Виготовлення 410 деталей з нержавіючої сталі з кремнеземом, вагою 205 грамів, з поверхневими дефектами плям окислення: причини та рішення

При використанні цирконового порошку/піску як поверхневого шару під час виготовлення деталей із нержавіючої сталі 410 (особливо дрібних деталей вагою близько 200 грамів) з’являються точки окислення та плями. Як нам досліджувати причини та розробляти рішення. Давайте проаналізуємо основні висновки один за одним: це «точкове» окислення зазвичай не спричинене одним фактором, а скоріше є результатом бурхливої ​​реакції між високоактивною сталевою рідиною та локально забрудненою межею оболонки. Основна причина проблеми в основному полягає в "якості оболонки" та "реакцій межі розділу "сталева рідина".

1、 Проаналізовано основні причини утворення плям/плям окислення в поєднанні з характеристиками «поверхневого шару цирконового порошку/піску» та «точкового окислення». Основні причини розташовуються в порядку можливості наступним чином:

1. Забруднення поверхневого шару оболонки (основна підозра) Сам матеріал з діоксиду цирконію: неякісний або вологий порошок/пісок з діоксиду цирконію може містити такі домішки, як оксид заліза (Fe₂O3) і оксид титану (TiO₂). При високих температурах ці домішки вступають у хімічну реакцію з такими елементами, як хром (Cr) і алюміній (Al) у нержавіючій сталі, залишаючи локальні сліди реакції (тобто сліди окислення) на поверхні виливка. Забруднення під час роботи: у цеху з виготовлення корпусів іржа, пил і органічні речовини (такі як волокна рукавичок і жир) можуть змішуватися під час процесу покриття поверхні або шліфування. Ці забруднювачі утворять «слабкі місця» з низькою температурою плавлення або високою активністю на місцевому рівні після прожарювання оболонки. Стабільність золю кремнезему: якщо золь кремнезему має локальний гель або забруднення, це вплине на однорідність покриття, що призведе до недостатньої локальної міцності або збагачення домішками.

2. Недостатнє прожарювання шкаралупи та залишкова вологість (основна причина): Залишки вологи є однією з найпоширеніших причин утворення «точок окислення». Якщо температура смаження шкаралупи недостатня (<900 ℃) або недостатньо часу ізоляції, у глибоких шарах шкаралупи (особливо товстих і великих шкаралуп) буде залишкова кристалічна вода або хімічна вода. Під час впорскування високотемпературної розплавленої сталі вода миттєво випаровується, а тиск пари надзвичайно високий, прориваючи затверділу тонку оболонку в передній частині розплавленої сталі, оголюючи свіжу розплавлену сталь усередині та вступаючи в реакцію окислення водяною парою: Fe+H ₂ O → FeO+H ₂, утворюючи точкові ямки та оксидні ваги. Залишки органічного вуглецю: неповне випалювання може призвести до карбонізації органічних сполук у золі кремнезему та агентах для видалення форми замість повного згоряння, утворюючи локалізовані ділянки, багаті вуглецем. Коли розплавлена ​​сталь контактує з цією ділянкою, вуглець відновлює SiO₂ в оболонці, утворюючи газ CO, який також пошкоджує поверхню розплавленої сталі та спричиняє місцеве окислення та науглерожування.

3. Недостатній захист від плавлення та розливу (основна причина) неповне розкислення: Хром у нержавіючій сталі 410 схильний до окислення. Якщо кінцеве розкислення (зазвичай з використанням алюмінію) недостатнє, вміст розчиненого кисню в розплавленій сталі буде високим, і вона матиме тенденцію до агрегування на поверхні або з’єднання з реагентами оболонки в кінці затвердіння, утворюючи точкові оксиди. Недостатній потік захисту лиття: навіть із захистом газоподібного аргону, якщо потік повітря занадто слабкий, нерівномірно розподілений або порушений, повітря все одно буде втягуватись у потік лиття та чашу литника, спричиняючи розбризкування та окислення крапель сталі та потрапляння у порожнину форми разом із потоком, утворюючи розсіяні точки окислення.

4. Невідповідність параметрів процесу (провокуючий фактор) Невідповідність між температурою оболонки та температурою розливу: температура попереднього нагрівання оболонки занадто низька (наприклад, <600 ℃), тоді як температура розливу розплавленої сталі занадто висока. Різниця температур між ними надто велика, що призведе до посилення вибуху міжфазного газу та теплового удару, а також до точкових реакцій. Перегрів розплавленої сталі: надмірна температура плавлення (наприклад, понад 1650 ℃) посилить хімічну реакцію між розплавленою сталлю та корпусом.

