1. Ievads
Precizitāte (investīcijas) liešana tiek plaši izmantota sūkņu lāpstiņriteņiem, vārstu ķermeņi, turbo sastāvdaļas, medicīniskie implanti un pēc pasūtījuma izgatavotas detaļas ar ģeometriju, virsmas apdare un metalurģiskā integritāte ir kritiska.
Nerūsējošie tēraudi ir pievilcīgi šiem lietojumiem korozijas izturības dēļ, mehāniskās īpašības un karstumizturība.
Bet sarežģītu formu kombinācija, plānās sekcijas un nerūsējošā tērauda metalurģija palielina defektu risku.
Lai mazinātu šos riskus, nepieciešama integrēta pieeja, sākot no materiāla izvēles un modeļa dizaina līdz kausēšanai, čaumalu ražošana, izliešana, termiskā apstrāde, pārbaude un apdare.
2. Galvenās nerūsējošā tērauda saimes, ko izmanto precīzijas liešanā
- Austenīts (Piem., 304, 316, 321, CF-3M): Augsts Ni/Cr saturs, laba elastība un izturība pret koroziju.
Austenīti ir piedodoši plaisāšanas ziņā, taču tie ir pakļauti gāzes porainībai (ūdeņradis), virsmas oksidēšana un iekšējā karburizācija/atkoksēšana dažās atmosfērās.
Atdziestot, tie nepārveidojas, tāpēc galvenā nozīme ir sacietēšanas un iekļaušanas tīrības kontrolei. - Divstāvu (ferīta-austenīta): Lielāka izturība un uzlabota SCC pretestība dažās vidēs.
Dupleksās klases ir jutīgākas pret termisko vēsturi: ilgstoša iedarbība 300–1000°C diapazonā var veicināt trausluma fāzes (sigma), un nelīdzsvarotība dzesēšanā var izraisīt nevēlamu ferīta/austenīta attiecību. - Martensīts / nokrišņu sacietēšana (Piem., 410, 17-4Ph): Izmanto, ja nepieciešama lielāka stiprība/stingrība vai cietība.
Šie sakausējumi var būt jutīgāki pret plaisāšanu, ja sacietēšanas saraušanās vai termiskie gradienti netiek pareizi pārvaldīti un tiem nepieciešama rūpīga pēcliešanas termiskā apstrāde.. - Augsts sakausējums/specialitāte (Piem., 6Noplūde, 20Cr-2Ni): Palielināts sakausējums var saasināt segregācijas problēmas, oksidēšanās un ugunsizturīga saderība; kausēšanas prakse un izdedžu kontrole kļūst vēl svarīgāka.
3. Precīzas liešanas process — kritiskie soļi un kontroles mainīgie
Galvenie posmi, kuros tiek ieviesti defekti:
- Raksts & vārtu dizains: vaska vai polimēra raksts, vārtiem, stāvvada stratēģija, filejas, melnraksts.
- Čaulas ēka: vircas ķīmija, apmetuma izmērs, žāvēšanas/cietēšanas cikli un apvalka biezuma kontrole.
- Rakstu noņemšana / devasks: tīrība un atlieku neesamība.
- Uzkarsē / cept: kontrolēta temperatūra, lai noņemtu atlikušās organiskās vielas un kontrolētu termisko šoku.
- Kušana & metāla apstrāde: kausēšanas prakse (indukcija, vakuuma indukcija, kupola izvairās no nerūsējošā tērauda), deoksidācija, izdedžu noņemšana, degviela (argons), iekļaušanas kontrole, un sakausējumu ķīmijas precizitāte.
- Izliešana: izliešanas temperatūra, tehnika (apakšējais/augšējais ielej), par liesu, un atmosfēras kontrole.
- Sacietēšana & dzesēšana: virziena sacietēšana, stāvvada veiktspēja, termisko gradientu kontrole.
- Apvalka noņemšana, tīrīšana un slaucīšana: mehāniskā un ķīmiskā tīrīšana, pārbaude.
- Termiskā apstrāde pēc liešanas: šķīduma atkausēšana, dzēst, rūdīšana, stresa mazināšana, ko nosaka sakausējuma un mehāniskās vajadzības.
