Odlewanie ciśnieniowe to proces obróbki metalu, który polega na wtryskiwaniu stopionego metalu do form wielokrotnego użytku i tworzeniu precyzyjnych, szczegółowych części.
Zapewnia doskonałą dokładność wymiarową, gładkie powierzchnie i złożone kształty, trudne do osiągnięcia innymi technikami.
Odlewanie ciśnieniowe rozpoczyna się od przygotowania stalowej formy zwanej matrycą. Matryca ma dwie połówki, które łączą się, tworząc wnękę o kształcie końcowej części.
Kiedy proces się rozpoczyna, matryca zostaje zaciśnięta z ogromną siłą.
Następnie stopiony metal jest wtryskiwany do matrycy pod wysokim ciśnieniem. Metal wypełnia wszystkie przestrzenie w gnieździe bardzo szybko, co pomaga tworzyć szczegółowe części o cienkich ściankach.
Po stwardnieniu metalu matryca otwiera się, a część zostaje wyrzucona. Proces ten może powtarzać się szybko, wytwarzając setki identycznych części na godzinę.
Czym jest porowatość odlewów ciśnieniowych
Duża prędkość odlewania ciśnieniowego sprawia, że pewna porowatość jest niemal nieunikniona.
Porowatość odnosi się do otworów, pustych przestrzeni lub kieszeni powietrza, które tworzą się wewnątrz lub na powierzchni odlewanej części. Te wady wahają się od małych mikroskopijnych porów (mikroporów) do większych widocznych pustych przestrzeni.
Czasami występują one w postaci małych wgłębień na powierzchni, a czasami można je odkryć wewnątrz podczas testów.
Wyobraź sobie porowatość jako niechciane przestrzenie w tym, co powinno być litym metalem. Te pustki mogą pojawiać się w różnych wzorach:
- Porowatość powierzchni:Widoczne na zewnątrz części
- Porowatość wewnętrzna:Ukryty w strukturze części
- Porowatość gazowa: Powstały z uwięzionych gazów
- Porowatość skurczowa: Powstały w wyniku stygnięcia i kurczenia się metalu
Porowatość jest powszechna w odlewnictwie ciśnieniowym. Większość producentów akceptuje pewien poziom porowatości wewnętrznej, ale nadmierna lub powierzchniowa porowatość może sprawić, że części będą bezużyteczne.
Przyczyny porowatości w odlewnictwie ciśnieniowym
Na porowatość odlewów ciśnieniowych wpływa kilka czynników. Głównym winowajcą jest uwięzione powietrze lub gaz podczas procesu wtrysku metalu. Gdy stopiony metal wpada do formy z dużą prędkością, może uwięzić powietrze, które nie ma dokąd uciec.
Słaba kontrola temperatury powoduje również porowatość. Jeśli temperatura odlewu jest nierównomierna, metal krzepnie w różnym tempie, tworząc puste przestrzenie.
Do innych powszechnych przyczyn zalicza się:
- Niewystarczające odpowietrzenie w konstrukcji matrycy
- Zbyt dużo środka smarującego na powierzchniach matrycy
- Niewłaściwe systemy bramkowe lub kanałowe
- Nieprawidłowa prędkość wtrysku metalu
- Turbulentny przepływ metalu podczas napełniania
Jak zapobiegać tworzeniu się dużej porowatości
Rozważania projektowe
Zacznij od projektu matrycy, który promuje płynny przepływ metalu. Unikaj ostrych narożników i nagłych zmian grubości, które mogą uwięzić powietrze lub powodować turbulencje.
Zamontuj w swoim domu studnie przelewowe i odpowietrzniki o odpowiednich rozmiarach. Projektowanie formCechy te zapewniają gazom możliwość ucieczki podczas procesu odlewania, redukując ilość uwięzionych pęcherzyków powietrza.
Rozważ dodanie wspomagania próżniowego do swojego systemu odlewania ciśnieniowego. Pomaga to usunąć powietrze z wnęki formy przed wejściem stopionego metalu, znacznie zmniejszając porowatość gazu.
