Tuangan Pasir Bersalut Keluli Tahan Karat

1. Ringkasan Eksekutif

Tuangan pasir bersalut keluli tahan karat menggabungkan pengacuan berasaskan pasir yang menjimatkan dengan salutan permukaan kejuruteraan untuk menghasilkan tahan kakisan, tuangan yang teguh secara mekanikal.

Salutan (lapisan refraktori nipis yang digunakan pada acuan atau teras pasir) melindungi pasir daripada serangan kimia oleh keluli tahan karat cair, meningkatkan kemasan permukaan, mengawal tindak balas acuan logam, dan mengurangkan kecacatan seperti penembusan, pasir terbakar dan koyak panas.

Pemilihan kimia salutan yang betul, saiz zarah dan parameter proses adalah penting—aloi tahan karat adalah reaktif dan mempunyai suhu penuangan yang tinggi, jadi integriti shell, kebolehtelapan dan kestabilan haba adalah kritikal.

Apabila dilaksanakan dengan betul, tuangan pasir bersalut menghasilkan komponen bernilai tinggi untuk pam, injap, kelengkapan petrokimia, Perkakasan Marin, bahagian pemprosesan makanan dan banyak aplikasi perindustrian berat.

2. Apakah itu Tuangan Pasir Bersalut Keluli Tahan Karat?

Bersalut keluli tahan karat Pemutus pasir adalah kaedah tuangan acuan pasir di mana permukaan rongga acuan sengaja ditutup dengan nipis, salutan refraktori kejuruteraan (sering dipanggil facecoat, basuh, atau basuh acuan) sebelum menuang keluli tahan karat cair.

Salutan dirumus daripada serbuk refraktori (zirkon, Alumina, kromit, dll.) tersebar dalam pembawa cecair atau pengikat dan digunakan pada acuan atau permukaan teras sebagai filem nipis (biasanya berpuluh hingga beberapa ratus mikrometer).

Tujuannya adalah untuk bertindak sebagai antara muka yang serasi secara kimia dan terma antara keluli tahan karat cair reaktif dan acuan pasir pukal, sekali gus meningkatkan kemasan permukaan,

menindas tindak balas logam-pasir, mengawal pemindahan haba pada antara muka acuan logam, dan mengurangkan kecacatan seperti penembusan, pasir terbakar dan kemasukan pasir terbenam.

Konsep teras

Tuangan pasir bersalut = tuangan acuan pasir konvensional + lapisan muka kejuruteraan yang digunakan pada permukaan rongga acuan.

Lapisan muka mengubah suai interaksi acuan-logam serta-merta manakala pasir/stuko asas menyediakan sokongan pukal, kebolehtelapan dan penimbalan haba.

Teknik ini disesuaikan secara khusus keluli tahan karat dan aloi tinggi, yang agresif secara kimia, mempunyai suhu penuangan yang tinggi, dan sensitif terhadap pencemaran permukaan dan kemasukan.

Aliran proses biasa

1. Corak & penyediaan teras: membuat acuan pasir dan sebarang teras dengan cara biasa (pasir hijau, pasir resin, atau sistem pasir shell).
2. Aplikasi facecoat: sapukan salutan refraktori pada permukaan rongga dengan memberus, menyembur atau mencelup. Sasarkan ketebalan filem basah biasanya 0.05–0.25 mm bergantung pada keperluan formulasi dan bahagian.
3. Binaan stucco/backer: jika digunakan, taburkan stuko atau gunakan salutan penyokong tambahan untuk membina ketebalan dan kebolehtelapan.
4. Pengeringan / bakar dahulu / penyaman udara: biarkan salutan kering dan, di mana diperlukan, bakar sebahagian acuan untuk menstabilkan lapisan muka dan mengeluarkan meruap.
5. Mencurahkan: tuangkan keluli tahan karat cair pada haba terkawal; salutan mesti menahan serangan kimia dan kejutan haba.
6. Shakeout & pembersihan: keluarkan pasir dan sisa salutan; salutan yang baik mengurangkan pasir terikat dan memudahkan pembersihan.
7. Pemeriksaan / rawatan haba: NDT dan sebarang rawatan haba atau kemasan yang diperlukan.