- Nesagraujoša pārbaude & apdare: Ndt, apstrāde, HIP, ja norādīts, virsmas apdare un pasivēšana.
Kontroles mainīgie ietver: kausējuma tīrība un ķīmija, apvalka porainība un caurlaidība, profila priekšsildīšana, liešanas temperatūra un turbulence, padeves un padeves konfigurācija, un pēcliešanas termiskie cikli.
4. Visbiežāk sastopamie defekti nerūsējošā tērauda precīzijas lējumos
Šajā sadaļā ir uzskaitīti nerūsējošā tērauda defekti, kas visbiežāk parādās investīciju lējumi, paskaidro, kā un kāpēc tie veidojas, un sniedz praktisku atklāšanu, profilakses un sanācijas pasākumi.
Gāzes porainība (caurumi, caurumiem, šūnveida porainība)
Kā tas izskatās: sfēriski vai noapaļoti tukšumi, kas sadalīti caur lējumu; virsmu pārraujoši caurumi vai pazemes porainības kopas; dažreiz šūnveida tīkls starpdendritiskos reģionos.
Saknes cēloņi: izšķīdušā gāze (pārsvarā ūdeņradis, dažreiz slāpeklis/skābeklis) izdalās sacietēšanas laikā; mitrums vai gaistošas organiskās vielas apvalkā vai modelī; nepietiekama degazēšana; vētraina liešana, kas piesaista gaisu vai izdedzi; reakcijas kausējumā, kas rada gāzi.
Kā noteikt: vizuāli (virsmas caurumi), krāsvielu caurstrāvojošs līdzeklis poru virsmu sadalīšanai, radiogrāfija/CT zemvirsmas porainībai, ultraskaņas vai hēlija noplūdes pārbaude spiedienam kritiskām daļām.
Profilakse: rūpīgi nožāvējiet čaulas un kontrolējiet devaska/pelnu noņemšanu; veikt kausējuma degazēšanu (argona/argona-skābekļa maisījumi, vakuuma degazēšana);
izmantojiet tīrus uzlādes materiālus un samaziniet reaktīvo plūsmu; ielej ar lamināro plūsmu vai grunts-lešanas paņēmieniem; kontrolēt ieliešanas temperatūru, lai līdzsvarotu plūstamību un gāzes savākšanu.
Sanācija: karstā izostatiskā presēšana (Gurns) lai aizvērtu iekšējo porainību, kur to prasa funkcija; lokāla apstrāde, lai noņemtu virsmas poras; šuvju remonts izolētiem defektiem, ja to atļauj metalurģija un projektēšana.
Saraušanās porainība (starpdendritiskā saraušanās)
Kā tas izskatās: neregulāra, bieži savstarpēji savienoti tukšumi, kas koncentrējas pēdējās līdz sasalšanas vietās (biezas sekcijas, krustojumi)— var parādīties kā dendrītu tīkls vai centrālais tukšums.
Saknes cēloņi: nepietiekama barošana sacietēšanas laikā; sakausējumi ar plašiem sasalšanas diapazoniem, kas veicina starpdendritisko saraušanos;
slikts stāvvada/vārtu izvietojums; nepietiekama pārkaršana vai pārmērīga izolācija, kas aizkavē sacietēšanu karstajos punktos.
Kā noteikt: radiogrāfija un CT iekšējo tukšumu kartēšanai; metalogrāfiskā sagriešana, lai apstiprinātu interdendritisko morfoloģiju.
Profilakse: pielietojiet virziena sacietēšanas praksi — novietojiet stāvvadus/padevējus uz tilpumiem, kas ir sasaldēti, izmantojiet drebuļus, lai mainītu sacietēšanas ceļu, pārskatīt vārtiem, lai nodrošinātu barošanu, izmantojiet simulācijas programmatūru, lai pārbaudītu karstā punkta uzvedību.
Sanācija: HIP iekšējās saraušanās blīvēšanai; pārprojektēšana, lai pievienotu padevi vai mainītu sekcijas ģeometriju turpmākai ražošanai; pieļaujama lokalizēta metinājuma šuves uzkrāšanās, pieejama saraušanās.
