Produkcja części ze stali nierdzewnej 410 ze zolu krzemionkowego o wadze 205 gramów z defektami plamek utleniania powierzchni: przyczyny i rozwiązania

W przypadku stosowania proszku/piasku cyrkonowego jako warstwy wierzchniej, podczas produkcji części ze stali nierdzewnej 410 (zwłaszcza małych części o masie około 200 gramów) pojawiają się punkty i plamy utlenienia. Jak powinniśmy zbadać przyczyny i opracować rozwiązania. Przeanalizujmy po kolei najważniejsze wnioski: to utlenianie „punktowe” zwykle nie jest spowodowane pojedynczym czynnikiem, ale raczej wynikiem gwałtownej reakcji pomiędzy wysoce aktywną cieczą stalową a lokalnie zanieczyszczoną powierzchnią styku powłoki. Podstawowa przyczyna problemu leży głównie w „jakości skorupy” i „reakcji styku powłoki ze stalą i cieczą”.

1. Analizowane są główne przyczyny powstawania plam/plam utleniania w połączeniu z charakterystyką „warstwy powierzchniowej proszku cyrkonowego/piasku” i „punktowego utleniania”. Główne przyczyny uszeregowano według możliwości w następujący sposób:

1. Zanieczyszczenie warstwy powierzchniowej skorupy (główny podejrzany) Sam materiał tlenku cyrkonu: Słabej jakości lub wilgotny proszek/piasek tlenku cyrkonu może zawierać zanieczyszczenia, takie jak tlenek żelaza (Fe ₂ O3) i tlenek tytanu (TiO ₂). W wysokich temperaturach zanieczyszczenia te będą reagować chemicznie z pierwiastkami takimi jak chrom (Cr) i aluminium (Al) w stali nierdzewnej, pozostawiając miejscowe ślady reakcji (tj. ślady utlenienia) na powierzchni odlewu. Zanieczyszczenia podczas pracy: W warsztacie skorupowym rdza, kurz i substancje organiczne (takie jak włókna rękawic i tłuszcz) mogą zostać zmieszane podczas powlekania powierzchni lub procesu szlifowania. Zanieczyszczenia te utworzą „słabe punkty” o niskiej temperaturze topnienia lub lokalnej wysokiej aktywności po kalcynacji muszli. Stabilność zolu krzemionkowego: jeśli zol krzemionkowy zawiera miejscowy żel lub zanieczyszczenia, będzie to miało wpływ na jednorodność powłoki, powodując niewystarczającą lokalną wytrzymałość lub wzbogacenie w zanieczyszczenia.

2. Niewystarczające wypalenie skorupy i wilgotność resztkowa (główna przyczyna): Pozostałości wilgoci są jedną z najczęstszych przyczyn powstawania „punktów utlenienia”. Jeśli temperatura prażenia muszli jest niewystarczająca (<900 ℃) lub czas izolacji nie jest wystarczający, w głębokich warstwach muszli (szczególnie grubych i dużych muszli) pozostanie resztkowa woda krystaliczna lub woda chemiczna. Kiedy wtryskiwana jest roztopiona stal o wysokiej temperaturze, woda natychmiast odparowuje, a prężność pary jest niezwykle wysoka, przebijając się przez zestaloną cienką powłokę z przodu roztopionej stali, odsłaniając wewnątrz świeżą stopioną stal i poddając się reakcji utleniania z parą wodną: Fe+H ₂ O → FeO+H ₂, tworząc punkty przypominające wżery i zgorzeliny tlenkowe. Organiczne pozostałości węgla: Niecałkowite prażenie może prowadzić do karbonizacji związków organicznych w zolu krzemionkowym i środkach antyadhezyjnych zamiast do całkowitego spalania, tworząc lokalne obszary bogate w węgiel. Kiedy roztopiona stal wejdzie w kontakt z tym obszarem, węgiel zredukuje SiO ₂ w powłoce, wytwarzając gazowy CO, który również uszkodzi powierzchnię roztopionej stali i spowoduje lokalne utlenianie i nawęglanie.

