RO 
Grafit gros în piese turnate din fontă ductilă: de ce se formează și cum îl împiedică turnătoriile
O bază de mașină din fontă ductilă, cu pereții care se apropie de 200 mm, lasă turnătoria un aspect perfect — suprafețe curate, dimensiuni sonore, duritate normală. Luni mai târziu, un eșantion prelucrat din centrul celui mai gros perete testează o alungire de 3 până la 4 procente în loc de 10 procente pe care gradul promite, sau o fisură de oboseală se deschide lângă un scaun al rulmentului. Secționează turnarea în acel loc și grafitul arată greșit: în loc de noduli rotunzi discreti, microscopul arată grupuri de particule conectate, în formă de coral, împachetate între brațele dendrite. Acesta este grafit gros, iar materialul a fost compromis înainte ca piesa să suporte vreodată o sarcină.
Varianta scurta: grafitul gros este defectul caracteristic fierului ductil cu secțiune grea . Se formează acolo unde solidificarea este cea mai lentă, se dezvoltă pe baza de siliciu ridicat, echivalent de carbon ridicat și pământuri rare reziduale și dăunează alungirii și rezistenței la oboseală mult mai mult decât dezvăluie vreodată duritatea. Ambele condiții preliminare - un punct fierbinte cu răcire lentă și o chimie permisivă - pot fi eliminate, ceea ce îl face unul dintre cele mai controlabile defecte cu care se confruntă o turnătorie. Ceea ce urmează acoperă defectul în sine, daunele pe care le produce și contramăsurile care țin de producție.
Ce este de fapt grafitul gros
Grafitul gros nu este o incluziune străină sau o cavitate de contracție. Este o morfologie de grafit: carbonul care ar fi trebuit să înghețe în noduli sferici izolați crește în schimb ca particule agregate, interconectate, care arată explodat sau vermicular la microscop. Apare în ciorchini sau în poziții interdendritice și, la o privire obișnuită, poate fi confundat cu grafitul de tip D al fierelor cu pereți subțiri - deși aparține secțiunilor grele, răcite lent, nu pereților subțiri care îngheață rapid.
Două obiceiuri îl fac ușor de ratat. În primul rând, se concentrează în centrul termic al unei secțiuni grele - ultimul metal care se solidifică - în timp ce grafitul se formează pe piele și în cupoanele de rutină poate arăta perfect normal. În al doilea rând, pe o suprafață prelucrată sau fracturată se arată doar ca o întunecare localizată, o pată gri neclară care este ușor de interpretat greșit ca pete sau o problemă de hrănire. Până când este evident într-o fractură, grafitul conectat a construit deja o rețea de căi de fisuri gata făcute.
Dacă aveți nevoie mai întâi de o reîmprospătare, serviciul nostru introducere în limbaj simplu în fontă ductilă acoperă modul în care materialul diferă de fierul gri.
De ce secțiunile grele și răcirea lentă o declanșează
Variabila de control este timpul local de solidificare. Într-un perete de 25 mm reacția eutectică se termină rapid și fiecare nodul crește independent într-o sferă. În miezul unei coloane de mașină sau al unui butuc al carterului compresorului, aceeași reacție se poate întinde de multe ori mai mult - iar particulele de grafit suspendate în ultimul lichid între celulele eutectice se conectează și cresc ca un agregat în loc să rămână separate. Defectul apare exact acolo unde prezice experiența: la joncțiuni de pereți, în bofe groase, sub nisip alimentator.
Chimia decide dacă această răcire lentă poate provoca daune. Trei factori de compoziție apar în mod constant. Siliciul este cel dominant: defectul este rar aproape de 2% siliciu și incidența sa urcă abrupt spre și peste 3%, acesta fiind unul dintre motivele pentru care gradele feritice întărite cu soluții de siliciu ridicate necesită îngrijire suplimentară în secțiunile grele. Un echivalent ridicat de carbon adaugă expunere. Pământurile rare sunt mai subtile - ceriul și lantanul sunt necesare în cantități mici pentru o reacție de nodulizare robustă, totuși reziduurile intermediare sunt legate în mod repetat de grafitul gros în plăci și bare grele.
Grafitul gros nu este ghinion. Este ceea ce face fierul ductil atunci când răcirea lentă întâlnește o chimie permisivă - și ambele variabile pot fi gestionate.
Daunele pe care le provoacă proprietăților mecanice
Pierderile nu sunt uniforme, iar această asimetrie este ceea ce face defectul periculos. Duritatea abia se mișcă, deoarece matricea metalică este în mare parte neschimbată. Rezistența la tracțiune într-o zonă afectată scade de obicei cu aproximativ 10 până la 20 la sută. Alungirea este afectată mult mai greu - pierderile de jumătate sau mai mult sunt raportate în mod obișnuit odată ce grafitul gros ocupă o parte semnificativă a suprafeței fracturii. Rezistența la oboseală suferă de obicei cel mai mult, deoarece grafitul interconectat acționează ca o crestătură internă: o fisură nu mai trebuie să înceapă la suprafață, poate începe adânc în interiorul peretelui.
