Анализа скупљања ливења алуминијума

Скупљање у ливењу алуминијума под притиском је нето запреминска промена која се јавља када се течни метал учвршћује и хлади - појављује се као унутрашње шупљине, површинске депресије, вруће сузе или неусклађеност димензија.

То је најважнији покретач порозности, губитак механичког интегритета, прерада и отпад од ливених алуминијумских делова.

Контролисање скупљања захтева адресирање физике (учвршћивање и храњење), тхе дизајн (гатинг, секција, термалне стазе) и тхе тхе процес (квалитет топљења, схот профиле, притисак у шупљини или вакуум).

Савремена пракса комбинује циљане промене геометрије, контрола притиска у шупљини и симулација заснована на физици како би се скупљање ограничило на прихватљиво, предвидљивим нивоима.

1. Увод — зашто је скупљање важно код ливења под притиском

У ливење, метал се убризгава под високим притиском у челичну матрицу и затим се брзо стврдњава.

Дефекти скупљања смањују ефективни попречни пресек, створити путеве цурења у деловима под притиском, пукотине од замора семена, и компликују машинску обраду и завршну обраду.

Зато што ливење под притиском често циља на танке зидове, димензионално тесне компоненте, чак и мале шупљине које се скупљају или локализоване вруће сузе могу учинити део неупотребљивим.

Рано, систематска анализа скупљања смањује итерације, скупе промене алата и излагање гаранцији.

2. Физика скупљања: очвршћавање, термичка контракција и храњење

Постоје три повезана физичка феномена:

1. Стврдњавање (промена фазе) скупљање — када течност → чврста запремина материјала се смањује;
   последњи региони који ће се замрзнути (топле спотове) морају се хранити течним металом или ће формирати шупљине које се скупљају. Скупљање при очвршћавању је својствено термодинамици легуре и опсегу смрзавања.
2. Термичка контракција чврстог метала — како се чврста материја хлади са солидуса на собну температуру, она се даље скупља (линеарна контракција).
   Ово се обично решава помоћу фактора инжењерског смањења (скалирање шаблона/матрице).
3. Храњење и интердендритски ток — на микроскали, дендритске мреже покушавају да заробе заосталу течност;
   ако су путеви притиска и напајања недовољни, интердендритично скупљање се спаја у макроскопске шупљине. Ако је присутан гас, те шупљине могу бити испуњене гасом или обложене бифилмом и много штетније.

Ови процеси су временски зависни и у интеракцији су са топлотним градијентима: правац и брзина екстракције топлоте одређују где се налази последња течност и где ће се формирати дефекти скупљања.

Симулација и праћење притиска у шупљини су од суштинског значаја за откривање ових временских интеракција.

3. Врсте дефеката скупљања и како их препознати

Испод су уобичајени дефекти који се јављају у вези са скупљањем ливење алуминијума под притиском, описано у формату прилагођеном инжењерима: како изгледа квар (морфологија), где се обично јавља, зашто се формира (основни узроци), и како то открити или потврдити.

Користите морфологију + локација + процесних података (шупљина-притисак траг, растопити РПТ/ДИ, схот профиле) заједно да пронађемо прави лек.

Макро шупљина скупљања (скупно скупљање)

• Морфологија: Велики, често угаона или фасетирана празнина(с). Може бити једна централна шупљина или вишеструко груписане шупљине са релативно оштрим унутрашњим површинама.
• Типичне локације: Дебеле газде, острва тешке масе, спојеви ребара/зидова, раскрснице језгра — области које се последње замрзавају.
• Узрок: Недовољно довод течности за тешке делове (блокиран или одсутан пут довода), прерано очвршћавање подручја хранилице, или неадекватан притисак у шупљини током коначног очвршћавања.
• Како препознати / детектовати: Видљиво на секцијама; лако се види на радиографији или ЦТ као велика празнина. Може произвести површински умиваоник директно преко шупљине.
  Корелира са предвиђањима врућих тачака симулације и трагом пада притиска у шупљини током завршног интервала очвршћавања.
• Одмах провера: ЦТ/Рентген; прегледајте мапу последњег замрзавања из симулације; проверити време задржавања притиска у шупљини.