Ieslēgumi un izdedžu iesprūšana
Kā tas izskatās: tumšas leņķiskās daļiņas vai virknes matricā (sārņi, oksīda plēves, ugunsizturīgie fragmenti), dažkārt redzams uz mehāniski apstrādātām virsmām vai lūzumu šķērsgriezumos.
Saknes cēloņi: nepietiekama nosmelšana/izdedžu noņemšana krāsnī, vētraina ieliet sārņus, nesaderīgi apvalka materiāli, kas ieplīst kausējumā, nepietiekama plūsma, vai nepietiekama kausējuma attīrīšana.
Kā noteikt: rentgenogrāfija/CT lielākiem ieslēgumiem, metalogrāfija sīkām daļiņām, baltās kodināšanas pārbaude un fraktogrāfija defektu analīzei.
Profilakse: stingra kausējuma tīrīšana (nosmelšana, plūstošs), kontrolēta liešana, lai izvairītos no turbulences, ielejot apakšā vai iegremdējot, kur tas ir iespējams,
saderīgs apvalka sastāvs ar kontrolētu trauslumu, un periodiska kausa pārvietošanas prakse, kas samazina izdedžu iekļūšanu.
Sanācija: virsmas ieslēgumu apstrāde; metināto šuvju remonts vai sekcijas nomaiņa nesošajām daļām; uzlabota kausēšanas prakse un pārbaude pirms turpmākās ieliešanas.
Aukstā izslēgšana un nepareiza darbība (nepilnīga pildīšana)
Kā tas izskatās: virsmas līnijas, aukstās klēpja līnijas, nepilnīgas sadaļas, vai plānas vietas, kur dobums nebija pilnībā aizpildīts.
Saknes cēloņi: zema liešanas temperatūra, nepietiekama izkausēta metāla plūsma, slikta vārti vai ventilācija, pārmērīga apvalka caurlaidība vai mitri plankumi, pārāk plānas daļas vai gari plūsmas ceļi.
Kā noteikt: vizuāla pārbaude un izmēru pārbaudes, lai noteiktu virsmas defektus; CT/radiogrāfija, lai apstiprinātu nepilnīgu aizpildījumu slēptajos apgabalos.
Profilakse: apstipriniet laminārajiem vārtiem un ventilāciju, nepārtraukta plūsma; noregulējiet ieliešanas temperatūru un ieliešanas ātrumu, lai saglabātu plūstamību;
nodrošināt vienmērīgu sekcijas biezumu vai pievienot padeves kanālus; uzlabot čaumalas žāvēšanu, lai izvairītos no lokālas dzesēšanas.
Sanācija: pārstrādāt, metinot un apstrādājot, kur to atļauj ģeometrija; pārprojektēt vārtus turpmākajiem braucieniem.
Karsta asarošana / karstā plaisāšana (sacietēšanas plaisas)
Kā tas izskatās: neregulāras plaisas reģionos, kas sacietē pēdējā, bieži uz ārējām virsmām vai fileju un ierobežotu elementu tuvumā, parādās dzesēšanas laikā.
Saknes cēloņi: stiepes deformācijas puscietās/vēlās cietēšanas intervālā, kad metāla elastība ir zema; ierobežota ģeometrija, pēkšņas sadaļas izmaiņas, nepietiekama barošana vai slikta pelējuma atbilstība; sakausējumi ar plašu sacietēšanas diapazonu ir jutīgāki.
Kā noteikt: vizuāls un krāsvielu caurlaidīgs virsmas plaisām; radiogrāfija/CT zemvirsmas plaisām; metalogrāfija, lai apstiprinātu sacietēšanas morfoloģiju un plaisu laiku.
Profilakse: dizains, lai samazinātu savaldību (pievieno fileju, palielināt rādiusus, izvairieties no cietiem serdeņiem, kas fiksē kustību), modificēt vārtu/stāvvada stratēģiju, lai samazinātu stiepes deformāciju sacietēšanas laikā,
izmantojiet veidņu materiālus ar nelielu atbilstību vai izolācijas uzmavas, un uzlabot liešanas secību, lai samazinātu termiskos gradientus.
Sanācija: dažreiz var salabot ar metinājuma pārklājumu un pēcmetināšanas termisko apstrādi, ja to atļauj ģeometrija un metalurģija; citādi pārveidot un atkārtoti izdot instrumentus.
