Odlewanie korpusu zaworu jest ważnym elementem procesu produkcji zaworów, a jakość odlewu decyduje o jakości zaworu. Poniżej przedstawiono kilka metod odlewania powszechnie stosowanych w przemyśle zaworowym:
Odlewy piaskowe:
Odlewy piaskowe powszechnie stosowane w przemyśle armaturowym można podzielić na piasek zielony, piasek suchy, piasek do szkła wodnego i piasek samoutwardzalny z żywicy furanowej, w zależności od rodzaju spoiwa.
(1) Zielony piasek to proces formowania, w którym jako spoiwo stosuje się bentonit.
Jego cechy charakterystyczne to:Gotowa forma piaskowa nie wymaga suszenia ani utwardzania. Ma ona określoną wytrzymałość na mokro, a rdzeń i skorupa formy charakteryzują się dobrą wydajnością, co ułatwia czyszczenie i wytrząsanie odlewów. Wysoka wydajność produkcji form, krótki cykl produkcyjny, niskie koszty materiałów i wygodna organizacja produkcji na linii montażowej.
Jego wady to:Odlewy są podatne na wady takie jak pory, wtrącenia piasku i przywieranie piasku, a jakość odlewów, zwłaszcza jakość wewnętrzna, nie jest idealna.
Tabela proporcji i wydajności piasku zielonego do odlewów stalowych:
(2) Suchy piasek to proces formowania z użyciem gliny jako spoiwa. Dodanie odrobiny bentonitu może poprawić jego wytrzymałość na mokro.
Jego cechy charakterystyczne to:forma piaskowa musi być wysuszona, ma dobrą przepuszczalność powietrza, nie jest podatna na wady takie jak wypłukiwanie piasku, przywieranie piasku i pory, a ogólna jakość odlewu jest dobra.
Jego wady to:wymaga sprzętu do suszenia piasku, a cykl produkcyjny jest długi.
(3) Formowanie piasku ze szkła wodnego to proces modelowania z wykorzystaniem szkła wodnego jako spoiwa. Jego cechy charakterystyczne to: szkło wodne automatycznie utwardza się pod wpływem CO2 i może mieć wiele zalet metody hartowania gazowego w modelowaniu i produkcji rdzeni, ale występują również wady, takie jak słaba podatność skorupy formy, trudności w czyszczeniu odlewów z piasku oraz niski wskaźnik regeneracji i recyklingu starego piasku.
Tabela proporcji i wydajności piasku utwardzanego CO2 ze szkła wodnego:
(4) Formowanie w samoutwardzalnej żywicy furanowej to proces odlewania z wykorzystaniem żywicy furanowej jako spoiwa. Piasek formierski krzepnie w wyniku reakcji chemicznej spoiwa pod wpływem utwardzacza w temperaturze pokojowej. Cechą charakterystyczną tej metody jest brak konieczności suszenia formy piaskowej, co skraca cykl produkcyjny i oszczędza energię. Piasek formierski z żywicy jest łatwy do zagęszczania i charakteryzuje się dobrą podatnością na rozpad. Odlewy z piasku formierskiego są łatwe do czyszczenia. Odlewy charakteryzują się wysoką dokładnością wymiarową i dobrą jakością wykończenia powierzchni, co może znacznie poprawić ich jakość. Wadami tej metody są: wysokie wymagania jakościowe dotyczące surowego piasku, lekko ostry zapach w miejscu produkcji oraz wysoki koszt żywicy.
Proporcje i proces mieszania mieszanki piasku z żywicą furanową bez wypiekania:
Proces mieszania piasku samoutwardzalnego z żywicą furanową: Do przygotowania piasku samoutwardzalnego z żywicą najlepiej użyć mieszalnika o pracy ciągłej. Surowy piasek, żywica, utwardzacz itp. są dodawane sekwencyjnie i szybko mieszane. Piasek można mieszać i używać w dowolnym momencie.
