Дефект «холодного сварного шва» возникает либо из-за тепловых условий в пресс-форме, либо из-за состояния расплава. Морфология дефекта, закономерности его распределения и результаты CAE-моделирования в Procast позволяют определить первопричины при устранении неисправностей в пресс-формах для литья методами LPDC, гравитационного литья и литья под противодавлением (CPC).
Холодный шов, обусловленный формой, чаще всего возникает в тонкостенных участках, удаленных от литниковой системы. Недостаточный предварительный нагрев формы или локальное переохлаждение приводят к потере текучести фронта расплава до слияния; расположение дефекта совпадает с зоной низкой температуры, полученной при моделировании теплового поля с помощью CAE-программы Procast.
Характерная особенность холодного шва, вызванного формой: глубина дефекта небольшая, он в основном располагается близко к поверхности формы. После повышения температуры предварительного нагрева формы на 30–50 ℃ частота дефектов заметно снижается без изменения температуры разлива расплава для партий форм структурных деталей EV.
Частым фактором, обусловленным формой, является локальное чрезмерное охлаждение распылением. Чрезмерное распыление создает переохлажденную поверхностную область; даже если температура расплава соответствует техническим требованиям, фронт расплава преждевременно затвердевает и образует холодные швы при серийном производстве в формах для литья под действием силы тяжести.
Неравномерный предварительный нагрев внутри полости формы для литья под противодавлением CPC приводит к образованию локальной холодной зоны. Перепад температур более 60 °C между вставками вызывает периодическое образование холодных швов только в определённых местах полости, что не связано с общим качеством расплава в печи на литейном производстве алюминиевых сплавов.
Холодные швы, возникающие в расплаве, распределяются хаотично по всей геометрии отливки. К основным причинам относятся низкая температура разлива, длительное время ожидания в переливной ковше и чрезмерное окисление расплава. Повышение температуры разливки на 25–40 °C позволяет эффективно снизить риск возникновения холодных швов данного типа.
Моделирование заполнения с помощью Procast CAE позволяет прогнозировать распределение температуры фронта расплава. Если температура фронта расплава опускается ниже температуры ликвидуса до сближения фронтов течения, прогнозируется риск образования холодных швов; необходимо различать, является ли падение температуры следствием теплопотерь формы или изначально низкого перегрева расплава.
Шероховатость поверхности формы Ra выше 6,3 мкм усугубляет риск образования холодных заварных швов, обусловленных формой. Шероховатая поверхность полости ускоряет отвод тепла от фронта расплава; полировка поверхности полости снижает склонность к образованию холодных заварных швов без корректировки параметров расплава для литейной формы LPDC.
Высокоскоростное заполнение не компенсирует полностью образование холодных заварных швов, обусловленных формой. Даже при увеличении скорости заливки теплопотери в локальной холодной зоне по-прежнему приводят к затвердеванию фронта расплава; слепое повышение скорости заливки может привести к появлению нового дефекта — пористости, вызванной турбулентным увлечением, в заготовках алюминиевых колес.
Характеристика повторяемости дефекта: холодная заварка, связанная с формой, сохраняет стабильно высокую вероятность возникновения в фиксированном геометрическом положении; холодная заварка, связанная с расплавом, колеблется от партии к партии в зависимости от колебаний в процессе обработки расплава при производстве литых конструкционных деталей для электромобилей.
Различия в металлографическом срезе: холодный шов, обусловленный формой, часто содержит тонкослойную оксидную пленку, образовавшуюся под воздействием атмосферы в полости формы; холодный шов, обусловленный расплавом, содержит более толстые оксидные включения, попавшие внутрь с поверхности ковша с расплавленным алюминием.
Последовательность устранения неисправностей: сначала отрегулируйте предварительный нагрев формы и интенсивность локального охлаждения. Если дефект холодного замыкания не удается устранить, проверьте перегрев расплава, время транспортировки и условия окисления; избегайте слепого изменения параметров расплава при литье в формы для гравитационного литья.
(Количество слов: 893)
Часто задаваемые вопросы
В: Где на отливках обычно появляется холодное замыкание, обусловленное формой?
О: В основном в зонах с тонкими стенками, удалённых от литниковой системы, что соответствует области низких температур в моделировании формы.
В: Какой простой эксперимент позволяет подтвердить дефект холодного замыкания, вызванный формой?
О: Увеличьте предварительный нагрев формы на 30–50 °C; заметное уменьшение дефекта указывает на термическую причину, связанную с формой.
В: Какая операция с формой вызывает локальное холодное замыкание при отсутствии проблем с качеством расплава?
О: Чрезмерное внешнее охлаждение распылением приводит к образованию переохлаждённых зон на поверхности полости.
В: Какая характеристика распределения присуща дефекту холодного замыкания, обусловленному расплавом?
О: Случайное распределение по всей отливке, колеблющееся в зависимости от состояния расплава от ковша к ковшу.
В: Какой индекс Procast CAE предсказывает риск холодного замыкания во время процесса заливки?
О: Падение температуры фронта расплава ниже температуры ликвидуса до слияния фронтов течения.
В: Может ли более высокая скорость заливки полностью устранить дефект холодного замыкания, обусловленный формой?
О: Нет; слепое увеличение скорости может вызвать новый дефект пористости, связанный с захватом газа в результате турбулентности.
В: Какое металлографическое различие существует между двумя типами холодного замыкания?
О: Обусловленное формой: тонкая оксидная пленка в атмосфере полости; обусловленное расплавом: толстые оксидные включения на поверхности ковша.
