5.03.3 Центробежное литье, Анналиса Пола

5.03.3.1 Обзор процесса

Процесс центробежного литья был запатентован в 1809 г. компанией AG Eckhardt (Великобритания), но его практическое применение было ограничено из-за невозможности получить количество оборотов, необходимое для требуемого центробежная сила. Первое промышленное применение было датировано 1848 годом для производства чугунных труб ( 9 ). В 1918 году Де Лаво изобрел новую технику центробежного литья ( 10 ), отличающуюся отсутствием центральных стержней и наличием системы охлаждения, а после 1920 года этот процесс начал использоваться для производства широкого ассортимента отливок и сплавов.

Этот простой литейный метод заключается в заливке жидкого металла во вращающуюся форму. Центробежная сила, вызванная прядением, заставляет расплав отбрасываться о внутреннюю стенку формы, и вращение сохраняется до тех пор, пока металл не затвердеет от внешнего к внутреннему диаметру отливки. Обычно в центробежно-литых деталях могут наблюдаться следующие зоны:

•

зона охлаждения: тонкая корка, характеризующаяся мелкой равноосной структурой, почти мгновенно формирующаяся на стенке формы;

•

столбчатая зона: рядом с зоной охлаждения, состоящая из кристаллов, ориентированных радиально к поверхности формы; и

•

равноосная зона: или окончательно сформированная область, расположенная рядом с столбчатой ​​зоной и характеризующаяся большим количеством равномерно выросших кристаллов.

Этот процесс обычно используется для изготовления полых отливок осесимметричной формы без использования стержней (таких как трубы, трубки, кольца, сосуды высокого давления, гильзы цилиндров, втулки, подшипники и т. Д.). Наружная поверхность отливок может быть круглой, квадратной или многоугольной и симметричной относительно всей оси, в то время как центральное отверстие должно быть круглым из-за действия радиально-симметричных сил и образовано без стержней.

Центробежное литье также может использоваться для производства твердых деталей в сочетании с другими методами литья, такими как литье по выплавляемым моделям ( 11 ).Из-за метода заливки не требуется никакой литниковой системы, направляющих или стояков; центробежная сила, действующая на вращающуюся форму, гарантирует полное заполнение и отверждение при соответствующем давлении. В случае деталей с нестандартной толщиной стенки или внутренним диаметром следует использовать стержень для формирования внутренних контуров; в этих случаях следует использовать стояки для компенсации усадки ( 9 ).

Размеры отливок могут достигать диаметра 3 м, длины 15 м, от 2.Толщиной от 5 до 125 мм и массой до 5 тонн. Допуски по внешнему диаметру очень маленькие (2,5 мм), а по внутреннему больше (3,8 мм). Чистота поверхности составляет от 2,5 до 12,5 мм ( 11 ).

Скорость вращения и разливка металла зависят от используемого сплава, размера и формы отливки, а также от материала формы (металл или песок), но обычно они могут варьироваться от 300 до 3000 об / мин (обычно около 1000 об / мин) ( 9 , 11 ).

5.03.3.2 Методы центробежного литья

Процесс центробежного литья состоит из трех методов ( 11 – 16 ):

1.

Истинное центробежное литье, классифицируемое как вертикальное, горизонтальное или наклонное;

2.

полуцентробежное литье или центробежная форма; и

3.

центрифужное литье.

(1) При истинном центробежном литье, также известном как литье с открытым проходом или центробежное литье, кристаллизатор вращается вокруг своей оси, и в зависимости от ориентации оси процесс классифицируется как вертикальный, горизонтальный или наклонный. .

Обычно компоненты с высоким отношением длины к диаметру отливают горизонтально (рисунок 5), но когда диаметр сравним или превышает длину, предпочтение отдается вертикальному процессу (рисунок 6), хотя из этого правила есть исключения.

Рисунок 5. Горизонтальное центробежное литье.

Рисунок 6. Вертикальное центробежное литье.

По сравнению с горизонтальным центробежным литьем, в обоих случаях вертикального или наклонного процесса невозможно получить однородное отверстие.Фактически, как следствие конкурирующих гравитационных и центробежных сил, действующих на жидкий сплав, центральное отверстие имеет тенденцию быть немного параболическим с меньшим диаметром внизу. Величина конуса зависит от скорости вращения вокруг вертикальной оси, и, поскольку внутренний контур можно контролировать, этот метод полезен при производстве конических деталей.

Следует использовать скорости вращения, обеспечивающие центробежную силу, в 60–75 раз превышающую силу тяжести для горизонтальных форм и до 120 раз превышающую силу тяжести для вертикальных форм ( 11 ).Скорость варьируется в течение цикла, снижаясь во время разливки и увеличивая и поддерживая постоянной во время затвердевания и охлаждения.

При производстве длинных труб необходимо следить за тем, чтобы гарантировать равномерное распределение металла по всей поверхности формы. В этом случае используется специальное устройство, состоящее из выдвижной формы с водяным охлаждением и длинного носика, помещенного в форму (процесс Де Лаво). По мере разливки вращающаяся форма выдвигается над носиком, так что достигается равномерное распределение металла по стенке формы.При более медленной скорости охлаждения, как в случае сильно изолированной формы, жидкий сплав можно заливать без выдвижной формы, но вводя ее с одного конца, так что металл должен пройти по всей длине, прежде чем он начнет затвердевать ( Мура). В этом случае необходима вращающаяся форма с песчаной футеровкой, а на стенку формы наносится огнеупорный слой, который уплотняется центробежным действием. Любой процесс можно использовать для производства нескольких деталей всего за одну отливку.

(2) Полуцентробежное литье используется для изготовления деталей симметричной формы и полых профилей с помощью стержней (рис. 7).

Рисунок 7. Полукентробежное литье.

Форма вращается вокруг своей оси симметрии, которая обычно вертикальна, а скорость вращения ниже, чем у истинного центробежного литья, так как для процесса требуется достаточно силы, чтобы заставить металл течь к внешнему ободу. Металл заливается вдоль оси или рядом с ней, чтобы под давлением подпитывать точки, наиболее удаленные от оси.

При полукентробежном литье, в отличие от других литейных процессов, полость формы заполняется от обода до ступицы, а не снизу вверх.Это способствует направленному отверждению и обеспечивает необходимую подачу за счет использования только одного центрального стояка.

Как и во всех процессах центробежного литья, центробежная сила толкает легкие неметаллические включения и захваченный газ к центральному стояку, где они могут быть обработаны механической обработкой.

Этот процесс используется для производства таких изделий, как колеса, сопла и шкивы, или деталей, у которых ось детали удаляется при последующей обработке.

(3) В процессе центрифугирования металл разливается вдоль оси вращения формы, содержащей центральный литник и разделенные полости, расположенные по кругу для уравновешивания друг друга (рис. 8).Центробежная сила используется для увеличения давления во время наполнения, что позволяет получать сложные формы и замысловатые детали.

Рисунок 8. Центрифугирование.

Хотя изделия могут быть неправильными или несимметричными, необходимо, чтобы они располагались симметрично относительно оси вращения ( 9 ).

Этот метод часто используется для заливки моделей литья по выплавляемым моделям; Основным преимуществом сочетания этих двух методов является улучшение прочности отливки, гладкости поверхности и точности размеров.

5.03.3.3 Технологические преимущества, недостатки и дефекты

Центробежно-отлитые детали относительно свободны от дефектов, таких как усадочная пористость или неметаллические включения, как следствие затвердевания от внешнего диаметра к внутреннему. Нет усадки межслойной стенки, как в статических отливках; Фактически, поскольку внутренний диаметр затвердевает в последнюю очередь, он действует как стояк, питающий внешний диаметр. Более того, центробежные силы сжимают жидкий металл в междендритном пространстве, что приводит к очень плотным отливкам, обычно лишенным пористости ( 11 ).

Из-за вращения и направленного затвердевания неметаллические включения и менее плотные материалы, такие как грязь, окалина, оксиды или шлак, а также газы направляются к отверстию отливки, образуя слой сегрегации, обычно толщиной в несколько миллиметров. которые легко удаляются последующими чистовыми операциями ( 17 , 18 ).

