La fusione del corpo valvola è una parte importante del processo di produzione delle valvole e la qualità della fusione determina la qualità della valvola stessa. Di seguito vengono presentati diversi metodi di fusione comunemente utilizzati nel settore delle valvole:
Fusione in sabbia:
La fusione in sabbia comunemente utilizzata nel settore delle valvole può essere suddivisa in sabbia verde, sabbia asciutta, sabbia di silice e sabbia autoindurente di resina furanica, a seconda dei diversi leganti.
(1) La sabbia verde è un processo di formatura che utilizza la bentonite come legante.
Le sue caratteristiche sono:Lo stampo in sabbia finito non necessita di essiccazione o indurimento, ha una certa resistenza all'umidità e il nucleo in sabbia e il guscio dello stampo hanno una buona resa, facilitando la pulizia e l'estrazione dei getti. L'efficienza produttiva dello stampo è elevata, il ciclo di produzione è breve, il costo del materiale è basso ed è conveniente organizzare la produzione in linea.
Gli svantaggi sono:i getti sono soggetti a difetti quali pori, inclusioni di sabbia e adesione della sabbia, e la qualità dei getti, in particolare la qualità intrinseca, non è ideale.
Tabella delle proporzioni e delle prestazioni della sabbia verde per getti di acciaio:
(2) La sabbia asciutta è un processo di modellatura che utilizza l'argilla come legante. L'aggiunta di un po' di bentonite può migliorarne la resistenza a umido.
Le sue caratteristiche sono:lo stampo in sabbia deve essere asciugato, ha una buona permeabilità all'aria, non è soggetto a difetti come il lavaggio della sabbia, l'adesione della sabbia e i pori e la qualità intrinseca della fusione è buona.
Gli svantaggi sono:richiede attrezzature per l'essiccazione della sabbia e il ciclo di produzione è lungo.
(3) La sabbia di silice solubile è un processo di modellazione che utilizza il silice solubile come legante. Le sue caratteristiche sono: il silice solubile ha la funzione di indurirsi automaticamente quando esposto a CO2 e può presentare diversi vantaggi rispetto al metodo di indurimento a gas per la modellazione e la realizzazione di anime, ma presenta svantaggi come la scarsa collassabilità del guscio dello stampo, la difficoltà nella pulizia della sabbia dei getti e il basso tasso di rigenerazione e riciclo della sabbia vecchia.
Tabella delle proporzioni e delle prestazioni della sabbia di indurimento con CO2 per vetro solubile:
(4) Lo stampaggio in sabbia autoindurente con resina furanica è un processo di fusione che utilizza la resina furanica come legante. La sabbia di formatura si solidifica a temperatura ambiente per reazione chimica del legante sotto l'azione dell'agente indurente. La sua caratteristica è che lo stampo in sabbia non necessita di essiccazione, il che riduce il ciclo di produzione e consente di risparmiare energia. La sabbia di formatura in resina è facile da compattare e ha buone proprietà di disintegrazione. La sabbia di formatura dei getti è facile da pulire. I getti presentano un'elevata precisione dimensionale e una buona finitura superficiale, il che può migliorare notevolmente la qualità dei getti. Gli svantaggi sono: elevati requisiti di qualità per la sabbia grezza, un leggero odore pungente nel sito di produzione e un costo elevato della resina.
Proporzione e processo di miscelazione della miscela di sabbia senza cottura di resina furanica:
Processo di miscelazione della sabbia autoindurente di resina furanica: è consigliabile utilizzare un miscelatore continuo per sabbia per produrre sabbia autoindurente di resina. Sabbia grezza, resina, agente indurente, ecc. vengono aggiunti in sequenza e miscelati rapidamente. Può essere miscelato e utilizzato in qualsiasi momento.
L'ordine di aggiunta delle varie materie prime durante la miscelazione della sabbia resinosa è il seguente:
Sabbia grezza + agente di indurimento (soluzione acquosa di acido p-toluensolfonico) – (120 ~ 180S) – resina + silano – (60 ~ 90S) – produzione di sabbia
(5) Tipico processo di produzione tramite fusione in sabbia:
Fusione di precisione:
Negli ultimi anni, i produttori di valvole hanno prestato sempre maggiore attenzione alla qualità estetica e alla precisione dimensionale dei getti. Poiché un buon aspetto estetico è un requisito fondamentale del mercato, rappresenta anche il punto di riferimento per la prima fase della lavorazione meccanica.
La fusione di precisione comunemente utilizzata nel settore delle valvole è la fusione a cera persa, che viene brevemente presentata di seguito:
(1) Due metodi di processo di fusione in soluzione:
①Utilizzando materiale per stampi a base di cera a bassa temperatura (acido stearico + paraffina), iniezione di cera a bassa pressione, guscio di vetro solubile, deceratura ad acqua calda, fusione atmosferica e processo di colata, utilizzato principalmente per getti di acciaio al carbonio e acciaio bassolegato con requisiti di qualità generali, la precisione dimensionale dei getti può raggiungere lo standard nazionale CT7~9.
