1. Pengenalan
Ketepatan (pelaburan) pemutus digunakan secara meluas untuk pendesak pam, badan injap, komponen turbo, implan perubatan dan bahagian yang dipesan lebih dahulu di mana geometri, kemasan permukaan dan integriti metalurgi adalah kritikal.
Keluli tahan karat menarik untuk aplikasi tersebut kerana rintangan kakisan, sifat mekanikal dan rintangan haba.
Tetapi gabungan bentuk kompleks, bahagian nipis dan metalurgi keluli tahan karat meningkatkan risiko kecacatan.
Mengurangkan risiko ini memerlukan pendekatan bersepadu daripada pemilihan bahan dan reka bentuk corak melalui peleburan, pembuatan cangkerang, mencurahkan, rawatan haba, pemeriksaan dan penamat.
2. Keluarga keluli tahan karat utama digunakan dalam tuangan ketepatan
- Austenitic (Mis., 304, 316, 321, CF-3M): Kandungan Ni/Cr yang tinggi, kemuluran yang baik dan rintangan kakisan.
Austenitik adalah pemaaf dari segi keretakan tetapi terdedah kepada keliangan gas (Hidrogen), pengoksidaan permukaan dan pengkarburan dalaman/penyahkok dalam sesetengah atmosfera.
Mereka tidak berubah semasa penyejukan, jadi kawalan pemejalan dan kebersihan kemasukan adalah kunci. - Dupleks (feritik-austenit): Kekuatan yang lebih tinggi dan rintangan SCC yang lebih baik dalam sesetengah persekitaran.
Gred dupleks lebih sensitif kepada sejarah haba: pendedahan yang berpanjangan dalam julat 300–1000°C boleh menggalakkan fasa yang memalukan (Sigma), dan ketidakseimbangan dalam penyejukan boleh menyebabkan nisbah ferit/austenit yang tidak diingini. - Martensit / pemendakan pemendakan (Mis., 410, 17-4Ph): Digunakan apabila kekuatan/kekakuan atau kekerasan yang lebih tinggi diperlukan.
Aloi ini boleh menjadi lebih mudah retak jika pengecutan pemejalan atau kecerunan terma tidak diurus dengan betul dan memerlukan rawatan haba pasca tuangan yang teliti. - Aloi tinggi/kekhususan (Mis., 6Mo, 20Cr-2Ni): Peningkatan pengaloian boleh meningkatkan masalah dengan pengasingan, pengoksidaan dan keserasian refraktori; amalan lebur dan kawalan sanga menjadi lebih penting.
3. Proses pemutus ketepatan — langkah kritikal dan mengawal pembolehubah
Peringkat utama di mana kecacatan diperkenalkan:
- Corak & Reka bentuk gating: corak lilin atau polimer, gating, strategi riser, fillet, draf.
- Bangunan cangkerang: kimia buburan, saiz stuko, kitaran pengeringan/penyembuhan dan kawalan ketebalan cangkerang.
- Penyingkiran corak / Dewax: kebersihan dan ketiadaan sisa.
- Panaskan / Bakar: suhu terkawal untuk membuang sisa organik dan mengawal kejutan haba.
- Lebur & rawatan logam: amalan lebur (induksi, induksi vakum, cupola dielakkan untuk tahan karat), Deoxidation, penyingkiran sanga, degassing (argon), kawalan kemasukan, dan ketepatan kimia aloi.
- Mencurahkan: menuangkan suhu, teknik (bawah/atas tuang), untuk limpa, dan kawalan suasana.
- Pemejalan & penyejukan: Pengukuhan arah, prestasi riser, kawalan kecerunan terma.
- Penyingkiran cangkerang, pembersihan dan pengotoran: pembersihan mekanikal dan kimia, pemeriksaan.
- Rawatan haba pasca-casting: Penyelesaian Anneal, menghilangkan, pembiakan, melegakan tekanan seperti yang ditentukan oleh keperluan aloi dan mekanikal.