Fungsi utama salutan

• Penghalang kimia: menghadkan tindak balas langsung antara keluli tahan karat cair dan silika/alumina reaktif dalam pasir; mengurangkan pembentukan silikat lebur rendah dan lapisan tindak balas berkaca.
• Kesetiaan permukaan: dengan saiz zarah yang betul dan pembungkusan salutan mereplikasi perincian corak halus dan memberikan permukaan seperti tuangan yang lebih licin.
• Kawalan terma: mengubah suai pengekstrakan haba tempatan dan kadar penyejukan, mempengaruhi struktur mikro dan pengecutan pemejalan.
• Kawalan kebolehtelapan: lapisan muka padat nipis digabungkan dengan lapisan belakang yang lebih kasar mengekalkan pengudaraan keseluruhan sambil menghalang penembusan gas di permukaan.
• Perlindungan habuk dan hakisan: mengurangkan hakisan mekanikal pasir semasa aliran logam dan meminimumkan zarah terbenam.

3. Ciri fizikal dan metalurgi utama tuangan keluli tahan karat daripada acuan pasir bersalut

Aspek suhu tinggi dan kereaktifan

• Austenitic Keluli tahan karat dan banyak gred aloi tinggi mempunyai julat pepejal-cecair bukannya satu titik.
  Gred austenit biasa (Mis., 304/316 keluarga) mungkin mula menjadi kukuh di sekelilingnya ~1370–1450 °C dan selesai mencairkan sekeliling ~1500–1540 °C bergantung kepada komposisi dan pengaloian; banyak keluli tahan karat martensitik atau dupleks mempunyai julat yang agak berbeza.
  Salutan mesti menahan sentuhan sementara pada suhu ini tanpa membentuk produk tindak balas lebur rendah.
• Leburan tahan karat mengandungi oksida permukaan dan spesies aktif (Mis., oksigen terlarut, Sulfur, Slag) yang boleh bertindak balas secara kimia dengan komponen acuan berasaskan silika; salutan yang mengehadkan pertukaran kimia mengurangkan penembusan dan melekat pasir.

Akibat terma dan mekanikal

• Kawalan fluks haba pada antara muka mempengaruhi kadar pemejalan tempatan, Mikrostruktur (jarak lengan dendrit), corak pengecutan dan taburan keliangan.
• Pengecutan dan tingkah laku pemejalan tuangan tahan karat adalah sensitif kepada ketebalan bahagian;
  pengecutan pemejalan linear tipikal untuk banyak tuangan tahan karat adalah dalam julat ~1–2%, tetapi nilai yang tepat bergantung pada aloi, geometri tuangan dan keadaan penyejukan.
• Keliangan dan kerentanan kemasukan adalah lebih tinggi apabila salutan gagal menghalang interaksi logam-pasir atau apabila kebolehtelapan/pengeluaran tidak mencukupi.

Kebersihan permukaan dan metalurgi

• Salutan yang betul mengurangkan pembentukan keras, lapisan tindak balas berkaca dan mengurangkan kemasukan pasir terbenam, memperbaiki kehidupan keletihan, prestasi kakisan dan kebolehmesinan permukaan.

4. Bahan acuan dan salutan — prinsip pemilihan dan sistem biasa

Pemacu pemilihan: kimia aloi dan suhu penuangan, kemasan permukaan yang dikehendaki, geometri tuangan dan keperluan pengudaraan, keupayaan pemprosesan tempatan yang tersedia, kos.

