Difetti di increspatura e misure preventive per getti in ghisa sferoidale realizzati con il metodo della fusione a cera persa
1. Formazione e prevenzione dei difetti di increspatura nelle fusioni di ghisa sferoidale
I difetti a forma di ruga compaiono spesso nell'ultimo punto in cui scorre il metallo fuso, ovvero nella parte "fredda" del flusso liquido, generalmente nella parte superiore del getto, sulle pareti laterali verticali o negli angoli morti. La superficie di questo tipo di difetto è spesso ricoperta da scaglie di carbonio chiare e lucide, e la depressione del difetto è riempita di fuliggine carboniosa. Esistono quattro tipi di difetti a forma di ruga in base all'aspetto: corrugati, dendritici, a goccia e con inclusione di scoria.
1. Meccanismo di formazione
I difetti di increspatura sono causati principalmente dalla violenta combustione del materiale del modello ad alta temperatura e dalla precipitazione di una grande quantità di carbonio libero in presenza di ossigeno. A causa della grande differenza di densità tra il metallo fuso e il carbonio libero, quest'ultimo galleggia sulla superficie del metallo fuso ad alta temperatura o si accumula in un angolo morto, e non viene scaricato in tempo durante il processo di solidificazione.
2. Fattori che influenzano
(1) Materiale per stampi in plastica espansa: l'EPS (polistirene espandibile) è più soggetto alla formazione di pieghe rispetto all'EPMMA (polimetilmetacrilato espandibile) e all'STMMA (resina copolimerica stirene-metilmetacrilato) perché l'EPS ha un contenuto di carbonio più elevato rispetto a questi ultimi due. L'EPS contiene il 92% di carbonio, l'STMMA il 69.6% e l'EPMMA il 60.0%. Inoltre, maggiore è la densità dello stampo, maggiore è la quantità di prodotti liquidi presenti dopo la decomposizione e maggiore è la probabilità che si formino pieghe.
(2) Influenza della composizione chimica dei getti: Per i pezzi in ghisa a basso tenore di carbonio, il carbonio presente nei prodotti di decomposizione dello stampo può essere parzialmente disciolto al loro interno, e la formazione di increspature è difficile; i pezzi in ghisa ad alto tenore di carbonio (getti in ghisa sferoidale) sono più inclini alla formazione di increspature. Questo perché alla temperatura di colata dei getti in ghisa sferoidale, il modello in schiuma gassifica producendo una grande quantità di gas contenente carbonio, e circa il 50% del peso del modello precipita con carbonio fratturato. Inoltre, l'equivalente di carbonio e il contenuto di carbonio dei getti in ghisa sferoidale stessi sono relativamente elevati, quindi questi componenti di carbonio vengono scaricati sulla superficie del getto o sul fronte del flusso di ghisa liquida, formando così delle increspature.
(3) Influenza del sistema di colata: Il sistema di colata e di alimentazione ha un impatto significativo sul campo di flusso e sul campo di temperatura dello stampo di riempimento del metallo fuso e determina direttamente i prodotti di pirolisi del materiale dello stampo e la sua direzione di flusso. L'aumento dell'area della sezione trasversale dei canali verticali, orizzontali e interni produrrà facilmente delle pieghe (aumento della quantità di materiale dello stampo). La probabilità di pieghe nella colata dall'alto è inferiore a quella nella colata dal basso, quindi l'installazione di un'alimentazione dall'alto è vantaggiosa per ridurre le pieghe.
(4) Influenza della struttura di fusione: minore è il rapporto tra il volume e la superficie della fusione, cioè minore è il modulo, più è favorevole allo scarico dei prodotti di pirolisi del modello e minore è la tendenza ai difetti di increspatura.
(5) Influenza della temperatura di colata: La temperatura di colata non influenza solo il tipo di prodotti di pirolisi del materiale del modello, ma anche la velocità di riempimento del metallo fuso. Quando la temperatura di colata è inferiore a una certa temperatura critica, i prodotti di pirolisi liquidi del materiale del modello sono dominanti e la velocità di riempimento aumenta con l'aumento della temperatura di colata; quando la temperatura di colata è superiore a una certa temperatura critica, i prodotti di pirolisi sono principalmente prodotti gassosi e la velocità di riempimento diminuisce con l'aumento della temperatura di colata.
(6) Influenza della permeabilità dello strato di rivestimento e della sabbia di formatura: maggiore è la permeabilità della sabbia di formatura, più favorevole è lo scarico dei prodotti di pirolisi del modello e minore è la tendenza alla formazione di rughe. Più sottile è il rivestimento e più grossolana è la granulometria dell'aggregato di rivestimento e della sabbia di formatura, più favorevole è lo scarico e la riduzione dei difetti di increspatura.
