Kilka wskazówek dotyczących zapewniania stałej jakości odlewów odśrodkowych
z krótkich matryc chłodzonych powietrzem
Wstęp:
Idealnym systemem do produkcji płytek rowkowych Ni-Resist są maszyny do odlewania odśrodkowego typu karuzelowego z jak najdłuższymi matrycami i wyposażone w automatyczną kontrolę prędkości obrotowej, temperatury i czasu cyklu. Renomowani producenci dużych ilości zazwyczaj używają matryc 2-metrowych. Zastosowano czasowe chłodzenie wodą, aby zapewnić jednolitą temperaturę matrycy od końca do końca.
W przypadku produkcji odlewów na własne potrzeby lub przechodzenia do tanich dostawców, maszyny do odlewania odśrodkowego mają zwykle krótkie matryce o długości 300 mm bez chłodzenia wodą. Kontrola mikrostruktury staje się trudniejsza, szczególnie na tylnym końcu doniczek z powodu szybszego krzepnięcia. Przód garnka dłużej pozostaje gorący, będąc bliżej gorącego metalu wlewanego na tym końcu.
Aby zapewnić wysoką jakość i spójność mikrostruktury wkładów wykonanych z takich doniczek, od jednego końca do drugiego, w procesie produkcyjnym należy ściśle przestrzegać kilku prostych zasad.
Przygotowanie stopu:
Surowce wejściowe:
Wysoki procent niklu w tym materiale wymaga wydajnego pieca do topienia i mieszania o odpowiedniej wydajności. Najlepiej nadaje się do tego celu piec indukcyjny z częstotliwością sieciową o minimalnej pojemności 500-kg, a najlepiej o pojemności 1000-kg.
Surowce wejściowe muszą mieć odpowiednią czystość. Pierwiastki węglikotwórcze, takie jak Mo, Va, Ti i W, powinny być utrzymywane w śladowych ilościach. Uwaga: Wiele komercyjnych surówek zawiera duże ilości Mo i Ti. Pożądane jest, aby w ostatecznej wkładce elementy te były kontrolowane w następujących granicach:
Mo > 0,05 procent
Ti > 0,04 procent
W > 0,02 procent
Va > 0,02 procent
Złom stalowy jest źródłem niepożądanych pierwiastków, które mogą powodować nieprzewidywalne problemy w materiałach ni-rezystywnych. Złom stali powinien być w miarę możliwości ograniczony do maksymalnie 10 procent wsadu oraz o znanym pochodzeniu i składzie.
Wióry i wytaczania powinny być również utrzymywane na jak najniższym poziomie, jeśli nie można ich całkowicie uniknąć. Pożądane jest, aby ograniczyć je do maksymalnie 60 procent i powinny być suche i czyste.Równomierne mieszanie wiórów w stopie jest trudne. Straty niektórych pierwiastków z wiórów są wysokie i istnieje ryzyko uwięzienia powietrza i wodoru w wiórach, które sprzyjają powstawaniu złego grafitu i gruboziarnistych/zlepionych węglików.
Siarka w stopie jest niezbędna w wąskim zakresie. Aby uzyskać pożądaną twardość, należy ją utrzymywać na poziomie 0,06%. Wyższa zawartość siarki powoduje problemy z mikrostrukturą.
Ekwiwalent węgla:
Wiadomo, że ekwiwalent węgla (CE) jest parametrem krytycznym dla żeliwa. Czynnik ten odgrywa istotną rolę w rodzaju mikrostruktury powstającej w odlewie. Jest ona ściśle powiązana z szybkością krzepnięcia, na którą z kolei mają wpływ przekroje odlewów i temperatury.
