Tiga Pertimbangan Kritikal untuk Struktur Pelakon Keluli Tahan Karat

Keluli tahan karat Casting yang dibuat dalam logam (kekal) acuan atau acuan pelaburan ketepatan membentangkan satu set peluang dan risiko yang unik.

Berbanding dengan casting pasir, Casting acuan logam sejuk dan menguatkan lebih cepat dan acuan tidak menawarkan "memberi" semasa pengecutan.

Yang lebih cepat penyejukan ditambah pematuhan acuan sifar meningkatkan tekanan dalaman, menimbulkan peluang retak dan membesarkan kecacatan seperti kesilapan, shuts sejuk dan mengisi tidak lengkap.

Untuk menghasilkan teguh, struktur pelakon keluli tahan karat yang boleh dipercayai, Tiga kategori Reka Bentuk dan Kawalan Proses patut mendapat perhatian utama:

(1) memastikan pengisian lengkap dan mengelakkan kecacatan sejuk, (2) mencegah keretakan pemejalan dan retak mekanikal, dan (3) Merancang untuk pengekstrakan acuan, Alat dan kestabilan dimensi.

Berikut ini menerangkan setiap kawasan secara mendalam dan memberikan konkrit, Tindakan dan senarai semak kejuruteraan.

Gambaran Keseluruhan - Mengapa Castings Steel Stainless dalam Acuan Logam Khas

• Penyejukan lebih cepat → kecerunan terma yang lebih tinggi. Pengekstrakan haba yang cepat meningkatkan tegasan tegangan dalaman semasa pemejalan dan pada suhu bilik.
• Tiada pematuhan acuan. Tidak seperti pasir, mati logam tidak dimampatkan untuk menampung pengecutan; Pengecutan yang ditahan menyebabkan retak atau mengasah panas kecuali reka bentuk membenarkan penguncupan atau makan percuma.
• Perubahan tingkah laku permukaan/aliran. Bahagian nipis kehilangan ketidakstabilan logam dengan cepat; Permukaan mendatar yang besar dan sudut tajam memburukkan pembentukan oksida, aliran sejuk dan kesilapan.
• Kepekaan aloi. Aloi keluli tahan karat (Austenitic, dupleks, gred cast martensit) berbeza dengan jarak beku, ketidakstabilan dan kerentanan terhadap retak panas-begitu reka bentuk khusus aloi adalah penting.

1. Mencegah pengisian yang tidak lengkap, penutup sejuk dan kecacatan mengisi yang lain

Masalah teras: Dalam acuan logam cair tahan karat kehilangan haba dengan cepat dan boleh menguatkan sebelum rongga dipenuhi sepenuhnya, menghasilkan misruns, pusingan sejuk dan iblis oksida.

Prinsip Reka Bentuk

• Licin, Geometri luaran yang diselaraskan. Elakkan perubahan seksyen tiba -tiba, sudut tajam, dan perubahan langkah yang mengganggu aliran.
  Lebih suka peralihan bulat dan persimpangan filleted untuk mengekalkan aliran logam laminar dan mengurangkan entrapment filem oksida.
• Elakkan flat mendatar yang besar. Permukaan mendatar menyebabkan pengisian perlahan, Hubungan udara/logam yang luas (pengoksidaan) dan kehilangan ketidakstabilan; pecahkan flat besar dengan camber lembut, tulang rusuk atau ciri -ciri cerun.
• Gunakan ketebalan seksyen yang sesuai. Jangan buat dinding nipis besar-besaran.
  Bahagian nipis dalam komponen besar sejuk dan kehilangan aliran dengan cepat -sama ada menebal bahagian kritikal atau reka bentuk penebalan tempatan untuk memberi makan.
• Reka bentuk gating dan pelari yang dioptimumkan. Cari pintu untuk memberi makan kawasan yang paling berat atau paling lambat terlebih dahulu; Gunakan ingates bersaiz baik, pintu masuk bulat dan ekspansi aliran untuk meminimumkan pergolakan dan oksida.
  Menggunakan geometri ingate yang mengekalkan suhu logam cecair tinggi apabila ia mencapai titik rongga yang paling jauh.