Механические свойства центробежнолитых деталей обычно выше, чем у статических отливок. Центробежные силы гарантируют затвердевание и охлаждение под давлением и, следовательно, приводят к прекрасной микроструктуре и геометрической точности ( 11 , 12 ).В отличие от катаных или кованых деталей, центробежное литье не проявляет анизотропии и, кроме того, благодаря чистоте и мелкому размеру зерна также достигается хорошая свариваемость ( 11 ).

Из-за быстрого затвердевания и охлаждения и ограниченного использования литников и стояков центробежное литье характеризуется высокой производительностью и выходом продукции. Еще одним преимуществом этого процесса литья является возможность его использования для производства компонентов в широком диапазоне составов, таких как легированная сталь, углеродистая сталь, нержавеющая сталь, чугун, алюминий, бронза и латунь, магний, титан, кобальт. и никелевые сплавы, а также композиты с металлической матрицей ( 18 ).Единственное исключение составляют высокоуглеродистые стали с содержанием C от 0,40 до 0,85% из-за высокого уровня производимой сегрегации ( 19 ).

Этот процесс также обеспечивает гибкость в больших объемах. Фактически можно отливать детали, внешний диаметр которых может достигать 3 м, а толщина стенок – 125 мм; длина может варьироваться от нескольких см до 16 м, в зависимости от комплектации. Используя огнеупорные керамические формы, можно также получить сложные профили.

Наконец, центробежное литье может также облегчить производство биметаллических труб и композитных материалов с металлической матрицей ( 9 , 20 ).Два разных сплава можно комбинировать вместе, используя более дешевый металл вместо высоколегированного, получая два концентрических слоя и значительно снижая затраты на литье. Второй металл следует заливать в форму сразу после того, как первый металл потерял текучесть. Временной интервал до второй заливки критичен; на самом деле, если он слишком короткий, то толщина и состав второго слоя могут измениться, и наоборот, тогда как если он слишком длинный, то хорошей сварки не удастся.Центробежно-литые биметаллические трубы в конце процесса демонстрируют сварной или диффузионный шов на границе раздела ( 20 ).

Что касается композитов с металлической матрицей, типичное применение представлено использованием алюминиевой матрицы, армированной частицами графита ( 19 ); в этом случае частицы C имеют тенденцию разделяться по внутреннему диаметру из-за их более низкой плотности, чем у алюминия, а произведенные детали обеспечивают высокую износостойкость в области отверстия и поэтому успешно используются в подшипниках.

Процесс центробежного литья также страдает некоторыми ограничениями и недостатками, связанными с ним. Первое ограничение связано с геометрией отливки, обычно цилиндрической или осесимметричной. Длинные детали должны изготавливаться горизонтально по их наибольшему размеру, в противном случае (из-за силы тяжести во время заполнения) в цилиндрические изделия могут появиться дефекты и неоднородности.

Поскольку внутренняя стенка отсутствует, внутренний диаметр содержит какие-либо примеси, как упоминалось выше, и поэтому обычно требуется вторичная обработка.

Типичные дефекты, обнаруживаемые в центробежно-литых деталях, можно разделить на четыре категории: сегрегационные полосы, дождь, горячий разрыв и вибрация ( 9 , 11 ).

Полосы сегрегации представляют собой отдельные области низкоплавких компонентов, таких как эвтектические фазы или сульфидные и оксидные включения. Обычно они присутствуют в отливках толщиной более 50–75 мм и в сплавах, характеризующихся широким диапазоном затвердевания и большой усадкой.

Эти дефекты, встречающиеся как в горизонтальных, так и в вертикальных центробежно-литых деталях, возникают из-за низких скоростей вращения, вызывающих выброс жидкого металла; однако основные причины возникновения полос до сих пор неясны.Изменение параметров процесса, таких как скорость разливки или скорость вращения, может помочь уменьшить проблему.

Явление дождя может появиться, когда отливка наибольшей длины размещается горизонтально. Следовательно, когда сплав заливается слишком быстро или скорость вращения слишком низкая, металл имеет тенденцию падать сверху вниз формы, создавая неоднородные микроструктуры.

Горячий разрыв может произойти при использовании слишком высоких скоростей вращения. Фактически, сочетание усадки сплава и расширения формы может вызвать напряжения в отливках, которые преодолевают прочность металла в мягкой зоне, что приводит к образованию горячих трещин от разрыва.

Наконец, вибрации литейной машины во время заполнения и затвердевания могут привести к расслоению литой детали. Чтобы избежать такого рода дефектов, необходимо соблюдать осторожность с роликовыми подшипниками и органами управления оборудованием, а также правильно устанавливать и балансировать формы.

5.03.3.4 Оборудование

Центробежные литейные машины состоят из множества различных частей:

•

Контроллер прядильщика и привода: способен обеспечивать соответствующую скорость вращения на этапах заливки и затвердевания.Чтобы достичь требуемых центробежных сил, часто требуются большие двигатели. В таких случаях могут возникать вибрации, и необходимо найти решения, чтобы избежать дефектов отливки; например, использование гидравлических двигателей предпочтительнее электрических в горизонтальных машинах, поскольку они обеспечивают более плавное прядение.

•

Разливочная воронка: ее сопло должно иметь желаемый диаметр, чтобы гарантировать контролируемую скорость разливки.

•

Система водяного охлаждения: снаружи внутрь, имеет важное значение в некоторых продуктах для воздействия на микроструктуру.

•

Отливки и ключи: используются в основном при производстве крупных отливок, они должны преодолевать трение, действующее на всей поверхности раздела между отливкой и формой, а также вес детали.

•

Адаптерный стол: для установки различных форм.

•

Формы: формы, используемые для центробежного литья, могут быть постоянными или одноразовыми. Для простых отливок предпочтительны стальные, чугунные или медные формы.Обычно им требуется огнеупорное и изолирующее покрытие для защиты стенок формы, предотвращения прилипания и облегчения извлечения деталей. Формы предварительно нагревают перед нанесением покрытия, чтобы высушить огнеупорную промывку и улучшить ее прилипание к поверхности формы. Когда требуется сложная форма или ограниченное производство, обычно используются огнеупорные формы. В частности, зеленый песок выгоден с точки зрения стоимости и формуемости, но для него необходимы опоки, чтобы выдерживать силы, возникающие во время прядения. Песок сухой, механического затвердевания или пески без обжига используются без опок.В обоих случаях скорость вращения поддерживается низкой на первом этапе разливки, а впоследствии ее повышают, чтобы избежать эрозии стенок формы. Иногда графитовые формы используются для определенных целей; они легко обрабатываются и обладают высокой теплопроводностью, что позволяет быстро охлаждать центробежно литый сплав.

5.03.3.5 Последние достижения

Новым достижением в литейной технологии является сочетание центробежного литья (CC) с электромагнитным перемешиванием (EM), как показано на рисунке 9.В соответствии с этим в системе EMCC жидкий сплав затвердевает под действием сосуществующих центробежных и электромагнитных сил, вызывая равноосные структуры зерен вместо столбчатых, как это обычно бывает при обычных центробежных отливках. Такие микроструктуры должны улучшать механические свойства ( 21 ).

Рисунок 9. Пример системы EMCC.

Для анализа и прогнозирования микроструктуры, механических свойств, дефектов, распределения сегрегации, движения армирующих частиц во вращающейся суспензии и т. Д., последние достижения и исследования в области центробежного литья в основном касались заполнения форм и затвердевания. Компьютерное моделирование представляет собой мощный инструмент для понимания различных явлений, связанных с процессами литья. Используя моделирование и моделирование, Ping et al. ( 22 ) смогли показать важность скорости вращения, более важную, чем перегрев и материал формы, на микроструктуру отливки.

Fu et al. установили необходимость правильной конструкции пресс-формы при центрифугировании для получения отливок с последовательным затвердеванием ( 23 ).