Интердендритиц (мреже) скупљање

• Морфологија: У реду, неправилан, међусобно повезана порозност која прати шаблоне дендритичних кракова - изгледа као порозна зона, а не као једна празнина.
• Типичне локације: Региони последњег замрзавања (дебели/танки прелази, корење филета, унутрашња ребра).
• Узрок: Велика кашаста (получврста) зона због опсега смрзавања легуре или спорог хлађења; интердендритска течност се не може хранити јер су путеви протока запречени или притисак није довољан.
• Како препознати / детектовати: Металографија показује поре дуж кракова дендрита; ЦТ може показати дистрибуирану мрежу пора; Узорци механичког замора показују смањен век трајања.
  Корелира са ниским притиском интензивирања или кратким временом задржавања.
• Одмах провера: Сеците узорак и испитајте микроструктуру; проверити профил интензивирања и чистоћу топљења.

Површински судопер / трагови умиваоника

• Морфологија: Локализована површинска депресија, удубљење или плитка шупљина на спољној површини; може бити суптилна или изражена.
• Типичне локације: Широка равна лица, заптивне површине, обрађена лица у близини шефова.
• Узрок: Празнина подземног скупљања у близини коже или недовољно локално напајање током очвршћавања.
• Како препознати / детектовати: Визуелни преглед, тактилни осећај, профилометар или ЦММ мерење за димензионални утицај; Рендген/ЦТ потврђује подземну шупљину.
• Одмах провера: Скенирање површине без разарања; одељак ако је потребно; размислите о повећању залиха машинске обраде ако редизајн није хитан.

Вруће кидање / очвршћавање пуцање

• Морфологија: Линеарне или разгранате пукотине, понекад са оксидованим ентеријерима, често дуж граница зрна или касно учвршћујућих интердендритских региона.
• Типичне локације: Оштри углови, ограничени филети, прелазе од танког ка дебелом, или где језгра/матрице ограничавају контракцију.
• Узрок: Затезни напон током получврстог стања када се материјал не може слободно скупљати или се напајати течним металом.
• Како препознати / детектовати: Видљиво на површини; појачан пенетрантом за боју; металографија показује пукотину кроз получврсту микроструктуру; симулација може предвидети зоне високих термичких напрезања.
• Одмах провера: Визуелни/тест боје; процени линију раздвајања и подршку језгра; размислите о додавању филета, рељефи, или стазе за напајање.

Пипе / скупљање средишње линије у феедовима/возачима

• Морфологија: Издужене аксијалне шупљине у клизачима, који потиче, или хранилице које се могу сужавати по дужини.
• Типичне локације: Гатес, тркачи, спруес и све намерне запремине довода.
• Узрок: Геометрија хранилице је недовољна или се хранилица прерано учвршћује; неадекватна маса хранилице у односу на масу ливења.
• Како препознати / детектовати: Радиографија/ЦТ ће показати аксијалну шупљину; обрезивање открива празнину у тркачу; препоручује се редизајн или повећање хранилице.
• Одмах провера: Прегледајте запремину улаза/увлакача у односу на масу ливења; симулирати очвршћавање хранилице.

Изоловани џепови за микро скупљање

• Морфологија: Мали, дискретне шупљине, неправилног облика; већи од мехурића гаса, али мањи од макро шупљина.
• Типичне локације: Око инклузија, отисци близу језгра, или локалне термалне аномалије.
• Узрок: Локална опструкција хране (оксидни бифилм, инклузија) или нагле локалне разлике у хлађењу.
• Како препознати / детектовати: ЦТ снимање или циљана металографија; може бити у корелацији са жариштима инклузије у топљењу.
• Одмах провера: Чистоћа топљења (филтрација/флуксирање), локална подешавања хлађења/изолације.