Upewnij się, że Twój układ wlewowy kieruje przepływ metalu w taki sposób, aby wypychać gazy w stronę otworów wentylacyjnych, a nie je zatrzymywać.
Wybór materiałów
Wybierać stopy aluminium z niższymi właściwościami absorpcji gazu, jeśli to możliwe. Niektóre stopy naturalnie opierają się absorpcji wodoru, zmniejszając ryzyko porowatości gazu.
Przed odlewaniem należy upewnić się, że metal jest odpowiednio odgazowany.
Pamiętaj, aby przechowywać materiały w kontrolowanych środowiskach, aby zapobiec wchłanianiu wilgoci. Wilgoć może wprowadzić wodór do Twoich stopów podczas topienia.
Można również stosować obróbkę topnikiem, która pomaga usuwać zanieczyszczenia, które mogą powodować porowatość. Czysty metal daje czystsze odlewy z mniejszą liczbą defektów.
Kontrola parametrów procesu
Ustaw odpowiednią temperaturę dla metalu i matrycy. Zbyt wysoka temperatura i gazy się rozszerzają; zbyt niska temperatura i metal krzepnie zanim gazy uciekną.
Utrzymuj stałe ciśnienie trzymania podczas krzepnięcia. Pomaga to zapobiegać porowatości skurczowej poprzez wtłaczanie dodatkowego metalu do obszarów, które w przeciwnym razie mogłyby tworzyć pustki.
Zwróć uwagę na czasy cykli i szybkość chłodzenia. Chłodzenie zapewnia, że gazy mają czas na ucieczkę, zanim metal całkowicie się zestali.
Wykrywanie i pomiar porowatości
Istnieje kilka metod wykrywania tych ukrytych pustych przestrzeni, począwszy od prostych badań wizualnych, aż po zaawansowane technologie obrazowania.
Metody badań nieniszczących
Badanie rentgenowskie jest jednym z najczęstszych sposobów wykrywania porowatości bez uszkadzania części. Ta metoda tworzy obrazy, które pokazują wewnętrzne pustki jako ciemniejsze punkty na tle metalu.
Można szybko zeskanować wiele części i zidentyfikować problemy, bez konieczności ich rozcinania.
Skanowanie CT (tomografia komputerowa) oferuje bardziej szczegółowy widok 3D struktur wewnętrznych. Ta zaawansowana technika pozwala dokładnie zobaczyć, gdzie w części występuje porowatość i precyzyjnie zmierzyć jej objętość.
Tomografia komputerowa jest szczególnie przydatna w przypadku skomplikowanych części, w których istotne jest umiejscowienie porowatości.
Badanie ultradźwiękowe wykorzystuje fale dźwiękowe do wykrywania nieciągłości wewnątrz części metalowych. Gdy fale dźwiękowe uderzają w pustkę, odbijają się w różny sposób.
Metoda ta sprawdza się przy wyszukiwaniu większych skupisk porowatości.
Ilościowa ocena porowatości
Pomiar porowatości pomaga ustalić, czy część spełnia standardy jakości. Metoda Archimedesa porównuje wagę części w powietrzu i w cieczy, aby obliczyć różnice gęstości spowodowane przez wewnętrzne pustki.
To proste podejście pozwala określić ogólny procent porowatości.
Metalografia obejmuje cięcie próbki, polerowanie powierzchni i badanie jej pod mikroskopem. Możesz zmierzyć rozmiar i rozkład porów na powierzchni cięcia.
Metoda ta pozwala uzyskać szczegółowe informacje o konkretnych obszarach, ale wymaga zniszczenia próbki.
Oprogramowanie do analizy obrazu może kwantyfikować porowatość na podstawie danych z rentgena lub tomografii komputerowej. Oprogramowanie automatycznie oblicza procenty pustych przestrzeni, rozmiary i rozkład.
