Her præsenterer vi en begyndervejledning til metalfremstillingsmetode Støbning og udtrykket støbbarhed. Afsnittene, der skal dække emnet, er som følger:
- Hvad er støbning?
- Hvad er sandstøbning?
- Hvad er Die-Casting?
- Definitionen af kastbarhed.
- Materialegenskaber, der påvirker støbbarheden.
Hvad er støbning?
Støbningsproces: Støbning er normalt det første trin i fremstillingen. Ved støbning hældes et materiale i flydende form i en form, hvor det får lov til at størkne ved afkøling (metaller) eller ved reaktion (plast). Formen kan fyldes af tyngdekræfter eller under tryk. Formhulrummet er omhyggeligt forberedt, så det har den ønskede form og egenskaber. Hulrummet er normalt lavet i overstørrelse for at kompensere for metalsammentrækningen, når det afkøles til stuetemperatur. Dette opnås ved at gøre mønsteret oversize. Efter størkning fjernes delen fra formen. Ved at bruge støbemetode kan store og komplekse dele fremstilles.
Hvad er sandstøbning?
Sandstøbning bruges til at lave store dele (typisk jern, men også bronze, messing, aluminium). Smeltet metal hældes i et formhulrum, der er dannet af sand (naturligt eller syntetisk). Hulrummet i sandet dannes ved hjælp af et mønster (en omtrentlig kopi af den reelle del), som typisk er lavet af træ, nogle gange metal. Hulrummet er indeholdt i et aggregat, der er indeholdt i en æske kaldet kolben. Kerne er en sandform, der indsættes i formen for at producere delens indre træk, såsom huller eller indre passager. Kerner placeres i hulrummet for at danne huller i de ønskede former. Et stigrør er et ekstra hulrum, der skabes i formen for at indeholde overdreven smeltet materiale. I en todelt form, der er typisk for sandstøbninger, kaldes den øverste halvdel, herunder den øverste halvdel af mønsteret, kolben og kernen, og den nederste halvdel kaldes træk. Afgrænsningslinjen eller skillefladen er en linje eller overflade, der adskiller grebet og træk. Sandstøbninger har generelt en ru overflade nogle gange med overfladeurenheder og overfladevariationer.
Hvad er Die-casting?
I Die-casting metallet sprøjtes ind i formen under højt tryk. Dette resulterer i en mere ensartet del, generelt god overfladefinish og god dimensionel nøjagtighed ,. Efter mange dele kan efterbearbejdning elimineres fuldstændigt, eller meget let bearbejdning kan være påkrævet for at bringe dimensionerne i størrelse. Støbeforme (kaldet dies i industrien) har en tendens til at være dyre, da de er lavet af hærdet stål eller andre højt ildfaste materialer-også cyklustiden til at bygge disse har en tendens til at være lang. Derfor er støbning et godt valg for store mængder (masseproduktion), mens det øger udgifterne for meget for lave mængder. Desuden kan de stærkere og hårdere metaller som jern og stål ikke støbes. Materialer med relativt lave smeltepunkter, såsom aluminium, zink og kobberlegeringer er de materialer, der hovedsageligt (hovedsageligt) bruges til trykstøbning. Die casting er begrænset til mindre dele op til 25 kg.
Hvad er kastbarhed?
Støbbarhed: Støbbarhed er et udtryk, der afspejler den lethed, hvormed et metal kan hældes i en form for at opnå en støbning uden defekter. Støbbarhed afhænger af konstruktion og materialegenskaber. Her skal vi kun koncentrere os om materialegenskaber, som påvirker støbbarheden.
Materialeegenskaber, der påvirker støbbarheden:
a) Smeltetemperatur (eller temperaturområde):
Smeltetemperatur er en vigtig materialegenskab for støbbarhed. Ved støbning ønskes generelt lave smeltepunkter, fordi lave smeltepunkter kræver mindre energi for at smelte materialet. Støbningstemperaturen skal være højere end smeltetemperaturen. Støbningstemperaturen skal også justeres i henhold til støbeteknik og støbningens kompleksitet. Støbningstemperatur bestemmer også materialets flydende. For en høj flydende skal vi vælge en højere støbtemperatur. Derudover påvirker smeltepunktet også valget af formmaterialet. Hvis smeltetemperaturen er for høj, skal formmaterialet være mere ildfast og sandsynligvis dyrt. Lavt smeltepunkt er også vigtigt for lang levetid for forme. Rene metaller og eutektiske legeringer smelter og størkner ved konstant temperatur. Legeringer har for det meste et størkningsinterval, og amorfe faste stoffer (herunder mange polymerer) har ikke et skarpt smeltepunkt. For god støbbarhed af en metallegering skal størkningsområdet være lille. Hvis temperaturområdet, hvor flydende og faste faser begge er til stede meget højt, vil mikrosegregering og mikroporositet forekomme. Dette er grunden til, at eutektiske legeringer (størkning ved konstant temperatur) foretrækkes til støbning af legeringer.