Pericol - Duritatea nu va prinde acest defect. O regiune afectată de grosime poate măsura complet normal la un test de duritate, în timp ce alungirea și durata de viață la oboseală s-au prăbușit în liniște. Acceptarea secțiunilor grele trebuie să se bazeze pe încercarea de tracțiune a materialului reprezentativ.
| Proprietate | Efect tipic | De ce |
|---|---|---|
| Rezistenta la tractiune | Redus cu aproximativ 10-20 la sută | Grafitul conectat înlocuiește matricea portantă cu interfețe interne slabe |
| Alungirea | Frecvent tăiat la jumătate sau mai mult | Rețeaua de grafit oferă o cale de fisurare continuă, cu rezistență scăzută |
| Forța la oboseală | Redus cel mai sever în practică | Grupurile interne de grafit acționează ca inițiatori de fisuri subterane |
| Duritate | Schimbare mică sau deloc măsurabilă | Matricea metalică este în esență neafectată |
Cum îl găsesc turnătorii înainte ca clientul să o facă
Detectarea trebuie să caute defectul, deoarece defectul nu vine la inspecția de rutină. Metoda directă este secționarea: tăiați turnarea - sau o probă de sacrificiu din aceeași poziție termică - la punctele fierbinți cunoscute, pregătiți suprafața și evaluați metalografic forma de grafit în comparație cu diagramele standard de comparație. De asemenea, inspectorii urmăresc întunecarea localizată descrisă mai sus pe suprafețele prelucrate sau fracturate. Pentru piese turnate prea mari pentru a se secționa, testarea cu ultrasunete servește ca instrument de screening, deoarece grafitul degradat formează o viteză a sunetului măsurabil mai mică; orice zonă marcată este apoi confirmată metalografic.
Info - O bară de testare turnată separat descrie topirea, nu turnarea. Pentru secțiuni grele, insistați asupra cupoanelor atașate la cei mai groși pereți sau a mostrelor tăiate din zone definite de hotspot, înainte de a accepta orice rezultat al proprietății.
Prevenire: chimie și solidificare, gestionate împreună
Pârghii de chimie
Prima pârghie este compoziția. Turnătoriile care toarnă secțiuni grele dețin în mod obișnuit siliciul atât de scăzut pe cât permite calitatea - pentru fierele ductile feritice structurale, ceea ce înseamnă de obicei să rămână în intervalul de 2,0 până la 2,4 la sută, mai degrabă decât să se deplaseze spre 3 - și țin sub control echivalentul carbonului din același motiv. Pământurile rare reziduale sunt gestionate în mod deliberat: suficient pentru a garanta noduritatea, niciodată mai mult decât este necesar. Acolo unde o secțiune are nevoie de asigurare suplimentară, micro-adăugările de antimoniu de ordinul zecilor de ppm sunt o contramăsură stabilită, iar în clasele cu grad ridicat de siliciu staniul a demonstrat un efect supresor similar.
Avertisment - Aceste adaosuri funcționează tocmai pentru că sunt mici. Excesul de antimoniu promovează formele de grafit degenerate, iar îndepărtarea pământurilor rare lasă reacția de nodulizare fragilă împotriva urmelor elemente dăunătoare. Contramăsurile funcționează ca o fereastră echilibrată, nu ca întrerupătoare independente.
Pârghii de răcire și design
A doua pârghie este solidificarea însăși. Frisoanele de pe pereții punctelor fierbinți, nervurile și aripioarele care subțiază joncțiunile masive și secțiunile de perete proporționate cinstit, toate scurtează timpul de solidificare locală - cauza principală a defectului. Designul hrănirii contează și el, deoarece un punct fierbinte care este alimentat, dar nu este răcit, petrece încă prea mult timp deasupra solidusului. Simularea solidificării, efectuată înainte de turnarea primei turnări, localizează centrele termice pe computer și nu în coșul de deșeuri.
| Pârghie | Acțiune practică | Schimb de urmărit |
|---|---|---|
| Fereastra din silicon | Țineți siliciul aproape de capătul de jos al gradului, aproximativ 2,0-2,4% pentru clasele structurale | Siliciul foarte scăzut costă o oarecare rezistență și schimbă comportamentul de contracție |
| Reziduuri de pământ rare | Limitați reziduurile la nivelul necesar pentru o nodularitate robustă | Prea puțin slăbește reacția de nodulizare |
| Antimoniu sau staniu | Mici adaosuri deliberate în zeci de ppm | Supradozajul cauzează alte forme degenerate de grafit |
| Răcire locală | Frisoane, coaste, aripioare și joncțiuni mai subțiri la punctele fierbinți | Cost suplimentar; nu trebuie să creeze închideri la rece sau probleme de hrănire |
Ce ar trebui să pună cumpărătorii în caietul de sarcini
O mare parte din protecția pe care o primește un cumpărător este decisă în etapa de specificare. Numiți gradul fără ambiguitate - ASTM A536 65-45-12 sau 80-55-06 sau echivalentele EN-GJS și ISO 1083 - apoi precizați unde trebuie dovedite proprietățile. O cerință ca cupoanele de tracțiune să fie atașate la cei mai grei pereți sau tăiate din zone definite, schimbă comportamentul turnătoriei într-un mod pe care un număr de pe un desen nu o va face niciodată. Definiți acceptarea grafitului pe secțiunile hotspot cu referire la diagramele de comparație standard și, pentru piese cu adevărat masive, luați în considerare screeningul ultrasonic contractual.