Keluarga salutan biasa

• Salutan berasaskan zirkon (tepung zirkon + pengikat): lengai secara kimia kepada cair tahan karat, memberikan kemasan permukaan yang sangat baik—diutamakan untuk tuangan berkualiti tinggi.
• Alumina (bercantum atau terkalsin Al₂O₃) salutan: refraktori yang tinggi, baik untuk rintangan lelasan dan suhu penuangan yang tinggi.
• Chromit / campuran spinel: kadangkala digunakan untuk perkhidmatan suhu tinggi; menawarkan rintangan kejutan haba.
• Cucian fosfat atau silika (berasaskan silika-sol): Kos yang lebih rendah, lekatan yang lebih baik; silika-sol menawarkan ikatan yang baik tetapi mesti dirumus dengan teliti untuk mengelakkan tindak balas dengan keluli-sering digabungkan dengan pengisi lengai (zirkon/alumina).
• Silika koloid dan sistem sol bebas natrium: mengurangkan pencemaran ion, meningkatkan kekuatan hijau; selalunya digunakan dengan pengisi zirkon/alumina untuk menghasilkan salutan muka yang stabil.
• Salutan terikat secara organik (berasaskan resin) adalah kurang biasa untuk tahan karat kerana gas penguraian dan potensi pengambilan karbon.

Komponen dan reka bentuk salutan

• Pilihan zarah pengisi dan JPA: mengawal ketumpatan api, kebolehtelapan dan replikasi permukaan. Pengisi halus menghasilkan kemasan yang lebih baik tetapi mengurangkan kebolehtelapan.
• Pengikat dan bahan tambahan: mengawal lekatan, pembasahan dan pembentukan filem. Gunakan agen pembasahan/penyebaran bukan ionik untuk mengelakkan ketidakstabilan sol.
• Kaedah permohonan: Menyikat, menyembur, mencelup, atau salutan buburan permukaan acuan; kawalan ketebalan adalah penting.

5. Kecacatan biasa dan strategi mitigasi

6. Kemasan permukaan, ketepatan dimensi dan elaun pemesinan

• Bahagian tahan karat tuang pasir bersalut sering dicapai kualiti permukaan as-cast yang baik dengan nilai Ra yang boleh berada dalam julat mikrometer rendah
  apabila lapisan muka zirkon berkualiti tinggi dan parameter proses terkawal digunakan — walaupun nilai tepat bergantung pada geometri tuangan dan salutan.
• Ketepatan dimensi dikawal oleh kestabilan pasir, pengembangan haba, dan pengecutan pemejalan.
  Toleransi biasa boleh terdiri daripada toleransi tuangan pasir standard kepada had yang lebih ketat jika sistem cangkang dan salutan dioptimumkan.
• Elaun pemesinan (stok dikeluarkan) hendaklah dinyatakan berdasarkan matlamat kemasan permukaan dan lekatan pasir yang dijangkakan; kawalan salutan yang lebih ketat mengurangkan keperluan untuk penyingkiran stok yang berat.

7. Rawatan haba, kawalan struktur mikro dan sifat mekanikal

• Struktur pemejalan (saiz bijirin, jarak lengan dendritik) dipengaruhi oleh kadar penyejukan tempatan yang dikawal oleh kekonduksian terma salutan dan acuan.
  Struktur mikro yang lebih halus meningkatkan sifat keliatan dan keletihan.
• Rawatan haba pasca-casting (Penyelesaian Anneal, melegakan tekanan, penuaan) biasanya digunakan pada tuangan tahan karat untuk menyeragamkan kimia, melarutkan fasa yang tidak diingini dan memulihkan rintangan kakisan.
  Tentukan jadual rawatan haba mengikut piawaian aloi (Mis., penyepuhlindapan larutan pada ~1000–1100 °C dan pelindapkejutan pantas untuk banyak austenitik).
• Sifat mekanikal: keluli tahan karat as-cast biasanya menawarkan kekuatan tegangan dan prestasi kakisan yang baik yang boleh dipertingkatkan lagi dengan rawatan haba dan pemejalan terkawal.
  Kegagalan salutan dan kemasukan boleh mengurangkan hayat keletihan secara drastik; oleh itu, integriti permukaan yang tinggi adalah penting untuk komponen kritikal.

8. Ciri-ciri Utama Tuangan Pasir Bersalut Keluli Tahan Karat

Bahagian ini meringkaskan kekuatan yang menentukan dan had intrinsik tuangan pasir bersalut untuk aloi tahan karat.

Setiap perkara termasuk implikasi praktikal dan—jika berkaitan—cara untuk mengurus atau mengurangkan kelemahan dalam pengeluaran.

