La pressofusione è un processo di formatura dei metalli che consente di creare parti precise e dettagliate iniettando metallo fuso in stampi riutilizzabili.
Offre un'eccellente precisione dimensionale, superfici lisce e forme complesse difficilmente ottenibili con altre tecniche.
La pressofusione inizia con la preparazione di uno stampo in acciaio chiamato stampo. Lo stampo ha due metà che si uniscono per formare una cavità dalla forma simile alla parte finale.
Quando il processo inizia, la matrice viene serrata con una forza enorme.
Il metallo fuso viene quindi iniettato nello stampo ad alta pressione. Il metallo riempie tutti gli spazi nella cavità molto rapidamente, il che aiuta a creare parti dettagliate con pareti sottili.
Dopo che il metallo si solidifica, lo stampo si apre e il pezzo viene espulso. Il processo può ripetersi rapidamente, realizzando centinaia di pezzi identici all'ora.
Che cosa è la porosità della pressofusione
L'elevata velocità della pressofusione rende quasi inevitabile la presenza di porosità.
La porosità si riferisce a buchi, vuoti o sacche d'aria che si formano all'interno o sulla superficie di una parte pressofusa. Questi difetti vanno da minuscoli pori microscopici (micropori) a vuoti visibili più grandi.
A volte si presentano sotto forma di piccole rientranze sulla superficie oppure vengono scoperte internamente durante i test.
Pensa alla porosità come a spazi indesiderati in quello che dovrebbe essere metallo solido. Questi vuoti possono apparire in diversi schemi:
- Porosità superficiale: Visibile all'esterno delle parti
- Porosità interna: Nascosto all'interno della struttura della parte
- Porosità del gas: Formato da gas intrappolati
- Porosità da ritiro: Creato quando il metallo si raffredda e si contrae
La porosità è in realtà comune nella pressofusione. La maggior parte dei produttori accetta un certo livello di porosità interna, ma una porosità eccessiva o superficiale può rendere le parti inutilizzabili.
Cause di porosità nella pressofusione
Diversi fattori contribuiscono alla porosità nella pressofusione. Il principale colpevole è l'aria o il gas intrappolati durante il processo di iniezione del metallo. Quando il metallo fuso si riversa nello stampo ad alta velocità, può intrappolare aria che non ha modo di fuoriuscire.
Anche un controllo scadente della temperatura causa porosità. Se la temperatura di fusione non è uniforme, il metallo si solidifica a velocità diverse, creando vuoti.
Altre cause comuni includono:
- Ventilazione inadeguata nella progettazione dello stampo
- Troppo lubrificante sulle superfici dello stampo
- Sistemi di distribuzione o di scorrimento non adeguati
- Velocità di iniezione del metallo non corretta
- Flusso di metallo turbolento durante il riempimento
Come prevenire la creazione di troppa porosità
Considerazioni di progettazione
Inizia con un design di matrice che favorisca un flusso regolare del metallo. Evita angoli acuti e bruschi cambiamenti di spessore che possono intrappolare aria o causare turbolenza.
Includere pozzetti di troppo pieno e sfiati di dimensioni adeguate nel tuo progettazione di stampiQueste caratteristiche forniscono ai gas una via di fuga durante il processo di fusione, riducendo le bolle d'aria intrappolate.
Considera di aggiungere l'assistenza del vuoto al tuo sistema di pressofusione. Ciò aiuta a rimuovere l'aria dalla cavità dello stampo prima che entri il metallo fuso, riducendo significativamente la porosità del gas.
Assicuratevi che il vostro sistema di distribuzione indirizzi il flusso del metallo in modo da spingere i gas verso le prese d'aria anziché intrappolarli.
Selezione dei materiali
Scegliere leghe di alluminio con proprietà di assorbimento del gas inferiori quando possibile. Alcune leghe resistono naturalmente all'assorbimento dell'idrogeno, riducendo la possibilità di porosità del gas.
Prima della fusione, assicurarsi che il metallo sia adeguatamente degassato.
Ricordatevi di conservare i materiali in ambienti controllati per evitare l'assorbimento di umidità. L'umidità può introdurre idrogeno nelle vostre leghe durante la fusione.
Puoi anche usare trattamenti di flusso che aiutano a rimuovere le impurità che potrebbero causare porosità. Il metallo pulito produce getti più puliti con meno difetti.