2 Utilizzando materiale per stampi a base di resina a media temperatura, iniezione di cera ad alta pressione, guscio dello stampo in sol di silice, deceratura a vapore, processo di fusione rapida in atmosfera o sotto vuoto, la precisione dimensionale delle fusioni può raggiungere fusioni di precisione CT4-6.
(2) Flusso di processo tipico della fusione a cera persa:
(3) Caratteristiche della fusione a cera persa:
①La fusione presenta un'elevata precisione dimensionale, una superficie liscia e un buon aspetto estetico.
② È possibile fondere parti con strutture e forme complesse, difficili da elaborare con altri processi.
③ I materiali di fusione non sono limitati a vari materiali in lega quali: acciaio al carbonio, acciaio inossidabile, acciaio legato, lega di alluminio, lega ad alta temperatura e metalli preziosi, in particolare materiali in lega difficili da forgiare, saldare e tagliare.
④ Buona flessibilità produttiva e forte adattabilità. Può essere prodotto in grandi quantità ed è adatto anche per la produzione di singoli pezzi o piccoli lotti.
⑤ Anche la microfusione presenta alcune limitazioni, tra cui: flusso di processo complesso e lungo ciclo di produzione. A causa delle limitate tecniche di fusione utilizzabili, la sua capacità di sopportare la pressione non può essere molto elevata quando viene utilizzata per fondere valvole a guscio sottile sottoposte a pressione.
Analisi dei difetti di fusione
Qualsiasi fusione presenta difetti interni, la cui presenza può compromettere gravemente la qualità interna della fusione stessa, e la riparazione tramite saldatura per eliminare tali difetti nel processo produttivo può comportare un notevole onere per il processo produttivo. In particolare, le valvole sono fusioni a guscio sottile che resistono a pressione e temperatura, e la compattezza delle loro strutture interne è molto importante. Pertanto, i difetti interni delle fusioni diventano il fattore decisivo che ne influenza la qualità.
I difetti interni delle fusioni delle valvole includono principalmente pori, inclusioni di scorie, porosità da ritiro e crepe.
(1) Pori:I pori sono prodotti dal gas, la superficie dei pori è liscia e si generano all'interno o in prossimità della superficie del getto; la loro forma è per lo più rotonda o oblunga.
Le principali fonti di gas che generano i pori sono:
① L'azoto e l'idrogeno disciolti nel metallo vengono contenuti nel metallo durante la solidificazione della fusione, formando pareti interne chiuse, circolari o ovali, con lucentezza metallica.
2. L'umidità o le sostanze volatili presenti nel materiale di stampaggio si trasformeranno in gas a causa del riscaldamento, formando pori con pareti interne di colore marrone scuro.
3 Durante il processo di colata del metallo, a causa del flusso instabile, l'aria viene coinvolta nella formazione dei pori.
Metodo di prevenzione del difetto stomatico:
① Nella fusione, le materie prime metalliche arrugginite dovrebbero essere utilizzate il meno possibile o per niente, e gli utensili e i mestoli dovrebbero essere cotti e asciugati.
2. La colata di acciaio fuso deve essere effettuata ad alta temperatura e a bassa temperatura, e l'acciaio fuso deve essere adeguatamente sedato per facilitare il galleggiamento del gas.
3 La progettazione del processo del montante di colata dovrebbe aumentare la pressione dell'acciaio fuso per evitare l'intrappolamento del gas e creare un percorso artificiale del gas per uno scarico ragionevole.
④I materiali di stampaggio devono controllare il contenuto di acqua e il volume di gas, aumentare la permeabilità all'aria e lo stampo di sabbia e il nucleo di sabbia devono essere cotti e asciugati il più possibile.
(2) Cavità di restringimento (allentata):Si tratta di una cavità circolare o irregolare, coerente o incoerente, che si forma all'interno del getto (soprattutto nel punto caldo), con una superficie interna ruvida e un colore più scuro. Granuli cristallini grossolani, per lo più sotto forma di dendriti, si concentrano in uno o più punti, soggetti a perdite durante la prova idraulica.
Motivo del restringimento della cavità (allentamento):Il restringimento di volume si verifica quando il metallo passa dallo stato liquido a quello solido. Se in questa fase non si verifica un rifornimento sufficiente di acciaio fuso, si formerà inevitabilmente una cavità di restringimento. La cavità di restringimento dei getti di acciaio è causata essenzialmente da un controllo improprio del processo di solidificazione sequenziale. Le cause possono includere impostazioni errate del montante, temperature di colata troppo elevate dell'acciaio fuso e un notevole restringimento del metallo.
Metodi per prevenire le cavità da restringimento (allentamento):1 Progettare scientificamente il sistema di colata dei getti per ottenere una solidificazione sequenziale dell'acciaio fuso, e le parti che solidificano per prime devono essere riempite con acciaio fuso. 2 Impostare correttamente e ragionevolmente il montante, il sussidio, il ferro freddo interno ed esterno per garantire una solidificazione sequenziale. 3 Quando l'acciaio fuso viene colato, l'iniezione dall'alto dal montante è utile per garantire la temperatura dell'acciaio fuso e dell'alimentazione e ridurre la formazione di cavità da ritiro. 4 In termini di velocità di colata, la colata a bassa velocità è più favorevole alla solidificazione sequenziale rispetto alla colata ad alta velocità. 5 La temperatura di colata non deve essere troppo elevata. L'acciaio fuso viene estratto dal forno ad alta temperatura e colato dopo sedazione, il che è utile per ridurre le cavità da ritiro.