Kelebihan teras

Ketepatan dimensi tinggi dan kualiti permukaan

Apabila lapisan muka lengai yang dirumus dengan betul (zirkon, alumina atau campuran kejuruteraan) diterapkan dan dikawal, salutan membentuk padat, antara muka berbutir halus yang menghasilkan semula butiran corak dengan teliti dan mengurangkan pasir terbenam dan lapisan tindak balas berkaca dengan ketara.

Hasilnya adalah penambahbaikan kemasan permukaan sebagai tuang (Ra bawah), kemasukan permukaan yang lebih sedikit dan kawalan dimensi tempatan yang lebih ketat berbanding dengan acuan pasir yang tidak dirawat.

Untuk bahagian yang memerlukan pemesinan terhad atau kemasan kosmetik, ini boleh mengurangkan masa dan kos pasca pemprosesan.

Kestabilan suhu tinggi yang sangat baik dan prestasi anti-melekat pasir

Lapisan muka refraktori yang dipilih untuk aplikasi keluli tahan karat dipilih kerana sifat lengai termokimia mereka terhadap aloi tahan karat cair.

Zirkon ketulenan tinggi atau lapisan muka alumina bersatu menentang penembusan kimia, pembentukan fasa kaca dan pelembutan pada suhu tuang, dengan itu menghalang "melekat pasir" dan kecacatan kudis.

Rintangan ini mengekalkan integriti permukaan dan mengurangkan sekerap daripada pasir yang melekat.

Kebolehlipatan yang baik dan pembersihan pasir yang mudah

Kerana sistem pasir bersalut mengekalkan kelakuan pukal pasir di bawahnya (terutamanya apabila penyokong lebih kasar), cengkerang masih boleh mempamerkan kebolehruntuhan yang baik selepas penyejukan—memudahkan goncangan dan penambakan pasir.

Reka bentuk kot muka/penyandar yang seimbang menghasilkan tuangan yang lebih mudah dibersihkan dan memerlukan pemesinan pasca yang kurang agresif untuk mengeluarkan pasir yang terikat, mengurangkan kos buruh dan pembersihan kasar.

Kecekapan pengeluaran yang tinggi dan kesesuaian untuk pengeluaran besar-besaran

Tuangan pasir bersalut diintegrasikan ke dalam aliran kerja faundri pasir konvensional dengan pelaburan modal tambahan yang sederhana untuk pembancuh, penyembur atau pelantar celup.

Untuk komponen sederhana hingga besar atau volum pengeluaran yang lebih tinggi, ia menyediakan nisbah kos-kepada-kualiti yang menggalakkan berbanding dengan proses pelaburan/cangkang penuh: masa kitaran adalah singkat, kos perkakas adalah lebih rendah, dan proses berskala dengan baik untuk larian berulang.

Fleksibiliti proses dan ekonomi material

Palet luas kimia salutan dan gred pengisi membolehkan faundri menala salutan kepada aloi tertentu, geometri dan keperluan permukaan.

Kerana hanya kot kejuruteraan nipis digunakan, kos bahan tertumpu di mana ia penting (muka), manakala pasir pukal boleh menjadi bahan stuko/backer yang menjimatkan.

Batasan yang wujud

Terhad kepada tuangan bersaiz kecil hingga sederhana (had praktikal)

Walaupun pasir bersalut berfungsi dengan baik dalam pelbagai saiz, ia paling berdaya saing untuk komponen kecil hingga sederhana di mana kawalan facecoat dan kitaran ketuhar/bakar boleh diurus.

Tuangan yang sangat besar memberikan cabaran dalam mencapai ketebalan salutan seragam, pengeringan/penggangan yang konsisten dan kebolehtelapan yang mencukupi merentas isipadu;
dalam kes sedemikian kaedah alternatif (sistem cangkerang berskala besar, tuangan bersegmen atau proses yang berbeza) mungkin diutamakan.

Kos langsung yang lebih tinggi daripada tuangan pasir hijau asas

Menambah facecoat kejuruteraan (zirkon, Alumina, sistem silika-sol), pengikat sampingan dan langkah pengendalian tambahan meningkatkan kos bahan dan proses setiap bahagian berbanding tuangan pasir hijau mentah.

