Kako izbjeći pukotine ili pore u čeličnim odljevcima otpornim na toplinu tijekom procesa lijevanja?

Uvod
Čelični odljevci otporni na toplinu naširoko se koriste u industrijama kao što su petrokemija, metalurgija, energetika i strojevi, gdje komponente moraju izdržati visoke temperature, mehanička naprezanja i korozivna okruženja. Međutim, tijekom procesa lijevanja često se javljaju nedostaci kao što su pukotine i pore, smanjujući snagu, pouzdanost i životni vijek konačnog proizvoda. Pukotine mogu biti uzrokovane toplinskim naprezanjem, neprikladnim brzinama hlađenja ili segregacijom legure, dok pore mogu biti posljedica zarobljavanja plina, skupljanja ili nedovoljnog dodavanja. Sprječavanje ovih nedostataka zahtijeva sveobuhvatan pristup koji uključuje odabir materijala, kontrolu procesa, dizajn kalupa i mjere naknadne obrade.

Sastav materijala i odabir legure
Odabir sastava legure igra presudnu ulogu u smanjenju grešaka u lijevanju. Čelici otporni na toplinu obično sadrže elemente kao što su krom, nikal i molibden za poboljšanje stabilnosti na visokim temperaturama. Međutim, prekomjerno legiranje može dovesti do segregacije ili lomljivosti, što pridonosi pucanju. Kontrola udjela ugljika također je važna jer više razine mogu povećati osjetljivost na vruće pukotine. Pažljivim balansiranjem legiranih elemenata, proizvođači mogu postići željenu izvedbu uz minimiziranje rizika.

Dizajn kalupa i sustavi za hranjenje
Dizajn kalupa izravno utječe na skrućivanje rastaljenog metala, što određuje hoće li nastati pukotine ili pore. Nepravilno postavljanje zatvarača ili uspona može rezultirati turbulentnim protokom i zadržavanjem plina, povećavajući stvaranje pora. Slično, nedovoljan kapacitet uspona može uzrokovati šupljine skupljanja. Kalup mora omogućiti usmjereno skrućivanje, osiguravajući da rastaljeni metal teče prema kritičnim dijelovima dok ne dođe do potpunog skrućivanja.

Temperatura izlijevanja i brzina hlađenja
Pukotine su često posljedica toplinskih naprezanja tijekom brzog hlađenja, dok se pore mogu stvoriti ako se plinovi ne uklone na odgovarajući način. Održavanje optimalne temperature izlijevanja pomaže uravnotežiti fluidnost s topljivošću plina. Pregrijavanje povećava apsorpciju plina, dok nedovoljno zagrijavanje smanjuje protok, što dovodi do nepotpunog punjenja. Slično tome, kontrolirano hlađenje sprječava nagle temperaturne gradijente koji mogu uzrokovati vruća poderotina ili pukotine.
Praktična smjernica je pratiti temperaturni raspon lijevanja ovisno o sastavu legure i materijalu kalupa. Kontrolirano predgrijavanje kalupa također pomaže u održavanju stabilnih brzina hlađenja.

Metode kontrole plina i otplinjavanja
Zarobljavanje plina jedan je od glavnih uzroka pora u čeličnim odljevcima. Izvori plina uključuju vodik, dušik i kisik apsorbiran tijekom taljenja. Preventivne mjere uključuju korištenje čistih materijala za punjenje, prekrivanje rastaljenih metalnih površina fluksom i primjenu vakuuma ili otplinjavanje inertnim plinom. Učinkoviti ventilacijski kanali u kalupima dodatno pomažu ispuštanje plina tijekom lijevanja.

Predgrijavanje i kontrola naprezanja
Prethodno zagrijavanje kalupa i održavanje konstantnih temperatura smanjuje iznenadni toplinski udar na odljevke. Neravnomjerna raspodjela temperature čest je razlog za toplinske pukotine. Primjena kontroliranog hlađenja u fazama omogućuje smanjenje naprezanja i minimizira deformacije. Neki proizvođači također koriste kontrolirano hlađenje peći nakon lijevanja kako bi smanjili zaostala naprezanja.

Korištenje egzotermnih materijala i hladnoće
Egzotermni materijali i hlađenja obično se primjenjuju u lijevanju za kontrolu skrućivanja. Egzotermni usponski rukavci dulje održavaju temperaturu rastaljenog metala, promičući potpuno punjenje i smanjujući pore skupljanja. Metalne mrlje, postavljene strateški, poboljšavaju usmjereno skrućivanje, usmjeravajući proces hlađenja kako bi se izbjegle unutarnje praznine i pukotine. Njihova kombinirana uporaba omogućuje predvidljiviji put skrućivanja.

Toplinska obrada nakon lijevanja
Toplinska obrada nakon lijevanja neophodna je za smanjenje unutarnjih naprezanja i poboljšanje mikrostrukturne jednolikosti. Postupci kao što su žarenje, normalizacija i smanjenje naprezanja osiguravaju da se manji unutarnji nedostaci ne razviju u velike pukotine tijekom rada. Toplinska obrada također homogenizira distribuciju legure, smanjujući segregaciju i poboljšavajući žilavost.

Inspekcija i kontrola kvalitete
Metode ispitivanja bez razaranja (NDT) pomažu u otkrivanju pukotina i pora u ranoj fazi, omogućujući korektivne radnje prije konačne uporabe. Radiografsko ispitivanje može identificirati unutarnju poroznost, dok ultrazvučno ispitivanje otkriva podpovršinske pukotine. Ispitivanje penetrantom boje korisno je za površinske pukotine. Primjena strogih inspekcijskih protokola osigurava da samo odljevci bez grešaka idu u primjenu.

Obuka operatera i praćenje procesa
Čak i uz naprednu opremu, vještine rukovatelja igraju odlučujuću ulogu u smanjenju grešaka u lijevanju. Odgovarajuća obuka o tehnikama izlijevanja, rukovanju kalupima i praćenju temperature pomaže u održavanju dosljednosti. Sustavi praćenja u stvarnom vremenu, kao što su termalne slike ili automatizirani senzori, daju povratne informacije, omogućujući brze prilagodbe. Izgradnja kulture svijesti o kvaliteti unutar ljevaonice dodatno smanjuje ljudske pogreške koje dovode do pukotina ili pora.

Integrirani pristup za pouzdane odljevke
Izbjegavanje pukotina i pora u čeličnim odljevcima otpornim na toplinu zahtijeva integrirani pristup, kombinirajući metalurška načela, optimizaciju dizajna, kontrolu procesa i naknadnu obradu. Niti jedna mjera ne može jamčiti odljevke bez grešaka; umjesto toga mora se primijeniti kombinacija preventivnih strategija kroz cijeli proizvodni ciklus.