Nogle tips til at sikre ensartet kvalitet centrifugalstøbegods
fra korte luftkølede matricer
Introduktion:
Til fremstilling af Ni-Resist-rilleindsatse er det ideelle system at have centrifugalstøbemaskiner af karruseltypen med matricer så længe som muligt og udstyret med automatisk styring af omdrejningstal, temperatur og cyklustid. De velrenommerede producenter af store mængder bruger generelt 2-målermatricer. Tidsstyret vandkøling er vedtaget for at sikre ensartet temperatur af matricen fra ende til anden.
Ved fremstilling af faste støbegods eller flytning til lavprisleverandører har de almindeligt anvendte centrifugalstøbemaskiner korte matricer på 300 mm længde uden vandkøling. Kontrol af mikrostruktur bliver vanskeligere, især i den bagerste ende af potterne på grund af hurtigere størkning. Forsiden af gryden forbliver varm længere og er tættere på det varme metal, der hældes i i denne ende.
For at sikre høj kvalitet og konsistens af mikrostrukturen af indsatserne fremstillet af sådanne potter, fra den ene ende til den anden, skal nogle enkle principper følges nøje i produktionsprocessen.
Smelteforberedelse:
Input råvarer:
Den høje procentdel af nikkel i dette materiale kræver en effektiv smelte- og blandeovn med tilstrækkelig kapacitet. Den bedst egnede til dette formål er en netfrekvensinduktionsovn med minimum 500-Kg kapacitet og helst 1000-Kg kapacitet.
De input råvarer skal være af rimelig renhed. Carbiddannende elementer som Mo, Va, Ti og W bør holdes til spor. Forsigtig: Mange kommercielle råjern indeholder høj Mo og Ti. Det er ønskeligt, at disse elementer i den endelige indsats skal kontrolleres inden for følgende grænser:
Mo > 0,05 procent
Ti > 0,04 procent
W > 0,02 procent
Va > 0,02 procent
Stålskrot er en kilde til trampelementer, der kan forårsage uforudsigelige problemer i Ni-resist materialer. Stålskrotet bør så vidt muligt begrænses til max 10 procent af afgiften og af kendt kilde og sammensætning.
Spåner og boringer bør også holdes så lave som muligt, hvis de ikke kan undgås helt. Det er ønskeligt at begrænse disse til max 60 procent og bør være tørre og rene.Det er vanskeligt at blande chips ensartet i smelten. Tabene af visse grundstoffer fra spånerne er store, og der er risiko for luft- og brintfanger i spånerne, hvilket begge fremmer dårlig grafit og grove/klyngede karbider.
Svovl i smelten er nødvendig i et snævert område. Den skal holdes omkring 0,06 procent for at opnå den ønskede hårdhed. Højere svovl forårsager problemer for mikrostrukturen.
Kulstofækvivalent:
Kulstofækvivalenten (CE) er kendt for at være en kritisk parameter for støbejern. Denne faktor spiller en væsentlig rolle i den type mikrostruktur, der udvikles i støbningen. Det er tæt forbundet med størkningshastigheden, som igen er påvirket af støbegodsets tværsnit og temperaturer.
Den generelle konvention er at beregne CE-værdien i henhold til volumen/overflade (V/S) forholdet for et støbegods. For 3-dimensionelle støbninger, som har varierende tværsnit, er dette meget svært. Centrifugalpotterne er, selvom de er 3-dimensionelle, dog af symmetrisk snit i hele længden, og derfor kan V/S beregnes for disse som vist i følgende formel:
Volumen / overfladearealforhold V/S
V/S = ( D2 - d2 ) H / 4 ( DH plus dH plus ( D2 - d2 ) / 2 )
Hvor, D=ydre diameter (OD) af den centrifugale støbte potte
d=Indre diameter (ID ) af den centrifugale støbte gryde
H=Højde på den centrifugalstøbte gryde
En bedre faktor for den centrifugalstøbte potte ville være Mætningsgraden, som er givet ved formlen:
Mætningsgrad Sc :
;
hvor C, Si og Ni er de faktiske værdier i vægtprocent
For vores applikationer er den ønskværdige værdi af Sc = 0,80 - 0,95
Installation af en CE-måler ved ovnen vil muliggøre en strammere og mere umiddelbar kontrol over kulstof- og siliciumindholdet i metallet før støbning af potterne.
Anbefalet område af C, Si & Mn efter podning:
Kulstof: 2,70 – 2,80 procent
Silicium: 2,10 – 2,20 procent
Mangan: 1,20 – 1,30 procent
Smeltning:
Det er vigtigt at stratificere ladningsbelastningen i ovnen for optimal blanding af den store mængde nikkel og kobber i Ni-Resist materiale. Den ønskværdige ladesekvens for inputmateriale er først at skifte 50 procent råjern plus skrot, og når det lige smelter, tilføje nikkel, kobber, ferrolegeringer, kulstof og til sidst fylde op med resten 50 procent råjern.