Kā tas izskatās: virsmas raupjums, asas iestrādātas ugunsizturīgas daļiņas, vaļīgi čaumalu fragmenti vai zvīņu daļas, kas atslāņojas. Apvalka izskalošanās var radīt lielus virsmas dobumus.
Saknes cēloņi: vājš apvalks (neatbilstošs apmetums, nepietiekami izcepts apvalks), ķīmiskais uzbrukums starp kausētu metālu un apvalka saistvielu, pārmērīga liešanas turbulence, vai pārmērīga metāla temperatūra, kas izraisa apvalka sabrukšanu.
Kā noteikt: liešanas virsmas vizuāla pārbaude, metalogrāfija, lai identificētu ugunsizturīgos ieslēgumus, un fraktogrāfiju, lai noteiktu čaulas savienošanas iesaistīšanos.
Profilakse: kontrolēt vircas sastāvu un apmetuma šķirošanu, piemērot pareizus čaumalu žāvēšanas un atvasināšanas grafikus, ja nepieciešams, izmantojiet apvalka pārklājumus, lai ierobežotu metāla apvalka reakciju, un izmantojiet atbilstošu liešanas paņēmienu, lai ierobežotu mehānisko eroziju.
Sanācija: noņemt un aizlāpīt virsmas dobumus, metinot un apstrādājot; pārstrādāt vai nodot metāllūžņos, ja piesārņojums apdraud struktūras integritāti; pareizs čaulas process turpmākajām darbībām.
Oksidācija, katlakmens veidošanās un virsmas piesārņojums
Kā tas izskatās: smagā oksīda skala, melnas/pelēkas virsmas plēves, tumši plankumi vai traipi; smagos gadījumos, izkliedēts oksīds, kas pakļauj rupju metālu.
Saknes cēloņi: gaisa/skābekļa iedarbība paaugstinātā kausēšanas/liešanas temperatūrā, nepietiekama aizsargplūsma/pārklājums, devaska atliekas vai oglekli saturoši piesārņotāji, kas izraisa lokālas reakcijas.
Kā noteikt: vizuāla pārbaude, virsmas ķīmijas testi, un optiskie/metalogrāfiskie šķērsgriezumi, lai pārbaudītu oksīda biezumu un iespiešanos.
Profilakse: virs kausējuma izmantojiet aizsargplūsmas pārsegus vai inertās gāzes pārsegus, kontrolēt ieliešanas temperatūru un atmosfēru, nodrošināt rūpīgu atvaskošanu un čaumalu mazgāšanu, un norādīt piemērotas apvalka un pārklājuma sistēmas, kas samazina reakciju.
Sanācija: mehāniska noņemšana (šāvienu spridzināšana, slīpēšana), ķīmiskā tīrīšana, elektropolēšana, un pasivēšana, lai atjaunotu korozijizturīgu virsmu; smagos gadījumos, nomainiet daļu.
Karburizācija / dekarbonizācija un virsmas ķīmijas izmaiņas
Kā tas izskatās: tumšs vai trausls virsmas slānis (karburizācija) vai mīksts, noplicināta virsma (dekarburizācija), kas samazina noguruma izturību un lokālu uzņēmību pret koroziju.
Saknes cēloņi: oglekļa difūzija no saistvielām, atlikušais vasks, oglekli saturošas čaulas sastāvdaļas, vai samazinot atmosfēru termiskās apstrādes laikā; dekarbonizācija, ko izraisa oksidējoša atmosfēra vai pārmērīga cepšana paaugstinātā temperatūrā.
Kā noteikt: mikrocietības profilēšana, metalogrāfiskie šķērsgriezumi, virsmas oglekļa/sēra analīze.
Profilakse: izvēlēties apvalku sistēmas un saistvielas ar zemu atlikuma oglekļa saturu, kontrolēt cepšanas/sildīšanas ciklus, iekļaut izcepšanas protokolus, kas novērš gaistošus, un termiskai apstrādei izmantot kontrolētas atmosfēras krāsnis.
Sanācija: apstrāde, lai noņemtu bojātu virsmu, atbilstoša termiskā apstrāde inertā vai vakuuma atmosfērā, vai lokalizēta slīpēšana, kam seko pasivēšana.
