastatas: srutų chemija, tinko dydis, džiovinimo / kietėjimo ciklai ir apvalkalo storio kontrolė.
- Rašto pašalinimas / devaško: švara ir likučių nebuvimas.
- Įkaitinkite / kepti: kontroliuojama temperatūra, siekiant pašalinti likusias organines medžiagas ir kontroliuoti terminį šoką.
- Tirpimas & metalo apdorojimas: lydymosi praktika (indukcija, vakuuminė indukcija, kupolo vengiama nerūdijančio plieno), deoksidacija, šlako pašalinimas, Degazavimas (Argonas), įtraukimo kontrolė, ir lydinio chemijos tikslumas.
- Pilti: išpylimo temperatūra, technika (apatinis/viršus pilamas), dėl blužnies, ir atmosferos valdymas.
- Kietėjimas & aušinimas: kryptinis kietėjimas, stovo veikimas, šiluminių gradientų kontrolė.
- Lukšto pašalinimas, valymas ir nuėmimas: mechaninis ir cheminis valymas, patikrinimas.
- Terminis apdorojimas po liejimo: Sprendimo metinė, gesinti, grūdinimas, įtempių mažinimas, kurį lemia lydinio ir mechaniniai poreikiai.
- Neardomieji bandymai & apdaila: Ndt, apdirbimas, HIP, jei nurodyta, paviršiaus apdaila ir pasyvavimas.
Valdymo kintamieji apima: lydalo švara ir chemija, apvalkalo poringumas ir pralaidumas, išankstinio pašildymo profilis, liejimo temperatūra ir turbulencija, pakilimo ir tiektuvo konfigūracija, ir terminiai ciklai po liejimo.
4. Dažniausi nerūdijančio plieno tiksliųjų liejinių defektai
Šiame skyriuje pateikiami nerūdijančio plieno defektai, kurie dažniausiai atsiranda investiciniai liejiniai, paaiškina, kaip ir kodėl jie susidaro, ir suteikia praktinį aptikimą, prevencijos ir taisymo priemonės.
Dujų poringumas (pūtimo skylės, skylutės, korio poringumas)
Kaip atrodo: sferinės arba suapvalintos tuštumos, paskirstytos per liejinį; paviršių lūžtančios skylutės arba požeminio poringumo sankaupos; kartais korinis tinklas tarpdendritiniuose regionuose.
Pagrindinės priežastys: ištirpusių dujų (daugiausia vandenilis, kartais azotas/deguonis) išsiskiria kietėjimo metu; drėgmės arba lakiųjų organinių medžiagų apvalkale ar rašte; netinkamas degazavimas; turbulentinis liejimas, įtraukiantis orą ar nuodegą; lydalo reakcijos, gaminančios dujas.
Kaip aptikti: vizualiai (paviršiaus skylutės), dažų prasiskverbimo priemonė, skirta paviršių išardyti poras, radiografija/KT požeminiam poringumui nustatyti, Slėgiui svarbių dalių ultragarsinis arba helio nuotėkio bandymas.
Prevencija: kruopščiai išdžiovinkite lukštus ir kontroliuokite vaško / pelenų pašalinimą; atlikti lydalo degazavimą (argono/argono-deguonies mišiniai, vakuuminis degazavimas);
naudokite švarias įkrovimo medžiagas ir sumažinkite reaktyvųjį srautą; pilkite laminariniu srautu arba išpilkite iš apačios; kontroliuoti pylimo temperatūrą, kad būtų subalansuotas sklandumas ir dujų surinkimas.
Ištaisymas: karštas izostatinis presavimas (Hip) uždaryti vidinį poringumą, kai to reikalauja funkcija; vietinis apdirbimas paviršiaus poroms pašalinti; suvirinimo siūlių taisymas atskiriems defektams, jei leidžia metalurgija ir projektas.
Susitraukimo poringumas (tarpdendritinis susitraukimas)
Kaip atrodo: netaisyklingos, dažnai tarpusavyje sujungtos tuštumos, susitelkusios paskutinėse užšalimo vietose (storos dalys, sandūros)– gali pasirodyti kaip dendritinis tinklas arba centrinė tuštuma.
Pagrindinės priežastys: netinkamas maitinimas kietėjimo metu; lydiniai su plačiais užšalimo intervalais, kurie skatina tarpdendritinį susitraukimą;
prastas stovų/vartelių išdėstymas; nepakankamas perkaitimas arba per didelė izoliacija, dėl kurios karštose vietose sulėtėja kietėjimas.