3. Niewystarczająca ochrona przed topieniem i zalewaniem (podstawowa przyczyna) Niepełne odtlenienie: Chrom w stali nierdzewnej 410 jest podatny na utlenianie. Jeśli końcowe odtlenianie (zwykle przy użyciu aluminium) jest niewystarczające, zawartość rozpuszczonego tlenu w roztopionej stali będzie wysoka i będzie miał on tendencję do agregowania na powierzchni lub łączenia się z reagentami otoczki pod koniec krzepnięcia, tworząc punktowe tlenki. Niewystarczający przepływ ochronny odlewu: Nawet przy zabezpieczeniu gazem argonowym, jeśli przepływ powietrza jest zbyt słaby, nierównomiernie rozproszony lub zakłócony, powietrze będzie nadal zasysane do strumienia odlewu i kielicha wlewowego, powodując rozpryskiwanie się i utlenianie kropel stali oraz przedostawanie się do gniazda formy ze strumieniem, tworząc rozproszone punkty utleniania.

4. Niedopasowanie parametrów procesu (czynnik wyzwalający) Niedopasowanie temperatury płaszcza i temperatury zalewania: Temperatura wstępnego podgrzewania płaszcza jest zbyt niska (np. <600 ℃), natomiast temperatura zalewania roztopionej stali jest zbyt wysoka. Różnica temperatur między nimi jest zbyt duża, co intensyfikuje wybuch gazu na granicy faz i szok termiczny oraz indukuje reakcje punktowe. Przegrzanie roztopionej stali: Nadmierna temperatura topnienia (na przykład przekraczająca 1650 ℃) zintensyfikuje reaktywność chemiczną pomiędzy roztopioną stalą a powłoką.

2, Systematyczne rozwiązanie (od sytuacji awaryjnej do przyczyny źródłowej) Krok 1: Badanie sytuacji awaryjnej i postępowanie w przypadku awarii (natychmiastowa realizacja)

1. Sprawdź piec do wypalania skorupy: skalibrować przyrząd do pomiaru temperatury. Upewnij się, że temperatura pieczenia wynosi ≥ 950 ℃, a czas przetrzymywania wynosi ≥ 2 godziny (w zależności od wzrostu grubości skorupy) i sprawdź cyrkulację atmosfery pieca, aby upewnić się, że spaliny mogą zostać usunięte.

2. Sprawdź surowce: Weź nową partię proszku/piasku cyrkonowego o wysokiej czystości (chemicznie czystego lub pierwszego gatunku) do testów porównawczych. Zwróć szczególną uwagę na zawartość żelaza (Fe) i tytanu (Ti).

3. Sprawdź środowisko wykonywania powłoki: Wyczyść warsztat tworzenia powłoki, upewnij się, że powłoka powierzchniowa jest odizolowana od obszaru szlifowania i zapobiegaj zanieczyszczeniu pyłem rdzy. Sprawdź zol krzemionkowy pod kątem cząstek lub żelu.

4. Wzmocnij ochronę odlewu: tymczasowo zwiększ siłę ochrony argonem, aby zapewnić całkowite pokrycie miski nalewczej podczas odlewania.

Krok 2: Krótkoterminowa optymalizacja procesu (w ciągu 1-2 tygodni)

1. Zoptymalizuj proces prażenia: zastosuj „pieczenie etapowe”: zwiększ czas izolacji na etapie 400-600 ℃, aby umożliwić całkowity rozkład i odparowanie materii organicznej; Utrzymuj wystarczającą izolację powyżej 900 ℃, aby usunąć wodę chemiczną. W przypadku ważnych składników wlać bezpośrednio po upieczeniu lub przechowywać w piekarniku o wysokiej temperaturze (>200 ℃), aby zapobiec wchłanianiu wilgoci.