Segregācija un viduslīnija / makrosegregācija
Kā tas izskatās: kompozīcijas atšķirības lielās liešanas sekcijās — sakausējuma elementu vai piemaisījumu koncentrācija viduslīnijā vai citos karstajos punktos, dažreiz kopā ar cietām vai trauslām mikrosastāvdaļām.
Saknes cēloņi: dendrītu segregācija sacietēšanas laikā, lēni dzesēšanas ātrumi lielās sekcijās, gari sasalšanas diapazoni dažiem nerūsējošajiem sakausējumiem, un homogenizējošās termiskās apstrādes trūkums.
Kā noteikt: ķīmiskā kartēšana (EDS/WDS), mikrocietības pētījumi, metalogrāfija un kompozīcijas analīze dažādās sadaļās.
Profilakse: control solidification rate via chills or modified sectioning, optimize gating to reduce long solidification paths,
use homogenization anneal when geometry and metallurgy allow, and consider melt technology (VIM/VAR) to reduce macrosegregation.
Sanācija: homogenization heat treatment to reduce segregation effects or component redesign to avoid critical property dependence on segregated regions; HIP with subsequent heat treat can also mitigate.
Izkropļojumi, paliekošie spriegumi un pēcapstrādes plaisāšana
Kā tas izskatās: warped parts, out-of-tolerance dimensions after shell removal or heat treatment; cracking during machining or in service.
Saknes cēloņi: non-uniform cooling, fāzes transformācijas (in martensitic or duplex grades), constrained cooling, machining that releases built-in residual stress, and inappropriate heat treatment schedules.
Kā noteikt: izmēru pārbaude, distortion mapping, dye-penetrant or magnetic particle testing for cracks, and metallographic phase analysis.
Profilakse: control cooling rates, ja nepieciešams, pirms smagas apstrādes veiciet spriedzes samazināšanas termisko apstrādi, secīga apstrāde, lai līdzsvarotu materiāla noņemšanu, un izvairieties no pēkšņām sekciju pārejām, kas aiztur stresu.
Sanācija: stresa mazināšanas atkausēšana, atkārtotas termiskās apstrādes cikli, apstrādes stratēģijas izmaiņas, vai termiskā iztaisnošana kontrolētos apstākļos.
Virsmas apdares defekti (raupjums, apvalka tekstūras pārnešana, lobīšana)
Kā tas izskatās: pārmērīgs raupjums, uz liešanas virsmas redzami apvalka graudi/tekstūra, pēc termiskās apstrādes lokalizēta kauliņu veidošanās vai kodināšana.
Saknes cēloņi: rupjš apmetums, slikta čaumalu vircas kontrole, nepietiekama čaumalu mazgāšana, saistvielas pelnu atlikumi, vai agresīva termiskās apstrādes atmosfēra.
Kā noteikt: profilometrija, vizuāla pārbaude, un mikroskopiju.
Profilakse: izvēlieties pareizo apmetuma daļiņu izmēru mērķa apdarei, kontrolēt vircas viskozitāti un pielietojumu, nodrošināt rūpīgu čaumalas tīrīšanu un kontrolētus cepšanas ciklus,
un izmantot pēcliešanas apdares procesus (šāviena sprādziens, vibrācijas slīdēšana, apstrāde) kā norādīts.
Sanācija: mehāniskā apdare (slīpēšana, pulēšana), ķīmiskā kodināšana / kodināšana un elektropulēšana; pēc tam piemērot pasivāciju.
Mikroplaisāšana un starpgranulu uzbrukums (IGSCC tendence)
Kā tas izskatās: smalkas starpgraudu plaisas, bieži vien saistīta ar sensibilizācijas zonām vai lokalizētu koroziju pēc saskares ar kodīgu vidi.
Saknes cēloņi: hroma karbīda nogulsnēšana pie graudu robežām (sensibilizācija) no nepareizas termiskās apstrādes, segregācija, vai ilgstoša iedarbība sensibilizācijas temperatūras diapazonā; atlikušie spriegumi pastiprina plaisāšanu korozijas uzbrukuma laikā.