- Ujian tidak merosakkan & penamat: Ndt, pemesinan, HIP jika dinyatakan, kemasan permukaan dan pasif.
Pembolehubah kawalan termasuk: mencairkan kebersihan dan kimia, keliangan cangkang dan kebolehtelapan, profil panaskan, suhu mencurah dan gelora, konfigurasi kenaikan dan penyuap, dan kitaran terma selepas tuangan.
4. Kecacatan yang paling biasa dalam tuangan ketepatan keluli tahan karat
Bahagian ini menyenaraikan kecacatan yang paling kerap muncul dalam keluli tahan karat Pelaburan Pelaburan, menerangkan bagaimana dan mengapa ia terbentuk, dan memberikan pengesanan praktikal, langkah pencegahan dan pemulihan.
Keliangan gas (Blowholes, pinholes, keliangan sarang lebah)
Macam mana rupanya: lompang sfera atau bulat yang diedarkan melalui tuangan; lubang jarum pecah permukaan atau kelompok keliangan bawah permukaan; kadangkala rangkaian sarang lebah di kawasan interdendritik.
Punca punca: gas terlarut (terutamanya hidrogen, kadangkala nitrogen/oksigen) dilepaskan semasa pemejalan; lembapan atau organik meruap dalam cangkerang atau corak; penyahgasan yang tidak mencukupi; bergelora mencurah udara atau najis; tindak balas dalam gas yang menghasilkan leburan.
Bagaimana untuk mengesan: Visual (lubang jarum permukaan), penembus pewarna untuk pori-pori pecah permukaan, radiografi/CT untuk keliangan bawah permukaan, ujian kebocoran ultrasonik atau helium untuk bahagian kritikal tekanan.
Pencegahan: keringkan cangkerang dengan ketat dan kawal penyingkiran dewax/abu; melakukan penyahgasan cair (campuran argon/argon-oksigen, vakum degassing);
gunakan bahan cas bersih dan kurangkan fluks reaktif; tuang dengan teknik aliran laminar atau bottom-tuang; mengawal suhu penuangan untuk mengimbangi kecairan vs pengambilan gas.
Pemulihan: menekan isostatik panas (Hip) untuk menutup keliangan dalaman yang memerlukan fungsi; pemesinan tempatan untuk membuang liang permukaan; pembaikan kimpalan untuk kecacatan terpencil jika metalurgi dan reka bentuk membenarkan.
Keliangan pengecutan (pengecutan interdendritik)
Macam mana rupanya: tidak teratur, selalunya lompang yang saling berkait tertumpu pada lokasi yang terakhir beku (bahagian tebal, simpang)—mungkin muncul sebagai rangkaian dendritik atau lompang pusat.
Punca punca: pemberian makanan yang tidak mencukupi semasa pemejalan; aloi dengan julat pembekuan yang luas yang menggalakkan pengecutan interdendritik;
penempatan riser/gating yang lemah; haba lampau atau penebat berlebihan yang tidak mencukupi yang melambatkan pemejalan di tempat panas.
Bagaimana untuk mengesan: radiografi dan CT untuk pemetaan lompang dalaman; keratan metalografik untuk mengesahkan morfologi interdendritik.
Pencegahan: gunakan amalan pemejalan berarah—letakkan penaik/penyumpan pada volum lepas beku, gunakan sejuk untuk mengubah suai laluan pemejalan, semak semula gating untuk memastikan penyusuan, gunakan perisian simulasi untuk mengesahkan tingkah laku titik panas.
Pemulihan: HIP untuk padatkan pengecutan dalaman; reka bentuk semula untuk menambah suapan atau menukar geometri bahagian untuk pengeluaran seterusnya; binaan kimpalan setempat untuk dibenarkan, pengecutan yang boleh diakses.
Kemasukan dan perangkap sanga
Macam mana rupanya: zarah sudut gelap atau rentetan dalam matriks (Slag, Filem oksida, serpihan refraktori), kadangkala kelihatan pada permukaan mesin atau dalam keratan rentas patah.