Kolejność dodawania poszczególnych surowców podczas mieszania piasku żywicznego jest następująca:
Surowy piasek + utwardzacz (wodny roztwór kwasu p-toluenosulfonowego) – (120 ~ 180S) – żywica + silan – (60 ~ 90S) – produkcja piasku
(5) Typowy proces produkcji odlewów piaskowych:
Odlewanie precyzyjne:
W ostatnich latach producenci zaworów przywiązują coraz większą wagę do jakości wyglądu i dokładności wymiarowej odlewów. Ponieważ dobry wygląd jest podstawowym wymogiem rynkowym, stanowi on również punkt odniesienia w pierwszym etapie obróbki.
W przemyśle armaturowym powszechnie stosuje się odlewanie precyzyjne, które pokrótce opisano poniżej:
(1) Dwie metody procesowe odlewania roztworów:
① Zastosowanie niskotemperaturowego materiału formierskiego na bazie wosku (kwas stearynowy + parafina), wtryskiwanie wosku pod niskim ciśnieniem, skorupa ze szkła wodnego, odparafinowanie gorącą wodą, topienie atmosferyczne i proces odlewania, stosowane głównie do odlewów ze stali węglowej i stali niskostopowej o ogólnych wymaganiach jakościowych. Dokładność wymiarowa odlewów może osiągnąć normę krajową CT7~9.
② Dzięki zastosowaniu materiału formy na bazie żywicy o średniej temperaturze, wtrysku wosku pod wysokim ciśnieniem, formy z solą krzemionkową, odparafinowania parą, szybkiego odlewania w atmosferze lub w próżni, dokładność wymiarowa odlewów może osiągnąć poziom CT4-6 dla odlewów precyzyjnych.
(2) Typowy przebieg procesu odlewania precyzyjnego:
(3) Charakterystyka odlewów precyzyjnych:
①Odlew charakteryzuje się wysoką dokładnością wymiarową, gładką powierzchnią i dobrą jakością wyglądu.
② Możliwe jest odlewanie części o złożonych strukturach i kształtach, które są trudne do obróbki za pomocą innych procesów.
③ Materiały odlewnicze nie są ograniczone, można stosować różne materiały stopowe, takie jak: stal węglowa, stal nierdzewna, stal stopowa, stop aluminium, stop wysokotemperaturowy i metale szlachetne, zwłaszcza materiały stopowe, które są trudne do kucia, spawania i cięcia.
④ Dobra elastyczność produkcji i duża zdolność adaptacji. Produkt może być produkowany w dużych ilościach, a także nadaje się do produkcji pojedynczych sztuk lub małych serii.
⑤ Odlewanie precyzyjne ma również pewne ograniczenia, takie jak: uciążliwy przepływ procesu i długi cykl produkcyjny. Ze względu na ograniczone możliwości zastosowania technik odlewniczych, jego nośność ciśnieniowa nie może być zbyt wysoka w przypadku odlewania ciśnieniowych, cienkościennych odlewów zaworów.
Analiza wad odlewniczych
Każdy odlew będzie miał wady wewnętrzne, których istnienie stanowi poważne, ukryte zagrożenie dla jakości odlewu, a naprawa spawalnicza w celu wyeliminowania tych wad w procesie produkcyjnym również będzie stanowić duże obciążenie dla procesu produkcyjnego. W szczególności zawory są odlewami cienkościennymi, odpornymi na ciśnienie i temperaturę, a zwartość ich struktury wewnętrznej jest niezwykle istotna. Dlatego wady wewnętrzne odlewów stają się decydującym czynnikiem wpływającym na ich jakość.
Do wad wewnętrznych odlewów zaworów zalicza się głównie pory, wtrącenia żużla, porowatość skurczową i pęknięcia.
(1) Pory:Pory powstają w wyniku działania gazu, mają gładką powierzchnię i powstają wewnątrz lub w pobliżu powierzchni odlewu. Ich kształt jest przeważnie okrągły lub podłużny.
Głównymi źródłami gazu powodującymi powstawanie porów są:
① Azot i wodór rozpuszczone w metalu gromadzą się w nim podczas krzepnięcia odlewu, tworząc zamknięte, okrągłe lub owalne ścianki wewnętrzne o metalicznym połysku.
②Wilgoć lub substancje lotne zawarte w materiale formierskim pod wpływem ogrzewania zamieniają się w gaz, tworząc pory o ciemnobrązowych ściankach wewnętrznych.