Ogólną konwencją jest obliczanie wartości CE zgodnie ze stosunkiem objętości do powierzchni (V/S) odlewu. W przypadku odlewów 3-wymiarowych, które mają różne przekroje, jest to bardzo trudne. Naczynia wirówkowe, choć 3- wymiarowe, mają jednak symetryczny przekrój na całej długości, a zatem V/S można dla nich obliczyć, jak pokazano w następującym wzorze:
Stosunek objętości do powierzchni V/S
V/S = ( D2 - d2 ) H / 4 ( DH plus dH plus ( D2 - d2 ) / 2 )
Gdzie, D=Średnica zewnętrzna ( OD ) garnka odlewanego odśrodkowo
d=Wewnętrzna średnica ( ID ) garnka odlewanego odśrodkowo
H=Wysokość garnka odlewanego odśrodkowo
Lepszym współczynnikiem dla garnka odlewanego odśrodkowo byłby stopień nasycenia, który jest określony wzorem:
Stopień nasycenia Sc :
;
gdzie C, Si i Ni są rzeczywistymi wartościami w procentach wagowych
Dla naszych zastosowań pożądana wartość Sc = 0,80 - 0,95
Zainstalowanie miernika CE w piecu umożliwi ściślejszą i szybszą kontrolę zawartości węgla i krzemu w metalu przed odlewaniem garnków.
Zalecany zakres C, Si & Mn po inokulacji:
Węgiel: 2,70 – 2,80 proc
Krzem: 2,10 – 2,20 proc
Mangan: 1,20 – 1,30 proc
Topienie:
Ważne jest, aby rozwarstwić ładowanie wsadu do pieca w celu optymalnego wymieszania dużej ilości niklu i miedzi w materiale Ni-Resist. Pożądana sekwencja ładowania materiału wejściowego to najpierw zmiana 50 procent surówki plus złom, a kiedy się topi, dodanie niklu, miedzi, stopów żelaza, węgla, a na koniec uzupełnienie 50 procent surówki.
Węgiel powinien być utrzymywany na początku w kąpieli na poziomie 2,75 - 2,80 procent, Ni na poziomie 14,{4}} procent, Krzem na poziomie 1,8 – 1,9 procent, Chrom na poziomie 1,15 –1,2 procent, Mn na poziomie 1,2 – 1,25 procent
Rola węglika krzemu:
SiC odgrywa znaczącą rolę w zapewnieniu odpowiednich miejsc zarodkowania w stopie. Dlatego SiC powinien stanowić część pierwotnego obliczenia uzupełnienia ładunku. Dalsze dodatki SiC są potrzebne tuż przed przegrzaniem stopu, po sprawdzeniu i zatwierdzeniu chemii; a także po opróżnieniu co kilka kadzi, aby zrekompensować ubytek węgla. Pomoże to zapewnić ścisłe limity zawartości węgla, a tym samym bardziej spójną CE i mikrostrukturę.
Zalecana ilość SiC w uzupełnieniu wsadu to 0,25% całkowitego wsadu wraz z dodatkami stopowymi dodanymi do wsadu. Ten dodatek jest wliczany do uzupełnienia ładunku dla węgla i krzemu. Gdy stop osiągnie temperaturę 14{5}}0C, skład chemiczny jest sprawdzany, w razie potrzeby wprowadzane są poprawki i ponownie sprawdzane. Po zatwierdzeniu składu chemicznego dodaje się kolejne 0,1 procent SiC i natychmiast doprowadza się piec do pełnego ustawienia i stop jest przegrzewany do temperatury roboczej (ogólnie 1480 –1500 C, w zależności od spodziewanego spadku temperatury do czasu wlewanie do matrycy jest zakończone z każdej kadzi) i rozpoczyna się stukanie do odpowiednio nagrzanej kadzi.
Dodawanie SiC musi odbywać się również w regularnych odstępach czasu podczas cyklu zalewania w celu uzupełnienia strat węgla. Aby ocenić dokładne wymagania dotyczące ilości i czasu dodawania SiC dla danej konfiguracji topienia i warunków pracy, najlepiej jest przeprowadzić kilka ściśle monitorowanych wytopów pod kątem spadku węgla w czasie. W trybie ciągłej produkcji sprawdzenie zawartości węgla w każdej opróżnianej kadzi dostarczy wystarczających danych do określenia, kiedy węgiel spada o więcej niż 0,05 procent, na którym etapie należy dodać obliczoną ilość SiC do pieca i pozostawiono do spożycia na kilka minut przed wystukaniem wzmocnienia.
Napełnianie kadzi i zaszczepianie:
Przed wprowadzeniem jakiejkolwiek kadzi do obszaru produkcyjnego należy ją dokładnie ogrzać, tak aby wykładzina była całkowicie sucha i jak najgorętsza przy używanym płomieniu palnika. Końcowe nagrzewanie na początku zmiany i po przerwie należy wykonać poprzez ponowne napełnienie roztopionym metalem z pieca. Aby doprowadzić kadź do minimalnej wymaganej temperatury 750C, zanim metal zostanie opuszczony do użytku, może być konieczne więcej niż jedno ponowne napełnianie. Aby upewnić się, że temperatura jest odpowiednia, należy użyć pirometru kontaktowego.