Punca punca: penyingkiran skimming/slag yang tidak mencukupi dalam relau, bergelora mencurahkan najis, bahan cangkerang tidak serasi spalling ke dalam cair, pengaliran yang tidak mencukupi, atau penapisan cair yang tidak mencukupi.
Bagaimana untuk mengesan: radiografi/CT untuk kemasukan yang lebih besar, metalografi untuk zarah kecil, pemeriksaan white-etch dan fractography untuk analisis kegagalan.
Pencegahan: pembersihan cair yang ketat (Skimming, fluks), penuangan terkawal untuk mengelakkan pergolakan, menuang bawah atau menuang tenggelam di mana praktikal,
formulasi cangkerang yang serasi dengan kerapuhan terkawal, dan amalan pemindahan senduk berkala yang meminimumkan kemasukan sanga.
Pemulihan: pemesinan kemasukan permukaan; pembaikan kimpalan atau penggantian bahagian untuk bahagian galas beban; amalan dan pemeriksaan pencairan yang lebih baik sebelum penuangan berikutnya.
Sejuk menutup dan salah lari (pengisian tidak lengkap)
Macam mana rupanya: garisan permukaan, garisan pusingan sejuk, bahagian yang tidak lengkap, atau kawasan nipis di mana rongga tidak terisi sepenuhnya.
Punca punca: suhu menuang rendah, aliran logam cair tidak mencukupi, gerbang atau pengudaraan yang lemah, kebolehtelapan cangkang yang berlebihan atau bintik basah, bahagian yang terlalu nipis atau laluan aliran panjang.
Bagaimana untuk mengesan: pemeriksaan visual dan pemeriksaan dimensi untuk kecacatan permukaan; CT/radiografi untuk mengesahkan pengisian yang tidak lengkap di kawasan tersembunyi.
Pencegahan: mengesahkan gating dan venting untuk lamina, aliran tanpa gangguan; laraskan suhu tuang dan kadar tuang untuk mengekalkan kecairan;
pastikan ketebalan bahagian seragam atau tambah saluran suapan; memperbaiki pengeringan kulit untuk mengelakkan penyejukan setempat.
Pemulihan: kerja semula dengan mengimpal dan pemesinan di mana geometri membenarkan; reka bentuk semula gating untuk larian masa hadapan.
Panas merobek / retak panas (retakan pemejalan)
Macam mana rupanya: retakan tidak teratur di kawasan yang bertahan lama, selalunya pada permukaan luar atau berhampiran fillet dan ciri-ciri terkandas, muncul semasa penyejukan.
Punca punca: terikan tegangan semasa selang separa pepejal/pepejal lewat apabila kemuluran logam rendah; geometri terhad, Perubahan seksyen mendadak, pemakanan yang tidak mencukupi atau pematuhan acuan yang lemah; aloi dengan julat pemejalan yang luas lebih mudah terdedah.
Bagaimana untuk mengesan: visual dan penembus pewarna untuk rekahan permukaan; radiografi/CT untuk rekahan bawah permukaan; metalografi untuk mengesahkan morfologi pemejalan dan pemasaan retak.
Pencegahan: reka bentuk untuk mengurangkan kekangan (tambah fillet, meningkatkan jejari, elakkan teras tegar yang menetapkan pergerakan), ubah suai strategi gating/riser untuk mengurangkan ketegangan tegangan semasa pemejalan,
gunakan bahan acuan dengan pematuhan sedikit atau lengan penebat, dan memperhalusi urutan tuangan untuk mengurangkan kecerunan terma.
Pemulihan: kadangkala boleh dibaiki dengan tindanan kimpal dan rawatan haba selepas kimpalan jika geometri dan metalurgi membenarkan; sebaliknya mereka bentuk semula dan mengeluarkan semula alatan.
Macam mana rupanya: kekasaran permukaan, zarah refraktori tertanam tajam, serpihan cengkerang longgar atau bahagian skala yang mengelupas. Pembersihan cangkang boleh mencipta rongga permukaan yang besar.