③ Podczas procesu odlewania metalu, ze względu na niestabilny przepływ, powietrze bierze udział w tworzeniu porów.
Metoda zapobiegania wadom szparkowym:
① Do wytopu należy w miarę możliwości jak najmniej używać zardzewiałych surowców metalowych, a narzędzia i kadzie należy wypalać i suszyć.
② Wylewanie ciekłej stali powinno odbywać się w wysokiej temperaturze, a wylewanie w niskiej temperaturze. Ciekła stal powinna być odpowiednio uspokojona, aby ułatwić unoszenie się gazu.
③ Projekt procesu wlewu powinien zwiększać ciśnienie stali stopionej, aby zapobiec uwięzieniu gazu, a także tworzyć sztuczną ścieżkę gazu w celu zapewnienia rozsądnego odpływu.
④Materiały formujące powinny kontrolować zawartość wody i objętość gazu, zwiększać przepuszczalność powietrza, a forma piaskowa i rdzeń piaskowy powinny być wypieczone i wysuszone w jak największym stopniu.
(2) Komora skurczowa (luźna):Jest to spójna lub niespójna, okrągła lub nieregularna wnęka (jamka) występująca wewnątrz odlewu (szczególnie w gorącym punkcie), o chropowatej powierzchni wewnętrznej i ciemniejszym kolorze. Gruboziarniste ziarna kryształów, głównie w postaci dendrytów, zebrane w jednym lub kilku miejscach, podatne na przeciekanie podczas próby hydraulicznej.
Przyczyna powstawania próchnicy skurczowej (luźności):Skurcz objętościowy występuje, gdy metal krzepnie ze stanu ciekłego do stałego. Jeśli w tym momencie nie zostanie uzupełniona wystarczająca ilość ciekłej stali, nieuchronnie wystąpi jama skurczowa. Jama skurczowa odlewów stalowych jest zasadniczo spowodowana niewłaściwą kontrolą sekwencyjnego procesu krzepnięcia. Przyczynami mogą być nieprawidłowe ustawienia nadlewu, zbyt wysoka temperatura wlewania ciekłej stali oraz duży skurcz metalu.
Metody zapobiegania powstawaniu pustych przestrzeni (luźności):① Naukowo zaprojektuj system zalewania odlewów, aby osiągnąć sekwencyjne krzepnięcie ciekłej stali, a części, które krzepną jako pierwsze, powinny być uzupełniane ciekłą stalą. ② Prawidłowo i rozsądnie ustaw nadlew, dopływ, wewnętrzne i zewnętrzne zimne żelazo, aby zapewnić sekwencyjne krzepnięcie. ③ Podczas zalewania ciekłej stali, górny wtrysk z nadlewu jest korzystny dla zapewnienia temperatury ciekłej stali i podawania oraz zmniejszenia występowania jam skurczowych. ④ Pod względem prędkości zalewania, zalewanie z niską prędkością bardziej sprzyja sekwencyjnemu krzepnięciu niż zalewanie z dużą prędkością. ⑸ Temperatura zalewania nie powinna być zbyt wysoka. Ciekła stal jest wyjmowana z pieca w wysokiej temperaturze i zalewana po uspokojeniu, co jest korzystne dla zmniejszenia jam skurczowych.
(3) Wtrącenia piaskowe (żużel):Wtrącenia piaskowe (żużel), powszechnie znane jako pęcherze, to nieciągłe, okrągłe lub nieregularne otwory, które pojawiają się wewnątrz odlewów. Otwory te są zmieszane z piaskiem formierskim lub żużlem stalowniczym, o nieregularnych rozmiarach i gromadzą się w nich. Występują w jednym lub kilku miejscach, często w większej ilości w górnej części.
Przyczyny wtrąceń piasku (żużla):Wtrącenia żużla powstają w wyniku przedostawania się żużla stalowniczego do odlewu wraz z ciekłą stalą podczas procesu wytopu lub zalewania. Wtrącenia piasku powstają w wyniku niewystarczającej szczelności wnęki formy podczas formowania. Podczas wlewania ciekłej stali do wnęki formy, piasek formierski jest wymywany przez ciekłą stal i przedostaje się do wnętrza odlewu. Ponadto, nieprawidłowa obsługa podczas okrawania i zamykania komory formierskiej oraz zjawisko wypadania piasku formierskiego również przyczyniają się do powstawania wtrąceń piasku.