Kaip aptikti: rentgenografija ir CT vidinių ertmių kartografavimui; metalografinis pjūvis, siekiant patvirtinti tarpdendritinę morfologiją.
Prevencija: taikykite kryptinio kietėjimo praktiką – pastatykite stovus/tiektuvus ant paskutinio užšalimo tūrių, naudokite šaltkrėtis, kad pakeistumėte kietėjimo kelią, peržiūrėti vartus, kad būtų užtikrintas maitinimas, naudokite modeliavimo programinę įrangą, kad patikrintumėte karštojo taško elgesį.
Ištaisymas: HIP vidiniam susitraukimui sutankinti; perprojektuoti, kad būtų galima pridėti tiekimą arba pakeisti sekcijų geometriją tolesnei gamybai; leistinas vietinis suvirinimo susikaupimas, prieinamas susitraukimas.
Inkliuzai ir šlako įstrigimas
Kaip atrodo: tamsios kampinės dalelės arba styginiai matricoje (šlakas, oksido plėvelės, ugniai atsparūs fragmentai), kartais matomi ant apdirbtų paviršių arba lūžių skerspjūviuose.
Pagrindinės priežastys: netinkamas nugriebimas / šlako pašalinimas krosnyje, audringas pylimas, įtraukiantis nuodegą, nesuderinamos apvalkalo medžiagos išsilieja į lydalą, netinkamas srautas, arba nepakankamas lydalo rafinavimas.
Kaip aptikti: rentgenografija/CT didesniems intarpams, smulkių dalelių metalografija, baltojo ėsdinimo patikrinimas ir fraktografija gedimų analizei.
Prevencija: kruopštus lydalo valymas (nugriebimas, srautas), kontroliuojamas pylimas, kad būtų išvengta turbulencijos, pilimas iš apačios arba povandeninis pylimas, kur praktiška,
suderinama apvalkalo formulė su kontroliuojamu purumu, ir periodinės kaušų perkėlimo praktikos, kurios sumažina šlako įsisavinimą.
Ištaisymas: paviršiaus inkliuzų apdirbimas; laikančiųjų dalių suvirinimo siūlių remontas arba sekcijų keitimas; patobulinta lydymosi praktika ir patikrinimas prieš vėlesnį liejimą.
Šaltai išsijungia ir neveikia (neišsamus užpildymas)
Kaip atrodo: paviršiaus linijos, šaltos juostos linijos, neužbaigti skyriai, arba plonas vietas, kuriose ertmė nebuvo visiškai užpildyta.
Pagrindinės priežastys: žema pylimo temperatūra, nepakankamas išlydyto metalo srautas, prasti vartai ar ventiliacija, per didelis apvalkalo pralaidumas arba šlapios dėmės, per plonos atkarpos arba ilgi srauto keliai.
Kaip aptikti: vizualinė apžiūra ir matmenų patikra, ar nėra paviršiaus defektų; KT / rentgenografija, siekiant patvirtinti, kad paslėptų sričių užpildymas nepilnas.
Prevencija: Patvirtinkite laminato sklendes ir ventiliaciją, nenutrūkstamas srautas; sureguliuokite pylimo temperatūrą ir pylimo greitį, kad išlaikytumėte sklandumą;
užtikrinti vienodą pjūvio storį arba pridėti tiekimo kanalus; pagerinti apvalkalo džiūvimą, kad būtų išvengta vietinio aušinimo.
Ištaisymas: perdirbti suvirinant ir apdirbant, kur leidžia geometrija; pertvarkyti vartus būsimiems važiavimams.
Karštas ašarojimas / karštas įtrūkimas (kietėjimo įtrūkimai)
Kaip atrodo: netaisyklingi įtrūkimai vietose, kurie sukietėja paskutiniai, dažnai ant išorinių paviršių arba šalia filė ir suvaržytų savybių, atsiranda aušinimo metu.
Pagrindinės priežastys: tempimo deformacijos pusiau kieto / vėlyvojo kietėjimo intervale, kai metalo plastiškumas yra mažas; suvaržyta geometrija, staigūs sekcijų pokyčiai, netinkamas šėrimas arba blogas prisitaikymas prie pelėsių; lydiniai su plačiu kietėjimo diapazonu yra jautresni.
Kaip aptikti: vizualiai ir dažais prasiskverbiantis paviršiaus įtrūkimams; radiografija/KT požeminiams įtrūkimams nustatyti; metalografija, siekiant patvirtinti kietėjimo morfologiją ir įtrūkimų laiką.
