Jak se vyhnout prasklinám nebo pórům v odlitcích z tepelně odolné oceli během procesu odlévání?

Úvod
Žáruvzdorné ocelové odlitky jsou široce používány v průmyslových odvětvích, jako je petrochemie, metalurgie, energetika a strojírenství, kde komponenty musí odolávat vysokým teplotám, mechanickému namáhání a korozivnímu prostředí. Během procesu odlévání však často dochází k defektům, jako jsou praskliny a póry, které snižují pevnost, spolehlivost a životnost konečného produktu. Trhliny mohou být způsobeny tepelným namáháním, nesprávnou rychlostí chlazení nebo segregací slitiny, zatímco póry mohou být důsledkem zachycení plynu, smrštění nebo nedostatečného plnění. Prevence těchto defektů vyžaduje komplexní přístup zahrnující výběr materiálu, řízení procesu, návrh formy a opatření pro následnou úpravu.

Materiálové složení a výběr slitiny
Výběr složení slitiny hraje zásadní roli při snižování vad odlitku. Žáruvzdorné oceli typicky obsahují prvky jako chrom, nikl a molybden pro zlepšení stability při vysokých teplotách. Nadměrné legování však může vést k segregaci nebo křehkosti, což přispívá k praskání. Kontrola obsahu uhlíku je také důležitá, protože vyšší úrovně mohou zvýšit náchylnost k horkým trhlinám. Pečlivým vyvážením legujících prvků mohou výrobci dosáhnout požadovaného výkonu při minimalizaci rizik.

Konstrukce forem a systémy podávání
Design formy přímo ovlivňuje, jak roztavený kov tuhne, což určuje, zda se tvoří trhliny nebo póry. Nesprávné umístění vtoku nebo stoupačky může mít za následek turbulentní proudění a zachycování plynu, což zvyšuje tvorbu pórů. Podobně může nedostatečná kapacita nálitků způsobit smršťovací dutiny. Forma musí zajistit směrové tuhnutí, které zajistí, že roztavený kov proudí směrem ke kritickým sekcím, dokud nedojde k úplnému ztuhnutí.

Teplota lití a rychlost chlazení
Praskliny často vznikají v důsledku tepelného namáhání během rychlého ochlazení, zatímco póry se mohou tvořit, pokud nejsou plyny adekvátně odstraněny. Udržování optimální teploty lití pomáhá vyvážit tekutost a rozpustnost plynu. Přehřátí zvyšuje absorpci plynu, zatímco nedostatečné zahřívání snižuje průtok, což vede k neúplnému plnění. Podobně řízené chlazení zabraňuje náhlým teplotním gradientům, které mohou způsobit horké trhliny nebo praskliny.
Praktickým vodítkem je sledování rozsahu teplot lití v závislosti na složení slitiny a materiálu formy. Řízené předehřívání forem také pomáhá udržovat stabilní rychlost chlazení.

Způsoby regulace a odplyňování
Zachycování plynu je jednou z hlavních příčin pórů v ocelových odlitcích. Zdroje plynu zahrnují vodík, dusík a kyslík absorbovaný během tavení. Preventivní opatření zahrnují použití čistých vsázkových materiálů, pokrytí roztavených kovových povrchů tavidlem a použití vakua nebo odplynění inertním plynem. Efektivní odvzdušňovací kanály ve formách dále napomáhají úniku plynu během lití.

Předehřívání a kontrola napětí
Předehřívání forem a udržování stálých teplot snižuje náhlý tepelný šok na odlitky. Častým důvodem tepelných trhlin je nerovnoměrné rozložení teplot. Použití řízeného chlazení po etapách umožňuje uvolnění napětí a minimalizuje deformace. Někteří výrobci také používají řízené chlazení pece po odlití ke snížení zbytkových pnutí.

Použití exotermických materiálů a chladu
Exotermické materiály a chladiva se běžně používají při odlévání pro řízení tuhnutí. Exotermické nálitky udržují teplotu roztaveného kovu déle, podporují úplné podávání a snižují smršťování pórů. Kovové chladiče, umístěné strategicky, zlepšují směrové tuhnutí a řídí proces chlazení, aby se zabránilo vnitřním dutinám a prasklinám. Jejich kombinované použití umožňuje předvídatelnější cestu tuhnutí.

Tepelné zpracování po lití
Tepelné zpracování po lití je zásadní pro zmírnění vnitřního pnutí a zlepšení mikrostrukturální jednotnosti. Procesy jako žíhání, normalizace a odstraňování pnutí zajišťují, že se drobné vnitřní defekty během provozu nerozvinou ve velké trhliny. Tepelné zpracování také homogenizuje distribuci slitiny, snižuje segregaci a zlepšuje houževnatost.

Inspekce a kontrola kvality
Metody nedestruktivního testování (NDT) pomáhají odhalit trhliny a póry v raném stádiu, což umožňuje nápravná opatření před konečným použitím. Radiografické testování může identifikovat vnitřní pórovitost, zatímco ultrazvukové testování detekuje podpovrchové trhliny. Testování penetrantu barviv je užitečné pro povrchové trhliny. Implementace přísných kontrolních protokolů zajišťuje, že k aplikaci budou přistupovat pouze bezvadné odlitky.

Školení operátorů a monitorování procesů
I u pokročilého vybavení hrají dovednosti operátora rozhodující roli při snižování vad odlitků. Správné školení o technikách lití, manipulaci s formami a monitorování teploty pomáhá udržovat konzistenci. Monitorovací systémy v reálném čase, jako je tepelné zobrazování nebo automatizované senzory, poskytují zpětnou vazbu a umožňují rychlé úpravy. Budování kultury povědomí o kvalitě ve slévárně dále minimalizuje lidské chyby, které vedou k prasklinám nebo pórům.

Integrovaný přístup pro spolehlivé odlitky
Zamezení vzniku trhlin a pórů v žáruvzdorných ocelových odlitcích vyžaduje integrovaný přístup, který kombinuje metalurgické principy, optimalizaci návrhu, řízení procesu a následnou úpravu. Žádné jednotlivé opatření nemůže zaručit bezchybné odlitky; místo toho musí být během celého výrobního cyklu aplikována kombinace preventivních strategií.