I. גורמים לקצב הצטמקות וליקויים בסדקים ביציקות פלדה
1. גורמים לקצב הצטמקות
תכונות פיזיות של מתכות
התפשטות תרמית והתכווצות: במהלך תהליך ההתמצקות והקירור של יציקות פלדה, התנועה התרמית בין האטומים נחלשת והמרחק בין האטומים מופחת בגלל ירידה בטמפרטורה, וכתוצאה מכך התכווצות הנפח של המתכת.
טרנספורמציה של מבנה קריסטל: בתהליך הקירור, מבנה הגביש של פלדה יצוקה ישתנה. הנפחים הספציפיים של מבני קריסטל שונים שונים. לדוגמה, כאשר אוסטניט הופך לפריט ופרליט, הוא ילווה בהצטמצמות נפח.
השפעת תהליך ההתמצקות
הצטמקות נוזלית: בעת קירור מטמפרטורת השפיכה לטמפרטורת ההתמצקות, התכווצות הנפח של מתכת נוזלית עקב ירידה בטמפרטורה. ככל שטמפרטורת השפיכה גבוהה יותר, כך התכווצות הנוזלית גבוהה יותר.
הצטמקות התמצקות: בשלב ההתמצקות, מתכת נוזלית הופכת למצב מוצק. מכיוון שצפיפות המתכת הנוזלית נמוכה מזו של מתכת מוצקה, תתרחש הצטמקות נפח. קצב הצטמקות ההתמצקות קשור להרכב הכימי של פלדה יצוקה. לדוגמה, פלדה יצוקה עם תכולת פחמן גבוהה יש קצב הצטמקות גדול יחסית.
מבנה וגודל יציקה
עובי הקיר: עבה - יציקות מוקפות מתקררות באטיות, קח זמן רב להתמצקות, וקשה יחסית לחידוש מתכת נוזלית, מה שעלול להוביל לקצב הצטמקות גדול. יתר על כן, פגמים כמו חללי הצטמקות ונקבוביות הצטמקות נוצרים בקלות בקירות עבים, המשפיעים עוד יותר על קצב הצטמקות.
מורכבות הצורה: עבור יציקות עם צורות מורכבות, קצב ההצטמקות ישתנה בגלל קצב הקירור הלא אחיד של כל חלק וההגבלה ההדדית במהלך הצטמקות. לדוגמה, עבור יציקות עם - קירות ועבה - חיבורים מקוונים, החלק הדק - חלק מקיר מתקרר במהירות וממצק תחילה, מה שמגביל את הצטמקות של החלק העבה {}}} חלק מקוונים וגורם לקצב התכווצות חריף.
תנאי עובש
קשיחות: לתבנית יש קשיחות גבוהה ותשואה ירודה, אשר יפריעו לכיווץ הליהוק, יגרום ללחץ בתוך הליהוק ויפחית את קצב ההצטמקות בפועל. עם זאת, במקרה זה, הליהוק מועד למומים כמו סדקים.
מוליכות תרמית: לתבנית יש מוליכות תרמית טובה, שתאיץ את קצב הקירור של הליהוק, וגורם למשטח היציקה להתכווץ במהירות ובפנים להתכווץ לאט, מה שעלול להוביל להתכווצות לא אחידה ולהשפיע על קצב הצטמקות.
פרמטרים של תהליכי שפיכה
טמפרטורת שפיכה: טמפרטורת שפכה גבוהה מדי תגדיל את החימום העל של המתכת הנוזלית, וכתוצאה מכך הצטמקות נוזלית מוגברת, ותגדיל גם את הטמפרטורה של התבנית, ותשפיע על קצב הקירור ותהליך ההצטמקות של היציקה.
מהירות שפיכה: אם מהירות השפיכה מהירה מדי, זרימת המתכת המותכת בתבנית תהיה לא יציבה, וגורמת להתחממות יתר מקומית, ותשפיע על תהליך ההתמצקות ואחידות הצטמקות; אם מהירות השפיכה איטית מדי, המתכת המותכת עשויה להתקרר מהר מדי במהלך תהליך המילוי, שאינו תורם לתוסף המתכת הנוזל של הצטמקות.
2. הקשר הסיבתי בין ליקויי סדק לצטמקות ביציקות פלדה
לחץ הצטמקות גורם לסדקים
הבדלי קצב קירור: במהלך תהליך הקירור של יציקות פלדה, לחלקים שונים יש שיעורי קירור שונים בגלל גורמים כמו עובי וצורה. הקיר העבה מתקרר לאט, מתכווץ אחר כך ונמצא במצב מתיחה; הקיר הדק מתקרר במהירות, מתמצק ומתכווץ תחילה ומייצר לחץ מתיחה על הקיר העבה. כאשר לחץ מתיחה זה עולה על גבול הכוח של פלדה יצוקה, יתרחש סדקים.
