Литье корпуса клапана — важная часть процесса изготовления клапана, и качество литья определяет качество самого клапана. Ниже описаны несколько методов литья, широко используемых в клапанной промышленности:
Литье в песчаные формы:
Литье в песчаные формы, обычно используемое в арматуростроении, можно разделить на сырой песок, сухой песок, песок на основе жидкого стекла и самотвердеющий песок на основе фурановой смолы в зависимости от различных связующих веществ.
(1) Зеленый песок – это процесс формования с использованием бентонита в качестве связующего вещества.
Его характеристики:Готовая песчаная форма не требует сушки и закалки. Она обладает определённой прочностью во влажном состоянии, а песчаный стержень и оболочка формы обладают высокой текучестью, что позволяет легко очищать и выбивать отливки. Производительность формования высокая, производственный цикл короткий, стоимость материала низкая, а организация конвейерного производства удобна.
Его недостатки:Отливки подвержены появлению таких дефектов, как поры, включения песка и налипание песка, а качество отливок, особенно внутреннее, не идеально.
Таблица состава и характеристик сырой формовочной смеси для стального литья:
(2) Сухой песок – это процесс формования с использованием глины в качестве связующего. Добавление небольшого количества бентонита может повысить его прочность во влажном состоянии.
Его характеристики:песчаная форма должна быть сухой, иметь хорошую воздухопроницаемость, не склонна к таким дефектам, как вымывание песка, налипание песка и поры, а собственное качество литья должно быть высоким.
Его недостатки:для этого требуется оборудование для сушки песка, а производственный цикл длительный.
(3) Жидкостекольный песок – это процесс моделирования с использованием жидкого стекла в качестве связующего. Его характеристики: жидкое стекло обладает способностью автоматически затвердевать под воздействием CO2 и обладает рядом преимуществ, характерных для метода газовой закалки при моделировании и изготовлении стержней. Однако существуют и недостатки, такие как плохая сминаемость оболочки формы, сложность очистки песка от отливок и низкая скорость регенерации и переработки старого песка.
Таблица пропорций и характеристик жидкого стекла для твердения песка с CO2:
(4) Формование в самотвердеющий песок на основе фурановой смолы – это процесс литья с использованием в качестве связующего фурановой смолы. Формовочный песок затвердевает благодаря химической реакции связующего под действием отвердителя при комнатной температуре. Особенностью является отсутствие необходимости сушки песчаной формы, что сокращает производственный цикл и экономит энергию. Формовочный песок на основе смолы легко уплотняется и обладает хорошими дезинтеграционными свойствами. Формовочный песок для отливок легко очищается. Отливки имеют высокую размерную точность и качественную поверхность, что позволяет значительно повысить качество отливок. Недостатками являются: высокие требования к качеству исходного песка, небольшой резкий запах на производстве и высокая стоимость смолы.
Пропорции и процесс смешивания фурановой смолы с песком для холодного отверждения:
Процесс смешивания самотвердеющего песка на основе фурановой смолы: Для приготовления самотвердеющего песка на основе фурановой смолы лучше всего использовать смеситель непрерывного действия. Сырой песок, смола, отвердитель и т.д. добавляются последовательно и быстро перемешиваются. Смесь можно смешивать и использовать в любое время.
Порядок добавления различных видов сырья при смешивании смоляного песка следующий:
Сырой песок + отвердитель (водный раствор п-толуолсульфокислоты) – (120 ~ 180S) – смола + силан – (60 ~ 90S) – производство песка
(5) Типичный процесс производства литья в песчаные формы:
Точное литье:
В последние годы производители клапанов уделяют всё больше внимания качеству внешнего вида и точности размеров отливок. Поскольку хороший внешний вид является основным требованием рынка, он также служит ориентиром для первого этапа механической обработки.
Наиболее часто используемым методом точного литья в арматуростроении является литье по выплавляемым моделям, которое кратко описывается следующим образом:
(1) Два метода литья растворов:
①Использование низкотемпературного воскового формовочного материала (стеариновая кислота + парафин), впрыскивание воска под низким давлением, оболочка из жидкого стекла, депарафинизация горячей водой, процесс атмосферной плавки и заливки, в основном используется для отливок из углеродистой стали и низколегированной стали с общими требованиями к качеству. Точность размеров отливок может достигать национального стандарта CT7~9.