Punca punca: cangkang yang lemah (stuko yang tidak mencukupi, tempurung yang kurang bakar), serangan kimia antara logam cair dan pengikat cangkerang, pergolakan yang mencurah berlebihan, atau suhu logam yang berlebihan menyebabkan kerosakan cangkerang.
Bagaimana untuk mengesan: pemeriksaan visual permukaan as-cast, metalografi untuk mengenal pasti kemasukan refraktori, dan fraktografi untuk menentukan penglibatan ikatan cangkerang.
Pencegahan: mengawal komposisi buburan dan penggredan stuko, gunakan jadual pengeringan cangkerang dan dewax yang betul, gunakan salutan cangkerang di mana sesuai untuk menghadkan tindak balas cangkerang logam, dan gunakan amalan tuang yang sesuai untuk menghadkan hakisan mekanikal.
Pemulihan: keluarkan dan tampal rongga permukaan dengan mengimpal dan pemesinan; kerja semula atau sekerap jika pencemaran menjejaskan integriti struktur; proses shell yang betul untuk larian seterusnya.
Pengoksidaan, pembentukan skala dan pencemaran permukaan
Macam mana rupanya: skala oksida berat, filem permukaan hitam/kelabu, bintik-bintik gelap atau pewarnaan; dalam kes yang teruk, oksida terpercik yang mendedahkan logam kasar.
Punca punca: pendedahan kepada udara/oksigen pada suhu cair/tuang yang tinggi, fluks/penutup pelindung yang tidak mencukupi, sisa dewax atau bahan cemar berkarbon yang membawa kepada tindak balas setempat.
Bagaimana untuk mengesan: pemeriksaan visual, ujian kimia permukaan, dan keratan rentas optik/logamografi untuk memeriksa ketebalan dan penembusan oksida.
Pencegahan: gunakan penutup fluks pelindung atau penutup gas lengai di atas cair, mengawal suhu tuang dan suasana, pastikan dewaxing dan pencucian cangkerang yang menyeluruh, dan nyatakan sistem cangkerang dan salutan yang sesuai yang meminimumkan tindak balas.
Pemulihan: penyingkiran mekanikal (tembakan letupan, pengisaran), pembersihan kimia, Electropolishing, dan pempasifan untuk membentuk semula permukaan kalis kakisan; dalam kes yang teruk, menggantikan bahagian tersebut.
Karburisasi / dekarburisasi dan perubahan kimia permukaan
Macam mana rupanya: lapisan permukaan yang gelap atau rapuh (pengkarbonan) atau lembut, permukaan susut (penyahkarbonan), membawa kepada pengurangan rintangan lesu dan kerentanan kakisan setempat.
Punca punca: resapan karbon daripada pengikat, sisa lilin, komponen cangkerang karbon, atau mengurangkan atmosfera semasa rawatan haba; penyahkarbonan yang disebabkan oleh atmosfera pengoksidaan atau pembakaran berlebihan pada suhu tinggi.
Bagaimana untuk mengesan: pemprofilan kekerasan mikro, keratan rentas metalografik, analisis karbon/sulfur permukaan.
Pencegahan: pilih sistem cangkerang dan pengikat dengan karbon sisa yang rendah, mengawal kitaran penaik/panas, menggabungkan protokol bakar yang menghapuskan meruap, dan gunakan relau atmosfera terkawal untuk rawatan haba.
Pemulihan: pemesinan untuk membuang permukaan yang terjejas, rawatan haba yang sesuai dalam suasana lengai atau vakum, atau pengisaran setempat diikuti dengan pasif.
Pengasingan dan garis tengah / pengasingan makro
Macam mana rupanya: variasi komposisi merentas bahagian tuangan besar—kepekatan unsur pengaloian atau bendasing di garis tengah atau titik panas lain, kadangkala disertai dengan mikrokonstituen yang keras atau rapuh.