Prevencija: dizainas, skirtas sumažinti suvaržymą (pridėti filė, padidinti spindulius, venkite standžių šerdžių, kurios fiksuoja judėjimą), pakeisti strobavimo / stovo strategiją, kad sumažintumėte tempimo įtempimą kietėjimo metu,
naudokite liejimo medžiagas, turinčias šiek tiek atitikties, arba izoliacines įvores, ir patobulinkite liejimo seką, kad sumažintumėte šiluminius gradientus.
Ištaisymas: kartais galima taisyti suvirinimo siūlės perdangą ir terminį apdorojimą po suvirinimo, jei tai leidžia geometrija ir metalurgija; kitu atveju perprojektuokite ir iš naujo išleiskite įrankius.
Kaip atrodo: paviršiaus šiurkštumas, aštrios įterptos ugniai atsparios dalelės, atsilaisvinusių lukštų fragmentų arba nuosėdų atkarpų, kurios nulupa. Apvalkalo išplovimas gali sudaryti dideles paviršiaus ertmes.
Pagrindinės priežastys: silpnas apvalkalas (netinkamas tinkas, nepakankamai iškeptas lukštas), cheminė ataka tarp išlydyto metalo ir apvalkalo rišiklio, per didelė liejimo turbulencija, arba per didelė metalo temperatūra, sukelianti korpuso gedimą.
Kaip aptikti: vizualinis liejamo paviršiaus patikrinimas, metalografija ugniai atspariems intarpams nustatyti, ir frakografija, siekiant nustatyti apvalkalo sukibimą.
Prevencija: kontroliuoti srutų sudėtį ir tinko rūšiavimą, taikyti teisingus apvalkalo džiovinimo ir vaško pašalinimo grafikus, Jei reikia, naudokite apvalkalo dangas, kad apribotumėte metalo ir apvalkalo reakciją, ir naudokite tinkamą liejimo praktiką, kad apribotumėte mechaninę eroziją.
Ištaisymas: pašalinti ir užtaisyti paviršiaus ertmes suvirinant ir apdirbant; perdirbti arba išmesti, jei užteršimas pažeidžia konstrukcijos vientisumą; teisingas apvalkalo procesas tolesniems paleidimams.
Oksidacija, apnašų susidarymas ir paviršiaus užterštumas
Kaip atrodo: sunkiųjų oksidų skalė, juodos/pilkos paviršiaus plėvelės, tamsios dėmės ar dėmės; sunkiais atvejais, išskilęs oksidas, atidengiantis grubų metalą.
Pagrindinės priežastys: oro/deguonies poveikis esant aukštesnei lydymosi/pylimo temperatūrai, netinkamas apsauginis srautas / dangtis, vaško likučiai arba anglies teršalai, sukeliantys vietines reakcijas.
Kaip aptikti: vizualinis patikrinimas, paviršiaus chemijos bandymai, ir optiniai / metalografiniai skerspjūviai, skirti patikrinti oksido storį ir prasiskverbimą.
Prevencija: ant lydalo naudokite apsauginius srauto dangčius arba inertinių dujų dangčius, kontroliuoti liejimo temperatūrą ir atmosferą, užtikrinti kruopštų vaškavimą ir apvalkalo plovimą, ir nurodykite tinkamas apvalkalo ir dangų sistemas, kurios sumažina reakciją.
Ištaisymas: mechaninis pašalinimas (šūvių sprogdinimas, šlifavimas), cheminis valymas, Elektropolidavimas, ir pasyvavimas, kad būtų atkurtas korozijai atsparus paviršius; sunkiais atvejais, pakeiskite dalį.
Karburizacija / dekarbonizacija ir paviršiaus chemijos pokyčiai
Kaip atrodo: patamsėjęs arba trapus paviršinis sluoksnis (karburizacija) arba minkštas, išeikvotas paviršius (dekarbonizacija), dėl to sumažėja atsparumas nuovargiui ir vietinis jautrumas korozijai.
Pagrindinės priežastys: anglies difuzija iš rišiklių, likutinis vaškas, anglies apvalkalo komponentai, arba sumažinant atmosferą terminio apdorojimo metu; dekarbonizacija, kurią sukelia oksiduojanti atmosfera arba per didelis kepimas aukštesnėje temperatūroje.
Kaip aptikti: mikrokietumo profiliavimas, metalografiniai skerspjūviai, paviršiaus anglies/sieros analizė.
Prevencija: pasirinkti apvalkalo sistemas ir rišiklius su mažu likutiniu anglies kiekiu, kontroliuoti kepimo/kaitinimo ciklus, įtraukti kepimo protokolus, kurie pašalina lakiąsias medžiagas, ir terminiam apdorojimui naudoti kontroliuojamos atmosferos krosnis.