Различные авторы также пытались создать математические модели процесса центробежного наполнения, чтобы продемонстрировать влияние противодавления. Wu et al. обнаружили, что противодавление снижает скорость наполнения, поэтому требуется более высокая скорость вращения, и что нижнее наполнение лучше, чем верхнее, для достижения стабильного наполнения ( 24 ).

Что касается композитов с металлической матрицей, моделирование и моделирование позволяют нам изучить влияние силы Кориолиса на движение частиц и формирование их ступенчатого распределения, как продемонстрировали Дренчев и др.и Отава и др. ( 25 , 26 ). Также могут быть получены качественные и количественные связи между конструкциями и технологическими параметрами.

A Грунтовка для отливки в постоянную форму

В процессе литья в постоянную форму производятся компоненты с жесткими допусками, хорошей обработкой поверхности и высокими механическими свойствами. Его способность достигать этих деталей основана на фундаментальном принципе этого процесса – заливке расплавленного металла в металлические формы многократного использования.Эта металлическая форма придает металлу характеристики охлаждения во время затвердевания для получения более мелкозернистой структуры, уменьшения пористости и более высоких механических свойств затвердевшего литого компонента.

При крупносерийном производстве отливки в постоянные формы обычно имеют вес от 1 унции. до более чем 100 фунтов; однако отливки до 400 фунтов. производятся серийно. Если отливка требует, чтобы стержень образовывал внутреннюю полость, можно использовать либо постоянный металлический стержень многоразового использования, либо сборный песчаный стержень.Этот выбор основан на конструкции и сложности отливки.

Преимущества постоянной формы:
• Превосходная точность размеров.
• Способность достигать высококачественной обработки поверхности после литья со среднеквадратичным значением 100 (RMS).
• Постоянство размеров от детали к детали с отверстиями с сердцевиной, выступами, подушечками и другими точками.
• Возможность отливки пластин из черных и цветных металлов для сочетания свойств, обеспечивающих повышенную прочность, износостойкость или усталостную долговечность.
• Более мелкозернистая структура, меньшая пористость и лучшие механические свойства за счет повышенного охлаждения металлической формы.

Для разливки в постоянную форму используются уровни давления или вакуума от нуля до минимума для заливки металла в форму, в то время как в других процессах используется давление свыше 15 000 фунтов на квадратный дюйм. Как правило, он подходит для производства компонентов на основе алюминия и меди, выбранный тип процесса литья в постоянную форму зависит от типа производимого литого компонента.

Четыре основных типа непрерывного литья в формы:
• Гравитация.
• Заливка с наклоном.
• Низкое давление.
• Вакуум.

Выбор правильного процесса постоянной формы для конкретных компонентов зависит от нескольких факторов, включая количество, размер, ограничения по стоимости и требования к механическим свойствам. В общем, чем больше постоянный процесс формования включает в себя давление и / или вакуум, тем более высокие механические свойства могут быть достигнуты, а также тем выше стоимость производства. Кроме того, по мере усложнения процесса литья возрастают сложность и стоимость инструментов.

Самотечная заливка – это самый старый, самый простой и традиционный вид непрерывного литья в формы. При этом две металлические половины формы соединяются вместе, образуя полость формы.

Расплавленный металл выливается в разливочную ванну (под действием силы тяжести) и проходит через литниковую систему в полость кристаллизатора, где затвердевает в литой детали.

Для отливки постоянной формы с наклонной заливкой используется традиционная заливка под действием силы тяжести и повышается ее уровень за счет поворота / вращения металлической формы во время или после заливки металла в емкость для заливки для заполнения полости формы.Формы поворачиваются на угол до 90 градусов во время процесса наклона, чтобы уменьшить турбулентность, с которой сталкивается металл, когда он движется из разливочного резервуара через литниковую систему в полость формы. За счет уменьшения турбулентности улучшаются механические свойства отливок в постоянные формы.

Постоянное литье под низким давлением переворачивает кристаллизатор вверх дном и помещает его в литейное устройство над герметичной герметичной камерой, в которой находится тигель, в котором находится расплавленный металл. Наполняющая трубка проходит от формы вниз в расплавленный металл.Отливку производят путем нагнетания давления в камере, содержащей расплавленный металл, и нагнетания металла в форму. Металл в наполняющей трубе действует как стояк, питая отливку во время затвердевания, что позволяет достичь хорошего выхода в этом процессе. Кроме того, контролируя скорость заполнения формы давлением, литейщик обеспечивает плавное заполнение формы без захвата воздуха и других включений в отливке, что повышает качество отливки и механические свойства. Этот метод также поддается автоматизации и обычно работает при более низких температурах формы с более коротким временем цикла, чем обычная постоянная форма.Форма с более низкой температурой сокращает время затвердевания отливки, что увеличивает механические свойства отливки.

Вакуумное литье аналогично литью под низким давлением, за исключением того, что в полости формы создается вакуум, и металл вытягивается, а не проталкивается в форму. Как и в случае с низким давлением, отличные механические свойства и высокая производительность являются нормой для этого процесса из-за низкой температуры формы. Кроме того, этот процесс обеспечивает такие же результаты по текучести литья, как и при низком давлении.Однако этот процесс обычно связан с более мелкими отливками и требует специальной сложной конструкции пресс-формы для надлежащего создания вакуума.
Что касается вакуума и низкого давления, то многие инновации в процессах позволили металлургическим компаниям сочетать вакуум и давление во время литья для лучшего контроля заполнения формы. Это ключ к более совершенному производству отливок в постоянные формы – контроль потока металла в форму для обеспечения максимально спокойного заполнения формы за как можно более короткий цикл отливки.Чем быстрее и менее турбулентно, тем более качественное литье при меньших затратах.

Варианты металлов
Основными металлами, разливаемыми в постоянных формах, являются сплавы на основе алюминия и меди, но также можно лить серый и ковкий чугун, магний и цинк. Хотя основной процесс литья не меняется между алюминиевым и медным литьем, каждый металл из-за его индивидуальных физических и металлургических свойств имеет уникальные проблемы, которые необходимо решать во время литья.

Алюминиевые сплавы
Выбор алюминиевых сплавов основан на текучести и характеристиках заполнения формы металлом.Из-за тенденции к горячему растрескиванию алюминиевых сплавов эти сплавы обычно содержат 5% или более кремния. Вот некоторые алюминиевые сплавы, которые традиционно отливают с использованием процесса постоянной формы:
319 – Этот сплав и его варианты используются, когда удовлетворительны умеренные механические свойства без термической обработки.
333 и A333 – Эти сплавы имеют необычайно хорошие характеристики литья в постоянной форме и обладают лучшими механическими свойствами после литья, чем сплавы типа 319.
355 и 356 – Эти термически обрабатываемые сплавы обладают хорошей литейной способностью и используются, когда требуются хорошие свойства при растяжении.356 также обладает отличной коррозионной стойкостью. За счет уменьшения примесей в этих сплавах с образованием C355 и A356 механические свойства сплавов значительно улучшаются.
443 – Этот сплав и его варианты используются, когда требуются высокая пластичность и коррозионная стойкость, но высокая прочность не важна.
513 – В качестве прямого алюминиево-магниевого сплава с добавлением 2% цинка сплав 513 может использоваться для простых отливок, требующих выдающейся коррозионной стойкости и хорошего качества поверхности.
В отрасли литья металлов проводятся исследования, испытания и испытания непрерывного литья в формы различных новых сплавов, таких как A206. Всегда уточняйте у поставщика отливок другие возможные варианты сплавов, которые могут быть хорошим выбором.

Сплавы на основе меди
Как и алюминиевые сплавы, некоторые сплавы на основе меди легче разливать в постоянной форме. Из-за ограничений некоторых семейств сплавов важно проконсультироваться с мастером по литью, чтобы определить возможность литья сплава для определенного применения.Следующие сплавы сгруппированы по семействам с пятизначным кодом единой системы нумерации, разработанным Ассоциацией разработчиков меди:
Yellow Brasses (C8330-C89990) – это медные сплавы, в которых цинк является легирующим элементом. Хотя коррозионная стойкость этих сплавов ниже, чем у их аналогов, высокопрочные желтые латуни (C86200 и C86500) используются для механических изделий, требующих хорошего износа.

