vědomosti

Zadní kryt je klíčovou součástí konstrukce hydraulických motorových a čerpacích systémů pro rypadla a inovace a průlom v procesu jeho odlévání představují velkou výzvu. Bez vysoce kvalitních zadních krytů bude konstrukce vysoce kvalitních hydraulických systémů čelit značným obtížím. Zadní kryt vyrobený z tvárné litiny má vysoké požadavky na rozměrovou přesnost, čistotu vnitřní dutiny a konzistenci materiálu. Proto byla při první výrobě tohoto typu produktu obtížnost procesního výzkumu a vývoje poměrně velká. Nedávno jsme vyrobili zadní kryt (jak je znázorněno na obrázku 1) o hmotnosti 77 kg, maximální velikost obrysu odlitku je 342 mm.×303mm×137.5 mm a materiál je tvárná litina. Tloušťka stěny je relativně velká, s maximální tloušťkou stěny 137.5 mm. Hlavní konstrukce zahrnuje dva vysokotlaké olejové kanály a jeden kanál pro sání oleje. Velikost jádra kanálu pro sání oleje je relativně velká, s průměrem 87 mm, délkou 130 mm a výškou 137.5 mm, jak je znázorněno na obrázku 2.

 

 

-----------------------------

Původně navržený vtokový systém je znázorněn na obrázku 3: 4 kusy v 1 krabici, horizontální lití, střední lití a roztavené železo vstupuje ze středu odlitku. F vertikální:F horizontální:F vnitřní = 1.4:1:2. Tento systém je polootevřený a polouzavřený vtokový systém. Vzhledem k husté jehlovité plynové díře, která se vyskytla během výrobního procesu tohoto polotovaru, tato studie provádí hloubkovou diskusi o této problematice a poté navrhuje odpovídající řešení.

 

--------------------------------

 

1. Analýza vad

Vady pórovitosti patří k běžným vadám v odlitcích. Mechanismus vzniku vad pórovitosti je složitý a rozmanitý a k jejich vzniku přispívá mnoho faktorů, které zahrnují řadu procesů při výrobě odlitků. Vady pórovitosti nalezené v polotovarech zadních víček naší továrny lze rozdělit do dvou typů: jeden typ vady pórovitosti se nachází pod kanálem pro sání oleje, jak je znázorněno na obrázku 4. V odlitku lze vadu detekovat v polotovaru; druhý typ se nachází 1 až 3 mm pod povrchem odlitku. V polotovaru nelze vadu detekovat, ale objeví se po zpracování, jak je znázorněno na obrázku 5.

----------------------------

Poloha defektu byla analyzována elektronovou mikroskopií, jak je znázorněno na obrázku 6. Morfologie mikrostruktury naznačuje, že vnitřní částice jsou rovnoměrně rozloženy a povrch je hladký. Na základě toho se jedná o vadu poréznosti.

​​​​​​​

-----------------------------

Počáteční úsudek byl založen především na relativně velké tloušťce jádra kanálu absorbujícího olej a turbulentním proudění roztaveného železa vytvořeného pod kanálem absorbujícím olej v důsledku středního vstřikovacího systému, což vedlo ke vzniku pórovitosti. Vstřikovací systém byl upraven nahrazením středního vstřikování spodním vstřikováním, ale problém stále přetrvával.

 

Podle literárního výzkumu zahrnují zdroje plynu zejména páry hořčíku, vodík z ferosilicia a plyny zaváděné do roztaveného železa v důsledku mezifázových reakcí. Během procesu tuhnutí oxidový film na povrchu tvárné litiny brání úniku plynových pórů, čímž způsobuje jejich vznik.

 

Plynové póry jsou relativně častou vadou odlitků v litinových dílech a nejběžnějším typem plynových pórů v tvárných litinových odlitcích jsou podpovrchové plynové póry, jejichž důvody vzniku jsou poměrně složité a zahrnují hlavně chemické reakce v roztaveném železe nebo mezi roztaveným železem a pískovými jádry a formami. Prvním typem reaktivních plynových pórů jsou plynové póry ve tvaru voštiny, které vznikají chemickými reakcemi mezi chemickými složkami v roztaveném železe nebo mezi složkami a nekovovými vměstky atd., které mají tvar pluhů nebo koulí a jsou relativně rovnoměrně rozloženy. Dalším typem plynových pórů jsou reaktivní plynové póry mezi roztaveným železem a pískovými jádry a formami. Tloušťka odlévací vrstvy se obvykle pohybuje v rozmezí 1 až 3 mm a v některých případech může být odkryta pouze na povrchu vrstvy oxidového filmu. Po obrábění nebo čištění může vrstva odhalit svůj původní vzhled. Tyto plynové póry jsou někdy kulovité nebo pluhovité, s průměrem typicky v rozmezí 0.1 až 0.3 mm; někdy jsou protáhlé, s průměrem dosahujícím 7 až 10 mm; a většina z nich je kolmá k povrchu odlitku.

 

2. Příčiny vzniku pórovitosti reaktivního plynu

Hlavními složkami plynu v reaktivní plynové pórovitosti jsou vodík (H2), oxid uhelnatý (CO) a oxid uhličitý (CO2). Proces vzniku tohoto jevu je poměrně složitý a mezi faktory, které k němu přispívají, patří následující aspekty.

