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Difetto di lancio

Un difetto di fusione è un'irregolarità indesiderata in un processo di fusione del metallo. Alcuni difetti possono essere tollerati mentre altri possono essere riparati, altrimenti devono essere eliminati. Sono suddivisi in cinque categorie principali: porosità del gas , difetti di restringimento , difetti del materiale di stampo, difetti di metallo versato e difetti metallurgici .

Terminologia

I termini "difetto" e "discontinuità" si riferiscono a due cose specifiche e separate nei casting. I difetti sono definiti come condizioni in un casting che devono essere corretti o rimossi, oppure il casting deve essere respinto. Le discontinuità, note anche come "imperfezioni", sono definite come "interruzioni nella continuità fisica del casting". Pertanto, se il casting non è perfetto, ma è comunque utile e tollerante, le imperfezioni dovrebbero essere considerate "discontinuità".

tipi

Esistono molti tipi di difetti che derivano da molte cause diverse. Alcune delle soluzioni a determinati difetti possono essere la causa di un altro tipo di difetto.

I seguenti difetti possono verificarsi nei getti di sabbia. La maggior parte di questi si verifica anche in altri processi di fusione.

Difetti di restringimento

Possono verificarsi difetti di restringimento quando il metallo di alimentazione standard non è disponibile per compensare il restringimento quando il metallo spesso si solidifica. I difetti di restringimento avranno un aspetto frastagliato o lineare. I difetti di restringimento si verificano in genere nella parte anteriore o in quella di trascinamento del getto. I difetti di contrazione possono essere suddivisi in due diversi tipi: difetti di contrazione aperti e difetti di contrazione chiusi . I difetti di contrazione aperti sono aperti all'atmosfera, quindi man mano che si forma la cavità di contrazione, l'aria compensa. Esistono due tipi di difetti all'aria aperta: tubi e superfici scavate . I tubi si formano sulla superficie del getto e si nascondono nel getto, mentre le superfici scavate sono cavità poco profonde che si formano attraverso la superficie del getto.

I difetti di ritiro chiusi, noti anche come porosità da ritiro , sono difetti che si formano all'interno del getto. Stagni isolati di forma liquida all'interno di metallo solidificato, che sono chiamati punti caldi . Il difetto di restringimento si forma di solito nella parte superiore dei punti caldi. Richiedono un punto di nucleazione, quindi le impurità e il gas disciolto possono indurre difetti di restringimento chiusi. I difetti sono suddivisi in macroporosità e microporosità (o microsfondamento ), dove la macroporosità può essere vista ad occhio nudo e la microporosità no.

Porosità del gas

La porosità del gas è la formazione di bolle all'interno del getto dopo che si è raffreddato. Ciò si verifica perché la maggior parte dei materiali liquidi può contenere una grande quantità di gas disciolto, ma la forma solida dello stesso materiale non può, quindi il gas forma bolle all'interno del materiale mentre si raffredda. La porosità del gas può presentarsi sulla superficie del getto poiché la porosità o il poro possono essere intrappolati all'interno del metallo, il che riduce la resistenza in quella zona. Azoto, ossigeno e idrogeno sono i gas più riscontrati in caso di porosità del gas. Nelle fusioni di alluminio, l'idrogeno è l'unico gas che si dissolve in quantità significativa, il che può provocare porosità del gas idrogeno. Per la fusione di pochi chilogrammi di peso, i pori hanno generalmente dimensioni da 0,01 a 0,5 mm (da 0,00039 a 0,01969 pollici). Nella fusione più grande possono avere un diametro massimo di un millimetro (0,040 pollici).

Per prevenire la porosità del gas, il materiale può essere fuso sotto vuoto, in un ambiente di gas a bassa solubilità, come argon o anidride carbonica, o sotto un flusso che impedisce il contatto con l'aria. Per ridurre al minimo la solubilità del gas, le temperature del surriscaldamento possono essere mantenute basse. La turbolenza dovuta al versamento del metallo liquido nello stampo può introdurre gas, quindi gli stampi sono spesso aerodinamici per ridurre al minimo tale turbolenza. Altri metodi includono degasaggio sotto vuoto, lavaggio con gas o precipitazione. La precipitazione comporta la reazione del gas con un altro elemento per formare un composto che formerà una scoria che galleggia verso l'alto. Ad esempio, l'ossigeno può essere rimosso dal rame aggiungendo fosforo; alluminio o silicio possono essere aggiunti all'acciaio per rimuovere l'ossigeno. Una terza fonte è costituita dalle reazioni del metallo fuso con grasso o altri residui nello stampo.

L'idrogeno viene prodotto dalla reazione del metallo con umidità o umidità residua nello stampo. L'essiccazione dello stampo può eliminare questa fonte di formazione di idrogeno.