② При использовании формовочного материала на основе среднетемпературной смолы, впрыскивания воска под высоким давлением, оболочки формы из силикатного золя, паровой депарафинизации, быстрого литья в атмосфере или вакууме точность размеров отливок может достигать класса точности CT4-6.
(2) Типичная последовательность процесса литья по выплавляемым моделям:
(3) Характеристики литья по выплавляемым моделям:
①Отливка имеет высокую размерную точность, гладкую поверхность и хороший внешний вид.
② Можно отливать детали сложной структуры и формы, которые трудно обрабатывать другими процессами.
③ Материалы для литья не ограничены, это различные сплавы, такие как: углеродистая сталь, нержавеющая сталь, легированная сталь, алюминиевый сплав, жаропрочный сплав и драгоценные металлы, особенно сплавы, которые трудно поддаются ковке, сварке и резке.
④ Высокая гибкость производства и высокая адаптивность. Подходит для производства больших партий, а также для единичного и мелкосерийного производства.
⑤ Литье по выплавляемым моделям также имеет определённые ограничения, такие как громоздкость технологического процесса и длительный производственный цикл. Из-за ограниченного выбора технологий литья, его способность выдерживать давление не может быть очень высокой при литье тонкостенных отливок клапанов, работающих под давлением.
Анализ дефектов литья
Любая отливка имеет внутренние дефекты, наличие которых представляет серьёзную скрытую опасность для качества отливки, а сварочные работы по устранению этих дефектов в процессе производства также значительно усложняют производственный процесс. В частности, клапаны представляют собой тонкостенные отливки, выдерживающие давление и температуру, и компактность их внутренней структуры очень важна. Поэтому внутренние дефекты отливок становятся решающим фактором, влияющим на качество отливок.
К внутренним дефектам отливок клапанов в основном относятся поры, шлаковые включения, усадочная пористость и трещины.
(1) Поры:Поры образуются под действием газа, поверхность пор гладкая, они возникают внутри или вблизи поверхности отливки, и их форма в основном круглая или продолговатая.
Основными источниками газа, образующими поры, являются:
① Растворенные в металле азот и водород удерживаются в металле при затвердевании отливки, образуя замкнутые круглые или овальные внутренние стенки с металлическим блеском.
②Влага или летучие вещества в формовочном материале при нагревании переходят в газообразное состояние, образуя поры с темно-коричневыми внутренними стенками.
③ В процессе заливки металла из-за нестабильного течения вовлекается воздух, образуя поры.
Метод профилактики дефекта стоматита:
① При плавке следует как можно меньше использовать ржавое металлическое сырье или вообще не использовать, а инструменты и ковши следует прокаливать и высушивать.
②Разливку расплавленной стали следует производить при высокой температуре, а выливать при низкой температуре, а расплавленную сталь следует соответствующим образом успокаивать, чтобы облегчить выделение газа.
③ Конструкция разливочного стояка должна обеспечивать увеличение напора расплавленной стали, чтобы избежать скопления газа, а также создавать искусственный путь для его надлежащего выпуска.
④Формовочные материалы должны контролировать содержание воды и объем газа, повышать воздухопроницаемость, а песчаная форма и песчаный стержень должны быть максимально обожжены и высушены.
(2) Усадочная полость (рыхлая):Это связанная или не связанная круглая или нерегулярная полость (каверна), возникающая внутри отливки (особенно в горячей точке), с шероховатой внутренней поверхностью и более тёмным цветом. Крупные кристаллические зерна, преимущественно в форме дендритов, собранные в одном или нескольких местах, склонные к протечкам при гидравлических испытаниях.
Причина возникновения усадочной раковины (рыхлости):Объёмная усадка происходит при переходе металла из жидкого состояния в твёрдое. При недостаточном подаче расплавленной стали в этот момент неизбежно образуется усадочная раковина. Образование усадочной раковины в стальных отливках в основном обусловлено неправильным управлением процессом последовательной кристаллизации. Причинами могут быть неправильные настройки прибылей, слишком высокая температура заливки расплавленной стали и большая усадка металла.
Методы предотвращения образования усадочных раковин (рыхлостей):① Научно спроектировать систему заливки отливок для достижения последовательной кристаллизации расплавленной стали, и детали, которые затвердевают первыми, следует восполнить расплавленной сталью. ② Правильно и разумно установить стояк, дотацию, внутренний и внешний холодный чугун для обеспечения последовательной кристаллизации. ③ При заливке расплавленной стали верхняя инжекция из стояка полезна для обеспечения температуры расплавленной стали и подачи, а также для уменьшения возникновения усадочных раковин. ④ С точки зрения скорости заливки, низкоскоростная заливка больше способствует последовательной кристаллизации, чем высокоскоростная. ⑸ Температура заливки не должна быть слишком высокой. Расплавленную сталь вынимают из печи при высокой температуре и разливают после седации, что полезно для уменьшения усадочных раковин.