2、 Систематичне вирішення (від надзвичайної ситуації до основної причини) Крок 1: Розслідування надзвичайних ситуацій на місці та врегулювання (негайне виконання)

1. Перевірте печі для випікання оболонок: відкалібруйте прилад для вимірювання температури. Переконайтеся, що температура смаження становить ≥ 950 ℃, а час витримки ≥ 2 години (залежно від збільшення товщини оболонки), і перевірте циркуляцію атмосфери печі, щоб переконатися, що відпрацьовані гази можуть виходити.

2. Перевірте сировину: візьміть нову партію порошку/піску циркону високої чистоти (хімічно чистого або першого сорту) для порівняльного тестування. Зверніть особливу увагу на вміст заліза (Fe) і титану (Ti).

3. Перевірте середовище виготовлення оболонки: очистіть майстерню виготовлення оболонки, переконайтеся, що поверхневе покриття ізольовано від зони шліфування та запобігайте забрудненню іржею. Перевірте золь кремнезему на наявність частинок або гелю.

4. Посилити захист лиття: тимчасово підвищити міцність захисту газоподібного аргону, щоб гарантувати, що розливна чашка повністю покрита газоподібним аргоном під час лиття.

Крок 2: Короткострокова оптимізація процесу (протягом 1-2 тижнів)

1. Оптимізуйте процес смаження: запровадьте «поступове нагрівання смаження»: збільште час ізоляції на стадії 400-600 ℃, щоб дозволити органічним речовинам повністю розкластися та випаруватися; Підтримуйте достатню ізоляцію вище 900 ℃ для видалення хімічної води. Для важливих компонентів розлийте відразу після випікання або зберігайте в духовці з високою температурою (>200 ℃), щоб запобігти вбиранню вологи.

2. Зміцнювальна обробка розплавом: суворе остаточне розкислення: перед натисканням вставте алюмінієвий дріт у глибоку частину розплавленої сталі для остаточного розкислення та контролюйте вміст залишкового алюмінію на рівні 0,02% -0,08%. Належним чином зменште температуру розливу: для забезпечення повного заповнення зменшіть температуру розливу від перегріву (наприклад, 1550 ℃) на 10-20 ℃, щоб зменшити термічні реакції.

3. Відрегулюйте температуру форми: скоротіть інтервал між вийманням форми з печі та заливкою до найкоротшого можливого часу, переконавшись, що температура всередині форми становить 800-900 ℃. Високотемпературні оболонки можуть зменшити різницю температур на поверхні поверхні та забезпечити плавне затвердіння розплавленої сталі.

Крок 3: Довгостроковий систематичний контроль (фундаментальне рішення)

1. Матеріал оболонки та оновлення процесу: Випробування на заміну матеріалу поверхневого шару: якщо проблема не зникає, подумайте про заміну матеріалу поверхневого шару більш інертним плавленим оксидом алюмінію (Al ₂ O3) або «білим корундом». Хоча вартість вища, реакційна здатність сталі з високим вмістом хрому нижча. Впровадження процесу спікання поверхневого шару: після завершення виготовлення поверхневого шару та другого шару оболонки додається додаткове низькотемпературне (800 ℃) спікання, щоб ущільнити поверхневий шар і заздалегідь видалити деякі речовини, що виділяють газ.

2. Модернізація системи плавлення та розливу: впровадження аргонозахисної плавки: використання газу аргону для покриття або продування під час плавки в індукційній печі. Використання вакуумного лиття або лиття в захисній атмосфері. Для виробів із високим попитом найкращим рішенням є інвестування у лиття у вакуумній індукційній печі чи ливарні бокси, заповнені аргоном.

3. Встановіть точки моніторингу процесу: Перевірка сировини: Проведіть відбір проб вмісту домішок для кожної партії порошку циркону. Запис обсмажування оболонки: Встановіть моніторинг кривої температури та часу для кожної обсмажувальної печі. Карта дефектів лиття: фотографуйте та архівуйте розташування та морфологію точок окислення, аналізуйте кореляцію з положенням дерева та відстежуйте джерело забруднення.

Узагальніть рекомендований процес усунення несправностей для проблеми «точки/плями окислення на поверхневому шарі цирконового порошкового піску у 205-грамовому виливку». Рекомендується визначити пріоритети усунення несправностей таким чином:

1. Первинна підозра: чи достатнє обсмажування мушлі? Проведіть порівняльні досліди, підвищивши температуру смаження і час витримки.

2. Вторинна підозра: Чи чистий матеріал циркон? Замініть партію відомих матеріалів високої чистоти для порівняльного тестування.

3. Одночасно перевірте: чи справді ефективний захист від заливки? Перевірте стан повітряного потоку в трубопроводі аргону, витратомірі та чашці литника.

4. Остаточна оптимізація: відрегулюйте відповідність параметрів процесу, головним чином температури оболонки та температури заливки. Завдяки вищевказаному систематичному дослідженню та оптимізації, зокрема забезпеченню абсолютної сухості та чистоти оболонки та зміцненню захисту межі розділу, можна ефективно усунути точки окислення та плями на поверхні точного лиття з нержавіючої сталі 410.