Kā noteikt: metalogrāfija ar kodināšanu sensibilizācijai, krāsvielu caurlaidīgs līdzeklis virsmas plaisām, un korozijas testēšana (Piem., starpkristālu korozijas testi, ja tādi ir).
Profilakse: piemēroti šķīduma atkvēlināšanas un dzesēšanas cikli austenīta šķirnēm, delta-ferīta kontrole lējumos, un izmantot stabilizētas pakāpes (Ja/Nb) kur pastāv sensibilizācijas risks.
Sanācija: šķīduma atkausēšana karbīdu šķīdināšanai (ja to atļauj ģeometrija un detaļu ierobežojumi), lokalizēta slīpēšana/metināšana ar atbilstošu pēcmetināšanas termisko apstrādi, vai aizstāšana ar stabilizētām vai zemas C kategorijas precēm turpmākai ražošanai.
5. Gadījumu izpēte — reprezentatīvi problēmu novēršanas piemēri
Lieta 1 — atkārtota iekšējā porainība sūkņa lāpstiņriteņos
Galvenais cēlonis: neadekvāta degazēšana un turbulenta grunts ieliešanas tehnika, kas piesaista skābekli; sarežģītas plānas uz biezas pārejas, kas izraisa starpdendrītu saraušanos.
Risinājums: ieviesta argona degazēšana, pārgāja uz zemas turbulences grunts liešanu, pārveidoti vārti un pievienoti drebuļi; piemēroja HIP lidojuma kritiskajām daļām.
Lieta 2 — Aukstā izslēgšana un nepareiza darbība plānsienu siltummaiņos
Galvenais cēlonis: pārāk zema ieliešanas temperatūra un nepietiekama ventilācija caur serdeņiem; nekonsekventa apvalka caurlaidība.
Risinājums: paaugstināta ieliešanas temperatūra sakausējuma logā, uzlabota čaumalu žāvēšana, optimizēti ventilācijas kanāli un modificēts vārsts, lai nodrošinātu lamināru plūsmu — izslēgti auksti aizvēršanās.
Lieta 3 — Virsmas sēra iekrāsošanās un lokāla korozija pēc liešanas
Galvenais cēlonis: oglekli saturošas saistvielas atlikumi un nepietiekama apvalka tīrīšana, kas izraisa lokālu sulfīda traipu un bedrīšu veidošanos.
Risinājums: pārskatīts devaska un apvalku mazgāšanas process, ieviesa augstākas temperatūras čaumalu cepšanu, lai noņemtu gaistošas vielas, un tika veikta elektropulēšana un citrona pasivēšana.
6. Secinājums
Nerūsējošā tērauda precīzā liešana nodrošina sarežģītas ģeometrijas, augsta izmēru precizitāte un izcila virsmas kvalitāte, bet tas pēc būtības ir jutīgs pret metalurģijas un ar procesu saistītiem mainīgajiem lielumiem.
Visbiežāk sastopamie liešanas defekti, piemēram, porainība, saraušanās, ieslēgumi, karstā plīsuma un virsmas ķīmijas problēmas nav nejauši notikumi; tie ir tieši sakausējuma izvēles rezultāti, kausēšanas prakse, pelējuma kvalitāte, siltuma kontrole un detaļu dizains.
Kvalitātes un uzticamības atslēga slēpjas tajā profilaktiskā kontrole, nevis remonts pēc liešanas.
Agrīnie lēmumi noformēšanā liešanai, vārtu un stāvvadu izkārtojums, apvalka izgatavošana un kausēšanas disciplīna novērš lielāko daļu defektu, pirms tie veidojas.
Kaut arī koriģējošie pasākumi, piemēram, HIP, termiskā apstrāde un metināšanas šuvju remonts var atgūt kritisko komponentu vērtību, tie palielina izmaksas, un tiem nevajadzētu aizstāt spēcīgu procesa kontroli.
Noslēgums, Nerūsējošā tērauda precīzā liešana inženiertehniskajā projektēšanā kļūst par paredzamu un augstvērtīgu ražošanas risinājumu, materiālzinātne un procesu kontrole ir saskaņotas.
Sistemātiska profilakse, mērķtiecīga pārbaude un nepārtraukta uzlabošana ir ilgtermiņa liešanas kvalitātes un veiktspējas pamats.
