Как избежать трещин и пор в отливках из жаропрочной стали в процессе литья?

Введение
Отливки из жаропрочной стали широко используются в таких отраслях, как нефтехимическая, металлургия, энергетика и машиностроение, где компоненты должны выдерживать высокие температуры, механические напряжения и агрессивные среды. Однако в процессе литья часто возникают такие дефекты, как трещины и поры, снижающие прочность, надежность и срок службы конечного изделия. Трещины могут быть вызваны термическими напряжениями, неправильной скоростью охлаждения или сегрегацией сплава, а поры могут возникнуть в результате захвата газа, усадки или недостаточной подачи. Предотвращение этих дефектов требует комплексного подхода, включающего выбор материала, контроль процесса, проектирование пресс-форм и меры по последующей обработке.

Состав материала и выбор сплава
Выбор состава сплава играет решающую роль в уменьшении дефектов литья. Жаростойкие стали обычно содержат такие элементы, как хром, никель и молибден, для улучшения высокотемпературной стабильности. Однако чрезмерное легирование может привести к сегрегации или хрупкости, что способствует растрескиванию. Контроль содержания углерода также важен, поскольку более высокие уровни могут повысить склонность к образованию горячих трещин. Тщательно балансируя легирующие элементы, производители могут достичь желаемых характеристик, минимизируя при этом риски.

Системы проектирования и подачи пресс-форм
Конструкция пресс-формы напрямую влияет на то, как затвердевает расплавленный металл, что определяет, образуются ли трещины или поры. Неправильное размещение затвора или стояка может привести к турбулентному потоку и захвату газа, что приведет к увеличению порообразования. Аналогичным образом, недостаточная пропускная способность стояка может привести к образованию усадочных полостей. Форма должна обеспечивать направленное затвердевание, гарантируя, что расплавленный металл течет к критическим секциям до тех пор, пока не произойдет полное затвердевание.

Температура заливки и скорость охлаждения
Трещины часто возникают в результате термических напряжений во время быстрого охлаждения, а поры могут образовываться, если газы не удаляются должным образом. Поддержание оптимальной температуры заливки помогает сбалансировать текучесть и растворимость газа. Перегрев увеличивает поглощение газа, а недогрев снижает расход, что приводит к неполному заполнению. Аналогичным образом, контролируемое охлаждение предотвращает резкие перепады температур, которые могут вызвать горячие разрывы или трещины.
Практическое руководство – следить за диапазоном температур заливки в зависимости от состава сплава и материала формы. Контролируемый предварительный нагрев форм также помогает поддерживать стабильную скорость охлаждения.

Газоконтроль и методы дегазации
Газозахватывание является одной из основных причин образования пор в стальных отливках. Источниками газа являются водород, азот и кислород, поглощаемые при плавлении. Профилактические меры включают использование чистых шихтовых материалов, покрытие расплавленных металлических поверхностей флюсом, а также применение вакуумной дегазации или дегазации инертным газом. Эффективные вентиляционные каналы в формах способствуют выходу газов во время заливки.

Предварительный нагрев и контроль стресса
Предварительный нагрев форм и поддержание постоянной температуры снижает внезапный тепловой удар отливок. Неравномерное распределение температуры является распространенной причиной термических трещин. Поэтапное применение контролируемого охлаждения позволяет снять напряжение и свести к минимуму деформацию. Некоторые производители также используют контролируемое охлаждение печи после литья для снижения остаточных напряжений.

Использование экзотермических материалов и охлаждения
Экзотермические материалы и холод обычно применяются при литье для контроля затвердевания. Экзотермические стояковые втулки дольше поддерживают температуру расплавленного металла, способствуя полной подаче и уменьшая усадочные поры. Металлические охладители, расположенные стратегически, усиливают направленное затвердевание, направляя процесс охлаждения во избежание внутренних пустот и трещин. Их совместное использование позволяет добиться более предсказуемого пути затвердевания.

Термическая обработка после литья
Термическая обработка после литья необходима для снятия внутренних напряжений и улучшения однородности микроструктуры. Такие процессы, как отжиг, нормализация и снятие напряжений, гарантируют, что мелкие внутренние дефекты не перерастут в большие трещины во время эксплуатации. Термическая обработка также гомогенизирует распределение сплава, уменьшая сегрегацию и улучшая ударную вязкость.

Инспекция и контроль качества
Методы неразрушающего контроля (NDT) помогают обнаружить трещины и поры на ранней стадии, что позволяет принять корректирующие меры перед окончательным использованием. Радиографический контроль может выявить внутреннюю пористость, а ультразвуковой контроль выявляет подповерхностные трещины. Цветная дефектоскопия полезна при обнаружении поверхностных трещин. Внедрение строгих протоколов контроля гарантирует, что к использованию будут допущены только отливки без дефектов.

Обучение операторов и мониторинг процессов
Даже при наличии современного оборудования навыки оператора играют решающую роль в уменьшении дефектов отливки. Надлежащее обучение методам заливки, обращению с формой и контролю температуры помогает поддерживать стабильность. Системы мониторинга в реальном времени, такие как тепловидение или автоматические датчики, обеспечивают обратную связь, позволяя быстро вносить изменения. Создание культуры осознания качества на литейном заводе еще больше сводит к минимуму человеческие ошибки, которые приводят к образованию трещин и пор.

Комплексный подход для надежного литья
Предотвращение трещин и пор в отливках из жаропрочных сталей требует комплексного подхода, сочетающего металлургические принципы, оптимизацию конструкции, управление процессом и последующую обработку. Ни одна мера не может гарантировать отсутствие дефектов отливок; вместо этого на протяжении всего производственного цикла необходимо применять комбинацию профилактических стратегий.