Aici vă prezentăm un ghid pentru începători pentru turnarea metodei de fabricație a metalelor și termenul de turnabilitate. Secțiunile care acoperă subiectul sunt următoarele:
- Ce este castingul?
- Ce este turnarea cu nisip?
- Ce este turnarea sub presiune?
- Definiția castabilității.
- Proprietăți materiale care afectează castabilitatea.
Ce este castingul?
Procesul de turnare: Turnarea este de obicei primul pas în fabricație. La turnare, un material sub formă lichidă este turnat într-o matriță unde se lasă să se solidifice prin răcire (metale) sau prin reacție (materiale plastice). Matrița poate fi umplută de forțe gravitaționale sau sub presiune. Cavitatea matriței este pregătită cu atenție, astfel încât să aibă forma și proprietățile dorite. Cavitatea este de obicei supradimensionată pentru a compensa contracția metalului pe măsură ce se răcește la temperatura camerei. Acest lucru se realizează prin faptul că modelul este supradimensionat. După solidificare, piesa este îndepărtată din matriță. Prin utilizarea metodei de turnare, se pot produce piese mari și complexe.
Ce este turnarea cu nisip?
Turnarea de nisip este folosit pentru a face piese mari (de obicei fier, dar și bronz, alamă, aluminiu). Metalul topit este turnat într-o cavitate de matriță formată din nisip (natural sau sintetic). Cavitatea din nisip este formată prin utilizarea unui model (un duplicat aproximativ al părții reale), care sunt de obicei realizate din lemn, uneori din metal. Cavitatea este conținută într-un agregat adăpostit într-o cutie numită balon. Miezul este o formă de nisip introdusă în matriță pentru a produce caracteristicile interne ale piesei, cum ar fi găurile sau pasajele interne. Miezurile sunt plasate în cavitate pentru a forma găuri ale formelor dorite. Un ridicat este un gol suplimentar creat în matriță pentru a conține material topit excesiv. Într-o matriță din două părți, care este tipică pentru piesele turnate cu nisip, jumătatea superioară, inclusiv jumătatea superioară a modelului, balonului și miezului se numește cope, iar jumătatea inferioară se numește rezistență. Linia de despărțire sau suprafața de despărțire este linia sau suprafața care separă cope-ul și trageți. Piesele turnate cu nisip au în general o suprafață rugoasă uneori cu impurități de suprafață și variații de suprafață.
Ce este turnarea sub presiune?
În Die-casting metalul este injectat în matriță sub presiune ridicată. Acest lucru are ca rezultat o parte mai uniformă, o bună suprafață în general bună și o precizie dimensională bună. Pentru multe piese, post-prelucrarea poate fi complet eliminată sau poate fi necesară prelucrarea foarte ușoară pentru a aduce dimensiunile la dimensiune. Matrițele turnate sub presiune (denumite matrițe în industrie) tind să fie scumpe deoarece sunt fabricate din oțel întărit sau alte materiale cu înaltă rezistență refractară - de asemenea, durata ciclului de construcție a acestora tinde să fie lungă. Prin urmare, turnarea sub presiune este o alegere bună pentru cantități mari (producție de masă), în timp ce crește prea mult cheltuielile pentru cantități mici. Mai mult, metalele mai puternice și mai dure, cum ar fi fierul și oțelul, nu pot fi turnate sub presiune. Materialele cu puncte de topire relativ scăzute precum aliajele de aluminiu, zinc și cupru sunt materialele utilizate în principal (în principal) la turnare sub presiune. Turnarea sub presiune este limitată la piese mai mici de până la 25 kg.
Ce este Castability?
Castabilitate: Castabilitatea este un termen care reflectă ușurința cu care un metal poate fi turnat într-o matriță pentru a obține o turnare fără defecte. Turnabilitatea depinde de proiectarea piesei și de proprietățile materialului. Aici ne vom concentra doar asupra proprietăților materialului, care afectează turnabilitatea.