Premium adalah wajar apabila kualiti permukaan dipertingkatkan, kerja semula yang dikurangkan dan rintangan kakisan menghasilkan jumlah kos kitaran hayat yang lebih rendah, tetapi untuk nilai rendah, bahagian tidak kritikal kos pendahuluan yang lebih tinggi mungkin menjadi terlalu tinggi.

Mudah terdedah kepada kecacatan lubang gas

Kerana facecoat sengaja lebih padat daripada backer, terdapat risiko intrinsik untuk memerangkap gas yang dihasilkan semasa dewaxing dan pirolisis pengikat.

Jika facecoat terlalu tebal, terlebih panggang, atau penyokong tidak mempunyai kebolehtelapan yang mencukupi, gas boleh terperangkap pada antara muka acuan logam, menghasilkan lubang jarum, lubang angin atau isian yang tidak mencukupi.

Mitigasi memerlukan keseimbangan teliti ketebalan facecoat, jadual dewax/panggang terkawal, dan reka bentuk penyokong/stuko berperingkat untuk menyediakan laluan bolong.

Keperluan ketat pada parameter proses dan ketekalan bahan

Tuangan pasir bersalut kurang memaafkan daripada tuangan pasir biasa: nisbah P/L salutan, reologi buburan, ketebalan filem basah, profil pengeringan, kitaran panggang, suhu acuan, mencairkan haba lampau dan mencairkan kebersihan semuanya sangat mempengaruhi hasil.

Selain itu, kebolehubahan lot-ke-lot dalam pengisi berprestasi tinggi (zirkon, kaolin terkalsin, alumina bercantum) atau pengikat boleh menjejaskan kualiti tuangan dengan cepat.

Ini memerlukan kawalan proses yang berdisiplin, QC bahan masuk (JPA, Xrf, LOI), kelayakan pembekal dan latihan pengendali—pelaburan yang tidak semua kedai bersedia untuk dibuat.

9. Aplikasi Industri Tuangan Pasir Bersalut Keluli Tahan Karat

Tuangan pasir bersalut digunakan secara meluas di mana sifat keluli tahan karat (Rintangan kakisan, permukaan yang bersih, kekuatan mekanikal) diperlukan, tetapi geometri, saiz atau kekangan ekonomi menjadikan pemutus shell/pelaburan tidak praktikal.

Pam, injap dan peralatan pengendalian bendalir

• Bahagian biasa: Skrol, pendesak, injap badan, Kerusi injap, batang, pam casings.
• Kenapa pasir bersalut: bahagian memerlukan rintangan kakisan dan kemasan permukaan yang cukup baik untuk meminimumkan kehilangan aliran dan menambah baik pengedap;
  facecoats bersalut mengurangkan kemasukan pasir dan pasir melekat di laluan aliran. Saiz besar dan larian volum pertengahan memihak kepada pasir bersalut secara ekonomi.

Industri proses petrokimia dan kimia

• Bahagian biasa: manifolds, kelengkapan, badan injap, perumah penukar haba.
• Kenapa pasir bersalut: loji kimia memerlukan geometri tahan kakisan selalunya terlalu besar atau mahal untuk tuangan pelaburan yang tepat.
  Lapisan muka zirkon/alumina mengurangkan risiko penembusan bahan kimia dan memanjangkan hayat perkhidmatan dalam persekitaran kimia sederhana.

Marin dan perkakasan luar pesisir

• Bahagian biasa: kurungan, gandingan, kelengkapan bebibir, komponen pam air laut.
• Kenapa pasir bersalut: perkhidmatan air laut memerlukan aloi tahan karat; lapisan muka bersalut mengurangkan pasir terbenam dan memberikan permukaan yang kurang berkemungkinan terhakis dari tapak permulaan pitting.
  Untuk perendaman air laut yang berterusan dupleks atau pilihan aloi yang lebih tinggi mungkin diperlukan walaupun bersalut.

Makanan, minuman dan peralatan farmaseutikal

• Bahagian biasa: badan corong, perumahan injap, pencampuran pendesak.
• Kenapa pasir bersalut: kebersihan dan kebolehbersih memerlukan permukaan licin dan kandungan kemasukan yang rendah;
  pasir bersalut membolehkan pengeluaran kos efektif komponen peralatan yang lebih besar yang memenuhi kebersihan permukaan selepas selesai/menggilap.