4. Квантитативни подаци & типичне додатке за скупљање

Поуздани бројеви омогућавају дизајнерима и процесним инжењерима да направе компромисе. Вредности испод су инжењерске смернице (потврдити са легуром- и симулације специфичне за матрице и податке о добављачима).

Кључни бројеви

• Типично укупно скупљање (ливење, линеарни): индустријска пракса поставља практичне линеарне скупљање (скалирање шаблона/матрице) и локална запреминска промена у опсегу од 0.5% до 1.2% за уобичајено ливење под притиском Алуминијумске легуре (Нпр., А380, Ал-Си легуре). Користите вредности специфичне за легуру када су доступне.
• Стврдњавање (латентна) скупљање: течност→чврста запреминска промена за легуре алуминијума може бити велика — реда величине ≈6% (ред величине) Током солида (због тога су храњење и компензација притиска неопходни).
• Пракса додатка узорка/матрице: делови за ливење под притиском захтевају мало линеарно скалирање у односу на ливење у песак;
  Водичи за дизајн и документи са спецификацијама ливења под притиском пружају прецизне линеарне додатке и препоручену залиху за машинску обраду — пратите упутства за израду калупа и индустријске стандардне табеле за мм/м додатке.
  Типичне смернице за дизајн ливења под притиском и референце за шаблоне треба консултовати током пројектовања алата.
• Притисак шупљине (интензивирање) домет: ХПДЦ машине обично примењују интензивирање (стискање шупљине) притисци у ~10–100 МПа распон за паковање метала у зоне последњег замрзавања и смањење скупљања; ефективни притисак који се користи зависи од геометрије дела, способност легуре и алата.
  Одржавање притиска током завршног интервала очвршћавања значајно смањује шупљине скупљања.
• Контрола квалитета топљења (РПТ / ИЗ): Тест смањеног притиска (РПТ) Вредности индекса густине се користе као индикатор чистоће растопа и садржаја гаса.
  Прихватљиви циљеви ДИ варирају у зависности од критичности; многе производне радње имају за циљ ДИ ≤ ~2–4% за критичне ливење (нижи ДИ = чистији растоп и смањена склоност ка дефектима).

5. Кључни фактори — Скупљање алуминијума ливењем под притиском

Скупљање у ливењу алуминијума под притиском је вишефакторски феномен.

У наставку наводим главне узрочне факторе, објаснити како сваки изазива скупљање, дати практични показатељи можете пратити, и предложити циљана ублажавања можете се пријавити.

Користите ово као контролну листу када дијагностикујете проблем скупљања или дизајнирате ливење за мали ризик од скупљања.

Хемија легуре & опсег очвршћавања

Колико је важно: легуре са широким смрзавањем (кашасто) опсег развија продужени получврсти интервал где интердендритична течност мора да тече да би довела до скупљања.
Што је већа кашаста зона, што је вероватније интердендритично скупљање и порозност мреже.
Индикатори: ознака легуре (Нпр., Ал-Си еутектика против хипоеутектика против хипереутектика), кашаста дебљина предвиђена симулацијом.
Ублажавање: изабрати легуре са повољним понашањем смрзавања за геометрију дела када је то могуће; где је избор легуре фиксан, управљајте путевима за храњење и примените притисак у шупљини/време држања за компензацију.

Дебљина пресека и геометрија (расподела топлотне масе)

Колико је важно: густа острва (шефови, јастучићи) имају високу топлотну масу и полако се хладе → последње замрзавање → локалне шупљине скупљања.
Нагле промене дебљине стварају вруће тачке и концентрације стреса које изазивају вруће кидање.
Индикатори: ЦАД мапа пресека, термална симулација мапа жаришта, понављајућа локација дефекта.
Ублажавање: дизајн за уједначену дебљину пресека; додајте ребра, а не да делове чините дебљима; ако је густа маса неизбежна, додајте локалне хранилице, охладити, или померите капију да бисте нахранили тешки део.

