При оценке качества алюминиевых отливок часто путают усадочную пористость и газовую пористость. Морфология пор, их распределение, прогнозы на основе CAE и металлографические исследования помогают определить первопричины при устранении неисправностей в процессах литья методом LPDC, гравитационного литья и литья под противодавлением (CPC).
Усадочная пористость возникает в результате объемного сжатия во время затвердевания сплава. Она в основном появляется в зонах «горячих точек» отливки, прогнозируемых с помощью моделирования затвердевания Procast, где металл, затвердевающий последним, не может получить достаточного питания от соседнего расплавленного алюминия в случае структурных частей формы EV.
Типичная морфология усадочной пористости: поры с нерегулярной дендритной текстурой, шероховатая внутренняя стенка. Скопления пор концентрируются в местах пересечения толстых стенок отливки; изолированные поры сферической формы редко являются дефектами, обусловленными исключительно усадкой, при литье в гравитационных формах.
Множественные факторы, вызывающие усадочную пористость: недостаточный канал подачи, преждевременное затвердевание литниковой системы, локальные «горячие точки» формы и неправильное время выдержки противодавления при серийном производстве отливок методом литья под противодавлением (CPC).
Газовая пористость в основном возникает из-за растворенного водорода, газа, образующегося при разложении разделительного средства, или проникшего вторженного воздуха. Газовая пористость чаще всего имеет форму круглых или почти круглых пор; состояние внутренней стенки варьируется в зависимости от источника газа при литье алюминиевых заготовок колес в формах LPDC.
Газовая пористость водородного происхождения характеризуется гладкой блестящей внутренней поверхностью пор; поры, образованные всасываемым воздухом, имеют оксидную пленку на внутренней поверхности; поры, образованные в результате разложения разделительного средства, содержат внутри полости остатки с высоким содержанием углерода, что важно для анализа качества литейных изделий из алюминиевых сплавов.
Пористость смешанного типа широко встречается в реальных производственных партиях: газ скапливается внутри уже существующей усадочной полости, образуя комбинированный дефект усадки и газа. При простом визуальном осмотре сложные дефекты, возникающие при литье конструкционных деталей для электромобилей, часто ошибочно классифицируются как чистая газовая пористость.
Отличие моделирования Procast: прогнозирование градиента времени затвердевания позволяет оценить риск усадки; моделирование диффузии водорода или заполнения при отрицательном давлении позволяет предсказать риск газовой пористости. Эти два вида дефектов требуют совершенно разных подходов к оптимизации при разработке форм для литья под силой тяжести.
Метод дифференциации при технологических испытаниях: увеличение интенсивности охлаждения формы. Если степень выраженности дефекта снижается, это указывает на усадочную природу дефекта; если количество пор остаётся неизменным или даже увеличивается, в случае форм для литья под противодавлением (CPC) высока вероятность проблемы, связанной с поступлением газа.
Неправильное охлаждение с помощью внешнего распыления может вызывать оба вида дефектов: недостаточное распыление приводит к образованию усадочной пористости в «горячих точках»; чрезмерно интенсивное распыление вызывает быстрое затвердевание поверхностной оболочки и блокирует питающий канал, усугубляя внутреннюю усадку, несмотря на снижение температуры поверхности в случае форм для литья под низким давлением (LPDC).
Последовательность приоритетов при устранении неисправностей: сначала подтвердите металлографические особенности дефекта. Разграничьте дефекты усадки, газовые или смешанного типа, затем сосредоточьтесь на конструкции формы, охлаждении, кривой давления или качестве расплава; избегайте слепой настройки параметров для партий алюминиевых литейных форм.
Межстрановые проблемы послепродажного обслуживания: зарубежные заказчики часто приписывают все дефекты в виде пор воздействию водорода. Во многих случаях дефектов усадки производственные мощности тратятся впустую из-за многократного увеличения времени дегазации расплава без устранения истинной первопричины, связанной с формой.
(Количество слов: 890)
Часто задаваемые вопросы
В: Где на алюминиевых отливках преимущественно распределяется пористость, вызванная исключительно усадкой?
О: Она концентрируется в зонах пересечения толстостенных участков с «горячими точками», прогнозируемых с помощью моделирования затвердевания.
В: Какая типичная морфологическая особенность отличает внешний вид пор усадочной пористости?
О: Неправильной формы поры с дендритной текстурой, имеющие шероховатую внутреннюю стенку и характеризующиеся скопленным распределением.
В: Какая особенность внутренней стенки пор характерна для газовой пористости, возникшей в результате растворения водорода?
О: Гладкая и блестящая внутренняя стенка пор без загрязнения оксидами или остатками углерода.
В: Какой тип дефекта образуется, когда газ скапливается внутри уже существующей усадочной полости?
О: Смешанная усадочно-газовая пористость, которую легко принять за чистую газовую пористость.
В: Какой простой технологический эксперимент помогает отличить усадочную пористость от пористости газового происхождения?
О: Увеличьте интенсивность охлаждения формы; уменьшение дефекта указывает на преобладание усадочной пористости.
В: Как чрезмерно интенсивное охлаждение с помощью внешнего распыления может усугубить внутреннюю усадочную пористость?
О: Быстро образующаяся поверхностная корка блокирует канал подачи и удерживает усадочную полость внутри отливки.
В: Почему процесс дегазации неэффективен в случае чистого дефекта усадочной пористости?
О: Усадка возникает в результате объемного сжатия при затвердевании, а не из-за растворенного водорода.