Penjanaan kuasa & sistem terma

• Bahagian biasa: kurungan turbin, manifold ekzos, komponen dandang (apabila tahan karat digunakan).
• Kenapa pasir bersalut: bahagian sederhana hingga besar yang melihat suhu tinggi atau gas serombong menghakis boleh dihasilkan secara ekonomi dengan salutan teguh yang menentang interaksi logam cair dan memperbaiki keadaan permukaan as-cast.

Komponen tahan karat seni bina dan hiasan

• Bahagian biasa: pagar, Perkakasan, Hiasan Hiasan.
• Kenapa pasir bersalut: kualiti permukaan yang tinggi dan rintangan kakisan digabungkan dengan kos yang lebih rendah berbanding tuangan pelaburan untuk hiasan besar.

Automotif dan jentera berat (dipilih)

• Bahagian biasa: manifold ekzos, kurungan, perumahan untuk persekitaran yang menghakis.
• Kenapa pasir bersalut: apabila tahan karat diperlukan untuk rintangan kakisan atau haba dan saiz bahagian adalah sederhana hingga besar, pasir bersalut menyediakan laluan pembuatan yang berdaya maju.

10. Kesimpulan

Tuangan pasir bersalut keluli tahan karat ialah hibrid pragmatik yang menggabungkan ekonomi dan fleksibiliti tuangan pasir dengan salutan permukaan kejuruteraan yang melindungi daripada serangan kimia dan meningkatkan kualiti permukaan.

Kejayaan terletak pada pendekatan sistem: kimia salutan dan reka bentuk zarah yang betul, kejuruteraan acuan dan pasir yang teliti,

profil terma terkawal semasa dewaxing/membakar dan menuang, dan pengurusan QC dan pembekal yang berdisiplin.

Apabila unsur-unsur ini disepadukan, komponen tahan karat tuang pasir bersalut memberikan prestasi yang boleh dipercayai dalam persekitaran industri yang menuntut dengan kecekapan kos yang menarik.

 

Soalan Lazim

Mengapa menggunakan pasir bersalut dan bukannya pelaburan / tuangan cangkerang untuk tahan karat?

Kos tuangan pasir bersalut lebih murah dan berskala dengan baik untuk bahagian yang lebih besar manakala salutan boleh mencapai kualiti permukaan yang setanding untuk banyak aplikasi.

Pelaburan / tuangan cangkerang menghasilkan ketepatan permukaan dan dimensi yang unggul tetapi pada kos yang lebih tinggi.

Salutan mana yang terbaik untuk keluli tahan karat?

Tiada salutan "terbaik" tunggal; salutan berasaskan zirkon selalunya diutamakan untuk kualiti yang tinggi kerana lengai kimia.

Campuran alumina dan sistem silika-sol yang direka bentuk dengan pengisi lengai juga berkesan apabila dipadankan dengan aloi dan proses.

Bagaimanakah salutan menjejaskan rintangan kakisan?

Salutan yang baik mengurangkan pasir terbenam dan lapisan tindak balas yang bertindak sebagai tapak permulaan untuk kakisan dan meningkatkan kesinambungan permukaan, yang meningkatkan rintangan kakisan pada bahagian akhir, dibersihkan, dan bahagian selesai.

Apakah mod kegagalan yang paling biasa dikaitkan dengan salutan?

Pasir melekat dan penembusan kimia berlaku apabila salutan tercemar, terlalu nipis, terdiri daripada pengisi reaktif, atau apabila menuang superheat adalah berlebihan.

Adakah salutan menukar keperluan rawatan haba?

Salutan menjejaskan kadar penyejukan tempatan dan oleh itu mikrostruktur as-cast.

Jadual rawatan haba untuk aloi tahan karat biasanya dikawal oleh kimia aloi dan sifat yang dikehendaki,

tetapi jurutera proses harus mengesahkan rawatan haba pada tuangan perwakilan yang dihasilkan dengan sistem salutan yang dipilih.