Камен, тркач, и дизајн система за исхрану

Колико је важно: лоше постављање капије или премали клизници блокирају ефикасно храњење региона који се последње замрзавају.
Турбулентне капије изазивају савијање оксида (бифилми) који ометају интердендритски ток.
Индикатори: симулација која показује да последње замрзавање није усклађено са капијом/руннером; питања квалитета концентрисана далеко од путање хране.
Ублажавање: поставите капије да директно напајате најтеже делове, глатки прелази тркача, користите тангенцијални или ламинарни унос где је применљиво, укључују преливе или резервоаре за жртвовање у систему тркача.

Притисак шупљине / време и величина интензивирања (ХПДЦ контрола)

Колико је важно: примена и одржавање притиска у шупљини током завршне фазе очвршћавања тера течност у интердендритски простор и смањује шупљине које се скупљају. Неадекватан притисак или прерано отпуштени притисак омогућавају стварање каријеса.
Индикатори: трагови притиска у шупљини (пад притиска током интервала последњег замрзавања), корелација између задржавања ниског притиска и порозности.
Типични опсези интензивирања су зависни од машине/делова (инжењерска пракса обухвата десетине МПа).
Ублажавање: почетак интензивирања мелодије, величину и време задржавања помоћу повратне информације сензора; усвојити контролу затворене петље за одржавање притиска кроз коначно очвршћавање.

Температура топљења (прегревања) и руковање топљењем

Колико је важно: прекомерно прегревање повећава растворљивост водоника и формирање оксида; премало прегревања повећава ризик од погрешног покретања/затварања на хладноћу и локално превремено смрзавање које изолује путеве напајања.
Повишено прегревање такође повећава време до нуклеације и може променити понашање скупљања.
Индикатори: топити трупце термометра, варијабилност температуре од метка до метка, РПТ/ДИ шиљци. Типичне температуре топљења ливења под притиском су подешене по легури и машини (потврдите са подацима о легури).
Ублажавање: дефинише и контролише оптимални температурни опсег топљења; смањити време држања; одржавати тесну праксу пећи и кутлача; користите евидентирање термопарова за СПЦ.

Чистоћа топљења, садржај водоника, филтрација и бифилми

Колико је важно: оксиди, бифилми и инклузије ометају микроскопске канале за храњење и делују као места нуклеације за коалесценцију скупљања.
Висок ниво водоника повећава нуклеацију пора унутар интердендритске течности.
Индикатори: повишене вредности ДИ/РПТ, визуелна шљака, ЦТ који показује поре обложене оксидом.
Ублажавање: робусно дегазирање (ротациони), флукинг/скимминг, керамичка филтрација у возу за изливање, контролисати компатибилност отпада и флукса.
Циљајте на ниске вредности ДИ (циљеви специфични за радњу; уобичајени критични циљеви су ДИ ≤ ~2–4).

Сипајући / динамика пуцања — турбуленција и образац пуњења

Колико је важно: турбуленција током пуњења преклапа оксидне коре у растоп (бифилми) и увлачи ваздушне џепове који касније блокирају храњење. У ХПДЦ, нетачно постављање спорог/брзог снимка погоршава ово.
Индикатори: визуелни оксидни филмови на обрезаним капијама, неправилна морфологија порозности (набране поре), симулација која показује турбулентно пуњење.
Ублажавање: дизајн схот профила да има мирно почетно пуњење праћено контролисаним брзим пуњењем, глатки прелази капија, и одржавају хардвер за чахуре и клип.

Температура матрице, управљање хлађењем и топлотом

Колико је важно: неравномерна расподела температуре матрице мења путеве очвршћавања; хладне тачке могу изазвати прерано очвршћавање хранилица или капија; вруће тачке стварају џепове за последње замрзавање.
Индикатори: карте термопарова, термовизија која показује неравнотежу, понављајући образац дефекта усклађен са регионом умирања.
Ублажавање: редизајн кола за хлађење (конформно хлађење где је то могуће), додајте термалне уметке или мрзлице, пеците и одржавајте калупе до доследне контроле температуре, и прати животни век/хабање матрице.