Кремниевая бронза / латунь (C87300-C87900) – это сплавы средней прочности.Они обладают хорошей коррозионной стойкостью в воде, хорошими литейными характеристиками и приемлемой обрабатываемостью. Силикон дает возможность отливать мелкие детали и улучшает чистоту поверхности отливки.

Алюминиевая бронза (C95200-C95900) – они содержат 3–12% алюминия, а железо, кремний, никель и марганец добавляются по отдельности или в комбинации для повышения прочности и коррозионной стойкости. Эти сплавы образуют защитные пленки продуктов коррозии с высоким содержанием глинозема, которые обеспечивают исключительную стойкость к окислению и коррозии.Кроме того, они обладают прочностью от умеренной до высокой и могут подвергаться термообработке до прочности на разрыв более 100 тысяч фунтов на квадратный дюйм.

SeBiLoy III (C89550) – этот сплав представляет собой селен-висмут, содержащий желтую латунь, который был специально разработан для непрерывного литья в формы. Это бессвинцовая латунь, не подвергающаяся механической обработке, для применения в питьевой воде, которая демонстрирует улучшенные механические свойства, горячий разрыв и текучесть. По прочности сплав также превосходит желтую латунь.

Рекомендации по проектированию
Чтобы достичь требуемых уровней качества при минимальных затратах, проектировщики должны учитывать множество факторов, которые следует учитывать при любом методе литья.Например, сечения должны быть максимально однородными, без резких изменений толщины. Тяжелые секции не следует изолировать, а допуски не должны быть более жесткими, чем необходимо.
В дополнение к общим правилам, ниже приведены некоторые особенности, применимые к недорогому производству неразъемных литых компонентов. Каждое предприятие по непрерывному литью в формы может соответствовать различным стандартам проектирования, поэтому всегда лучше посоветоваться с поставщиком отливок об ограничениях.
• По возможности все точки фиксации должны находиться в одной половине полости формы.Кроме того, точки размещения не должны приближаться к воротам, подступенкам, линиям разъема и выталкивающим штифтам.
• Следует избегать использования отверстий с сердцевиной менее 0,25 дюйма в диаметре, даже если возможны отверстия с сердцевиной диаметром 0,125 дюйма.
• Углы уклона в направлении потока металла на наружных поверхностях могут изменяться от 1 до более 10 градусов, а внутренняя осанка – от немногим менее 2-20 градусов. Однако использование минимальной тяги увеличивает сложность и стоимость заброса. Внутренние стены можно отливать без тяги, если использовать разборные металлические стержни, но такая практика увеличивает стоимость.
• Гайки, втулки, шпильки и другие вставки часто можно отлить на месте. Связь между отливкой и вставкой может быть механической и / или металлургической.
• В условиях наилучшего контроля малых форм припуск на обрабатываемую заготовку может составлять менее 0,03 дюйма (0,8 мм). Однако поддержание таких низких припусков на обработку обычно увеличивает удельные затраты. Более практично использовать обрабатываемую заготовку 0,03-0,06 дюйма (0,8-1,6 мм) для отливок с основными размерами до 10 дюймов (250 мм) и допускать до 0.125 дюймов для более крупных отливок.
• Дизайнер не должен ожидать, что качество поверхности отливок будет лучше 100 микродюймов (2,5 микрометров) при оптимальных условиях. Обычно чистовая обработка отливки составляет от 125 до 300 микродюймов. в зависимости от отливаемого металла.
Производство отливки часто можно улучшить, избегая резких изменений толщины сечения. Тяжелые фланцы, прилегающие к тонкой стенке, особенно склонны к неравномерному замерзанию и горячим разрывам. В таких случаях может потребоваться переработка отливки.Минимальная толщина сечения, которую можно получить при разумной стоимости, значительно зависит от размера отливки и однородности толщины стенок отливки.

Как и в случае со всеми конструкциями литых компонентов, а также с выбором производственного процесса, лучше всего проконсультироваться с вашими поставщиками отливок и предоставить им возможность помочь в выборе процесса, а также в проектировании для производства.

(PDF) Влияние материала пресс-формы и скорости разливки на морфологию оболочки и сопутствующую микроструктуру подповерхностного слоя алюминиевого сплава 3003

31

Литейные сплавы, микроструктура

International Foundry Research 64 (2012) No.1

в Таблице 1 и на рисунках 9 и 10, обечайки, изготовленные на графитовом кокиле

, показали наименьший уровень неравномерного роста. Это

можно отнести к более низкому свойству температуропроводности

графита и сопутствующей более низкой скорости отвода тепла

на границе раздела форма-расплав. Как объяснялось ранее, тепловой поток

и коэффициент теплопередачи на границе кристаллизатор-жидкость увеличиваются с увеличением коэффициента температуропроводности охлаждающего материала

риал.Более низкий межфазный тепловой поток приводит к более низкому градиенту температуры в затвердевающей оболочке и, следовательно, к меньшему напряжению

. Это, в свою очередь, облегчит нерегулярное термомеханическое искажение оболочки, которое вызывает образование и рост зародыша воздушного зазора и связанный с этим волнообразный рост оболочки.

Наблюдаемое снижение равномерности роста оболочки при увеличении скорости разливки на

согласуется с выводами

, перенесенными другими исследователями [8, 9, 18-21].Влияние скорости литья

на однородность оболочки можно приписать неравномерному распределению температуры

вдоль границы раздела «форма-расплав», которое существует в начале затвердевания. Отсутствие однородности

в тепловых полях приводит к неравномерному отбору тепла, сжатию при затвердевании

и, в конечном итоге, образованию воздушного зазора.

Нестабильность усиливается по мере того, как контактное давление увеличивается на

ниже областей утолщения и уменьшается ниже тонких областей

оболочки.Влияние перегрева расплава на форму корпуса

mity, по-видимому, зависит как от типа материала формы

, так и от скорости разливки (Таблица 1). Для корпусов, изготовленных с использованием медного кокиля

, увеличение перегрева уменьшало равномерность роста оболочки

на всех исследованных скоростях разливки (10 мм / с, 25 мм / с,

и 50 мм / с). Это противоречит наблюдению Вейрауха и

Жирона [8] о затвердевании алюминия чистотой 99,99%

при охлаждении медью.Для алюминиевых

и графитовых кокилей увеличение перегрева усугубляет даже рост раковины всего на 10 мм / с, и наоборот,

при более высоких скоростях разливки. Существует две точки зрения на

: влияние перегрева расплава на распределение температуры

, которое существует в начале затвердевания на поверхности

поверхности расплава. Основываясь на сообщении об увеличении теплового потока и коэффициента передачи тепла

при более высоком перегреве расплава [13, 15], одна из

считает, что перегрев расплава должен увеличивать нестабильность роста оболочки, а не уменьшать ее.Повышенный коэффициент теплопередачи за счет более высокого перегрева объясняется высокой текучестью расплавленного металла, которая позволяет лучше согласовывать его с неровностями охлаждающей поверхности, что приводит к лучшему потоку тепла на границе раздела.

Однако, несмотря на более высокий коэффициент теплопередачи,

более высокий перегрев также приводит к образованию меньшего воздушного зазора между затвердевающей оболочкой и холодом, поэтому вторая школа мысли состоит в том, что увеличение перегрева должно

улучшить неравномерный рост скорлупы.Это связано с тем, что меньший воздушный зазор

, как ожидается, вызовет более равномерную теплопередачу на границе

на границе раздела форма-лить и, следовательно, более равномерный рост оболочки

. Таким образом, это может объяснить наблюдаемое увеличение равномерности роста оболочек

, произведенных в алюминиевой кристаллизаторе, с увеличением перегрева при более высоких скоростях литья

, составляющих 25 и 50 мм / с. Кроме того, чем

выше перегрев, тем больше тепла необходимо отвести

до начала затвердевания и, следовательно, тем дольше

время до начала затвердевания.Как отмечалось в

в этом исследовании, ожидается, что это снизит скорость роста скорлупы

и, следовательно, сделает ее более однородной. Кроме того, увеличение перегрева

создает более высокую тепловую нагрузку из-за повышенной температуры расплава

, которую необходимо преодолеть. Однако с

материал пресс-формы, такой как медь с гладкой поверхностью, до

пография волнообразный рост усугубляется более высоким перегревом su-

. Похоже, что перегрев приводит к увеличению передачи тепла

за счет потери однородности теплового потока.

