Nekoliko savjeta za osiguravanje dosljedne kvalitete centrifugalnih odljevaka
iz kratkih matrica hlađenih zrakom
Uvod:
Za proizvodnju umetaka s utorima Ni-Resist idealan sustav je centrifugalni strojevi za lijevanje tipa vrtuljak sa što dužim kalupima i opremljeni automatskom kontrolom broja okretaja u minuti, temperature i vremena ciklusa. Poznati proizvođači velikih količina općenito koriste 2-matrice za mjerenje. Usvojeno je vremensko hlađenje vodom kako bi se osigurala jednolika temperatura matrice od kraja do kraja.
U proizvodnji vlastitih odljevaka ili prelasku na jeftine dobavljače, centrifugalni strojevi za lijevanje koji se općenito koriste imaju kratke matrice duljine 300 mm bez vodenog hlađenja. Kontrola mikrostrukture postaje teža, osobito na stražnjem kraju posude zbog bržeg skrućivanja. Prednja strana lonca ostaje duže vruća, jer je bliža vrelom metalu koji je uliven na ovom kraju.
Kako bi se osigurala visoka kvaliteta i konzistentnost mikrostrukture umetaka proizvedenih iz takvih posuda, od jednog do drugog kraja, potrebno je u proizvodnom procesu strogo slijediti neka jednostavna načela.
Priprema taline:
Ulazne sirovine:
Visok postotak nikla u ovom materijalu zahtijeva učinkovitu peć za taljenje i miješanje odgovarajućeg kapaciteta. Najprikladnija za ovu svrhu je indukcijska peć s mrežnom frekvencijom kapaciteta najmanje 500- kg, a po mogućnosti kapaciteta 1000- kg.
Ulazne sirovine moraju biti razumne čistoće. Elemente koji tvore karbid poput Mo, Va, Ti i W treba držati u tragovima. Oprez: Mnoga komercijalna sirova glačala sadrže visoke količine Mo i Ti. Poželjno je da se u konačnom umetku ovi elementi kontroliraju unutar sljedećih granica:
Mo > 0,05 posto
Ti > 0,04 posto
W > 0,02 posto
Va > 0,02 posto
Čelični otpad je izvor nestalnih elemenata koji mogu uzrokovati nepredvidive probleme u materijalima otpornim na Ni. Čelični otpad trebao bi biti ograničen na najviše 10 posto punjenja što je više moguće i trebao bi biti poznatog izvora i sastava.
Strugotine i bušilice također treba držati što je moguće niže, ako se ne mogu u potpunosti izbjeći. Poželjno je ograničiti ih na najviše 60 posto i trebaju biti suhi i čisti.Jednoliko miješanje strugotine u talini je teško. Gubici određenih elemenata iz strugotine su veliki i postoji rizik od zadržavanja zraka i vodika u strugotinama, a oboje potiču loš grafit i grube/grudaste karbide.
Sumpor u talini je neophodan u uskom rasponu. Trebalo bi ga držati oko 0,06 posto za postizanje željene tvrdoće. Viši sadržaj sumpora uzrokuje probleme s mikrostrukturom.
Ekvivalent ugljika:
Poznato je da je ekvivalent ugljika (CE) kritičan parametar za lijevano željezo. Ovaj faktor igra značajnu ulogu u vrsti mikrostrukture razvijene u odljevku. To je usko povezano sa brzinom skrućivanja, na koju pak utječu presjeci odljevaka i temperature.