Дизајн језгра, подршка језгра и вентилација (укључујући влагу у језгру)

Колико је важно: слабо ослоњена језгра се померају током изливања, промена дебљине локалног пресека и стварање врућих тачака.
Влага или испарљива везива у језгри производе гас који омета храњење и може изазвати површинске рупице које маскирају дубље скупљање.
Индикатори: локализовано скупљање око отисака језгра, доказ о кретању језгра, кластери рупица у близини области језгра.
Ублажавање: ојачати отиске језгра и механичке ослонце, обезбедите да су језгра потпуно осушена/печена, побољшати путеве за вентилацију и користити нискоиспарљиве материјале језгра.

Пракса мазива и одржавања

Колико је важно: вишак или неодговарајући мазиво за калупе може створити контаминацију у облику аеросола (промовисање сакупљања водоника), променити локално хлађење, или стварају термичке недоследности. Истрошене капије/навлаке повећавају турбуленцију.
Индикатори: промене у порозности у корелацији са променом мазива или повећаним интервалима одржавања матрице.
Ублажавање: стандардизовати примену мазива, врсту и количину контроле, заказати превентивно одржавање чаура и капија.

Могућности машине & стабилност контроле

Колико је важно: одзив машине (динамика клипа, одговор појачавача) и поновљивост контроле утичу на способност реплицирања профила притиска шупљине који спречава скупљање. Старије или лоше подешене машине показују већу варијабилност од једног до другог.
Индикатори: велика варијанса схот-то-схот варијансе у траговима притиска у шупљини, недоследне стопе порозности у сменама.
Ублажавање: калибрација машине, надоградити системе управљања, имплементирати сензоре притиска у шупљини и СПЦ надзор, оператери возова.

Употреба (или одсуство) од вакуума, технологије стискања или ниског притиска

Колико је важно: вакуум смањује заробљени гас и парцијални притисак који покреће раст шупљине; стискање и ливење под ниским притиском примењују континуирани притисак током очвршћавања како би се елиминисало скупљање у дебелим деловима.
Индикатори: делови који не успевају у циљу скупљања упркос доброј контроли затварања и топљења - често добро реагују на покушаје вакуумирања или стискања.
Ублажавање: изводити пилот пробе са вакуумом или ливењем под притиском на репрезентативним деловима; проценити трошак/корист (капитал, време циклуса, промене алата).

Променљивост процеса и људски фактори

Колико је важно: недоследно време дегазације, неправилно допуњавање кутлаче, или подешавања оператера стварају излете који повремено производе скупљање.
Индикатори: појава дефекта корелира са оператером, смена, или догађаји одржавања.
Ублажавање: стандардизоване процедуре, обука, документоване контролне листе, и аутоматизовани аларми за ДИ/одступања притиска.

Додатак за руковање и машинску обраду након очвршћавања

Колико је важно: недовољан додатак за машинску обраду може изложити подземно скупљање као видљиве поноре након завршетка.
Лоше време термичке обраде или машинске обраде док је део још термички опуштен може открити скупљање.
Индикатори: трагови умиваоника откривени након машинске обраде или термичке обраде.
Ублажавање: дизајнирати адекватан материјал за обраду у критичним зонама; провери кроз симулацију и прве чланке; редослед топлотне обраде и машинске обраде како би се минимизирала изобличења.

6. Скупљање алуминијума ливењем под притиском у односу на. Порозност гаса: Кључна разлика

7. Закључак

Скупљање у ливењу алуминијума није мистериозан једнократни недостатак - то је предвидљив, Физички вођен резултат хлађења и очвршћавања који постаје производни проблем само када се дизајнира, металургија и процес не обезбеђују адекватну исхрану или компензацију.

