Nekaj nasvetov za zagotavljanje dosledne kakovosti centrifugalnih ulitkov
iz kratkih zračno hlajenih matric
Uvod:
Za proizvodnjo vložkov z utori Ni-Resist je idealen sistem centrifugalnih livarskih strojev tipa vrtiljak s čim daljšimi matricami in opremljenimi s samodejnim nadzorom števila vrtljajev, temperature in časa cikla. Priznani proizvajalci velikih količin običajno uporabljajo 2-matrice za merilnike. Za zagotovitev enakomerne temperature matrice od konca do konca je uporabljeno časovno vodno hlajenje.
Pri proizvodnji lastnih ulitkov ali prehodu k nizkocenovnim dobaviteljem imajo običajno uporabljeni centrifugalni livarski stroji kratke matrice dolžine 300 mm brez vodnega hlajenja. Nadzor nad mikrostrukturo postane težji, zlasti na zadnji strani loncev zaradi hitrejšega strjevanja. Sprednja stran lonca ostane dlje vroča, saj je bližje vroči kovini, ki se vlije na tem koncu.
Da bi zagotovili visoko kakovost in konsistentnost mikrostrukture vložkov, proizvedenih iz takih loncev, od enega konca do drugega, je treba v proizvodnem procesu dosledno upoštevati nekaj preprostih principov.
Priprava taline:
Vhodne surovine:
Visok odstotek niklja v tem materialu zahteva učinkovito talilno in mešalno peč ustrezne zmogljivosti. Najbolj primerna za ta namen je indukcijska peč z omrežno frekvenco z zmogljivostjo najmanj 500-Kg in po možnosti 1000-Kg.
Vhodne surovine morajo biti primerne čistosti. Elemente, ki tvorijo karbid, kot so Mo, Va, Ti in W, je treba ohraniti v sledovih. Pozor: Številni komercialni likalniki vsebujejo visoko vsebnost Mo in Ti. Zaželeno je, da so v končnem vložku ti elementi nadzorovani v naslednjih mejah:
Mo > 0,05 odstotka
Ti > 0,04 odstotka
W > 0,02 odstotka
Va > 0,02 odstotka
Odpadno jeklo je vir odpadnih elementov, ki lahko povzročijo nepredvidljive težave pri materialih, odpornih na Ni. Jekleni odpadki morajo biti omejeni na največ 10 odstotkov napolnjenosti, kolikor je to mogoče, ter iz znanega vira in sestave.
Ostružkov in vrtin naj bo čim manj, če se jim ne morete povsem izogniti. Zaželeno je, da jih omejite na največ 60 odstotkov in morajo biti suhi in čisti.Enakomerno mešanje sekancev v talini je težko. Izgube določenih elementov iz čipov so velike in obstaja nevarnost ujetja zraka in vodika v čipe, ki spodbujata slab grafit in grobe/gručaste karbide.
Žveplo v talini je potrebno v ozkem obsegu. Za doseganje želene trdote naj bo približno 0,06 odstotka. Višja vsebnost žvepla povzroča težave z mikrostrukturo.
Ekvivalent ogljika:
Ekvivalent ogljika (CE) je znan kot kritični parameter za litine. Ta dejavnik ima pomembno vlogo pri vrsti mikrostrukture, ki se razvije v ulitku. Tesno je medsebojno povezana s hitrostjo strjevanja, na katero pa vplivajo prečni prerezi ulitkov in temperature.