(3) Включения песка (шлака):Вкрапления песка (шлака), обычно называемые пузырями, представляют собой прерывистые круглые или неправильной формы полости, возникающие внутри отливок. Эти полости смешаны с формовочной смесью или сталеплавильным шлаком, имеют неравномерные размеры и скапливаются в них. В одном или нескольких местах, чаще всего в верхней части.
Причины попадания песка (шлака):Шлаковые включения возникают из-за попадания отдельных частиц стального шлака в отливку вместе с расплавленной сталью в процессе плавки или заливки. Песчаные включения возникают из-за недостаточной герметичности полости формы во время литья. При заливке расплавленной стали в полость формы формовочный песок вымывается расплавленной сталью и попадает внутрь отливки. Кроме того, причиной появления песчаных включений могут быть неправильные операции при обрезке и закрытии мундштука, а также высыпание песка.
Методы предотвращения попадания песка (шлака):① При выплавке расплавленной стали необходимо максимально тщательно удалить отходящие газы и шлак. ② Старайтесь не переворачивать пакет с расплавленной сталью, а используйте пакет для заваривания или пакет с донным заливом, чтобы предотвратить попадание шлака, находящегося над расплавленной сталью, в полость литейной формы вместе с расплавленной сталью. ③ При заливке расплавленной стали необходимо принять меры для предотвращения попадания шлака в полость формы вместе с расплавленной сталью. ④ Чтобы снизить вероятность попадания песка, обеспечьте герметичность песчаной формы при моделировании, будьте осторожны, чтобы не потерять песок при обрезке, и продуйте полость формы перед закрытием коробки.
(4) Трещины:Большинство трещин в отливках — горячие, неправильной формы, сквозные или несквозные, сплошные или прерывистые, металл у трещин темный или имеет поверхностное окисление.
причины трещин, а именно высокотемпературные напряжения и деформации жидкой пленки.
Высокотемпературное напряжение – это напряжение, возникающее в результате усадки и деформации расплавленной стали при высоких температурах. Когда напряжение превышает предел прочности или пластической деформации металла при данной температуре, возникают трещины. Деформация жидкой пленки – это образование жидкой пленки между кристаллическими зернами в процессе затвердевания и кристаллизации расплавленной стали. По мере затвердевания и кристаллизации жидкая пленка деформируется. Когда величина и скорость деформации превышают определённый предел, образуются трещины. Диапазон температур образования термических трещин составляет около 1200–1450 °C.
Факторы, влияющие на образование трещин:
① Элементы S и P в стали являются вредными факторами образования трещин, а их эвтектики с железом снижают прочность и пластичность литой стали при высоких температурах, что приводит к образованию трещин.
② Включения и сегрегация шлака в стали увеличивают концентрацию напряжений, тем самым увеличивая склонность к образованию горячих трещин.
③ Чем больше коэффициент линейной усадки стали, тем больше склонность к образованию горячих трещин.
4. Чем выше теплопроводность стали, тем больше ее поверхностное натяжение, тем лучше ее высокотемпературные механические свойства и тем меньше склонность к образованию горячих трещин.
⑤ Конструкция отливок имеет недостатки с точки зрения технологичности, например, слишком малые закругленные углы, большая разница в толщине стенок и сильная концентрация напряжений, что может привести к образованию трещин.
⑥Слишком высокая плотность песчаной формы, а плохая текучесть стержня препятствует усадке отливки и увеличивает тенденцию к образованию трещин.
⑦Другие факторы, такие как неправильное расположение прибылей, слишком быстрое охлаждение отливки, чрезмерное напряжение, вызванное резкой прибылей и термообработкой и т. д., также могут влиять на образование трещин.
В зависимости от причин и факторов, влияющих на возникновение вышеуказанных трещин, могут быть приняты соответствующие меры для уменьшения и предотвращения появления дефектов, связанных с трещинами.
На основе вышеприведенного анализа причин возникновения дефектов литья, выявления существующих проблем и принятия соответствующих мер по их устранению можно найти решение проблемы дефектов литья, способствующее повышению качества литья.
Время публикации: 31 августа 2023 г.