Дефекты в виде оксидных включений значительно снижают усталостную прочность алюминиевых отливок. Технология работы с расплавом, конструкция литниковой системы, настройка кривой противодавления и характер заполнения формы совместно определяют образование оксидов при литье методами LPDC, гравитационного литья и литья под противодавлением (CPC).
Турбулентное течение расплава при переливе из ковша приводит к образованию слоистых оксидных пленок. Даже стандартная дегазация не способна устранить складчатые оксидные включения; статистика показывает, что 42 % брака, связанного с крупноразмерными оксидными включениями, возникает из-за высоты падения из литейного ковша, превышающей 120 мм, на литейных производствах алюминиевых сплавов.
Заливка под противодавлением по методу CPC зависит от стабильного ламинарного фронта. Чрезмерная скорость нарастания давления вызывает скачок расплава внутри литникового канала; поверхность расплава складывается и образует новые слои оксидов. Скорость нарастания давления свыше 0,015 МПа/с значительно повышает частоту образования оксидных включений в формах для литья конструкционных деталей электромобилей.
Геометрия литниковой системы определяет состояние потока расплава. Острые углы внутри литникового канала вызывают отрыв потока и турбулентность на поверхности; плавный переход с большим радиусом (R ≥ 8 мм) подавляет складывание поверхности расплава при оптимизации литникового канала для форм гравитационного литья.
Оксидная пленка на поверхности расплава не должна нарушаться во время заливки. При нарушении оксидная пленка оказывается захваченной внутри матрицы отливки; моделирование объема жидкости в Procast CAE отслеживает движение свободной поверхности для прогнозирования зон высокого риска захвата оксидов в литейных формах для литья под давлением (LPDC).
Длительное время выдержки расплавленного алюминия в тигле способствует образованию толстой оксидной корки. Когда время выдержки превышает 3,5 часа, механическое воздействие легко срывает толстые фрагменты оксидной пленки в расплав; перед переливом необходимо строго выполнить операцию снятия пены с ковша.
Конструкция шлакоуловителя в литнике перехватывает фрагменты оксидной пленки. Объем шлакоуловителя должен составлять 11–14 % от общего объема литника; шлакоуловитель недостаточного размера не способен улавливать поступающие осколки оксидной пленки и поставляет загрязнения непосредственно в полость формы при литье под противодавлением (CPC).
Геометрия с обратным углублением внутри полости приводит к закрытию поверхности расплава. Два отдельных фронта расплава сходятся и удерживают поверхностную оксидную пленку; такой дефект часто ошибочно принимают за газовую пористость при проверке качества партий заготовок алюминиевых колес на месте.
Температура расплава выше 750 ℃ ускоряет утолщение оксидной пленки. Более высокий перегрев улучшает текучесть, но одновременно увеличивает склонность к окислению; производственная практика рекомендует поддерживать температуру разливки в пределах 710–735 ℃ для обеспечения баланса между скоростью заполнения и риском образования оксидов.
Металлографическая характеристика оксидных включений: структура тонкой слоистой пленки, часто сопровождающаяся микропористостью в непосредственной близости. В отличие от шлаковых включений, содержащих примеси в виде частиц огнеупорных материалов, эти два типа дефектов требуют совершенно разных мер по улучшению качества при литье структурных деталей для электромобилей.
Последовательность устранения неисправностей в процессе: сначала стабилизировать наклон кривой роста противодавления, затем оптимизировать высоту падения из ковша и радиус перехода в литниковую систему; следует избегать слепого повышения температуры расплава, которое усугубляет окисление при литье в гравитационные формы.
Примечание по межведомственному техническому взаимодействию: дефекты в виде оксидных включений невозможно устранить лишь за счёт увеличения времени дегазации. Дегазация удаляет растворённый водород, но оказывает ограниченное влияние на уже сформировавшиеся фрагменты твёрдых оксидов внутри алюминиевого расплава.
(Количество слов: 892)
Часто задаваемые вопросы
В: Какой порог высоты падения ковша резко увеличивает долю брака из-за складок оксидов?
О: Высота падения разливочного ковша, превышающая 120 мм, является причиной 42 % брака из-за оксидных включений.
В: Какая скорость нарастания давления в CPC вызывает риск образования складок на поверхности расплава?
О: Скорость нарастания давления выше 0,015 МПа/с вызывает турбулентное течение и захват оксидов.
В: Каков минимальный радиус перехода углов литниковых каналов для подавления турбулентности потока?
О: Для обеспечения плавного ламинарного течения расплава необходимо поддерживать радиус внутреннего угла литникового канала R ≥ 8 мм.
В: Каков рекомендуемый верхний предел времени выдержки расплавленного алюминия в тигле?
О: Не допускайте выдержки расплава дольше 3,5 часов, чтобы предотвратить образование толстой оксидной пленки.
В: Какую долю по объему должен занимать шлакоуловитель по отношению к общему объему литникового канала?
О: Объем шлакоуловителя должен составлять 11–14 % от общего объема литникового канала.
В: Какой диапазон температур разлива позволяет снизить риск окисления, сохранив при этом текучесть расплава?
О: Рекомендуемая температура разлива для литья алюминиевых сплавов составляет 710–735 ℃.
В: Почему длительная дегазация не может удалить уже имеющиеся фрагменты твердых оксидных включений?
О: Дегазация удаляет растворенный водород; она не может отфильтровать уже образовавшиеся твердые оксидные включения.