Rozwiązywanie problemów porowatości
Remediacja odlewów porowatych
Obejrzyj swoje odlewy pod powiększeniem 5-10x, aby prawidłowo zidentyfikować problemy z porowatością. Pomoże Ci to ustalić, czy problemem jest porowatość gazowa (zaokrąglone pęcherzyki) czy porowatość skurczowa (nieregularne wnęki).
W przypadku drobnych problemów z porowatością skuteczna jest impregnacja. Ten proces wypełnia puste przestrzenie uszczelniaczem, dzięki czemu części stają się szczelne pod ciśnieniem. Jest powszechnie stosowany w przypadku części, które muszą utrzymywać płyny lub gazy.
Operacje wtórne, takie jak prasowanie izostatyczne na gorąco (HIP), mogą rozwiązać problem porowatości wewnętrznej. Proces ten wykorzystuje wysokie ciśnienie i temperaturę do kompresji i eliminacji wewnętrznych pustych przestrzeni.
Wybierz Moldiecasting do swojego kolejnego projektu
Masz problemy z porowatością w swoich odlewanych ciśnieniowo elementach? Porowatość gazowa, porowatość skurczowa i pustki spowodowane uwięzionym powietrzem lub nierównomiernym krzepnięciem mogą naruszyć integralność strukturalną Twoich odlewanych części, wpłynąć na wydajność mechaniczną i prowadzić do ryzyka korozji. Odlewnictwo formowespecjalizujemy się w zaawansowanych rozwiązaniach w zakresie odlewania ciśnieniowego, które pozwalają kontrolować porowatość i zapewniać doskonałe rezultaty.
Nasze doświadczenie w optymalizacji przepływu stopionego metalu, wtrysku pod wysokim ciśnieniem i precyzyjnych parametrów maszyny zapewnia minimalną porowatość skurczową i eliminuje uwięzione powietrze podczas procesu odlewania. Poprzez dostosowywanie grubości ścianki, dobór stopu (w tym cynku i magnezu) i kontrolę krzepnięcia, zajmujemy się przyczynami porowatości na każdym etapie. W przypadku krytycznych zastosowań oferujemy impregnację próżniową lub techniki dodatniego ciśnienia powietrza w celu uszczelnienia porów i zwiększenia trwałości, nawet w procesach obróbki po obróbce.
Po co się zadowalać wady? Współpracuj z nami, aby uzyskać opłacalne, wysokiej jakości odlewy metalowe, które stawiają na kontrolę jakości i maksymalizują wydajność części. Skontaktuj się z nami już dziś pod adresem odlewanie w formie aby omówić, jak możemy zaszczepić zaufanie w Twoim kolejnym projekcie — zapewniając, że każda odlewana część spełnia najwyższe standardy precyzji i niezawodności. Zamieńmy Twoje wyzwania związane z porowatością w perfekcyjne rozwiązania!
Często zadawane pytania
Jakie są najczęstsze rodzaje porowatości w odlewach metalowych?
Odlewy ciśnieniowe zazwyczaj doświadczają trzech głównych typów problemów z porowatością. Porowatość gazowa występuje, gdy gazy zostają uwięzione w metalu podczas krzepnięcia, tworząc małe, zaokrąglone pustki.
Porowatość skurczowa powstaje, gdy metal stygnie nierównomiernie, wskutek czego w grubszych sekcjach powstają puste przestrzenie o nieregularnym kształcie, co jest efektem kurczenia się metalu.
W miarę krystalizacji metalu pomiędzy strukturami dendrytycznymi pojawiają się porowatości międzydendrytyczne, często w obszarach o wolniejszym tempie chłodzenia.
Jakie są normy ASTM E505 dotyczące poziomów porowatości odlewów?
Norma ASTM E505 wykorzystuje referencyjne zdjęcia rentgenowskie do klasyfikowania poziomów porowatości w skali od 1 do 7. Poziom 1 oznacza minimalną porowatość, natomiast poziom 7 oznacza poważną porowatość.