Splošna konvencija je, da se vrednost CE izračuna glede na razmerje prostornina/površina (V/S) ulitka. Za 3-dimenzionalne ulitke, ki imajo različne prereze, je to zelo težko. Centrifugalni lonci imajo 3-dimenzionalne dimenzije, vendar imajo simetričen presek po vsej dolžini, zato se V/S zanje lahko izračuna, kot je prikazano v naslednji formuli:
Razmerje prostornina/površina V/S
V/S = ( D2 - d2 ) H / 4 (DH plus dH plus (D2 - d2 ) / 2 )
Kjer je D=zunanji premer (OD) centrifugalne litine
d=Notranji premer (ID) lonca centrifugalne litine
H=Višina lonca centrifugalne litine
Boljši faktor za centrifugalno lito posodo bi bila stopnja nasičenosti, ki je podana s formulo:
Stopnja nasičenosti Sc :
;
kjer so C, Si in Ni dejanske vrednosti v masnih odstotkih
Za naše aplikacije je želena vrednost Sc = 0,80 - 0,95
Namestitev merilnika CE na peč bo omogočila strožji in takojšnji nadzor nad vsebnostjo ogljika in silicija v kovini pred ulivanjem loncev.
Priporočeno območje C, Si & Mn po inokulaciji:
Ogljik: 2,70 – 2,80 odstotka
Silicij: 2,10 – 2,20 odstotka
Mangan: 1,20 – 1,30 odstotka
Taljenje:
Za optimalno mešanje velike količine niklja in bakra v Ni-Resist materialu je pomembno stratificirati polnjenje v peč. Zaželeno zaporedje polnjenja vhodnega materiala je, da se najprej spremeni 50 odstotkov surovega železa plus odpadno železo, in ko se le ta stopi, se dodajo nikelj, baker, fero zlitine, ogljik in na koncu dolije preostalih 50 odstotkov surovega železa.
Ogljik naj bo na začetku v kopeli pri 2.75 - 2.80 odstotkih, Ni pri 14.5 -15 odstotkih, silicij pri 1,8–1,9 odstotkih, krom pri 1,15–1,2 odstotka, Mn pri 1,2–1,25 odstotkov
Vloga silicijevega karbida:
SiC ima pomembno vlogo pri zagotavljanju ustreznih nukleacijskih mest v talini. Zato bi moral SiC biti del prvotnega izračuna dopolnjevanja naboja. Nadaljnji dodatki SiC so potrebni tik pred pregrevanjem taline, ko je kemija preverjena in odobrena; in tudi po vsakih nekaj zajemalkah, da se kompenzira izčrpavanje ogljika. To bo pomagalo zagotoviti tesne meje za vsebnost ogljika in s tem bolj dosledno CE in mikrostrukturo.
Priporočena količina SiC v sestavi polnila je 0,25 odstotkov celotnega polnjenja skupaj z legirnimi elementi, dodanimi polnilu. Ta dodatek se vračuna v dopolnitev naboja za ogljik in silicij. Ko talina doseže temperaturo 1400C, se preveri kemija in po potrebi uporabijo popravki ter ponovno preverijo. Ko je kemija odobrena, se doda nadaljnjih 0,1 odstotka SiC in takoj se peč postavi na polno nastavitev, talina pa se pregreje na delovno temperaturo (običajno 1480–1500 C, odvisno od pričakovanega padca temperature do trenutka, ko vlivanje v matrico je končano iz vsake zajemalke) in začne se točenje v ustrezno predhodno segreto zajemalko.
SiC je treba dodajati tudi v rednih intervalih med ciklom vlivanja za dopolnitev izgub ogljika. Da bi ocenili natančno zahtevo po količini in časovnem razporedu dodatkov SiC za dano nastavitev taljenja in delovne pogoje, je najbolje izvesti več natančno nadzorovanih segrevanj za padec ogljika s časom. V neprekinjenem proizvodnem načinu bo preverjanje vsebnosti ogljika v vsaki izpušni posodi dalo dovolj podatkov za določitev, kdaj ogljik pade za več kot 0.05 odstotkov, na kateri stopnji je treba v peč dodati izračunano količino SiC in dovoljeno zaužiti nekaj minut pred izločanjem dobička.