Smeltetemperaturer for nogle metaller og legeringer
Smeltetemperaturer for nogle metaller og legeringer
b) Flydende:
Det er et mål for, hvor godt væsken flyder og fylder et formhulrum. Komplekse formede støbningshulrum kræver den bedste fluiditet. Det samme gælder også for støbningsprocessen, der anvender forme, der inkluderer hurtige kølehastigheder, som f.eks. Permanent metalformproces. Dårlig flydende er mindre bekymret, når metallet støbes af gips eller investeringsstøbeprocesser (langsommere afkøling!) Fluiditet er ikke kun en materiel egenskab, det påvirkes også af støbtemperatur, formtype, formtemperatur osv. Der er særlige teknologiske tests til bestemme flydende under visse betingelser.
c) Latent fusionsvarme:
Latent fusionsvarme er den varme, der kræves pr. Masseenhed for at ændre en materialetilstand til en anden tilstand, dvs. fra et fast stof til væske. For rene metaller absorberes denne varme ved konstant temperatur. Når overgangen fra en tilstand til en anden sker over et temperaturområde, er det ikke hensigtsmæssigt at definere en latent fusionsvarme.
d) Specifik varme:
Specifik varme (c) er energimængden, der bruges til at stige temperaturen på 1 kg materiale med 1 ° C (K). I støbeprocessen ønskes generelt lav specifik varme, fordi lav specifik varme resulterer i et lavt energibehov for at nå smeltetemperaturen. Specifik varme påvirker også forskellen mellem smeltetemperatur og støbtemperatur. Når materialer har høj specifik varme, kan forskellen mellem smeltetemperatur og støbtemperatur være mindre, fordi materialer med høj specifik varme ikke køler særlig let, da mængden af energi, der skal fjernes til afkøling, er høj.
e) Termisk ledningsevne:
Termisk konduktivitetskoefficient påvirker kølehastigheden. Det bestemmer også temperaturgradienten og de interne spændinger på grund af temperaturforskelle. Fordi under størkning, hvis nogle dele af materialet afkøles hurtigt, og andre dele af materialet forbliver varme, vil der være forskelle i krympningen, og der kan derfor opstå interne spændinger eller nogle revner i materialet. Kølehastigheden kan også påvirke fasetransformationen og mikrostrukturen af et materiale (f.eks. Martensitomdannelse i stål)
f) Termisk diffusivitet :
Varmeoverførslen i en størknet støbning er ikke i steady-state. Så det er realistisk at overveje diffusiviteten frem for konduktiviteten. Det er et mål for den hastighed, hvormed en temperaturforstyrrelse på et tidspunkt i et legeme bevæger sig til et andet punkt.
g) Ekspansionskoefficient:
Metaller ekspanderer ved opvarmning og trækker sig sammen, når de afkøles. Som et resultat af dette ændres materialets dimensioner under størkning og afkøling i formhulrummet. Vi er nødt til at designe formhulrummet ved at overveje ekspansionskoefficienten. Generelt har hulrummet større dimensioner end den ønskede del.
h) Modstand mod varm revnedannelse:
Under størkning har det varme metal en meget lav styrke, men det skal krympe, når det afkøles. På grund af temperaturforskelle vil der være belastningsfejl i køledelen. Elasticitetsmodulet bestemmer spændingsniveauet for indre spændinger, der udvikler sig under afkøling. Duktiliteten bestemmer, om der vil opstå en fejl på grund af disse stammefejl. Hvis der opstår spændinger på grund af en eller anden faktor, der begrænser metalets frie sammentrækning, kan metallet muligvis ikke modstå denne belastning, og der vil opstå revner, også kendt som varme tårer. Varmrivning er sandsynligvis mere problematisk i permanente metalforme end i sandforme, der er svage nok, så de kan falde sammen, når støbningen krymper.
i) Krympning:
De fleste metaller ekspanderer ved opvarmning og trækker sig sammen, når de afkøles. Under størkningen vil materialets volumen falde. Hvis der ikke træffes foranstaltninger, vil denne krympning resultere i støbdefekter som "lunker" og porøsitet. Krympegodtgørelse er derfor en af de grundlæggende overvejelser under dimensioneringen af mønstrene. Mængden af krympning er karakteristisk for hvert materiale.
j) Tryktæthed:
Stivningskrympningen i nogle legeringer skaber et betydeligt antal ganske små indre hulrum. I nogle tilfælde tillader disse hulrum, kaldet porøsitet, gasser at passere gennem støbningens væg. Tryktæthed er evnen til at forhindre gasser i at passere igennem.
k) Metallurgisk renhed:
Metallurgisk renhed er vigtig faktor for støbbarhed. Urenheder kan også forårsage lokale spændinger, når materialet størkner, så som følge af denne situation øges varmrivning eller varm revnedannelse. For eksempel er svovllag i stål svage punkter ved varmrivning.
l) Kemisk affinitet:
For en god støbbarhed bør materiale ikke gå i reaktion med sit miljø, som er formen og atmosfæren. Hvis den kemiske affinitet er høj, kan der forekomme oxidation, i nogle tilfælde skal støbeprocessen foretages under kontrolleret atmosfære. Ellers vil støbningskvaliteten blive hårdt påvirket med hensyn til dimensionsstabilitet og intern integritet.
m) Gasopløselighed:
Opløseligheden i et materiale vil falde under størkning og afkøling. Hvis der er gasser i smelten, og hvis de ikke kan undslippe, vil de forårsage porøsitet i støbningen.
n) Damptryk:
Under smeltning og hældning af den flydende metallegering kan nogle elementer fordampe fra smelten, og legeringens kemiske sammensætning kan ændre sig, hvis deres damptryk er for lavt (f.eks. Zink i messing).
kilde: FREMSTILLINGSEGENSKABER FOR ENGINEERING MATERIALS Foredragsnotater af prof. Ahmet Aran http://www2.isikun.edu.tr/personel/ahmet.aran/mfgprop.pdf