La porosità dei gas a volte può essere difficile da distinguere dal microshrinkage perché anche le cavità del microshrinkage possono contenere gas. In generale, si formeranno microporosità se il getto non viene risorto correttamente o se viene lanciato un materiale con un ampio intervallo di solidificazione. Se nessuno di questi è il caso, molto probabilmente la porosità è dovuta alla formazione di gas.

Piccole bolle di gas sono chiamate porosità, ma bolle di gas più grandi sono chiamate buche o bolle . Tali difetti possono essere causati dall'aria trascinata nella fusione, dal vapore o dal fumo dalla sabbia di colata, o da altri gas dalla fusione o dalla muffa. (I fori del vuoto causati da un restringimento del metallo (vedi sopra) possono anche essere liberamente definiti "fori di scarico"). Le corrette pratiche di fonderia, compresa la preparazione del fuso e la progettazione degli stampi, possono ridurre l'insorgenza di questi difetti. Poiché sono spesso circondati da una pelle di metallo sano, gli sfiatatoi possono essere difficili da rilevare, che richiedono analisi armoniche, ultrasoniche, magnetiche o a raggi X (cioè la scansione CT industriale).

Difetti di metallo versanti

I difetti di versamento del metallo includono errori di rotazione , arresti freddi e inclusioni . Si verifica un errore quando il metallo liquido non riempie completamente la cavità dello stampo, lasciando una porzione non riempita. Gli arresti freddi si verificano quando due fronti di metallo liquido non si fondono correttamente nella cavità dello stampo, lasciando un punto debole. Entrambi sono causati da una mancanza di fluidità nel metallo fuso o da sezioni troppo strette. La fluidità può essere aumentata modificando la composizione chimica del metallo o aumentando la temperatura di colata. Un'altra possibile causa è la contropressione dovuta a cavità dello stampo non correttamente ventilate.

Errori e chiusure a freddo sono strettamente correlati ed entrambi implicano il congelamento del materiale prima che riempia completamente la cavità dello stampo. Questi tipi di difetti sono gravi perché l'area circostante il difetto è significativamente più debole del previsto. La colabilità e la viscosità del materiale possono essere fattori importanti con questi problemi. La fluidità influenza lo spessore minimo della sezione che può essere fuso, la lunghezza massima delle sezioni sottili, la finezza dei dettagli fattibili e l'accuratezza del riempimento delle estremità dello stampo. Esistono vari modi per misurare la fluidità di un materiale, sebbene di solito implichi l'uso di una forma di stampo standard e la misurazione della distanza del materiale. La fluidità è influenzata dalla composizione del materiale, dalla temperatura o intervallo di congelamento, dalla tensione superficiale dei film di ossido e, soprattutto, dalla temperatura di colata. Maggiore è la temperatura di scorrimento, maggiore è la fluidità; tuttavia, temperature eccessive possono essere dannose, portando a una reazione tra il materiale e lo stampo; nei processi di fusione che utilizzano un materiale di stampo poroso, il materiale può persino penetrare nel materiale di stampo.

Il punto in cui il materiale non può fluire è chiamato punto di coerenza . Il punto è difficile da prevedere nella progettazione dello stampo perché dipende dalla frazione solida, dalla struttura delle particelle solidificate e dalla velocità di deformazione di taglio locale del fluido. Di solito questo valore varia da 0,4 a 0,8.

Un'inclusione è una contaminazione da metallo di scorie, se solide, o scorie, se liquide. Di solito si tratta di impurità nel metallo versato (generalmente ossidi, meno frequentemente nitruri, carburi o solfuri), materiale che viene eroso da rivestimenti di forni o mestoli o contaminati dallo stampo. Nel caso specifico delle leghe di alluminio, è importante controllare la concentrazione di inclusioni misurandole nell'alluminio liquido e intervenendo per mantenerle al livello richiesto.

Esistono diversi modi per ridurre la concentrazione di inclusioni. Al fine di ridurre la formazione di ossido, il metallo può essere fuso con un flusso, nel vuoto o in atmosfera inerte. Altri ingredienti possono essere aggiunti alla miscela per far galleggiare le scorie nella parte superiore dove può essere scremato prima che il metallo venga versato nello stampo. Se ciò non è pratico, è possibile utilizzare un mestolo speciale che versa il metallo dal fondo. Un'altra opzione è quella di installare filtri ceramici nel sistema di gate. Altrimenti si possono formare cancelli a spirale che agitano il metallo liquido mentre viene versato, forzando le inclusioni più leggere al centro e tenendole fuori dal getto. Se parte delle scorie o delle scorie viene piegata nel metallo fuso, allora diventa un difetto di trascinamento.