Opća konvencija je izračunavanje CE vrijednosti prema omjeru volumen/površina (V/S) odljevka. Za 3-dimenzionalne odljevke, koji imaju različite poprečne presjeke, to je vrlo teško. Centrifugalni lonci, iako 3-dimenzionalni, ipak imaju simetričan presjek duž cijele duljine i stoga se V/S može izračunati za njih kao što je prikazano u sljedećoj formuli:
Omjer volumen/površina V/S
V/S = ( D2 - d2 ) H / 4 ( DH plus dH plus ( D2 - d2 ) / 2 )
Gdje je D=vanjski promjer (OD) centrifugalnog lijevanog lonca
d=Unutarnji promjer (ID) centrifugalnog lijevanog lonca
H=Visina centrifugalnog lijevanog lonca
Bolji čimbenik za centrifugalni lijevani lonac bio bi stupanj zasićenosti, koji se daje formulom:
Stupanj zasićenosti Sc :
;
gdje su C, Si i Ni stvarne vrijednosti u težinskim postocima
Za naše primjene poželjna vrijednost Sc = 0,80 - 0,95
Ugradnja CE mjerača na peć omogućit će strožu i neposredniju kontrolu sadržaja ugljika i silicija u metalu prije lijevanja lonaca.
Preporučeni raspon C, Si & Mn nakon inokulacije:
Ugljik: 2,70 – 2,80 posto
Silicij: 2,10 – 2,20 posto
Mangan: 1,20 – 1,30 posto
Topljenje:
Važno je stratificirati punjenje punjenja u peć za optimalno miješanje velike količine nikla i bakra u Ni-Resist materijalu. Poželjan redoslijed punjenja ulaznog materijala je da se prvo promijeni 50 posto sirovog željeza plus otpad, a kada se samo otopi, dodajte nikal, bakar, fero legure, ugljik i na kraju dopunite preostalih 50 posto sirovog željeza.
Ugljik treba održavati na početku u kadi na 2.75 - 2.80 posto, Ni na 14.5 -15 posto, Silicij na 1,8 – 1,9 posto, Krom na 1,15 –1,2 posto, Mn na 1,2 – 1,25 postotak
Uloga silicijevog karbida:
Za osiguranje odgovarajućih mjesta nukleacije u talini, SiC igra značajnu ulogu. Stoga bi SiC trebao biti dio izvornog izračuna nadoknade naboja. Dodatni dodaci SiC-a potrebni su neposredno prije supergrijanja taline, nakon što se kemija provjeri i odobri; i također nakon svakih nekoliko lonaca koji se ispuste, tako da se smanjenje ugljika kompenzira. To će pomoći osigurati bliske granice za sadržaj ugljika, a time i dosljedniju CE i mikrostrukturu.
Preporučena količina SiC-a u sastavu punjenja je 0.25 posto ukupnog šaržera zajedno s legirajućim elementima dodanim šarži. Taj se dodatak uračunava u nadoknadu naboja za ugljik i silicij. Nakon što talina dosegne temperaturu od 1400C, kemija se provjerava i po potrebi se primjenjuju ispravci, te ponovno provjerava. Nakon što je kemija odobrena, dodaje se dodatnih 0,1 posto SiC i odmah se peć dovodi do pune postavke, a talina se pregrijava na radnu temperaturu (općenito 1480 – 1500 C, ovisno o padu temperature koji se očekuje do vremena ulijevanje u matricu je završeno iz svake lonca), i počinje točenje u pravilno prethodno zagrijanu lonac.
Dodavanje SiC-a također se mora vršiti u redovitim intervalima tijekom ciklusa lijevanja za nadoknadu gubitaka ugljika. Kako bi se procijenio točan zahtjev za količinom i vremenskim rasporedom dodataka SiC za danu postavku taljenja i radne uvjete, najbolje je pokrenuti nekoliko pažljivo praćenih zagrijavanja za pad ugljika s vremenom. U kontinuiranom načinu proizvodnje, provjera sadržaja ugljika u svakoj lonci koja se ispušta dat će dovoljno podataka za određivanje kada ugljik padne više od 0.05 posto u kojoj fazi se izračunata količina SiC mora dodati u peć i dopušteno za gutanje nekoliko minuta prije izbacivanja dobitka.