4.3 Подповерхностная микроструктура

По всей видимости, существует сильная корреляция между ростом волдыря

ry и подповерхностной микроструктурой литого изделия

. Эти результаты впервые подтверждают утверждение

в моделях, представленных в литературе, о том, что тонкие

нервные (или вдавленные) области оболочки являются местами, где воздушный зазор

зародился и увеличился во время затвердевания слитка.

оболочка.Присутствие высокой концентрации эвтектических составляющих

в углубленных или тонких областях оболочки указывает на то, что они, вероятно, повторно расплавились, вызывая отторжение и повторное затвердевание богатой эвтектикой жидкости на поверхности. оболочка

. Интересно, что как на волнистых, так и на возвышенных участках

оболочек, полученных с помощью графитового охлаждения, подповерхностная микроструктура

демонстрирует неприемлемые уровни подповерхностной сегрегации

(Рисунок 12).И это несмотря на то, что эти

гильз были наиболее однородными из гильз, произведенных с использованием

, трех различных материалов форм. Это говорит о том, что подповерхностная сегрегация

в этих оболочках была вызвана другим механизмом переплавления, чем тот, который наблюдался в оболочках

, полученных с помощью кокилей из меди и алюминиевого сплава.

В оболочках, изготовленных с использованием графитового охлаждения, сегрегация лицевой поверхности

, вероятно, вызвана большим переплавом относительно тонкой оболочки

.Из-за свойства графита с низкой температуропроводностью

и несмачивания графита расплавом алюминия

скорость отвода тепла в начале

и во время затвердевания отливки низкая. Это дает

в механически слабых тонких оболочках, которые легко переплавляются.

Это медленное затвердевание объясняет, почему дендриты и частицы составляющей фазы в оболочках, затвердевших на графическом охладителе

, являются более крупными, чем частицы в оболочках, затвердевших на алюминиевых и медных охладителях

.В последнем случае сегрегация поверхности ниже

, вероятно, вызвана локализованным плавлением

в воздушном зазоре, вызванном тонкими вдавленными областями оболочки.

5 Выводы

1. Образование нахлеста в корпусных отливках AA3003 улучшается за счет

более низкой охлаждающей способности материала формы (пропорциональной

температуропроводности), более высокой скорости литья и более высокого перегрева расплава

.

2. Неравномерный рост оболочки в AA3003 усугубляется увеличением скорости

, перегревом расплава (при 10 мм / с) и охлаждающей способностью материала формы.

3. Из графитового материала формы получаются оболочки с наименьшим волнообразным ростом и нахлестом

(за исключением

1 мм / с).

4. Существует сильная корреляция между макро-

фологическими особенностями (впадинами и бугорками) непродолжительного фронта роста и подповерхностной микроструктурой. Микроструктурно вдавленные тонкие области оболочки

демонстрируют признаки переплавки с сопутствующей ликвацией

и подповерхностной сегрегацией, тогда как выступы микроструктурно однородны и, как правило, свободны от поверхностной сегрегации на поверхности.

5. Неприемлемые уровни подповерхностной сегрегации преобладают в подповерхностных микроструктурах всех оболочек

, затвердевших на графитовом кокильном блоке даже при отсутствии

макроморфологических особенностей.

PN Anyalebechi, Школа инженерии, Государственный университет Гранд-Вэлли –

versity, 347 Kennedy Hall of Engineering, Grand Rapids, MI 49504-

6495, США

IFR_01_02 D.indd 31 29.02.12 08:15

Определения и терминология литья – Engineers Edge

Определения и терминология литья

Меню производства
Услуги по производству отливок

Связанный:

As-Cast Состояние: литье без последующей термообработки.

Обратная тяга: обратный конус, который препятствует удалению шаблона из формы или стержня из формы. corebox.

Слиток, колба: ребро в крышке герметичной колбы, помогающее поддерживать песок.

Песок для подложки: Основная масса песка в колбе. Песок утрамбовывается поверх облицовочного песка, покрывающего узор.

Связующее: Связующее вещество, используемое в качестве добавки к формовочной смеси или стержневому песку для придания прочности пластичности в сухом состоянии

Пескоструйная или пескоструйная очистка: Процесс очистки или отделки металлических предметов с помощью струи воздуха или центробежного колеса, который разбрасывает абразивные частицы на поверхности деталей.Мелкие частицы металла неправильной формы используются в качестве абразива при пескоструйной очистке; песок при пескоструйной очистке; и стальные шары при дробеструйной очистке.

Сливное устройство: дефект, при котором отливка не является завершенной из-за стекания или утечки расплавленного металла из некоторой части полости формы после остановки заливки.

Пригарный песок: песок, приставший к поверхности отливки, который очень трудно удалить.

Прогар: обжиг формы при высокой температуре для удаления остатков материала рисунка.

Объем отливки: вес отливки или отливок, деленный на общий вес металла, залитого в форму, выраженный в процентах.

Центробежное литье: Процесс заполнения форм путем 1) заливки металла в песчаную или постоянную форму, вращающуюся вокруг своей горизонтальной или вертикальной оси; или 2) заливка металла в форму, которую затем вращают до полного затвердевания металла. См. Также Центрифужное литье.

Центрифужное литье – техника литья.

Полость: Часть отливки, которая формирует внешнюю форму

Венчик: небольшая металлическая вставка или распорка, используемая в формах для поддержки стержня во время литья. процесс.

Загрузка: Заданный вес металла, загруженного в литейную печь.

Chill: Металлическая вставка в песчаную форму, используемую для местного охлаждения и выравнивания скорости затвердевания по всей отливке.

Очистка: Удаление полозьев, подступенков, заусенцев, излишков металла и песка с отливки.

CO2 Процесс: формы и стержни, сделанные из песка, содержащего силикат натрия, мгновенно затвердевают, пропитывая песок углекислым газом.

Чеканка: операция по обработке металла прессом, при которой устанавливаются точные размеры плоских поверхностей или углублений при преимущественно сжимающей нагрузке.

Холодная дробь: Небольшой шарик металла, внедренный в отливку, но не полностью слитый с ней.

Холодный затвор: дефект литья, вызванный несовершенным сплавлением расплавленного металла, сходящегося в форме с противоположных сторон, или из-за складывания поверхности.

Разборный сердечник: Металлическая вставка, состоящая из двух или более частей, позволяющая извлекать из поверхности формы с поднутрением.

Cope: Верхняя половина горизонтально разделенной формы.

Сердечник: Вставка из песка или металла в литейную форму для придания формы внутренней части отливки или той части отливки, которой нельзя придать форму по образцу литейной формы.Часть отливки, формирующая внутреннюю форму

Сборка сердечника: Сборка, состоящая из нескольких сердечников.

Corebox: Деревянный, металлический или пластиковый инструмент, используемый для изготовления стержней.

Coreprint: выступ на узоре, который оставляет отпечаток в форме для поддержки сердечника.

Core Wash: Жидкая суспензия огнеупорного материала, нанесенная на стержни и высушенная (предназначенная для улучшения поверхности отливки).

Раздавливание: смещение песка в стыках формы.

Cuploa: цилиндрическая печь с прямым валом (обычно футерованная огнеупором). для плавления металла в непосредственном контакте с коксом путем нагнетания воздуха под давлением через отверстия возле его основания.

Отверждение: Отвердеть …

Матрица: Металлическая форма, используемая в качестве постоянной формы для литья под давлением или для восковой модели при литье по выплавляемым моделям.

Литье под давлением: процесс литья, при котором расплавленный металл под давлением помещается в полость металлической формы.