Difetti metallurgici

Ci sono due difetti in questa categoria: lacrime calde e punti caldi . Le lacrime calde, note anche come crepe a caldo, sono guasti nella fusione che si verificano mentre la fusione si raffredda. Ciò accade perché il metallo è debole quando è caldo e le sollecitazioni residue nel materiale possono causare il fallimento della fusione mentre si raffredda. Una corretta progettazione dello stampo previene questo tipo di difetto.

I punti caldi sono sezioni di fusione che si sono raffreddate più lentamente del materiale circostante a causa del volume maggiore rispetto a quello circostante. Ciò provoca un restringimento anomalo in questa regione, che può portare a porosità e crepe. Questo tipo di difetto può essere evitato mediante adeguate pratiche di raffreddamento o modificando la composizione chimica del metallo.

Difetti specifici del processo

Pressofusione

Nella pressofusione i difetti più comuni sono travisamenti e chiusure a freddo. Questi difetti possono essere causati da stampi a freddo, bassa temperatura del metallo, metallo sporco, mancanza di sfiato o troppo lubrificante. Altri possibili difetti sono la porosità del gas, la porosità da contrazione, lacrime calde e segni di flusso. I segni di flusso sono segni lasciati sulla superficie del getto a causa di scarso gate, spigoli vivi o lubrificante eccessivo.

Colata continua

Una crepa facciale longitudinale è un tipo specializzato di difetto che si verifica solo nei processi di colata continua. Questo difetto è causato da un raffreddamento irregolare, sia dal raffreddamento primario che da quello secondario, e include qualità di acciaio fuso, come la composizione chimica non conforme alle specifiche, la pulizia del materiale e l'omogeneità.

Colata in sabbia

La colata in sabbia presenta molti difetti che possono verificarsi a causa del cedimento dello stampo. Lo stampo di solito non funziona a causa di uno dei due motivi: viene utilizzato il materiale sbagliato o viene speronato in modo improprio.

Il primo tipo è l' erosione dello stampo , che è l'usura dello stampo mentre il metallo liquido riempie lo stampo. Questo tipo di difetto si verifica in genere solo nei getti di sabbia, poiché la maggior parte degli altri processi di fusione presenta stampi più robusti. I getti prodotti presentano punti ruvidi e materiale in eccesso. La sabbia per stampaggio viene incorporata nel metallo di fusione e diminuisce la duttilità, la resistenza a fatica e la resistenza alla frattura della fusione. Ciò può essere causato da una sabbia con forza insufficiente o una velocità di scorrimento troppo veloce. La velocità di scorrimento può essere ridotta riprogettando il sistema di gate per utilizzare corridori più grandi o più gate. Una fonte correlata di difetti sono le gocce , in cui parte della sabbia di modellamento dalla cappa cade nel getto mentre è ancora un liquido. Ciò si verifica anche quando lo stampo non è correttamente speronato.

Il secondo tipo di difetto è la penetrazione del metallo , che si verifica quando il metallo liquido penetra nella sabbia dello stampaggio. Ciò provoca una finitura superficiale ruvida. Ciò è causato da particelle di sabbia troppo grossolane, mancanza di lavaggio della muffa o temperature di colata troppo elevate. Una forma alternativa di penetrazione del metallo nello stampo nota come venatura è causata da fessurazioni della sabbia.

Se la temperatura di scorrimento è troppo alta o viene utilizzata una sabbia con basso punto di fusione, la sabbia può fondersi con la fusione. Quando ciò accade, la superficie della fusione prodotta ha un aspetto fragile e vetroso.

Si verifica un esaurimento quando il metallo liquido fuoriesce dallo stampo a causa di uno stampo o una boccetta difettosi.

Le croste sono un sottile strato di metallo che è orgoglioso del casting. Sono facili da rimuovere e rivelano sempre una fibbia sottostante, che è una rientranza nella superficie del pezzo fuso. I rattail sono simili alle fibbie, tranne per il fatto che sono rientranze di linea sottile e non associate a croste. Un altro difetto simile sono i pulldown , che sono fibbie che si verificano nel far fronte a getti di sabbia. Tutti questi difetti sono di natura visiva e non sono motivo di raschiare il pezzo. Questi difetti sono causati da temperature di colata eccessivamente elevate o carenze di materiale carbonioso.

Un rigonfiamento si verifica quando la parete dello stampo lascia il posto su un'intera faccia ed è causata da uno stampo impropriamente speronato.

L'ustione si verifica quando gli ossidi metallici interagiscono con le impurità nelle sabbie di silice. Il risultato sono particelle di sabbia incorporate nella superficie della fusione finita. Questo difetto può essere evitato riducendo la temperatura del metallo liquido, usando un lavaggio con muffa e usando vari additivi nella miscela di sabbia.