מתח שלב לשינוי: פלדה יצוקה תעבור שינוי פאזה במהלך קירור, כמו טרנספורמציה של אוסטניט למרטנסייט, והנפח יתרחב. אם החלקים המוצקים שמסביב מגבילים את התרחבות זו, ייווצר לחץ רקמות. העל של לחץ רקמות ומתח הצטמקות מגדיל את האפשרות של סדקים.
חסימת הצטמקות גורמת לסדקים
חסימת עובש ובליבה: אם לעובש ולליבה יש קשיחות גבוהה ותשואה ירודה, היא תפריע להצטמצם של יציקת הפלדה. לדוגמה, בעת שימוש בתבנית מתכת ליציקה, לתבנית המתכת יש קשיחות גבוהה, והיציקה נתונה להתנגדות רבה בעת התכווצות, וזה קל לגרום לריכוז לחץ בתוך היציקה. כאשר הלחץ עולה על חוזק החומר, סדקים יופיעו.
תכנון מבנה יציקה בלתי סביר: אם יש שינויים פתאומיים בעובי הקיר ובזוויות חדות במבנה היציקה, ההצטמקות לא תהיה אחידה. בחלקים אלה לא ניתן לשחרר את הלחץ שנוצר על ידי הצטמקות בצורה חלקה וקל לריכוז, וכתוצאה מכך סדקים.
ליקויי נקבוביות של התכווצות גורמים לסדקים
חללי הצטמקות ונקבוביות הצטמקות: במהלך תהליך ההתמצקות וההצטמקות של יציקות פלדה, אם מתכת הנוזלית לא תוספים מספיק, ייווצרו חללי הצטמקות ונקבוביות הצטמקות. ליקויי נקבוביות אלה יחלישו את אזור הנשיאה היעיל של הליהוק ויגבירו את הלחץ המקומי. בתהליך הקירור או השימוש שלאחר מכן, מתח מרוכז סביב הנקבוביות, וזה קל לגרום לסדקים ולהתרחב.
2. כיצד להפחית את הצטמקות יציקות הפלדה?
לייעל את ההרכב הכימי
התאם את תכולת הפחמן. בהנחת היסוד של עמידה בביצועי הליהוק, להגדיל כראוי את תכולת הפחמן ולהשתמש בהרחבת גרפיטיזציה כדי לפצות על הצטמקות.
הגדלו באופן סביר את תכולת הסיליקון כדי לשפר את נזילות הפלדה המותכת, שתורמת לפיצוי התכווצות במהלך ההתמצקות ומפחיתה את הצטמקות.
לשלוט בתהליך השפיכה
לשלוט בקפדנות בטמפרטורת השפיכה. בהנחת היסוד להבטיח את נזילות הפלדה המותכת, נסה להפחית את טמפרטורת השפיכה ולהפחית את הצטמקות הנוזל.
אופטימיזציה של מהירות השפיכה והשתמשו במהירות מזיגה מתאימה כדי להבטיח שהפלדה המותכת ממלאת את התבנית בצורה חלקה, הימנעות מכדי לכידת הגז וגורמת להתחממות יתר מקומית.
שפר את העיצוב המבני של יציקות
נסה להפוך את עובי הקיר של מדי היציקה במהלך העיצוב, הימנע משינויים פתאומיים בעובי הקיר, והפחית את ההבדל ההצטמצמות הנגרם כתוצאה מקירור לא אחיד.
הגדר מגדלים סבירים בחלקים העבים והגדולים של היציקה כדי לספק מתכת נוזלית מספקת כדי להשלים את הצטמקות.
בחר חומרי יציקה ותהליכים מתאימים
בחר חומרי יציקה עם תשואה טובה, כמו חול שרף, כדי להפחית את חסימת היציקה לצמצום הליהוק.
מחממים מראש את התבנית כדי להפחית את הפרש הטמפרטורה בין היציקה לתבנית, להפוך את תהליך הקירור לאחיד ולהפחתת לחץ הצטמקות.
לחזק את השליטה בתהליך ההתמצקות
השתמש בשיטות קירור מתאימות, כגון הגדרת ברזל קר בתבנית כדי להאיץ את קצב הקירור המקומי של היציקה, להשיג התמצקות רציפה ולקדם את פיצוי ההצטמקות של המתכת הנוזלית.
רטט או מערבבים כראוי את היציקה כדי לשבור את הדנדריטים במתכת המותכת בתחילת ההתמצקות, להגביר את נזילות המתכת הנוזלית ולהקל על פיצוי הצטמקות.