Матрица:

Оттиск штампа, в который вдавливается материал рисунка.

Направленное отверждение: Затвердевание расплавленного металла в отливке таким образом, что жидкий исходный металл всегда доступен для той части, которая только что затвердевает.

Осадка: конус на вертикальных сторонах шаблона или стержневого ящика, который позволяет удалить стержень или песчаную форму без деформации или разрыва песка. Угол тяги варьируется и зависит от длины поверхности, а также от процесса, используемого во время литья.

Черновик (шаблон) – Конус на сторонах шаблона, которые перпендикулярны плоскости разделения, что позволяет вынимать шаблон из формы без разрушения краев формы.

Выталкивающие штифты: подвижные штифты в матрице, которые «толкают», чтобы удалить литой узор из штампов.

Внешняя канавка: Любая выемка или выступ на внешней стороне пресс-формы, препятствующие ее извлечению из полости.

Песок для облицовки: песок, используемый для окружения рисунка, образующего поверхность, контактирующую с расплавленным металлом.

: также называемый «стояк», он является частью литниковой системы, которая образует резервуар с расплавленным металлом, необходимый для компенсации потерь из-за усадки при затвердевании металла.

Фляга: Жесткий металлический или деревянный каркас, используемый для удержания песка, из которого формируется форма, обычно состоящий из двух частей: “копчик” и “перетаскивание”.

Возврат литейного цеха: Металл (неизвестного состава) в виде литников, литников, направляющих, стояков и скребков, возвращаемых в печь для переплавки.

Пористость для газа: состояние, существующее в отливке, вызванное улавливанием газа в расплавленном металле или газами литейной формы, выделяющимися во время разливки отливки.

Зеленый песок: формовочный песок, закаленный в воде и используемый для литья во влажном состоянии.

Форма из зеленого песка: Форма, состоящая из влажного формовочного песка и не высушенная перед заполнением расплавленным металлом.

Hotbox Process: процесс на основе смолы, при котором для производства стержней используются нагретые металлические стержневые стержни.

Горячий разрыв: Излом неправильной формы в отливке, возникающий в результате напряжений, возникающих в результате крутых температурных градиентов внутри отливки во время затвердевания.

Включения: частицы шлака, огнеупорных материалов, песка или продуктов раскисления, захваченные отливкой во время заливки, затвердевают.

Внутренняя усадка: Пустота или сеть пустот внутри отливки, вызванная недостаточной подачей этой секции во время затвердевания.

Обратное охлаждение: Состояние литейной секции, при которой внутренняя часть окрашена в пестрые или белые пятна, а остальные секции выполнены из серого чугуна.Также известен как обратный, внутренний и перевернутый.

Процесс литья по выплавляемым моделям: Процесс литья по выкройке, в котором используется узор из воска или термопласта. Рисунок покрыт (окружен) огнеупорной суспензией. После высыхания формы узор расплавляется или выжигается из полости формы, и в полученную полость заливается расплавленный металл

Свободный кусок:

1) стержневой ящик; часть стержневого ящика, которая остается встроенной в стержневой ящик и удаляется после подъема стержневого ящика.2) Выкройка; выступающая вбок часть рисунка прикреплена таким образом, что остается в форме до тех пор, пока не будет нарисована основная часть рисунка. Таким образом предотвращается обратная тяга. 3) Часть постоянной формы, которая остается на отливке и удаляется после выталкивания отливки из формы.

Процесс потери воска: Процесс литья, при котором расходный узор из воска или аналогичного материала плавится или выжигается из формы, а не вытягивается.
Потерянная пена:
Процесс литья, в котором рисунок пены заменяется расплавом в колбе, заполненной рыхлым песком, для формирования отливки.

Master Pattern: Объект, из которого можно сделать кубик; как правило, металлическая модель отливаемой детали с технологической усадкой.

Форма: Форма из песка, металла или огнеупорного материала, содержащая полость, в которую заливается расплавленный металл для получения отливки желаемой формы.

Полость формы: Оттиск в форме, полученный путем удаления шаблона. Он заполнен расплавленным металлом, чтобы сформировать отливку.Затворы и стояки не считаются частью полости формы.

Сдвиг пресс-формы: дефект литья, возникающий, когда части пресс-формы не совпадают по линии разъема.

Промывка пресс-формы: суспензия огнеупорного материала, такого как графит и кремнеземная мука, используемая для покрытия поверхности полости пресс-формы для обеспечения улучшенной поверхности отливки.

Вес пресс-формы: Вес, который прикладывается к верхней части пресс-формы, чтобы форма не отделялась.

Формовочная машина: Машина для изготовления форм

Азотирование: процесс поверхностного упрочнения, при котором железосодержащий сплав, обычно специального состава, нагревается в атмосфере аммиака или в контакте с азотистым материалом с целью упрочнения поверхности за счет образования нитритов без закалки.

Nobake Process: Формы / стержни изготовлены из связанного смолой песка для отверждения воздуха. также известен как процесс с воздушным охлаждением, поскольку формы оставляют для затвердевания в условиях окружающей среды.

Линия разъема: Отметка или линия на отливке, образованная на стыке разделительных штампов.

Модельеры Усадка: Допуск на усадку, сделанный на шаблонах, чтобы компенсировать уменьшение размеров по мере того, как затвердевшая отливка охлаждается в кристаллизаторе от температуры замерзания металла до комнатной температуры. Узор становится больше за счет степени сжатия, характерного для конкретного металла, подлежащего обработке. использовал.

Пористость: Отверстия в произведенной отливке из-за: газов, захваченных в форме, реакции расплавленного металла с влагой в расплавленном песке или несовершенного сплавления венцов с расплавленным металлом.

Стержень: Тяжелая проволока или стержень в песчаном сердечнике, используемый для армирования.

Бегунок: часть узла заслонки, которая соединяет нижнюю заслонку (литник) с литейным желобом или стояком. Этот термин также применяется к той части рисунка, которая образует бегунок.

Биение: непреднамеренный выход расплавленного металла из формы.

Подъемник: см. Устройство подачи.

Усадочное отверстие: Отверстие или полость в отливке, образовавшаяся в результате усадки и недостаточного количества подаваемого металла и образовавшаяся во время затвердевания.

Усадка: уменьшение объема металла по мере его затвердевания.

Усадочная полость: В литых металлах остаются пустоты в результате усадки при затвердевании.

Дефект усадки: Зубчатое отверстие или губчатая поверхность отливки, облицованная дендритами: обычно из-за недостаточной подачи расплавленного металла во время затвердевания. Не путать с моделями усадка.

Литниковые каналы: каналы, вырезанные в форме для ввода металла. Также название получили металлические стержни, которые принимают эту форму при окончательной отливке.

Типы дефектов литья и способы их предотвращения

Если вы хотите освежить в памяти информацию о различных типах дефектов литья, их причинах и способах их предотвращения, это руководство поможет вам в этом. краткое изложение всех этих областей.Есть много вещей, которые могут пойти не так с литьем, но по результатам бывает сложно определить, в чем проблема, которая ее вызвала. В этом руководстве мы разбиваем шесть различных областей дефектов отливок, чтобы помочь вам точно определить, исправить и избежать проблем с отливками. Вот что будет рассказано в этом руководстве:

1. Пористость газа
   1. Точечные отверстия
   2. Пузыри
   3. Открытые отверстия
2. Дефекты усадки
   1. Открыть
   2. Закрыт
   3. Деформация
3. Дефекты материала пресс-формы
   1. Режет и стирает
   2. Свелл
   3. Капли
   4. Проникновение металла
   5. Крысиные хвосты
   6. Fusion
   7. Закончился
4. Заливка дефектов металла
   1. Холодная дробь
   2. Холодный затвор
   3. Misrun
5. Металлургические дефекты
   1. Горячие слезы
   2. Горячие точки
   3. Включение шлака
6. Дефекты формы отливки
   1. Несоответствия
   2. Вспышка

Пористость по газу

Когда литой металл затвердевает в форме, он не может удерживать столько газа, сколько в жидкой форме, поэтому он выделяет его.Это одна из причин, по которой формы проницаемы, что позволяет выходить газу. Несколько факторов могут вызвать непроницаемость, что может привести к застреванию пузырьков газа внутри металла. Эти пузыри могут включать:

Точечные отверстия

Точечные отверстия, также известные как пористость, представляют собой отверстия меньшего размера в верхней части отливки. Обычно они собираются группами около или на поверхности отливки и видны невооруженным глазом.