Kawalan proses

• Pengurusan Superheat. Mengekalkan suhu cair di bahagian tinggi julat yang disyorkan untuk aloi yang dipilih (dalam had selamat), untuk memanjangkan ketidakstabilan tanpa mempromosikan pengoksidaan.
• Atmosfera pelindung / fluks. Kurangkan pengoksidaan (Terutama dalam petikan nipis) Menggunakan fluks penutup, vakum atau atmosfera pelindung di mana boleh dilaksanakan.
• Pintu dan pengumpan yang terlindung atau dipanaskan. Pemanasan tempatan atau lengan penebat pada pelari dapat mengekalkan haba dan mengurangkan kesilapan.
• Gunakan sejuk di mana diperlukan. Chills luaran strategik membantu pemejalan langsung dan dapat mengurangkan risiko shut sejuk apabila digabungkan dengan gating yang betul; Elakkan menggigil yang terlebih dahulu menguatkan laluan aliran terakhir.
• Simulasi (Pemejalan/aliran CFD) harus digunakan untuk mengesahkan masa mengisi dan mengenal pasti risiko dingin sebelum fabrikasi mati.

2. Mencegah retak pemutus, air mata panas dan patah tekanan

Masalah teras: Pengecutan yang terkawal, Kecerunan terma dan penumpang tekanan tempatan menyebabkan pemusnahan panas semasa pemejalan atau retak pada penyejukan.

Peraturan reka bentuk struktur

• Ketebalan dinding seragam. Dinding reka bentuk menjadi seragam yang boleh dilaksanakan.
  Elakkan peralihan secara tiba -tiba antara bahagian nipis dan tebal; Di mana peralihan diperlukan, Gunakan penapis beransur -ansur dan fillet yang murah hati.
• Masukkan tulang rusuk dan gusset ke zon lemah. Web nipis, bos nipis atau dinding yang tidak disokong panjang adalah retak-rentan-dipertahankan dengan tulang rusuk atau bos, Tetapi mereka bentuk mereka supaya mereka tidak membuat kekangan yang ketat pada pengecutan.
• Meminimumkan ciri yang menghalang pengecutan percuma. Lugs, bebibir dan bos tertanam yang secara mekanikal menghalang penguncupan adalah pemula retak yang kerap; mengurangkan nombor, berpindah, atau merancang mereka dengan kelegaan yang mematuhi.
• Lebih suka cenderung bergabung dengan punggung menegak. Gantikan sambungan langkah demi menegak dengan sambungan cerun atau tirus di mana mungkin -gelang membantu mengelakkan tekanan tegangan terperangkap semasa pemejalan.
• Fillet yang murah hati di semua sudut dalaman/luaran. Sudut tajam bertindak sebagai konsentrator tekanan dan tapak nukleus untuk retak.
  Untuk bahagian tahan karat, Gunakan radii yang lebih besar daripada radius fillet skala pemutus pasir dengan ketebalan dinding (Lihat preskripsi di bawah).