Metody zapobiegania wtrąceniom piaskowym (żużlowi):① Po wytopieniu ciekłej stali spaliny i żużel powinny zostać usunięte tak dokładnie, jak to możliwe. ② Staraj się nie odwracać worka do wylewania ciekłej stali, ale użyj worka do herbaty lub worka do wylewania z dnem, aby zapobiec przedostawaniu się żużla znad ciekłej stali do wnęki odlewniczej wraz z ciekłą stalą. ③ Podczas wylewania ciekłej stali należy podjąć środki zapobiegawcze, aby żużel nie przedostał się do wnęki formy wraz z ciekłą stalą. ④Aby zmniejszyć prawdopodobieństwo wtrąceń piasku, zapewnij szczelność formy piaskowej podczas modelowania, uważaj, aby nie zgubić piasku podczas przycinania i przedmuchaj wnękę formy przed zamknięciem skrzynki.
(4) Pęknięcia:Większość pęknięć w odlewach to pęknięcia gorące, o nieregularnych kształtach, przenikające lub nie, ciągłe lub przerywane, a metal w pęknięciach jest ciemny lub ma powierzchnię utlenioną.
przyczyny pęknięć, mianowicie naprężenia wysokotemperaturowe i odkształcenie filmu ciekłego.
Naprężenie wysokotemperaturowe to naprężenie powstające w wyniku skurczu i odkształcenia ciekłej stali w wysokich temperaturach. Gdy naprężenie przekroczy granicę wytrzymałości lub odkształcenia plastycznego metalu w tej temperaturze, pojawią się pęknięcia. Odkształcenie filmu ciekłego to tworzenie się filmu ciekłego między ziarnami kryształów podczas procesu krzepnięcia i krystalizacji ciekłej stali. Wraz z postępem krzepnięcia i krystalizacji, film ciekły ulega odkształceniu. Gdy wielkość i prędkość odkształcenia przekroczą określoną granicę, powstają pęknięcia. Zakres temperatur pęknięć termicznych wynosi około 1200–1450°C.
Czynniki wpływające na pęknięcia:
① Pierwiastki S i P w stali są czynnikami szkodliwymi dla pęknięć, a ich eutektyka z żelazem zmniejsza wytrzymałość i plastyczność staliwa w wysokich temperaturach, co powoduje pęknięcia.
② Wtrącenia i segregacja żużla w stali powodują wzrost koncentracji naprężeń, co z kolei zwiększa tendencję do pękania na gorąco.
③ Im większy współczynnik skurczu liniowego danego rodzaju stali, tym większa skłonność do pękania na gorąco.
④ Im większa przewodność cieplna danego rodzaju stali, tym większe napięcie powierzchniowe, lepsze właściwości mechaniczne w wysokiej temperaturze i mniejsza skłonność do pękania na gorąco.
⑤ Konstrukcja odlewów jest trudna do wytworzenia, np. zbyt małe zaokrąglone rogi, duża różnica grubości ścianek i duże naprężenia, co może powodować pęknięcia.
⑥Zbyt duża zwartość formy piaskowej i słaba wydajność rdzenia utrudniają kurczenie się odlewu i zwiększają tendencję do pękania.
⑦Inne czynniki, takie jak niewłaściwe ułożenie wzniosu, zbyt szybkie chłodzenie odlewu, nadmierne naprężenia spowodowane cięciem wzniosu i obróbką cieplną itp., również będą miały wpływ na powstawanie pęknięć.
Biorąc pod uwagę przyczyny i czynniki wpływające na powyższe pęknięcia, można podjąć odpowiednie środki mające na celu ograniczenie i wyeliminowanie występowania wad pęknięć.
Bazując na powyższej analizie przyczyn wad odlewów, identyfikowaniu istniejących problemów i podejmowaniu odpowiednich działań naprawczych, możemy znaleźć rozwiązanie wad odlewów, co sprzyja poprawie jakości odlewów.
Czas publikacji: 31 sierpnia 2023 r.