Пузыри

Сушилки – это большие отверстия, которые могут появиться внутри литой детали.Невидимые невооруженным глазом внутренние раковины можно обнаружить с помощью рентгеновского, гармонического, ультразвукового или магнитного анализа. Волдыри, разновидность раковин, представляют собой тонкие закрытые неглубокие отверстия.

Открытые отверстия

Тип дыхало, открытые дыры появляются на поверхности детали. Эти дефекты вызваны попаданием воздуха в форму при заливке металла в форму. Существует также неглубокий вариант открытых отверстий, называемый рубцом.

Что вызывает пористость газа?

Подобные отверстия обычно появляются в плохо вентилируемых местах или в местах с повышенной влажностью.В частности, они могут быть вызваны слишком большим количеством влаги в песке, влажными ковшами, недостаточно газифицированным песком или слишком высокой температурой расплавленного металла, которая приводит к чрезмерному поглощению газа.

Как предотвратить газовую пористость

Избегайте точечных отверстий, раковин и открытых отверстий, убедившись, что формовочный песок сухой и проницаемый. Следует отметить, что чем крупнее песок, тем он проницаемее. Даже использование слишком мелкого песка может помешать оптимальной проницаемости. Кроме того, песчаные формы, которые были забиты слишком сильно, теряют проницаемость, поэтому важно не переусердствовать.Перед использованием убедитесь, что формы и стержни сухие, а также храните их в сухих условиях, а также убедитесь, что в формах достаточно вентиляции для выхода газов.

Вам также следует использовать передовые методы плавления, расплавляя материал в вакууме, вокруг малорастворимых газов или под флюсом, который предотвращает соприкосновение воздуха с расплавленным металлом. Если ничего не помогает, попробуйте заливать расплавленный металл при более низкой температуре во время литья, чтобы он не впитал столько газа.

Дефекты усадки

Дефекты усадки возникают из-за усадки металлических сплавов при остывании.Усадка детали из сплава при затвердевании является нормальным явлением (что следует учитывать при расчетах при проектировании пресс-формы). Однако дефекты возникают, когда металл неравномерно усаживается, что приводит либо к искажению формы конечного продукта, либо к образованию внутренних отверстий. Это также может вызвать стресс у металла.

Открытые дефекты усадки

Открытая усадка проявляется на поверхности литого изделия в виде углубления (также известного как выемка) или отверстия (также известного как труба). Когда металл усаживается неравномерно, он втягивает воздух в форму в этой области, создавая дефекты такого типа.

Закрытые дефекты усадки

Закрытая усадка появляется в виде отверстий внутри отливки, как правило, там, где часть жидкого металла была горячее, чем остальной материал. Он может проявляться в макро- или микро-форме. Микроусадка, также называемая усадочной пористостью, невооруженным глазом выглядит как неровности или линии. Отверстия, которые выглядят угловатыми, можно увидеть только в микроскоп.

Деформация

Деформация может происходить как во время затвердевания металла, так и после него, изменяя размеры и форму отливки.Это нагружает металл и вызывает искривление, особенно на больших и плоских участках отливок.

Что вызывает дефекты усадки?

Дефекты усадки проявляются, когда жидкий металл в кристаллизаторе не имеет одинаковой температуры. Для этого есть две возможные причины: либо металл, заливаемый в форму, слишком горячий, либо металл затвердевает неравномерно. Неравномерное затвердевание часто происходит, когда конструкция пресс-формы игнорирует правило направленного затвердевания. Это правило гласит, что самые тонкие куски отформованной формы должны сначала затвердеть, а самые толстые – последними, чтобы усадка не изменила или не повредила деталь.

Как предотвратить дефекты усадки

Проблемы с непрерывным потоком при правильной температуре (что способствует неравномерному затвердеванию) можно уменьшить, обеспечив непрерывную и равномерную подачу жидкого металла в формы. Это может быть достигнуто с помощью системы литников и затворов с стояками для подачи расплавленного металла, которая включает в себя каналы для протекания металла в форму (ходовая система) и резервуары с жидким металлом наверху формы (также известные как стояки), чтобы залить место усадки металла.

Кроме того, формы могут иметь набивку, которая расширяет концы узких деталей, прикрепленных к более толстым деталям, так как это помогает гарантировать, что более толстые секции получат достаточно жидкого металла до того, как тонкая деталь затвердеет. Некоторые производители также размещают охлаждающие ребра, охлаждающие змеевики или охладители внутри форм, чтобы быстрее рассеивать тепло. Также может помочь заливка металла при более низкой температуре.

В частности, деформирования можно избежать, используя термическую обработку сплавов железа, которая снимает остаточные напряжения.Для алюминиевых сплавов правка отливки между процессами закалки и старения позволяет избежать коробления. Это также может предотвратить деформацию, чтобы большие участки имели более ребристую форму, например гофру, чтобы изделие остывало более равномерно.

Дефекты материала пресс-формы

Как следует из названия, дефекты материала пресс-формы вызваны материалом пресс-формы, но они также могут быть вызваны проблемами конструкции пресс-формы. Это самая большая категория дефектов литья, состоящая из семи основных типов.

Режущие и моющие средства

Порезы и смывы возникают, когда жидкий металл разрушает часть формы при заливке, и песок не обладает достаточной термостойкостью, чтобы противостоять этому.Промывки и порезы проявляются в виде небольших выпуклостей вдоль поверхности готового продукта, наклоненных к одному концу, где расплавленный металл имел большую силу при втекании.

Свелл

Вздутие проявляется в виде вздутия на готовом изделии. Эти дефекты возникают, когда форма слишком мягкая, так что вес жидкого металла выталкивает песок наружу.

Капли

Капли проявляются в виде неровных выступов на вершинах отливок. Они возникают, когда плесень становится слабой и песок попадает в жидкий металл.Капли также загрязняют металлическую поверхность.

Биение

Биение происходит, когда форма протекает, когда остается недостаточное количество металла для формирования желаемой отливки.

Фьюжн

Fusion проявляется как стекловидная корка на поверхности отливки. Это происходит, когда часть песка в форме плавится и сливается с отливкой.

Проникновение металла

Когда песчинки рыхлые и крупные, расплавленный металл может проникнуть в форму, создавая шероховатую поверхность отливки.

Крысиные хвосты

Хвосты крыс, также известные как жилки, представляют собой неровные линии вдоль поверхности отливки, возникающие, когда тепло расплавленного металла заставляет песок расширяться. Пряжки – это более экстремальные варианты крысиных хвостов.

Что вызывает дефекты материала пресс-формы?

Как уже отмечалось, причины могут различаться в зависимости от возникшего дефекта. Однако большинство дефектов вызвано либо слишком мягкими формами, которые требуют дополнительной утрамбовки, либо заливкой металла, когда он еще слишком горячий.

Как предотвратить дефекты материала пресс-формы

Обеспечение достаточного забивания форм для удержания расплавленного металла – это эффективный способ решить все эти проблемы, а также убедиться, что разливаемый металл не слишком горячий.Однако, если это не сработает, существуют другие методы решения этих проблем, которые варьируются от дефекта к дефекту.

• Для резки и промывки может потребоваться переработка системы ворот или добавление в песок дополнительных связующих веществ.
• Набухание можно остановить, уменьшив содержание воды в песке в форме.
• Капель можно избежать, укрепив выступы пресс-формы гвоздями или затычками.
• Биение случается с изношенными формами, которые требуют замены, или с плохо спроектированными формами.
• Расплавления можно избежать, если песок в форме устойчив к температуре расплавленного металла.
• Проникновение металла можно устранить, убедившись, что внутренние поверхности должным образом покрыты жидкостью для формования, а песчинки достаточно мелкие и непроницаемы для расплавленного металла.
• «Крысиные хвосты» можно остановить, изменив конструкцию формы так, чтобы она имела меньшие плоские поверхности или обеспечив достаточно мягкость формы, чтобы она должным образом расширялась от тепла.