Proses & Kawalan metalurgi

• Mengawal arah pemejalan. Gunakan prinsip pemejalan arah (penempatan dan penempatan riser) Jadi pemejalan dari nipis ke tebal dan makan cukup; Elakkan bintik panas terpencil.
• Reka bentuk dan penempatan pengumpan/riser. Pastikan risers yang direka dengan baik memberi makan kawasan yang terakhir menguatkan.
  Untuk pemutus acuan kekal, Kecekapan riser mesti menyumbang masa penyejukan dan masa makan yang lebih cepat; Gunakan risalah penebat atau lengan eksotermik di mana membantu.
• Melegakan tekanan dalaman dengan rawatan haba. Untuk komponen kritikal, Pertimbangkan penyepuh atau homogenisasi tekanan pasca-casting untuk mengurangkan tekanan quench yang dapat menimbulkan keretakan.
  Nota: Beberapa gred tahan karat mungkin memerlukan kitaran haba tertentu untuk mengelakkan pemekaan atau fasa yang tidak dikehendaki -koordinat HT dengan metalurgi.
• Gunakan aloi tahan panas atau penapis bijirin. Di mana mungkin memilih gred atau bahan tambahan yang mengurangkan kerentanan untuk merobek panas, dan memohon penapis bijirin untuk mengawal struktur dendritik.
• Elakkan perbezaan penyejukan tiba -tiba. Menguruskan suhu acuan dan kadar penyejukan untuk mengurangkan kecerunan terma tajam (acuan pra-panas di mana bermanfaat).

3. Pengekstrakan acuan, draf, fillet dan pembuatan untuk acuan logam

Masalah teras: acuan tetap tidak memberi; teras dan casting mesti direka untuk kerosakan perkakas yang boleh dipercayai dan minimum sementara juga menampung penguncupan terma.

Pertimbangan dan Tindakan Utama

• Meningkatkan draf (tirus) berbanding dengan pemutus pasir. Kerana acuan logam tidak mempunyai keruntuhan pasir, menyediakan Sudut draf yang lebih besar-Typically 30-50% lebih besar daripada yang digunakan untuk pemutus pasir.
  Praktikal: Sekiranya draf pasir anda adalah 1 ° -2 °, Reka bentuk draf acuan tetap ~ 1.3 ° -3 ° (skala dengan kemasan permukaan, ketinggian aloi dan dinding).
  Draf yang lebih besar memudahkan lonjakan dan mengurangkan alat.
• Besarkan radii fillet dan radius sudut. Gunakan Radius murah hati pada persimpangan ke: (a) mengurangkan kepekatan tekanan dan retak, (b) memudahkan pengisian acuan, dan (c) Benarkan pelepasan bahagian yang lebih baik.
  Sebagai peraturan ibu jari, Buat skala radii fillet dengan ketebalan dinding tempatan (Mis., radii atas urutan 5-15% ketebalan dinding tempatan, dengan radius praktikal minimum beberapa milimeter untuk casting kecil). (Laraskan setiap kekangan geometri dan perkakas.)
• Ketebalan dinding minimum - Meningkatkan vs pemutus pasir. Bahagian tahan karat cast logam biasanya memerlukan Ketebalan dinding minimum yang lebih besar daripada komponen pasir yang setara Kerana acuan logam mengekstrak panas lebih cepat.
  Sebagai peraturan, Meningkatkan minimum pasir dengan 20-50% untuk aloi dan geometri yang sama kecuali reka bentuk dan proses bahagian disahkan. Sentiasa sahkan dengan keupayaan proses foundry dan data aloi.
• Rongga dalaman dan tulang rusuk: Web dan tulang rusuk dalaman mestilah 0.6-0.7 × ketebalan dinding luaran bersebelahan(s) Untuk mengelakkan zon sejuk perlahan dan pengecutan perbezaan yang menyebabkan retak.
  Sekiranya tulang rusuk dalaman terlalu tebal berbanding dengan dinding sekitarnya, mereka akan menguatkan terakhir dan menjadi pemula retak panas.
• Draf untuk teras dan cetakan teras: Kerana teras tidak dapat memampatkan, cetakan teras dan ciri pengekstrakan mesti teguh dan menggabungkan pelepasan pelepasan. Pertimbangkan teras yang boleh dilipat atau teras berpecah apabila geometri adalah kompleks.
• Memudahkan bentuk luar kompleks jika mungkin. Sekiranya bentuk yang kompleks menyebabkan kesukaran pengeluaran, memudahkan geometri luaran atau memecah komponen ke dalam sub-assemblies untuk mengelakkan kehilangan hasil-jadi ketika mengekalkan keperluan fungsional.