Најважније ствари за понети:

• Прво схватите физику. Скупљање настаје услед запреминске контракције са променом фазе (велики), плус накнадна термичка контракција (линеарни).
  Тхе последњи за замрзавање региони су у којима се формирају дефекти скупљања осим ако се не напајају или нису под притиском.
• Дијагноза по морфологији и подацима. Угаони, дендритске шупљине и површински понори указују на проблеме очвршћавања/скупљања; сферне поре и висок ДИ указују на проблеме са гасом.
  Повезати морфологију дефекта са траговима притиска у шупљини, РПТ/ДИ и симулација ливења за проналажење правог узрока.
• Користите системски приступ. Ниједна поправка не функционише за сваки случај. Оптимални програм комбинује:
  добра пракса топљења (дегастирање, филтрација), подешен профил ударца и притисак шупљине (интензивирање), паметни гатинг/цхилл/термални дизајн за стварање усмереног очвршћавања,
  и циљано коришћење помоћних технологија (вакуум асистенција, ливење стискањем, Кук) када апликација оправдава трошак.
• Измерите и затворите петљу. Притисак у шупљини инструмента, температура топљења дневника и РПТ/ДИ, покренути симулацију пре алата,
  и користите НДТ (радиографија/ЦТ) плус металографија за потврду основног узрока. Објективни показатељи вам омогућавају да дате приоритет исправкама и потврдите резултате.
• Дајте приоритет поправкама према утицају & трошак. Почните са контролисаним, ставке високе полуге: чистоћа талине и дегазација, затим процес (притисак кавитета и профилисање сачме), затим дизајн (гатинг/зимица) и на крају капитална дела (вакуум системи, Кук).

У пракси, контрола скупљања се не постиже једним поправком, али кроз систематска координација дизајна, процес, и контроле квалитета да би се обезбедила доследна, одливци алуминијума високог интегритета.

 

Често постављана питања

Какво линеарно скупљање треба да претпоставим на цртежима ливења под притиском?

Практична полазна тачка за многе легуре алуминијума ливеног под притиском је 0.5–1,2% линеарно додатак; коначне вредности морају доћи из смерница произвођача матрица и симулације процеса за конкретну легуру и алат.

Колико је велико стварно скупљање са променом фазе током очвршћавања?

Течност→чврсто запреминско скупљање за легуре алуминијума је значајно — реда неколико процената (реда величине ≈6% пријављених за типичне Ал легуре) — зато је храњење или компензација притиска од суштинског значаја.

Када треба да узмем у обзир помоћ у вакууму или ливење под притиском?

Користите помоћ при вакууму када заробљени ваздух или сложени унутрашњи пролази и даље постоје упркос контроли затварања и топљења.

Користите ливење под ниским притиском када дебели делови морају бити густи и геометрија спречава ефикасно пуњење под високим притиском. Пилот испитивања и процена трошкова и користи су од суштинског значаја.

Како притисак интензивирања утиче на скупљање?

Континуирано интензивирање (шупљина) притисак током завршног интервала очвршћавања тера метал у интердендритске регионе и смањује макроскопске шупљине скупљања;

типичне величине интензивирања у ХПДЦ пракси крећу се од ~10 до 100 МПА зависно од машине и дела.

Како да знам да ли је квар скупљање или порозност гаса?

Испитајте морфологију: угаоне/дендритске шупљине указују на скупљање; сферне једнакоосне поре указују на гас.

Користите металографију и ЦТ плус процесне дневнике (Нивои ДИ/РПТ указују на проблеме са гасом) потврдити.

Која је прва акција највеће полуге за смањење смањења производње?

Мера и инструмент: инсталирати сензоре притиска у шупљини и стандардизовати РПТ/ДИ узорковање. Ти подаци ће вам рећи да ли да нападнете квалитет топљења, профил притиска, или прво капија/термички дизајн.

Ако морате да изаберете једну промену процеса, продужење/подизање притиска интензивирања (са валидацијом трагова притиска) често уклања многе шупљине које се скупљају у деловима ХПДЦ.