(7) Influenza della pressione negativa: l'aumento del vuoto di colata della ghisa favorisce l'espulsione di fumo e gas, migliorando così le condizioni di gassificazione della plastica espansa, e contribuisce al rapido riempimento dello stampo con metallo fuso, favorendo la fuoriuscita di residui e gas. Tuttavia, un vuoto troppo elevato può causare difetti di adesione della sabbia.
(8) Influenza del coordinamento del processo: a seconda delle dimensioni della fusione, la velocità di colata deve essere controllata correttamente e il grado di vuoto deve essere coordinato. Se il coordinamento non è corretto, quando la velocità di colata aumenta, il flusso diventa più spesso e il grado di vuoto non viene aumentato di conseguenza, si verificano spesso difetti di increspatura.
3. Misure preventive
Durante l'intero processo di colata, è necessario fare tutto il possibile per evitare la fusione e la combustione delle materie plastiche espanse, al fine di prevenire la formazione di prodotti di decomposizione ad alta temperatura. L'obiettivo è che, a contatto con il metallo ad alta temperatura, il materiale si contragga e si trasformi immediatamente in gas, fuoriuscendo dallo stampo per sublimazione. Questo metodo si rivela efficace per eliminare le grinze dai pezzi in ghisa.
(1) Selezionare materiali plastici espansi adatti per la fusione: in considerazione dell'alto contenuto di carbonio dei getti in ghisa sferoidale, che sono soggetti a grinze, vengono selezionati materiali per stampi in plastica espansa a bassa densità per la fusione, come i materiali in copolimero EPMMA.
(2) Aumentare la temperatura e la velocità di colata: l'aumento della temperatura di colata può ridurre il difetto di increspatura. Poiché la temperatura deve essere ridotta di 50~100℃ durante il processo di sferoidizzazione, per garantire la temperatura di colata, la ghisa fusa deve avere una temperatura di colata molto più alta della normale ghisa grigia, almeno 1500℃.
L'accelerazione della velocità di colata (basata sul principio di garantire un flusso regolare del metallo fuso) può compensare la perdita di calore dovuta alla combustione e alla gassificazione della plastica espansa nello stampo di colata, fornendo energia termica sufficiente a garantire la gassificazione della plastica espansa e migliorando così le condizioni di gassificazione, il che favorisce il rapido riempimento dello stampo di colata con metallo fuso e promuove la fuoriuscita di residui e gas.
(3) Aumentare la quantità di aria pompata e il grado di vuoto dello stampo di colata: la pratica ha dimostrato che con l'aumento della pressione negativa dello stampo di colata, si contribuisce a ridurre o eliminare il difetto di increspatura. Poiché maggiore è la pressione negativa, più rapida è la velocità di riempimento, più breve è il tempo di colata, con la conseguenza che il prodotto in fase liquida a bassa viscosità non ha il tempo di trasformarsi in prodotto di decomposizione in fase liquida ad alta viscosità e si riduce la comparsa di carbonio brillante; maggiore è la pressione negativa, maggiore è la quantità di prodotto di pirolisi dello stampo che viene assorbita e scaricata nella sabbia di formatura attraverso lo strato di rivestimento, il che contribuisce a ridurre il difetto di increspatura. Il controllo del vuoto raccomandato è: -0.06~-0.09 MPa.
(4) Selezionare un sistema di colata adatto: in base alle caratteristiche della gassificazione del modello di plastica espansa nello stampo, il metodo di colata della fusione a cera persa può essere scelto tra colata dal basso, colata a gradini, colata dall'alto e colata a pioggia. Tuttavia, è necessario notare che il flusso del metallo liquido deve essere stabile e riempire rapidamente lo stampo.
(5) Migliorare la permeabilità dello stampo: una buona permeabilità dello stampo è una condizione importante per garantire l'ottenimento di fusioni in schiuma persa sottovuoto di alta qualità. La pratica ha dimostrato che il modo principale per migliorare la permeabilità dello stampo è utilizzare sabbia grossolana, aumentare il volume di estrazione dell'aria e il grado di vuoto durante la colata e selezionare rivestimenti e spessori di rivestimento adeguati.
(6) Altri: Utilizzare un legante per modelli EPS facilmente gassificabile. Una piccola quantità di criolite (Na3AlF6) viene aggiunta al rivestimento per formare NaF, AlF3, ecc. altamente attivi ad alta temperatura. Queste sostanze altamente attive possono adsorbire il carbonio decomposto dal modello, in modo che non precipiti sulla superficie del getto, eliminando così il difetto di increspatura. Inoltre, l'aggiunta di una certa quantità di permanganato di potassio al rivestimento può ridurre i difetti di increspatura dei getti in ghisa sferoidale e garantire la qualità estetica dei getti.