Ištaisymas: apdirbimas, siekiant pašalinti pažeistą paviršių, tinkamas terminis apdorojimas inertinėje arba vakuuminėje atmosferoje, arba vietinis šlifavimas, po kurio atliekamas pasyvavimas.
Segregacija ir vidurio linija / makrosegregacija
Kaip atrodo: kompozicijos skirtumai didelėse liejimo dalyse – legiravimo elementų arba priemaišų koncentracija vidurinėje linijoje ar kitose karštosiose vietose, kartais lydi kietos arba trapios mikrosudedamosios dalys.
Pagrindinės priežastys: dendritinė segregacija kietėjimo metu, lėtas aušinimo greitis didelėse atkarpose, ilgas kai kurių nerūdijančių lydinių užšalimo diapazonas, ir homogenizuojančio terminio apdorojimo trūkumas.
Kaip aptikti: cheminis kartografavimas (EDS/WDS), mikrokietumo tyrimai, metalografija ir sudėtinė sekcijų analizė.
Prevencija: kontroliuoti kietėjimo greitį šaldydami arba modifikuodami pjūvius, optimizuoti blokavimą, kad būtų sumažintas ilgas kietėjimo kelias,
naudokite homogenizacinį atkaitinimą, kai tai leidžia geometrija ir metalurgija, ir apsvarstykite lydymosi technologiją (VIM/VAR) sumažinti makrosegregaciją.
Ištaisymas: homogenizavimo terminis apdorojimas siekiant sumažinti segregacijos poveikį arba komponentų pertvarkymas, kad būtų išvengta kritinės nuosavybės priklausomybės nuo atskirtų regionų; HIP ir vėlesnis terminis apdorojimas taip pat gali sušvelninti.
Iškraipymas, liekamieji įtempiai ir įtrūkimai po apdirbimo
Kaip atrodo: iškreiptos dalys, netoleruotini matmenys po apvalkalo pašalinimo arba terminio apdorojimo; įtrūkimai apdirbimo arba eksploatacijos metu.
Pagrindinės priežastys: netolygus aušinimas, fazių transformacijos (martensitinės arba dupleksinės klasės), suvaržytas aušinimas, apdirbimas, kuris pašalina įmontuotą liekamąjį įtempį, ir netinkamas terminio apdorojimo grafikas.
Kaip aptikti: Matmenų tikrinimas, iškraipymų atvaizdavimas, dažų prasiskverbimo arba magnetinių dalelių bandymas dėl įtrūkimų, ir metalografinės fazės analizė.
Prevencija: kontroliuoti aušinimo greitį, jei reikia, prieš intensyvų apdirbimą atlikite įtempių mažinimo terminį apdorojimą, sekos apdirbimas, siekiant subalansuoti medžiagos pašalinimą, ir vengti staigių sekcijų perėjimų, kurie sulaiko stresą.
Ištaisymas: streso mažinimo atkaitinimas, pakartotinio terminio apdorojimo ciklai, apdirbimo strategijos pokyčiai, arba terminis tiesinimas kontroliuojamomis sąlygomis.
Paviršiaus apdailos defektai (šiurkštumas, apvalkalo tekstūros perkėlimas, duobė)
Kaip atrodo: per didelis šiurkštumas, matomas lukšto grūdelis/tekstūra liejimo paviršiuje, lokalizuotas įdubimas arba ėsdinimas po terminio apdorojimo.
Pagrindinės priežastys: šiurkštus tinkas, prasta apvalkalo srutų kontrolė, netinkamas apvalkalo plovimas, rišiklio pelenų likučių, arba agresyvioje terminio apdorojimo aplinkoje.
Kaip aptikti: profilometrija, vizualinis patikrinimas, ir mikroskopija.
Prevencija: pasirinkti tinkamą tinko dalelių dydį, kad būtų galima apdaila, kontroliuoti srutų klampumą ir naudojimą, užtikrinti kruopštų lukšto valymą ir kontroliuojamus kepimo ciklus,
ir naudoti po liejimo apdailos procesus (šūvio sprogimas, vibracinis drebėjimas, apdirbimas) kaip nurodyta.
Ištaisymas: mechaninė apdaila (šlifavimas, poliravimas), cheminis ėsdinimas/marinavimas ir elektropoliravimas; po to taikyti pasyvavimą.
Mikrokrekingas ir tarpgranulinis ataka (IGSCC tendencija)
Kaip atrodo: smulkūs tarpkristaliniai įtrūkimai, dažnai siejama su jautrinimo sritimis arba vietine korozija po poveikio korozinėje aplinkoje.