(3) Inclusioni di sabbia (scorie):Le inclusioni di sabbia (scorie), comunemente note come bolle, sono fori circolari o irregolari discontinui che compaiono all'interno dei getti. I fori sono mescolati con sabbia di formatura o scorie di acciaio, di dimensioni irregolari e aggregati al loro interno. In uno o più punti, spesso più nella parte superiore.
Cause dell'inclusione di sabbia (scoria):L'inclusione di scorie è causata da scorie di acciaio discrete che entrano nel getto insieme all'acciaio fuso durante il processo di fusione o colata. L'inclusione di sabbia è causata dall'insufficiente tenuta della cavità dello stampo durante lo stampaggio. Quando l'acciaio fuso viene versato nella cavità dello stampo, la sabbia di stampaggio viene trascinata via dall'acciaio fuso e penetra all'interno del getto. Inoltre, anche un funzionamento improprio durante la tranciatura e la chiusura della cassa, e il fenomeno della fuoriuscita di sabbia, sono cause dell'inclusione di sabbia.
Metodi per prevenire le inclusioni di sabbia (scorie):① Quando l'acciaio fuso viene fuso, i gas di scarico e le scorie devono essere aspirati il più accuratamente possibile. ② Cercare di non capovolgere il sacco di colata dell'acciaio fuso, ma utilizzare un sacchetto a teiera o un sacco di colata inferiore per evitare che le scorie sopra l'acciaio fuso entrino nella cavità di colata insieme all'acciaio fuso. ③ Quando si versa l'acciaio fuso, è necessario adottare misure per evitare che le scorie entrino nella cavità dello stampo insieme all'acciaio fuso. ④ Per ridurre la possibilità di inclusione di sabbia, assicurarsi della tenuta dello stampo di sabbia durante la modellazione, fare attenzione a non perdere sabbia durante la rifinitura e pulire la cavità dello stampo soffiando prima di chiudere la scatola.
(4) Crepe:La maggior parte delle crepe nei getti sono crepe calde, di forma irregolare, penetranti o non penetranti, continue o intermittenti, e il metallo in corrispondenza delle crepe è scuro o presenta ossidazione superficiale.
motivi delle crepe, vale a dire stress ad alta temperatura e deformazione del film liquido.
Lo stress ad alta temperatura è lo stress generato dal ritiro e dalla deformazione dell'acciaio fuso ad alte temperature. Quando lo stress supera il limite di resistenza o di deformazione plastica del metallo a questa temperatura, si formano delle cricche. La deformazione a film liquido è la formazione di un film liquido tra i grani cristallini durante il processo di solidificazione e cristallizzazione dell'acciaio fuso. Con il progredire della solidificazione e della cristallizzazione, il film liquido si deforma. Quando l'entità e la velocità di deformazione superano un certo limite, si formano delle cricche. L'intervallo di temperatura delle cricche termiche è compreso tra 1200 e 1450 °C.
Fattori che influenzano le crepe:
① Gli elementi S e P presenti nell'acciaio sono fattori dannosi per la formazione di crepe e i loro eutettici con il ferro riducono la resistenza e la plasticità dell'acciaio fuso ad alte temperature, causando la formazione di crepe.
② L'inclusione e la segregazione di scorie nell'acciaio aumentano la concentrazione delle sollecitazioni, incrementando così la tendenza alla formazione di cricche a caldo.
③ Quanto maggiore è il coefficiente di restringimento lineare del tipo di acciaio, tanto maggiore è la tendenza alla formazione di cricche a caldo.
④ Maggiore è la conduttività termica del tipo di acciaio, maggiore è la tensione superficiale, migliori sono le proprietà meccaniche ad alta temperatura e minore è la tendenza alla criccatura a caldo.
⑤ La progettazione strutturale dei getti è scarsa in termini di producibilità, ad esempio angoli arrotondati troppo piccoli, grande disparità di spessore delle pareti e forte concentrazione di sollecitazioni, che possono causare crepe.
⑥La compattezza dello stampo in sabbia è troppo elevata e la scarsa resa del nucleo ostacola il ritiro del getto e aumenta la tendenza alle crepe.
⑦Anche altri fattori, come la disposizione impropria del montante, il raffreddamento troppo rapido della fusione, lo stress eccessivo causato dal taglio del montante e dal trattamento termico, ecc., possono influire sulla formazione di crepe.
In base alle cause e ai fattori che influenzano le crepe sopra menzionate, è possibile adottare misure appropriate per ridurre ed evitare il verificarsi di difetti dovuti a crepe.
Sulla base dell'analisi di cui sopra delle cause dei difetti di fusione, individuando i problemi esistenti e adottando le relative misure di miglioramento, possiamo trovare una soluzione ai difetti di fusione, che favorisce il miglioramento della qualità della fusione.
Data di pubblicazione: 31-08-2023