Proprietăți materiale care afectează turnabilitatea:
a) Temperatura de topire (sau intervalul de temperatură):
Temperatura de topire este o proprietate importantă a materialului pentru turnabilitate. La turnare, în general se doresc puncte de topire scăzute, deoarece punctele de topire scăzute necesită mai puțină energie pentru a topi materialul. Temperatura de turnare trebuie să fie mai mare decât temperatura de topire. Temperatura de turnare trebuie, de asemenea, ajustată în funcție de tehnica de turnare și de complexitatea turnării. Temperatura de turnare determină și fluiditatea materialelor. Pentru o fluiditate ridicată, trebuie să alegem o temperatură de turnare mai mare. În plus, punctul de topire influențează și selectarea materialului matriței. Dacă temperatura de topire este prea mare, materialul matriței trebuie să fie mai refractar și probabil scump. Punctul de topire scăzut este, de asemenea, important pentru o durată lungă de viață a matrițelor. Metalele pure și aliajele eutectice se topesc și se solidifică la temperatură constantă. Aliajele au în majoritate un domeniu de solidificare și, de asemenea, solidele amorfe (inclusiv mulți polimeri) nu au un punct de topire ascuțit. Pentru o bună turnabilitate a unui aliaj metalic, domeniul de solidificare trebuie să fie mic. Dacă intervalul de temperatură în care fazele lichide și solide sunt prezente atât foarte ridicate, va apărea microsegregarea și microporozitatea. Acesta este motivul pentru care aliajele eutectice (solidificare la temperatură constantă) sunt preferate pentru aliajele de turnare.
Temperaturile de topire ale unor metale și aliaje
Temperaturile de topire ale unor metale și aliaje
b) Fluiditate:
Este o măsură a cât de bine va curge lichidul și va umple o cavitate de mucegai. Cavitățile turnate în formă complexă necesită cea mai bună fluiditate. Același lucru se aplică și procesului de turnare, care folosește matrițe care includ rate de răcire rapide, cum ar fi procesul de matriță metalică permanentă. Fluiditatea slabă este mai puțin îngrijorătoare atunci când metalul este turnat prin tencuială sau prin procedeele de turnare cu investiții (răcire mai lentă!) Fluiditatea nu este doar o proprietate a materialului, este afectată și de temperatura turnării, tipul matriței, temperatura matriței etc. Există teste tehnologice speciale pentru determina fluiditatea in anumite conditii.
c) Căldură latentă de fuziune:
Căldura latentă de fuziune este căldura necesară pe unitate de masă pentru a schimba starea materialelor într-o altă stare, adică de la solid la lichid. Pentru metalele pure această căldură este absorbită la temperatură constantă. Când trecerea de la o stare la alta are loc într-un interval de temperatură, nu este adecvat să se definească o căldură latentă de fuziune.
d) Căldură specifică:
Căldura specifică (c) este cantitatea de energie utilizată pentru a crește temperatura de 1 kg material cu 1 ° C (K). În procesul de turnare, în general se dorește căldură specifică scăzută, deoarece căldura specifică scăzută are ca rezultat o necesitate de energie scăzută pentru a atinge temperatura de topire. Căldura specifică afectează, de asemenea, diferența dintre temperatura de topire și temperatura de turnare. Atunci când materialele au căldură specifică ridicată, diferența dintre temperatura de topire și temperatura de turnare poate fi mai mică, deoarece materialele cu căldură specifică ridicată nu se răcesc foarte ușor, deoarece cantitatea de energie care trebuie îndepărtată pentru răcire este mare.
e) Conductivitate termică:
Coeficientul de conductivitate termică afectează rata de răcire. De asemenea, determină gradientul de temperatură și tensiunile interne datorate diferențelor de temperatură. Deoarece în timpul solidificării, dacă unele părți ale materialului se răcesc rapid și alte părți ale materialului rămân fierbinți, vor exista diferențe de contracție și, ca urmare, se pot dezvolta tensiuni interne sau unele fisuri în material. Viteza de răcire poate afecta, de asemenea, transformarea fazei și microstructura unui material (de exemplu, transformarea martensitei în oțel)
f) Difuzivitate termică :
Transferul de căldură într-o turnare solidificată nu este starea de echilibru. Deci, este realist să luăm în considerare mai degrabă difuzivitatea decât conductivitatea. Este o măsură a vitezei la care o perturbare a temperaturii într-un punct al unui corp se deplasează într-un alt punct.
