Расплавленный алюминиевый сплав при высокой температуре вызывает непрерывную эрозию поверхности формы. Температура расплава, время выдержки и обработка поверхности совместно определяют степень эрозии вкладок из стали H13, используемых в формах для литья методом LPDC, гравитационного литья и литья под противодавлением (CPC).
Температура расплава выше 740 ℃ ускоряет химическую эрозию поверхности стали H13. Статистические данные цеха показывают, что скорость эрозии увеличивается на 46 %, когда температура разлива превышает верхний предел, установленный техническими условиями для производства заготовок алюминиевых колес.
Длительное время выдержки расплава внутри полости усиливает реакцию на границе раздела фаз. В формах для гравитационного литья с продолжительностью цикла >6 мин глубина локальной эрозии может достигать 0,03–0,05 мм уже после 1200 циклов в зонах входа литниковых каналов форм для конструкционных деталей электромобилей.
Квалифицированный азотированный слой толщиной 0,08–0,12 мм действует как барьер против эрозии алюминием. Без азотирования вставки литниковых каналов теряют материал на 38–44 % быстрее при одинаковых параметрах разливки в серийном производстве алюминиевых сплавов.
Недостаточное локальное охлаждение повышает температуру поверхности вставки выше 500 °C. В таких условиях даже строго контролируемая температура расплава по-прежнему вызывает заметную эрозию; результаты моделирования теплового поля Procast CAE заранее выявляют эти зоны формы с высоким риском.
Турбулентное воздействие расплава усугубляет локальную эрозию. Там, где скорость заполнения превышает 0,5 м/с, механическое истирание накладывается на химическую коррозию; 33 % случаев серьезных отказов вкладок из-за эрозии сосредоточены в местах прямого воздействия литниковой системы на литейную форму LPDC.
Эродированная поверхность формы вызывает повторяющийся дефект прилипания. Алюминиевый сплав прилипает к микроуглублениям на изношенной стальной поверхности; принудительное извлечение разрывает поверхность отливки и еще больше ускоряет износ поверхности формы для формы литья под противодавлением (CPC).
Чрезмерное азотирование приводит к обратному эффекту: хрупкий сложённый слой отслаивается под воздействием расплава. В местах отслоения теряется защитный барьер, что приводит к локальному ускорению эрозии, несмотря на показания толщины азотированного слоя при входном контроле.
Рекомендации по мониторингу эрозии: регистрировать шероховатость поверхности Ra вставных элементов литниковой системы каждые 600–800 циклов. Когда Ra превышает 12,5 мкм, эрозия вступает в фазу ускорения; следует организовать полировку или локальный ремонт до того, как резко возрастет количество брака, связанного с прилипанием.
Оптимизация литниковой системы позволяет отвести высокоскоростной поток расплава от критических поверхностей вставных элементов. Снижение локальной скорости удара ниже 0,35 м/с уменьшает общую степень эрозии примерно на 51 % для форм гравитационного литья.
Требования к твердости основного материала: рабочая поверхность вставки из стали H13 должна сохранять твердость HRC 42–47. Снижение твердости ниже HRC 42 при длительной эксплуатации в условиях высоких температур значительно повышает склонность к химической эрозии форм для конструкционных деталей электромобилей.
Тонкое поверхностное покрытие из нитрида бора может служить в качестве вспомогательного защитного слоя, однако такое покрытие является расходным материалом. Цикл повторного нанесения покрытия должен быть определен в руководстве по техническому обслуживанию; полагаться исключительно на покрытие не может заменить азотирование и рациональное проектирование теплового поля для форм для литья алюминия.
(Количество слов: 891)
Часто задаваемые вопросы
В: Какой порог температуры разливки ускоряет эрозию вставок из стали H13 алюминиевым расплавом?
О: Температура расплава выше 740 ℃ приводит к увеличению скорости поверхностной эрозии на 46 %.
В: Какая толщина азотированного слоя обеспечивает оптимальную защиту от эрозии?
О: Эффективный азотированный слой толщиной 0,08–0,12 мм замедляет эрозию в зоне литниковой системы на 38–44 %.
В: Какая скорость наполнения вызывает сильный эффект наслоения абразивного износа и эрозии?
О: Локальная скорость удара расплава выше 0,5 м/с приводит к сильному комбинированному износу.
В: Какое значение Ra сигнализирует о стадии ускоренной эрозии поверхностей вставок литниковой системы?
О: Значение Ra свыше 12,5 мкм указывает на необходимость полировки или локального восстановления поверхности.
В: Какую целевую скорость можно достичь за счет оптимизации литниковой системы для снижения эрозии?
О: Удерживайте скорость удара ниже 0,35 м/с, чтобы снизить интенсивность эрозии на 51 %.
В: В каком диапазоне твердости по шкале HRC обеспечивается противоэрозионная стойкость вставок из стали H13?
О: Поддерживайте твердость в диапазоне HRC 42–47; более низкая твердость резко увеличивает риск эрозии расплавом.
В: Может ли поверхностное покрытие полностью заменить азотирование для защиты пресс-формы от эрозии?
О: Нет, изнашиваемое покрытие служит лишь вспомогательной мерой и не может заменить азотирование.