 

2.1 Nízká teplota lití roztaveného železa

Pokud je teplota odlévání nízká, roztavené železo má sklon k tuhnutí dříve, než jsou plyny vzniklé reakcí zcela vytlačeny. Pokud plyny již vytvořily póry, reakce není úplná. Navíc je roztavené železo při vysokých teplotách blízké kapalnému stavu a má relativně nízkou viskozitu, což má výhodu v přenosu tlaku. Roztavené železo je při nízkých teplotách v podstatě polotekuté s vysokou viskozitou a jeho schopnost přenášet tlak je slabá. I když je tlak vysoký, skutečný tlak v roztaveném železe se významně nezvyšuje. Tento jev ztěžuje pronikání plynů a jejich účinné odvádění, což ovlivňuje pohyb a difúzi bublin. Během samotného procesu odlévání se v důsledku nízké teploty odlévání roztaveného železa struska v roztaveném železe snadno neplave a neodstraňuje. Proto je ve formě více strusky a FeO obohacený v ní reaguje s uhlíkem za vzniku plynu CO.

2.2 Vysoký obsah vlhkosti a nízká propustnost formy

Pokud má forma vysoký obsah vlhkosti, má zdroj tepla během procesu odlévání významný vliv na tvorbu H2. Navíc, pokud má forma během procesu odlévání nízkou propustnost, je obtížné tyto plyny unikat, což snadno vede ke vzniku pórovitosti reaktivního plynu.

2.3 Vysoký obsah plynu v roztaveném železe

Pokud je koncentrace plynu v roztaveném železe vysoká (včetně kyslíku a vodíku rozpuštěného v roztaveném železe, které jsou jedním ze zdrojů H2, CO a CO2 v pórovitosti reaktivního plynu) a tyto plyny je obtížné během procesu tuhnutí odstranit, může to vést ke vzniku pórů.

2.4 Silná oxidace roztaveného železa

Pokud je stupeň oxidace roztaveného železa vysoký, vznikají oxidy, které dále rozpouštějí kyslík. Oxidy navíc reagují s uhlíkem za vzniku plynu CO a dalších látek.

2.5 Vysoký obsah prvků S a Mn v roztaveném železe

Pokud je obsah S a Mn v roztaveném železe vysoký, Mn se slučuje s FeS za vzniku MnS. Křemičitan manganatý se rozpouští v oxidační strusce, čímž se snižuje bod tání do kapalného stavu, což podporuje plný kontakt volného FeO ve strusce s uhlíkem a reakci za vzniku plynu CO.

2.6 Vliv struktury produktu

Na základě nashromážděných dat jsou tvárné litinové odlitky s tloušťkou stěny mezi 6 a 25 mm náchylné k podkožní plynové pórovitosti. Proto by při návrhu výrobku měla být tloušťka stěny navržena tak, aby byla menší než 6 mm nebo větší než 25 mm.

 

3. Opatření k zamezení reaktivní pórovitosti

3.1 Zvýšení teploty lití

Vyšší teplota odlévání prodlužuje kapalný stav roztaveného železa, což usnadňuje únik plynů a strusky směrem nahoru a snižuje pravděpodobnost chemických reakcí. Tato metoda je proto nejlepším způsobem, jak eliminovat reaktivní pórovitost. Například při odlévání při teplotě 1300 až 1350 °C ℃, byla pozorována jehličkovitá pórovitost v odlitcích, ale když byla teplota zvýšena nad 1350 ℃, pórovitost zmizela.

 

3.2 Zlepšení propustnosti a kontrola obsahu vlhkosti ve formě

U odlitků náchylných k reaktivní pórovitosti by měl být obsah vlhkosti v jádrovém písku snížen pod 5 %. Dále se doporučuje optimalizovat propustnost formy, aby se dosáhlo míry propustnosti alespoň 80 %.

 

3.3 Minimalizace obsahu plynu v roztaveném železe před odléváním

U nástrojů, které přicházejí do styku s roztaveným železem, jako jsou pánve a odlučovače strusky, je nutné důkladné předehřátí a vypálení. Před litím se ujistěte, že je struska zcela odstraněna. Roztavené železo by mělo mít při opuštění pece vysokou teplotu a mělo by být ponecháno určitou dobu odstát, aby mohly unikat plyny.

 

3.4 Zabraňte oxidaci roztaveného železa

Během tavení a očkování je třeba přísně kontrolovat obsah silných oxidačních prvků ve vsázce do pece a různých materiálech. Kromě toho lze do jádra a formovacího písku formy přidat ve vhodném množství doplňkové materiály, jako je uhelný prach nebo těžký olej, aby se zlepšila redukční atmosféra ve formě a snížil se nebo se zabránilo vzniku reaktivní pórovitosti. To je zvláště důležité pro kritické odlitky a ty, které jsou náchylné k podpovrchové pórovitosti.

 

3.5 Výběr sferoidizačních činidel

Sferoidizační činidla ze slitin niklu a hořčíku jsou účinnější při snižování defektů ve srovnání s činidly na bázi křemíku a hořčíku. Navíc vyšší teplota před úpravou a kratší doba výdrže roztaveného železa po úpravě mohou také snížit podpovrchovou pórovitost.

 

3.6 Návrh struktury produktu

Při navrhování konstrukce výrobku by měla být tloušťka stěny buď menší než 6 mm, nebo větší než 25 mm, aby se snížila pravděpodobnost poréznosti.

 

Závěr 4

Po zavedení výše uvedených strategií naše společnost zcela eliminovala problém reaktivní pórovitosti v odlitcích z tvárné litiny. Vzhledem k vysoké nejistotě v procesu a původu tvorby pórů, pokud se v reálné výrobní praxi objeví problémy s póry, měla by být provedena komplexní studie zdroje plynu, mechanismu jeho vzniku, fyzikální formy atd., aby se zásadně eliminoval výskyt problémů s póry.