Заливка дефектов металла

В отличие от многих других дефектов, указанных в данном руководстве, эти дефекты появляются при слишком низких температурах во время процесса разливки.Они делятся на три категории:

Холодная дробь

Холодная дробь – это шарики или капли, неплотно прикрепленные к отливке, оставшиеся от брызг расплавленного металла во время его заливки. Поскольку они меньше по размеру, брызги остывают раньше, чем остальная часть отливки, и врастают или прикрепляются.

Холодный затвор

Холодный затвор происходит, когда металл течет в форму из двух или более точек, но он слишком холодный, чтобы соединиться в цельную деталь. Именно тогда в середине образуется трещина с закругленными краями, которая становится слабым местом в отливке.

Misruns

Неправильная обработка, близкие родственники холодного закрытия, случаются, когда металл настолько остыл, что затвердевает, прежде чем он сможет заполнить всю форму. Неправильные прогоны проявляются как отливки с отсутствующими деталями.

Что вызывает дефекты при заливке металла?

Дефекты отливки металла на всем стержне из-за слишком низкой температуры металла, когда он достигает внутренней части формы. Эти дефекты могут быть вызваны простой заливкой металла, когда он недостаточно горячий. Однако, даже если металл изначально разливался при оптимальной температуре, дефекты могут быть вызваны плохой системой вентиляции, которая позволяет металлу слишком сильно остыть, прежде чем он попадет в форму, или слишком тонкими секциями формы.Тонкие секции могут затвердеть и блокировать другие секции формы из-за своего тонкого размера.

Как предотвратить дефекты заливки металла

Дефектов разливки металла по большей части можно избежать, если расплавленный металл остается достаточно теплым, чтобы полностью соответствовать внутренней части формы. Система затворов может быть изменена для более быстрой транспортировки расплавленного металла или для исключения участков, которые достаточно тонкие, чтобы затвердеть до того, как металл сможет заполнить более крупные полости за их пределами. Если это невозможно, температуру заливки можно просто увеличить.Повышение газопроницаемости формы также может ускорить отвод газов, так что у металла будет меньше времени на охлаждение, пока он все еще течет в форму. В частности, холодная дробь может быть вызвана небрежной заливкой, поэтому обеспечение плавной заливки металла также может помочь в решении этой проблемы.

Металлургический дефект

Металлургические дефекты проявляются, когда есть проблемы с металлом отливки. Есть три типа, в том числе:

Включение шлака

Включение шлака происходит, когда металл не очищен от шлака перед заливкой.Это просто означает, что готовая отливка будет содержать примеси или инородный материал. Если вкрапление грязное, отливки будут иметь вид соты или губки.

Горячие слезы

Горячие слезы, также известные как горячие трещины, появляются, когда остывающий металл сжимается. В этом состоянии, когда металл все еще непрочен, остаточное напряжение в металле или плохая конструкция пресс-формы могут привести к разрыву металла, что приведет к разветвлению и неравномерным трещинам. Иногда их трудно увидеть невооруженным глазом.

Горячие точки

Эти дефекты, также известные как твердые пятна, возникают, когда определенные части отливки остывают быстрее, чем области вокруг них, создавая более твердые части отливки. Они могут изнашивать инструменты и мешать процессу обработки.

Что вызывает металлургические дефекты?

Металлургические дефекты вызваны разными факторами в зависимости от дефекта.

• Включение шлака происходит до того, как металл попадет в изложницу, когда металл не очищен должным образом или когда в заливку входит слишком много верхней части металла (где находится шлак).Если помимо шлака появляется грязь или другой посторонний материал, это также может быть признаком того, что формы не были чистыми.
• Горячие разрывы обычно возникают из-за плохо спроектированных форм, которые не позволяют литой детали сжиматься во всех направлениях. Однако они также могут быть вызваны тем, что металл не обладает достаточной прочностью на растяжение, избыточное тепло разлитого металла заставляет его усадиться больше, чем рассчитано в пресс-форме, или охлаждение неравномерное, создавая внутренние напряжения. Горячие разрывы также могут быть вызваны стержнями или формой, которая не деформируется должным образом при нагревании.
• Горячие точки появляются, когда происходит неправильное охлаждение, из-за конструкции пресс-формы или когда химический состав металла не соответствует норме.

Как предотвратить металлургические дефекты

Ключом к горячим точкам и горячим слезам является пресс-форма. Вероятность того и другого можно значительно снизить, если использовать хорошо спроектированные формы, которые равномерно охлаждают отливку и должным образом деформируются в жарких условиях. В качестве альтернативы для горячих точек изменение химического состава может помочь решить проблему.

Перед заливкой необходимо удалить шлак. Это можно сделать, добавив в жидкость элементы, чтобы шлак всплыл вверх, откуда его можно было удалить, или используя ковш, который выливает металл снизу. Также можно предотвратить попадание шлака в отливки, если установить в литниковую систему керамический фильтр.

Дефекты формы отливки

Дефекты формы отливки проявляются либо в виде несовпадения, либо в виде вспышек. Дефекты формы исправить проще всего, поскольку обычно они требуют корректировки существующих форм.

Несоответствия

Несовпадения, также известные как смещения, возникают, когда разные части отливки выходят смещенными друг относительно друга, обычно по горизонтали. Точно так же смещение сердечника (также известное как вертикальное смещение) происходит с смещенными сердечниками.

Вспышка

Также называемые ребрами литья или заусенцами, заусенец проявляется как дополнительный материал, прикрепленный к отливке, обычно в виде тонкого листа, который образуется там, где встречаются части формы. Вспышка – один из самых распространенных дефектов литья.

Что вызывает дефекты формы отливки?

Несоответствие случается, когда верхняя и нижняя части формы не выровнены должным образом перед заливкой металла или колба (в которой находится форма) смещена.Сдвиг сердечника, с другой стороны, может произойти, когда установочные штифты коробки или шаблона ослаблены или неточны. Вспышка происходит из формы, которая не отягощена или не закреплена должным образом. Он образуется при наличии зазоров в стержне или пресс-форме.

Как предотвратить дефекты формы отливки

Во избежание дефектов формы отливки убедитесь, что установка и выравнивание шаблона пластины идентичны. Это может помочь увидеть неточности в выводах. Иногда повторная сборка формы может решить проблему.Между тем, от незначительных заусенцев на готовых отливках можно избавиться, отломив их и опилив, хотя это может обойтись дорого.

Заключение

Здесь мы рассмотрели основы газовой пористости, усадки, материала формы, разливочного металла, металлургических дефектов и дефектов формы отливок, включая конкретные примеры дефектов, которые могут появиться в ваших отливках. Готовы ли вы приступить к поиску поставщиков, теперь, когда вы больше знакомы с типами неисправностей, которые могут появляться в отливках? Если да, то можете заглянуть на нашу страницу «Обнаружение поставщиков», на которой есть информация о более чем 500 000 североамериканских поставщиков.Или, если вы хотите увидеть другие отраслевые руководства, вы можете проверить раздел руководств на нашем веб-сайте, где вы найдете полезную информацию, которая поможет вам лучше искать.

Источники:

1. https://www.mechanicalbooster.com/2017/11/casting-defects.html
2. https://www.intouch-quality.com/blog/21-casting-defects-and-how-to-prevent-them-in-your-products
3. http://mechanicalinventions.blogspot.com/2012/11/different-types-of-castings-defects.html
4. https: // www.godfreywing.com/blog/whats-the-difference-in-gas-and-shrinkage-porosity
5. https://www.haworthcastings.co.uk/news/what-is-a-sand-casting-running-system
6. https://www.sfsa.org

Прочие литейные изделия

Больше от Custom Manufacturing & Fabricating