g) Coeficientul de extindere:
Metalele se extind la încălzire și se contractă la răcire. Ca urmare, dimensiunile materialului se schimbă în timpul solidificării și răcirii în cavitatea matriței. Trebuie să proiectăm cavitatea matriței luând în considerare coeficientul de expansiune. În general, cavitatea are dimensiuni mai mari decât partea dorită.
h) Rezistență la crăparea la cald:
În timpul solidificării, metalul fierbinte are o rezistență foarte mică, dar trebuie să se micșoreze pe măsură ce se răcește. Datorită diferențelor de temperatură, vor exista nepotriviri ale deformării în partea de răcire. Modulul de elasticitate determină nivelul de solicitare a tensiunilor interne care se dezvoltă în timpul răcirii. Ductilitatea determină dacă va apărea o defecțiune din cauza acestor nepotriviri ale tulpinii. Dacă se produc solicitări din cauza unui factor care limitează contracția liberă a metalului, este posibil ca metalul să nu poată rezista acestei solicitări și vor apărea fisuri, cunoscute și sub denumirea de lacrimi fierbinți. Este posibil ca ruperea la cald să fie mai problematică în matrițele metalice permanente decât în matrițele de nisip care sunt suficient de slabe pentru a se putea prăbuși pe măsură ce turnarea se micșorează.
i) Contracție:
Majoritatea metalelor se extind la încălzire și se contractă la răcire. În timpul solidificării, volumul materialului va scădea. Dacă nu se iau nici o măsură, această micșorare va duce la defecte de turnare precum „lunker” și porozitate. Alocația de contracție este, prin urmare, una dintre considerațiile de bază în timpul dimensionării tiparelor. Cantitatea de contracție este caracteristică pentru fiecare material.
j) Etanșeitatea la presiune:
Contracția solidificării în unele aliaje creează un număr semnificativ de goluri interne destul de mici. În unele cazuri, aceste goluri, numite porozitate, permit trecerea gazelor prin peretele turnării. Etanșeitatea la presiune este capacitatea de a împiedica trecerea gazelor.
k) Puritate metalurgică:
Puritatea metalurgică este un factor important pentru turnabilitate. Impuritățile pot provoca, de asemenea, tensiuni locale atunci când materialul se solidifică, astfel încât, ca urmare a acestei situații, creșterea sfâșierii la cald sau a fisurării la cald. De exemplu, în oțel straturile de sulf sunt puncte slabe pentru rupere la cald.
l) Afinitate chimică:
Pentru o bună turnabilitate, materialul nu trebuie să intre în reacție cu mediul său, care este matrița și atmosfera. Dacă afinitatea chimică este ridicată poate apărea oxidare, în unele cazuri procesul de turnare trebuie realizat în atmosferă controlată. În caz contrar, calitatea turnării va fi grav afectată în ceea ce privește stabilitatea dimensională și integritatea internă.
m) Solubilitatea gazului:
Solubilitatea într-un material va scădea în timpul solidificării și răcirii. Dacă gazele sunt prezente în topitură și dacă nu pot scăpa, vor provoca porozitate în turnare.
n) Presiunea vaporilor:
În timpul topirii și turnării aliajului metalic lichid, unele elemente se pot evapora din topitură și compoziția chimică a aliajului se poate modifica dacă presiunea lor de vapori este prea mică (de exemplu, zincul în alamă).
Sursa: PROPRIETĂȚI DE FABRICAȚIE A MATERIALELOR INGINERICE Note de curs ale prof. Ahmet Aran http://www2.isikun.edu.tr/personel/ahmet.aran/mfgprop.pdf
