Cum să evitați fisurile sau porii din oțelul turnat rezistent la căldură în timpul procesului de turnare?

Introducere
Piese turnate din oțel rezistent la căldură sunt utilizate pe scară largă în industrii precum petrochimie, metalurgie, energie și mașini, unde componentele trebuie să reziste la temperaturi ridicate, solicitări mecanice și medii corozive. Cu toate acestea, în timpul procesului de turnare, apar adesea defecte precum fisuri și pori, reducând rezistența, fiabilitatea și durata de viață a produsului final. Fisurile pot fi cauzate de solicitări termice, viteze de răcire necorespunzătoare sau segregarea aliajului, în timp ce porii pot rezulta din captarea gazului, contracție sau alimentare insuficientă. Prevenirea acestor defecte necesită o abordare cuprinzătoare care implică selecția materialului, controlul procesului, proiectarea matriței și măsuri de post-tratare.

Compoziția materialului și selecția aliajului
Alegerea compoziției aliajului joacă un rol crucial în reducerea defectelor de turnare. Oțelurile rezistente la căldură conțin de obicei elemente precum crom, nichel și molibden pentru a îmbunătăți stabilitatea la temperaturi ridicate. Cu toate acestea, alierea excesivă poate duce la segregare sau fragilitate, ceea ce contribuie la fisurare. Controlul conținutului de carbon este, de asemenea, important, deoarece nivelurile mai ridicate pot crește susceptibilitatea la fisuri fierbinți. Prin echilibrarea atentă a elementelor de aliere, producătorii pot obține performanța dorită minimizând în același timp riscurile.

Proiectare matrițe și sisteme de alimentare
Designul matriței influențează direct modul în care metalul topit se solidifică, ceea ce determină dacă se formează fisuri sau pori. Plasarea incorectă a porții sau a coloanei de ridicare poate duce la un flux turbulent și captarea gazului, crescând formarea porilor. În mod similar, o capacitate insuficientă de ridicare poate cauza cavități de contracție. Forma trebuie să asigure solidificarea direcțională, asigurând că metalul topit curge către secțiunile critice până când are loc solidificarea completă.

Temperatura de turnare și viteza de răcire
Fisurile rezultă adesea din solicitările termice în timpul răcirii rapide, în timp ce porii se pot forma dacă gazele nu sunt îndepărtate în mod adecvat. Menținerea unei temperaturi optime de turnare ajută la echilibrarea fluidității cu solubilitatea gazului. Supraîncălzirea crește absorbția gazului, în timp ce subîncălzirea reduce debitul, ceea ce duce la umplerea incompletă. În mod similar, răcirea controlată previne gradientele bruște de temperatură care pot provoca rupturi sau crăpături fierbinți.
Un ghid practic este de a monitoriza intervalul de temperatură de turnare în funcție de compoziția aliajului și de materialul matriței. Preîncălzirea controlată a matrițelor ajută, de asemenea, la menținerea ratelor de răcire stabile.

Metode de control și degazare a gazelor
Captarea gazelor este una dintre principalele cauze ale porilor din oțel turnat. Sursele de gaz includ hidrogenul, azotul și oxigenul absorbit în timpul topirii. Măsurile preventive presupun folosirea de materiale cu încărcare curată, acoperirea suprafețelor metalice topit cu flux și aplicarea degazării cu vid sau gaz inert. Canalele de aerisire eficiente din matrițe ajută și mai mult la evacuarea gazului în timpul turnării.

Preîncălzire și control al stresului
Preîncălzirea matrițelor și menținerea temperaturilor constante reduce șocul termic brusc la piese turnate. Distribuția neuniformă a temperaturii este un motiv comun pentru fisurile termice. Aplicarea răcirii controlate în etape permite reducerea tensiunilor și minimizează deformarea. Unii producători folosesc, de asemenea, răcirea controlată a cuptorului după turnare pentru a reduce tensiunile reziduale.

Utilizarea de materiale exoterme și frisoane
Materialele exoterme și frisurile sunt de obicei aplicate în turnare pentru a controla solidificarea. Manșoanele exotermice de ridicare mențin temperatura metalului topit mai mult timp, promovând alimentarea completă și reducând porii de contracție. Frisoanele metalice, plasate strategic, îmbunătățesc solidificarea direcțională, ghidând procesul de răcire pentru a evita golurile și fisurile interne. Utilizarea lor combinată permite o cale de solidificare mai previzibilă.

Tratament termic după turnare
Tratamentul termic post-turnare este esențial pentru ameliorarea tensiunilor interne și pentru a îmbunătăți uniformitatea microstructurală. Procese precum recoacerea, normalizarea și eliberarea tensiunilor asigură că defectele interne minore nu se transformă în fisuri mari în timpul serviciului. De asemenea, tratamentul termic omogenizează distribuția aliajului, reducând segregarea și îmbunătățind duritatea.

Inspecție și control al calității
Metodele de testare nedistructivă (NDT) ajută la detectarea fisurilor și a porilor în stadiu incipient, permițând acțiuni corective înainte de utilizarea finală. Testarea radiografică poate identifica porozitatea internă, în timp ce testarea cu ultrasunete detectează fisurile subterane. Testarea colorantului penetrant este utilă pentru fisurile de suprafață. Implementarea protocoalelor stricte de inspecție asigură că numai piese turnate fără defecte vor trece la aplicare.

Instruirea operatorilor și monitorizarea proceselor
Chiar și cu echipamente avansate, abilitățile operatorului joacă un rol decisiv în reducerea defectelor de turnare. Instruirea adecvată cu privire la tehnicile de turnare, manipularea matriței și monitorizarea temperaturii ajută la menținerea consistenței. Sistemele de monitorizare în timp real, cum ar fi imaginile termice sau senzorii automati, oferă feedback, permițând ajustări rapide. Construirea unei culturi de conștientizare a calității în turnătorie reduce și mai mult erorile umane care duc la fisuri sau pori.

Abordare integrată pentru turnări fiabile
Evitarea fisurilor și a porilor din oțelul turnat rezistent la căldură necesită o abordare integrată, care combină principiile metalurgice, optimizarea designului, controlul procesului și post-tratarea. Nici o singură măsură nu poate garanta turnări fără defecte; în schimb, o combinaţie de strategii preventive trebuie aplicată pe parcursul întregului ciclu de producţie.