Punca punca: pengasingan dendritik semasa pemejalan, kadar penyejukan perlahan dalam bahagian besar, julat pembekuan yang panjang untuk beberapa aloi tahan karat, dan kekurangan rawatan haba homogenisasi.
Bagaimana untuk mengesan: pemetaan kimia (EDS/WDS), tinjauan kekerasan mikro, metalografi dan analisis komposisi merentas bahagian.
Pencegahan: mengawal kadar pemejalan melalui kesejukan atau keratan yang diubah suai, mengoptimumkan gating untuk mengurangkan laluan pemejalan yang panjang,
gunakan penyepuh homogenisasi apabila geometri dan metalurgi membenarkan, dan pertimbangkan teknologi cair (VIM/VAR) untuk mengurangkan pengasingan makro.
Pemulihan: rawatan haba penghomogenan untuk mengurangkan kesan pengasingan atau reka bentuk semula komponen untuk mengelakkan pergantungan harta kritikal pada kawasan terasing; HIP dengan rawatan haba seterusnya juga boleh mengurangkan.
Penyimpangan, tegasan sisa dan keretakan selepas pemesinan
Macam mana rupanya: bahagian yang melengkung, dimensi di luar toleransi selepas penyingkiran cangkerang atau rawatan haba; retak semasa pemesinan atau dalam perkhidmatan.
Punca punca: penyejukan tidak seragam, transformasi fasa (dalam gred martensitik atau dupleks), penyejukan terhad, pemesinan yang melepaskan tegasan sisa terbina dalam, dan jadual rawatan haba yang tidak sesuai.
Bagaimana untuk mengesan: Pemeriksaan dimensi, pemetaan herotan, dye-penetrant atau ujian zarah magnetik untuk retak, dan analisis fasa metalografik.
Pencegahan: mengawal kadar penyejukan, lakukan rawatan haba pelepasan tekanan sebelum pemesinan berat jika berkenaan, pemesinan urutan untuk mengimbangi penyingkiran bahan, dan elakkan peralihan bahagian secara mendadak yang memerangkap tekanan.
Pemulihan: anneal melegakan tekanan, kitaran rawatan haba semula, perubahan strategi pemesinan, atau pelurus haba dalam keadaan terkawal.
Kecacatan kemasan permukaan (kekasaran, pemindahan tekstur cangkerang, pitting)
Macam mana rupanya: kekasaran yang berlebihan, butir/tekstur cengkerang yang kelihatan pada permukaan tuangan, pitting atau goresan setempat selepas rawatan haba.
Punca punca: stuko kasar, kawalan buburan cengkerang yang lemah, cucian cangkerang yang tidak mencukupi, sisa abu pengikat, atau atmosfera rawatan haba yang agresif.
Bagaimana untuk mengesan: profilometri, pemeriksaan visual, dan mikroskop.
Pencegahan: pilih saiz zarah stuko yang betul untuk kemasan sasaran, mengawal kelikatan dan penggunaan buburan, memastikan pembersihan kulit menyeluruh dan kitaran bakar terkawal,
dan gunakan proses penamat pasca tuang (letupan tembakan, bergetar bergoyang, pemesinan) seperti yang dinyatakan.
Pemulihan: kemasan mekanikal (pengisaran, menggilap), goresan/jeruk kimia dan penggilap elektro; gunakan pasif selepas itu.
Microcracking dan serangan intergranular (Kecenderungan IGSCC)
Macam mana rupanya: retakan antara butiran halus, selalunya dikaitkan dengan kawasan pemekaan atau kakisan setempat selepas terdedah kepada persekitaran yang menghakis.
Punca punca: pemendakan kromium karbida pada sempadan butiran (pemekaan) daripada rawatan haba yang tidak betul, pengasingan, atau pendedahan berpanjangan dalam julat suhu pemekaan; tegasan sisa memburukkan keretakan di bawah serangan menghakis.