Controllo dei parametri di processo
Imposta la temperatura giusta sia per il metallo che per la matrice. Troppo caldo e i gas si espandono; troppo freddo e il metallo si solidifica prima che i gas fuoriescano.
Mantenere una pressione di tenuta costante durante la solidificazione. Ciò aiuta a prevenire la porosità da restringimento forzando metallo aggiuntivo in aree che altrimenti potrebbero formare vuoti.
Fai attenzione ai tempi di ciclo e alle velocità di raffreddamento. Il raffreddamento assicura che i gas abbiano il tempo di fuoriuscire prima che il metallo si solidifichi completamente.
Rilevamento e misurazione della porosità
Esistono diversi metodi per rilevare questi vuoti nascosti, che vanno dalle semplici ispezioni visive alle tecnologie di imaging avanzate.
Metodi di prova non distruttivi
L'ispezione a raggi X è uno dei metodi più comuni per individuare la porosità senza danneggiare le parti. Questo metodo crea immagini che mostrano i vuoti interni come punti più scuri sullo sfondo metallico.
È possibile eseguire rapidamente la scansione di più parti e identificare i problemi senza dover tagliare nulla.
La scansione TC (tomografia computerizzata) offre una vista 3D più dettagliata delle strutture interne. Questa tecnica avanzata consente di vedere esattamente dove si verifica la porosità all'interno della parte e di misurarne con precisione il volume.
La scansione TC è particolarmente utile per le parti complesse in cui è importante la posizione della porosità.
I test a ultrasuoni utilizzano onde sonore per rilevare discontinuità all'interno di parti metalliche. Quando le onde sonore colpiscono un vuoto, si riflettono in modo diverso.
Questo metodo funziona bene per individuare cluster di porosità più grandi.
Valutazione quantitativa della porosità
Misurare la quantità di porosità aiuta a determinare se una parte soddisfa gli standard di qualità. Il metodo Archimede confronta il peso di una parte in aria rispetto a quella in liquido per calcolare le differenze di densità causate dai vuoti interni.
Questo semplice approccio fornisce una percentuale complessiva di porosità.
La metallografia comporta il taglio di un campione, la lucidatura della superficie e l'esame al microscopio. È possibile misurare la dimensione e la distribuzione dei pori sulla superficie tagliata.
Questo metodo fornisce informazioni dettagliate su aree specifiche, ma richiede la distruzione del campione.
Il software di analisi delle immagini può quantificare la porosità da dati di radiografia o scansione TC. Il software calcola automaticamente percentuali di vuoti, dimensioni e distribuzione.
Affrontare i problemi di porosità
Bonifica di getti porosi
Ispeziona i tuoi getti con un ingrandimento 5-10x per identificare correttamente i problemi di porosità. Questo ti aiuta a determinare se il problema è porosità da gas (bolle arrotondate) o porosità da restringimento (cavità irregolari).
Per problemi di porosità minori, l'impregnazione è efficace. Questo processo riempie i vuoti con un sigillante, rendendo le parti a tenuta di pressione. È comunemente utilizzato per parti che devono contenere fluidi o gas.
Operazioni secondarie come la pressatura isostatica a caldo (HIP) possono risolvere la porosità interna. Questo processo utilizza alta pressione e temperatura per comprimere ed eliminare i vuoti interni.
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Domande frequenti
Quali sono i tipi più comuni di porosità presenti nei metalli fusi?
Le fusioni a pressione solitamente presentano tre tipi principali di problemi di porosità. La porosità da gas si verifica quando i gas rimangono intrappolati nel metallo durante la solidificazione, creando piccoli vuoti arrotondati.
La porosità da ritiro si forma quando il metallo si raffredda in modo non uniforme, creando vuoti di forma irregolare nelle sezioni più spesse man mano che il metallo si contrae.
La porosità interdendritica si manifesta tra le strutture dendritiche mentre il metallo cristallizza, spesso in aree con velocità di raffreddamento più lente.
Quali sono i livelli di porosità standard ASTM E505 per la fusione?
Lo standard ASTM E505 utilizza radiografie di riferimento per classificare i livelli di porosità su una scala da 1 a 7. Il livello 1 indica porosità minima, mentre il livello 7 indica porosità grave.