2. Wzmacniająca obróbka stopu: Ścisłe końcowe odtlenianie: Przed gwintowaniem włóż drut aluminiowy do głębokiej części roztopionej stali w celu ostatecznego odtlenienia i kontroluj zawartość resztkowego aluminium na poziomie 0,02% -0,08%. Odpowiednio obniż temperaturę zalewania: Zakładając, że zapewnisz całkowite napełnienie, obniż temperaturę zalewania spowodowaną przegrzaniem (np. 1550 ℃) o 10-20 ℃, aby zmniejszyć reakcje termiczne.

3. Dostosuj temperaturę płaszcza formy: skróć czas pomiędzy wyjęciem płaszcza formy z pieca a zalaniem do możliwie najkrótszego czasu, dbając o to, aby temperatura wewnątrz płaszcza formy mieściła się w zakresie 800-900 ℃. Powłoki wysokotemperaturowe mogą zmniejszyć różnice temperatur na granicy faz i zapewnić gładkie krzepnięcie roztopionej stali.

Krok 3: Długoterminowa, systematyczna kontrola (podstawowe rozwiązanie)

1. Ulepszenie materiału powłoki i procesu: Test wymiany materiału warstwy wierzchniej: Jeśli problem będzie się powtarzał, rozważ wymianę materiału warstwy wierzchniej na bardziej obojętny stopiony tlenek glinu (Al ₂ O3) lub „biały korund”. Chociaż koszt jest wyższy, reaktywność w przypadku stali o wysokiej zawartości chromu jest niższa. Wprowadzenie procesu spiekania warstwy wierzchniej: Po wykonaniu warstwy wierzchniej i wytworzenia powłoki drugiej warstwy następuje dodatkowe spiekanie w niskiej temperaturze (800 ℃) w celu zagęszczenia warstwy wierzchniej i wcześniejszego wyeliminowania niektórych substancji wydzielających gaz.

2. Modernizacja systemu topienia i zalewania: wdrożenie topienia zabezpieczającego argonem: zastosowanie argonu do przykrycia lub nadmuchu podczas topienia w piecu indukcyjnym. Stosowanie odlewania próżniowego lub w atmosferze ochronnej: W przypadku produktów o dużym zapotrzebowaniu najbardziej kompleksowym rozwiązaniem jest inwestycja w odlewanie w próżniowym piecu indukcyjnym lub skrzynie odlewnicze wypełnione argonem.

3. Ustanowić punkty monitorowania procesu: Kontrola surowców: Przeprowadzić pobieranie próbek zawartości zanieczyszczeń dla każdej partii proszku cyrkonowego. Zapis prażenia muszli: Ustal monitorowanie krzywej temperatury w czasie dla każdego pieca do prażenia. Mapa wad odlewniczych: Rób zdjęcia i archiwizuj lokalizację i morfologię punktów utleniania, analizuj korelację z położeniem drzewa i śledź źródło zanieczyszczeń.

Podsumuj zalecany proces rozwiązywania problemu „punktów/plam utleniania na powierzchniowej warstwie piasku w proszku cyrkonu w 205 gramowym odlewie”. Zaleca się ustalenie priorytetów rozwiązywania problemów w następujący sposób:

1. Podstawowe podejrzenie: czy pieczenie skorupy jest wystarczające? Przeprowadzić doświadczenia porównawcze, zwiększając temperaturę prażenia i czas przetrzymywania.

2. Wtórne podejrzenie: czy materiał cyrkonowy jest czysty? Wymień partię znanych materiałów o wysokiej czystości do testów porównawczych.

3. Jednocześnie sprawdź: Czy zabezpieczenie przed zalaniem jest rzeczywiście skuteczne? Sprawdź stan przepływu powietrza w rurociągu argonu, przepływomierzu i misce wlewowej.

4. Optymalizacja końcowa: Dostosuj dopasowanie parametrów procesu, głównie temperatury płaszcza i temperatury zalewania. Dzięki powyższym systematycznym badaniom i optymalizacji, zwłaszcza zapewnieniu absolutnej suchości i czystości skorupy oraz wzmocnieniu ochrony styku, można skutecznie wyeliminować punkty i plamy utleniania na powierzchni precyzyjnych odlewów ze stali nierdzewnej 410.