Punjenje kutlače i inokulacija:
Prije nego što se bilo koji lonac postavi u proizvodni prostor, potrebno ga je temeljito zagrijati tako da obloga bude potpuno suha i što je moguće toplija pomoću plamena plamenika. Završno zagrijavanje na početku smjene i nakon pauze potrebno je izvršiti ponovnim punjenjem rastaljenim metalom iz peći. Možda će biti potrebno više od jednog ponovnog ulijevanja kako bi se lonac doveo na minimalnu potrebnu temperaturu od 750C prije nego što se metal toči za upotrebu. Treba koristiti kontaktni pirometar kako bi se osigurala ispravna temperatura.
Teoretski, materijali s visokim sadržajem Ni su samocijepljeni. Međutim, za naše dijelove centrifugalnih odljevaka i krute kontrole mikrostrukture, poželjno je i potrebno napraviti cijepljenje u loncu što je moguće bliže vremenu lijevanja. Radni raspon za inokulaciju fero silicijem visokog stupnja (75 posto) izračunat je za dovođenje 0.20 do 0,25 posto Si pokupiti. Preporučljivo je ne koristiti konvencionalne inokulante od lijevanog željeza kao što je zamjensko sjeme u ovom materijalu zbog smetnji stroncija.
Uvođenje rijetkih zemalja pomoći će našoj mikrostrukturi. Može se istražiti mogućnost korištenja boljeg inokulanta RESEED, s cerijem.
Također kontrolirana količina Nickel-Mag unesena s inokulantom može imati vrlo dobar učinak na izbjegavanje ohlađenog grafita.
Matrice:
Oblikovati:
Kontrolirano vodeno hlađenje idealno je za osiguravanje jednolike temperature matrice od jednog do drugog kraja. Međutim, ako je dovođenje vodenog hlađenja teško, pokušajte s izvedivosti zračnog hlađenja matrice ispod odgovarajućeg omotača s ulazom sprijeda i izlazom vrućeg zraka straga.
Budući da je problem obradivosti uglavnom ograničen na stražnje krajnje pločice, preporučljivo je proučiti mikrostrukture stražnjih krajnjih pločica i odrediti minimalnu granicu koja je potrebna kako bi se osiguralo da samo dobre mikrostrukturne pločice dođu u proizvodnju. Za prirodno zračno hlađene kratke matrice duljine 300 mm općenito je potreban rez od najmanje 40- mm.
Dugoročno gledano, duljinu lonaca treba povećati za 30 – 35 mm izradom novih stražnjih čepova. To će omogućiti čak i veći rez bez kompromisa u broju umetaka izrezanih iz svake posude.
Optimalnije rješenje leži u redizajniranju ovih kalupa za lonac duljine 600 mm, pri čemu se produktivnost povećava čak i uz rez od 50 mm na stražnjem kraju.
Izolacija:
Mnogi kratki kalupi koriste suhe štetne materijale u ID-u koji djeluju kao izolacija i separator. Postoje vrhunski materijali za vlažnu izolaciju, koji bi dali bolju zaštitu od hlađenja.
Također je poželjno izolirati prednje i, ako je moguće, stražnje prirubnice matrica.
ID površina matrice ne smije biti ispod 300C ni u jednom trenutku tijekom korisne proizvodnje. Kontaktni pirometar trebao bi biti pri ruci na svakoj matrici kako bi se to osiguralo.
Na početku svake smjene i nakon svake pauze, treba sipati 1 ili više lažnih posuda prema potrebi kako bi se osiguralo da temperatura matrice na ID bude iznad 300C.
Kako se proizvodnja nastavlja, temperatura matrice će progresivno rasti i stabilizirati se na 450 – 500 C. Ovo je optimalna temperatura za kratke, prirodno hlađene matrice.
Zapisi:
Neophodno je kontinuirano pratiti sve parametre i voditi pravilnu i točnu evidenciju.
U fazama razvoja također je mudro održavati evidenciju ugljika i silicija za svaki lonac i na temelju toga razviti program dodavanja SiC-a.
Kontrolu mikrostrukture treba provoditi što je češće moguće/potrebno na posljednjem korisnom umetku izrezanom sa stražnjeg kraja lonca, sve dok se parametri za odljev i odsjek potpuno ne stabiliziraju.