4. Topik Praktikal Tambahan - Metalurgi, Pemeriksaan dan kawalan pengeluaran

Pemilihan dan rawatan aloi

• Pilih keluarga Cast Stainless yang betul untuk fungsinya. Gred Austenit adalah mulur dan memaafkan tetapi mempunyai julat pemejalan yang berbeza daripada aloi dupleks atau martensit -masing -masing memerlukan gating tertentu, urutan riser dan haba.
• Rawatan haba pasca cast mesti ditentukan. Penyelesaian Anneal, pelepasan tekanan atau pembajaan mungkin diperlukan; Untuk gred dupleks mengawal input haba untuk mengelakkan pembentukan fasa sigma yang tidak diingini.

Amalan acuan dan perkakas

• Kemasan permukaan dan pelinciran. Gunakan pelincir mati yang sesuai untuk mengurangkan kecacatan permukaan pemutus dan memudahkan pelepasan, Tetapi elakkan lebihan lobak yang menyebabkan keliangan atau pencemaran.
• Kawalan suhu acuan. Pra-pemanasan dan mengekalkan suhu acuan terkawal mengurangkan kejutan terma dan pemejalan yang tidak konsisten.
• Bolong dan degas. Sediakan ventilasi dan gunakan degassing untuk mengelakkan liang gas. Acuan tetap mesti direka dengan lubang atau vakum membantu apabila pemutus tahan karat untuk mengawal keliangan dan penangkapan gas.

Jaminan kualiti & pengesahan

• Gunakan simulasi pemejalan dan aliran. Model CFD dan pemejalan sangat berkesan untuk meramalkan penutup sejuk, Misruns dan Risiko Mengutuk Panas untuk Casting Stainless Metal-Logam-Gunakan Mereka Sebelum Die Pembinaan.
• Ujian tidak merosakkan setiap kritikal. Radiografi, Ujian Ultrasonik atau Pengimbasan CT Mengenal pasti keliangan dalaman, Kemasukan dan retak.
  Tahap NDT harus sepadan dengan keselamatan dan fungsi.
• Juruterbang berjalan & kelayakan proses. Mengesahkan perkakas, Rawatan Gating dan Haba dengan Pilot Castings dan kemudian dokumen Proses Windows (cair temp, acuan temp, isi masa, Rejimen Quench, Post-cast HT).

5. Jadual Ringkasan Cepat - Tiga Kawasan Perhatian dan Tindakan Teratas

6. Kenyataan Akhir

Merancang struktur pelakon keluli tahan karat untuk pengeluaran logam acuan adalah masalah sistem yang merangkumi geometri, kejuruteraan metalurgi dan proses.

Tiga bidang tumpuan di atas-mengisi & aliran, Pencegahan retak, dan Pengekstrakan/pembuatan acuan-Membuat mod kegagalan utama dan tunjuk terus ke ubat kejuruteraan: bentuk halus, Ketebalan dan peralihan terkawal, Gating dan makan yang sesuai, draf dan pengisian yang mencukupi, dan rawatan haba yang disahkan.

Gunakan simulasi, Ujian Pilot dan Kerjasama Tutup antara Pereka dan Jurutera Foundry untuk menjadikan reka bentuk yang mencabar menjadi mantap, bahagian pengeluaran yang boleh diulang.

Rujukan utama

ASTM A351-23: Spesifikasi standard untuk casting, Keluli tahan karat austenit, untuk bahagian yang mengandungi tekanan.

Persatuan Foundry Amerika (AFS). (2022). Buku Panduan Pemutus Acuan Tetap. AFS Press.

ISO 3740:2019: Bahan Metalik -Keperluan Umum -Keperluan Umum untuk Pemeriksaan dan Ujian.

Davis, J. R. (2019). Buku Panduan Pemutus Keluli Tahan Karat. ASM International.