Teoretycznie materiały o wysokiej zawartości Ni są samozaszczepiające. Jednak dla naszych sekcji odlewów odśrodkowych i sztywnych kontroli mikrostruktury pożądane i konieczne jest wykonanie inokulacji w kadzi jak najbliżej czasu zalewania. Zakres roboczy inokulacji żelazokrzemem wysokiej jakości (75 procent) jest obliczony dla doprowadzenia 0,20 do 0,25 procenta pochłaniania Si. Zaleca się, aby nie używać konwencjonalnych modyfikatorów żeliwa, takich jak superseed, w tym materiale ze względu na interferencję strontu.
Wprowadzenie pierwiastków ziem rzadkich pomoże naszej mikrostrukturze. Można zbadać możliwość zastosowania lepszego modyfikatora RESEED z cerem.
Również kontrolowana ilość Nickel-Mag wprowadzana z modyfikatorem może mieć bardzo dobry wpływ na uniknięcie schłodzonego grafitu.
Umiera:
Projekt:
Kontrolowane chłodzenie wodą jest idealne do zapewnienia jednolitej temperatury matrycy od jednego końca do drugiego. Jeśli jednak wprowadzenie chłodzenia wodnego jest trudne, spróbuj wykonać chłodzenie matrycy powietrzem pod odpowiednią osłoną z wlotem z przodu i wylotem gorącego powietrza z tyłu.
Ponieważ problem skrawalności ogranicza się głównie do płytek tylnego końca, wskazane jest zbadanie mikrostruktury płytek tylnego końca i określenie minimalnego odcięcia potrzebnego do zapewnienia, że do produkcji trafią tylko płytki o dobrej mikrostrukturze. W przypadku naturalnie chłodzonych powietrzem krótkich matryc o długości 300 mm zazwyczaj wymagane jest odcięcie co najmniej 40- mm.
Na dłuższą metę długość doniczek należy zwiększyć o 30 – 35mm poprzez wykonanie nowych zaślepek tylnych. Umożliwi to jeszcze większe odcięcie bez uszczerbku dla liczby wkładek wycinanych z każdej doniczki.
Bardziej optymalnym rozwiązaniem jest przeprojektowanie tych matryc tak, aby zajmowały doniczkę o długości 600 mm, dzięki czemu wydajność wzrasta nawet przy odcięciu 50 mm na tylnym końcu.
Izolacja:
Wiele krótkich matryc wykorzystuje suche materiały izolujące w ID, które działają jako izolacja i separator. Istnieją lepsze materiały do izolacji przeciwwilgociowej, które dawałyby lepszą ochronę przed wychłodzeniem.
Pożądane jest również izolowanie przedniego i, jeśli to możliwe, tylnego kołnierza matryc.
Powierzchnia ID matrycy nie powinna być niższa niż 300C w dowolnym momencie podczas użytecznej produkcji. Aby to zapewnić, przy każdej matrycy powinien znajdować się pirometr kontaktowy.
Na początku każdej zmiany i po każdej przerwie należy wlać 1 lub więcej atrap garnków w zależności od potrzeb, aby temperatura matrycy na ID przekraczała 300C.
W miarę kontynuowania produkcji temperatura matrycy będzie stopniowo wzrastać i stabilizować się na poziomie 450 – 500 C. Jest to optymalna temperatura dla krótkich, naturalnie chłodzonych matryc.
Dokumentacja:
Niezbędne jest ciągłe monitorowanie wszystkich parametrów oraz prowadzenie odpowiednich i dokładnych zapisów.
Na etapach rozwoju rozsądne jest również utrzymywanie zapisów dotyczących węgla i krzemu dla każdej kadzi i opracowanie na tej podstawie programu dodawania SiC.
Kontrolę mikrostruktury należy przeprowadzać tak często, jak to możliwe/niezbędne, na ostatniej użytecznej wkładce wyciętej z tylnego końca garnka, aż do całkowitego ustabilizowania się parametrów odlewania i ścinania.