Starea de tratament termic merită și propria sa linie. O recoacere de ferițire conferă gradelor bogate în alungire caracterul lor, dar nici o recoacere nu poate repara grafitul gros care s-a format în timpul solidificării.
Un număr de calificare pe un desen nu dovedește nimic despre centrul unui perete de 200 mm. Locul de prelevare face.
Succes - Cea mai valoroasă propoziție dintr-o specificație de turnare cu secțiuni grele este cea care denumește locația de prelevare. Orice altceva decurge din asta.
Acolo unde riscul se concentrează în componente reale
Cele mai expuse componente sunt cele pe care utilizatorii finali le văd rar: forme masive, portante, din fontă ductilă, cu pereți groși, care se intersectează. Bazele mașinilor-unelte concentrează metalul exact în modul care produce timpi lungi de solidificare, iar stabilitatea lor dimensională pe parcursul anilor de funcționare depinde de o matrice de sunet în interiorul peretelui. Le tratăm ca pe un ceas din grafit gros, încă de la prima simulare.
Turnare de bază pentru mașini-unelte din fontă ductilă Această bază turnată cu nisip din rășină susține fusurile, paturile și mesele de lucru, oferind rigiditatea și rezistența la vibrații care mențin mașinile-unelte precise. Pereții săi groși care se intersectează necesită o formă sonoră de grafit în interiorul turnării. Vizualizare produs → Coloanele pentru mașini-unelte poartă același profil – înalte, groase și central din punct de vedere structural – cu cererea suplimentară ca geometria să rămână fidelă în timp ce mașina taie. Forma de grafit în interiorul peretelui face parte din această promisiune.
Turnare coloane pentru mașini-unelte pentru rigiditate și poziționare Coloana susține și poziționează unealta, masa de lucru sau piesa de lucru și trebuie să mențină geometria corectă în timpul tăierii. Secțiunile înalte, cu pereți groși fac din structura internă din grafit și stabilitatea dimensională preocupările cheie ale calității aici. Vizualizare produs → Componentele compresorului combină grosimea secțiunii cu sarcina rotativă. Carterurile și corpurile stivuiesc bofurile groase ale scaunului rulmentului și pereții cilindrilor într-o singură turnare, iar echipamentul rotativ este neiertător față de defectele interne. Al nostru program de turnare a compresorului acoperă corpurile, carterurile, scaunele rulmenților, scaunele rotorului și cilindrii în care această combinație este de rutină.
Turnare carter compresor cu scaune de rulment groase Acest carter combină secțiuni grele, bofurile scaunului rulmentului și pereții cilindrilor într-o singură turnare pentru serviciu rotativ. Echipamentul rotativ tolerează puține defecte interne, astfel încât solidificarea sunetului în pereții groși este esențială. Vizualizare produs → Corpurile pompelor și piesele de reținere a presiunii adaugă încărcare ciclică deasupra secțiunilor grele, iar componentele energiei eoliene - butuci și cadre principale din fontă ductilă de secțiune grea - se află la cel mai solicitant capăt al aceleiași probleme.
Concluzia
Grafitul gros din fontele turnate din fontă ductilă este un defect al timpului și al chimiei: crește acolo unde secțiunile grele se răcesc lent și o compoziție permisivă îl permite, lasă duritatea neatinsă și reduce disproporționat rezistența la oboseală și alungirea în timp ce se ascunde de verificările de rutină.
- Se formează în centrele termice ale secțiunilor grele, nu în pereții subțiri.
- Siliciul care se deplasează spre 3%, echivalentul ridicat de carbon și reziduurile intermediare de pământuri rare cresc riscul.
- Detectarea înseamnă secţionarea punctelor fierbinţi pentru metalografie - duritatea şi probele de piele nu o vor dezvălui.
- Ferestrele low-end din silicon, reziduurile de pământuri rare acoperite, micile adaosuri de antimoniu sau staniu și răcirea locală o suprimă.
- Cel mai puternic instrument al cumpărătorului este o specificație care denumește gradul, locația de prelevare și acceptarea grafitului bazată pe hotspot.
Niciuna dintre aceste măsuri nu este exotică; sunt o practică standard în orice turnătorie care toarnă în mod regulat baze și cadre de mai multe tone. Diferența dintre o turnare grea care durează decenii și una care se sparge în funcționare este de obicei decisă cu luni înainte de livrare - în fișa de chimie, modelul de simulare și planul de eșantionare. Turnatoriile care controlează acele documente și cumpărătorii care le citesc, rareori întâlnesc grafit gros într-un raport de eșec.