Polnjenje zajemalke in inokulacija:
Preden kateri koli lonec namestimo v proizvodno območje, ga je treba temeljito segreti, tako da je obloga popolnoma suha in čim bolj vroča z uporabo plamena gorilnika. Končno segrevanje na začetku izmene in po odmoru je treba opraviti s ponovnim polnjenjem s staljeno kovino iz peči. Morda bo potrebno več kot eno ponovno polnjenje, da se lonec segreje na minimalno zahtevano temperaturo 750 C, preden se kovina začne uporabljati. Uporabite kontaktni pirometer, da zagotovite pravilno temperaturo.
Teoretično so materiali z visoko vsebnostjo Ni samocepljivi. Vendar pa je za naše odseke centrifugalnih ulitkov in toge kontrole mikrostrukture zaželeno in potrebno narediti cepivo v loncu čim bližje času vlivanja. Območje delovanja za inokulacijo z visokokakovostnim fero silicijem (75 odstotkov) je izračunano za doseganje 0.20 do 0,25 odstotka pobiranja Si. Priporočljivo je, da v tem materialu ne uporabljate običajnih inokulantov iz litega železa, kot je nadomestno seme, zaradi motenj stroncija.
Uvedba redkih zemelj bo pomagala naši mikrostrukturi. Raziskati je mogoče možnost uporabe boljšega cepiva RESEED s cerijem.
Tudi nadzorovana količina Nickel-Mag, vnešena z inokulantom, lahko zelo dobro vpliva na preprečevanje ohlajenega grafita.
Matrice:
Oblikovanje:
Nadzorovano vodno hlajenje je idealno za zagotavljanje enakomerne temperature matrice od enega konca do drugega. Če pa je vnos vodnega hlajenja težaven, poskusite z izvedljivostjo zračnega hlajenja matrice pod ustreznim plaščem z vstopom spredaj in izhodom vročega zraka zadaj.
Ker je težava z obdelovalnostjo večinoma omejena na zadnje ploščice, je priporočljivo preučiti mikrostrukturo zadnjih ploščic in določiti najmanjšo mejo, ki je potrebna za zagotovitev, da pridejo v proizvodnjo samo ploščice z dobro mikrostrukturo. Za naravno zračno hlajene kratke matrice dolžine 300 mm je običajno zahtevana meja najmanj 40- mm.
Dolgoročno je treba dolžino loncev povečati za 30 – 35 mm z izdelavo novih zadnjih čepov. To bo omogočilo še večji odrez brez kompromisov pri številu vložkov, izrezanih iz vsakega lonca.
Bolj optimalna rešitev je preoblikovanje teh matric za lonec dolžine 600 mm, pri čemer se produktivnost poveča tudi z rezom 50 mm na zadnjem koncu.
Izolacija:
Veliko kratkih matric uporablja suhe žaljive materiale v ID, ki delujejo kot izolacija in ločilo. Obstajajo vrhunski materiali za mokro izolacijo, ki bi zagotovili boljšo zaščito pred mrazom.
Prav tako je zaželeno izolirati sprednje in, če je mogoče, zadnje prirobnice matric.
ID površine matrice ne sme biti kadar koli med uporabno proizvodnjo pod 300C. Za zagotovitev tega mora biti pri vsaki matrici pri roki kontaktni pirometer.
Na začetku vsake izmene in po vsakem odmoru je treba po potrebi preliti 1 ali več navideznih posod, da se zagotovi, da je temperatura matrice pri ID nad 300C.
Ko se bo proizvodnja nadaljevala, bo temperatura matrice postopno naraščala in se stabilizirala pri 450–500 C. To je optimalna temperatura za kratke, naravno hlajene matrice.
Zapisi:
Bistvenega pomena je stalno spremljanje vseh parametrov ter vzdrževanje ustreznih in natančnih evidenc.
V razvojnih fazah je smotrno vzdrževati tudi evidence ogljika in silicija za vsak lonec in iz tega razviti program dodajanja SiC.
Kontrolo mikrostrukture je treba izvajati čim pogosteje/potrebno na zadnjem uporabnem vložku, odrezanem z zadnjega konca lonca, dokler se parametri za odlitek in odrez popolnoma ne stabilizirajo.