Bagaimana untuk mengesan: metalografi dengan goresan untuk pemekaan, pewarna pewarna untuk keretakan permukaan, dan ujian kakisan (Mis., ujian kakisan antara butiran jika berkenaan).
Pencegahan: kitaran penyepuhlindapan dan pelindapkejutan penyelesaian yang sesuai untuk gred austenit, kawalan delta-ferrit dalam tuangan, dan gunakan gred yang stabil (Jika/Nb) di mana risiko pemekaan wujud.
Pemulihan: penyepuhlindapan larutan untuk melarutkan karbida (jika geometri dan kekangan bahagian membenarkan), pengisaran/kimpalan setempat dengan rawatan haba selepas kimpalan yang sesuai, atau menggantikan dengan gred stabil atau rendah-C untuk pengeluaran masa hadapan.
5. Kajian kes — contoh penyelesaian masalah yang mewakili
Kes 1 — Keliangan dalaman berulang dalam pendesak pam
Punca akar: teknik degassing dan turbulen yang tidak mencukupi untuk menyerap oksigen; peralihan nipis-ke-tebal kompleks menyebabkan pengecutan interdendritik.
Penyelesaian: melaksanakan argon degassing, ditukar kepada penuangan bawah pergolakan rendah, gating direka semula dan menambahkan kesejukan; menggunakan HIP pada bahagian kritikal penerbangan.
Kes 2 — Penutupan sejuk dan salah jalan dalam penukar haba berdinding nipis
Punca akar: suhu tuangkan terlalu rendah dan pengudaraan yang tidak mencukupi melalui teras; kebolehtelapan shell tidak konsisten.
Penyelesaian: peningkatan suhu tuang dalam tingkap aloi, pengeringan kulit yang lebih baik, saluran pengudaraan yang dioptimumkan dan gating yang diubah suai untuk memastikan aliran laminar—tutup sejuk dihapuskan.
Kes 3 — Pewarnaan sulfur permukaan dan kakisan tempatan selepas tuang
Punca akar: sisa pengikat berkarbon dan pembersihan cangkerang yang tidak mencukupi yang membawa kepada pewarnaan dan pitting sulfida setempat.
Penyelesaian: proses pembersihan dewax dan cangkerang yang disemak, memperkenalkan pembakaran cangkerang bersuhu lebih tinggi untuk mengeluarkan bahan meruap dan menjalankan penggilapan elektro serta pempasifan sitrik.
6. Kesimpulan
Tuangan ketepatan keluli tahan karat membolehkan geometri kompleks, ketepatan dimensi tinggi dan kualiti permukaan yang sangat baik, tetapi ia sememangnya sensitif kepada pembolehubah metalurgi dan berkaitan proses.
Kecacatan tuangan yang paling biasa—seperti keliangan, pengecutan, Kemasukan, isu koyakan panas dan kimia permukaan—bukan peristiwa rawak; mereka adalah hasil langsung daripada pemilihan aloi, amalan lebur, kualiti acuan, kawalan haba dan reka bentuk bahagian.
Kunci kepada kualiti dan kebolehpercayaan terletak pada kawalan pencegahan dan bukannya pembaikan selepas tuang.
Keputusan awal dalam reka bentuk untuk pemutus, susun atur gating dan riser, fabrikasi cangkerang dan disiplin cair menghapuskan kebanyakan kecacatan sebelum ia terbentuk.
Manakala langkah pembetulan seperti HIP, rawatan haba dan pembaikan kimpalan boleh memulihkan nilai dalam komponen kritikal, ia meningkatkan kos dan tidak seharusnya menggantikan kawalan proses yang teguh.
Kesimpulannya, tuangan ketepatan keluli tahan karat menjadi penyelesaian pembuatan yang boleh diramal dan bernilai tinggi apabila reka bentuk kejuruteraan, sains bahan dan kawalan proses diselaraskan.
Pencegahan sistematik, pengesahan yang disasarkan dan penambahbaikan berterusan adalah asas kualiti dan prestasi pemutus jangka panjang.