Pagrindinės priežastys: chromo karbido nusodinimas ties grūdelių ribomis (jautrumas) nuo netinkamo terminio apdorojimo, segregacija, arba ilgalaikis poveikis jautrinimo temperatūros diapazone; liekamieji įtempiai sustiprina įtrūkimus korozijos metu.
Kaip aptikti: metalografija su ėsdinimu jautrinimui, Dažai prasiskverbia į paviršiaus įtrūkimus, ir korozijos bandymai (Pvz., tarpkristalinės korozijos bandymai, kai taikoma).
Prevencija: tinkami tirpalo atkaitinimo ir gesinimo ciklai austenitinėms rūšims, delta-ferito kontrolė liejiniuose, ir naudoti stabilizuotas markes (Jei/Nb) kur yra įsijautrinimo rizika.
Ištaisymas: tirpalo atkaitinimas karbidams ištirpinti (jei geometrija ir detalių apribojimai leidžia), vietinis šlifavimas / suvirinimas su atitinkamu terminiu apdorojimu po suvirinimo, arba pakeičiant stabilizuotomis arba žemos C klasės gaminiais ateityje.
5. Atvejo tyrimai – tipiniai trikčių šalinimo pavyzdžiai
Byla 1 — Pasikartojantis vidinis poringumas siurblio sparnuotėse
Pagrindinė priežastis: netinkamas degazavimas ir audringa išpylimo iš apačios technika, pernešanti deguonį; sudėtingi perėjimai nuo plono iki storo, sukeliantys tarpdendritinį susitraukimą.
Sprendimas: įgyvendintas argono degazavimas, pereita prie žemos turbulencijos dugno liejimo, pertvarkyti vartai ir pridėti šaltkrėtis; pritaikė HIP kritinėse skrydžio dalyse.
Byla 2 — Plonasieniuose šilumokaičiuose šaltas išsijungimas ir netinkamas veikimas
Pagrindinė priežastis: per žema pilimo temperatūra ir nepakankamas oras per šerdį; apvalkalo pralaidumas nenuoseklus.
Sprendimas: padidinta liejimo temperatūra lydinio langelyje, patobulintas apvalkalo džiovinimas, optimizuoti ventiliacijos kanalai ir modifikuoti sklendės, užtikrinantys laminarinį srautą – pašalinami šalti uždarymai.
Byla 3 — Paviršiaus dėmės siera ir vietinė korozija po liejimo
Pagrindinė priežastis: anglies rišiklio likučiai ir netinkamas apvalkalo valymas, dėl kurio atsiranda vietinių sulfido dėmių ir duobių.
Sprendimas: peržiūrėtas vaško pašalinimo ir apvalkalo plovimo procesas, įvedė aukštesnės temperatūros apvalkalo kepimą, kad pašalintų lakiąsias medžiagas, ir atliktas elektropoliravimas bei citrinų pasyvavimas.
6. Išvada
Tikslus nerūdijančio plieno liejimas leidžia sukurti sudėtingą geometriją, didelis matmenų tikslumas ir puiki paviršiaus kokybė, tačiau jis iš prigimties jautrus metalurgijos ir su procesais susijusiems kintamiesiems.
Dažniausiai pasitaikantys liejimo defektai, tokie kaip poringumas, susitraukimas, intarpai, karštas plyšimas ir paviršiaus chemijos problemos nėra atsitiktiniai įvykiai; jie yra tiesioginiai lydinio pasirinkimo rezultatai, lydymosi praktika, pelėsių kokybė, šilumos valdymas ir dalių projektavimas.
Raktas į kokybę ir patikimumą yra prevencinė kontrolė, o ne remontas po liejimo.
Ankstyvieji sprendimai projektuojant liejimą, vartų ir stovų išdėstymas, apvalkalo gamyba ir lydymosi disciplina pašalina daugumą defektų prieš jiems susiformuojant.
Nors taisomosios priemonės, tokios kaip HIP, terminis apdorojimas ir suvirinimo siūlių taisymas gali atgauti svarbių komponentų vertę, jie padidina sąnaudas ir neturėtų pakeisti tvirtos proceso kontrolės.
Apibendrinant, Tikslus nerūdijančio plieno liejimas tampa nuspėjamu ir vertingu gamybos sprendimu kuriant inžinerinį projektavimą, medžiagų mokslas ir procesų valdymas yra suderinti.
Sisteminga prevencija, tikslingas tikrinimas ir nuolatinis tobulinimas yra ilgalaikės liejimo kokybės ir našumo pagrindas.