Kulstof skal holdes ved start i badet ved 2.75 - 2,80 procent, Ni ved 14.5 -15 procent, Silicium ved 1,8 – 1,9 procent, Chrom ved 1,15 –1,2 procent, Mn ved 1,2 – 1,25 procent
Siliciumcarbids rolle:
For at sikre tilstrækkelige nukleeringssteder i smelten spiller SiC en væsentlig rolle. Derfor bør SiC udgøre en del af den oprindelige ladningssammensætningsberegning. Og yderligere SiC-tilsætninger er nødvendige lige før overophedning af smelten, når kemien er kontrolleret og godkendt; og også efter hvert par slev tappet ud, så kulstofnedbrydning kompenseres. Dette vil bidrage til at sikre tætte grænser for kulstofindholdet og dermed en mere konsistent CE og mikrostruktur.
Den anbefalede mængde SiC i ladningssammensætningen er 0,25 procent af den samlede ladning sammen med legeringselementerne tilføjet til ladningen. Denne tilsætning beregnes i ladningssammensætningen for kulstof og silicium. Efter at smelten har nået en temperatur på 1400C, kontrolleres kemien, og korrektioner anvendes om nødvendigt og kontrolleres igen. Når kemien er godkendt, tilsættes yderligere 0,1 procent SiC, og straks bringes ovnen til fuld indstilling, og smelten overophedes til arbejdstemperaturen (generelt 1480 – 1500 C, afhængigt af det forventede temperaturfald på det tidspunkt, hvor hældningen i matricen afsluttes fra hver slev), og udtapningen i en ordentligt forvarmet slev starter.
Tilsætning af SiC skal også ske med regelmæssige intervaller under hældecyklussen for at genopbygge kulstoftabene. For at vurdere det nøjagtige krav til mængde og timing af SiC-tilsætninger for en given smelteopsætning og driftsbetingelser, er det bedst at køre flere nøje overvågede opvarmninger for kulstoffald med tiden. I en fortsat produktionstilstand vil kontrol af kulstofindholdet i hver øse, der tappes, give tilstrækkelige data til at bestemme, hvornår kulstoffet falder af mere end 0.05 procent, hvorefter en beregnet mængde SiC skal tilsættes til ovnen og får lov til at indtage et par minutter, før gevinsten udtages.
Øskefyldning og podning:
Før en øse udsættes til produktionsområdet, skal den opvarmes grundigt, så foringen er helt tør og så varm som muligt med den anvendte brænderflamme. Den endelige opvarmning ved vagtstart og efter en pause skal ske ved påfyldning af det smeltede metal fra ovnen. Det kan være nødvendigt med mere end én omladning for at bringe øsen op på den mindst nødvendige temperatur på 750 C, før metal tappes til brug. Der skal bruges et kontaktpyrometer for at sikre, at temperaturen er rigtig.
Teoretisk set er materialer med højt Ni selv-inokulerende. For vores sektioner af centrifugalstøbegods og de stive kontrolelementer på mikrostruktur er det dog ønskeligt og nødvendigt at lave en podning i øsen så tæt på tidspunktet for hældning som muligt. Driftsområdet for podning med højkvalitets ferrosilicium (75 procent) er beregnet til at bringe 0.20 til 0,25 procent Si-opsamling ind. Det er tilrådeligt ikke at bruge de konventionelle støbejernspodemidler som superseed i dette materiale på grund af interferens fra Strontium.
Introduktion af sjældne jordarter vil hjælpe vores mikrostruktur. Muligheden for at bruge et bedre podemiddel RESEED, med cerium, kan undersøges.
Også kontrolleret mængde af Nikkel-Mag introduceret med podemidlet kan have en meget god effekt på at undgå nedkølet grafit.
dør:
Design:
Kontrolleret vandkøling er ideel til at sikre en ensartet temperatur på matricen fra den ene ende til den anden. Men hvis det er vanskeligt at bringe vandkøling ind, prøv gennemførligheden af luftkøling af matricen under en passende kappe med indløb foran og varm luft ud bagved.
Da bearbejdelighedsproblemet for det meste er begrænset til bagendeindsatserne, er det tilrådeligt at studere mikrostrukturerne af bagendeindsatserne og bestemme den minimale cut-off, der er nødvendig for at sikre, at kun gode mikrostrukturskær kommer i produktion. For naturligt luftkølede korte matricer med en længde på 300 mm kræves generelt en afskæring på mindst 40- mm.
På længere sigt bør grydernes længde øges med 30 – 35 mm ved at lave nye bagende propper. Dette vil muliggøre endnu en større cut-off uden at gå på kompromis med antallet af skær skåret fra hver gryde.
En mere optimal løsning ligger i at re-designe disse matricer til at tage en 600 mm lang potte, hvorved produktiviteten øges selv med en cut-off på 50 mm i bagenden.
Isolering:
Mange korte matricer bruger tørre fornærmende materialer i ID, der fungerer som isolering og en separator. Der er overlegne våde isoleringsmaterialer, som ville give en bedre beskyttelse mod nedkøling.
Det er også ønskeligt at isolere de forreste og om muligt de bagerste flanger på matricerne.
Dysens ID-overflade bør ikke være under 300C på noget tidspunkt under brugbar produktion. Et kontaktpyrometer bør være praktisk ved hver matrice for at sikre dette.
I begyndelsen af hvert skift og efter hver pause, skal der hældes 1 eller flere dummy-gryder efter behov for at sikre, at temperaturen på matricen ved ID er over 300C.
Efterhånden som produktionen fortsætter, vil matricens temperatur stige gradvist og stabilisere sig på 450 – 500 C. Dette er en optimal temperatur for de korte, naturligt afkølede matricer.
Optegnelser:
Det er vigtigt løbende at overvåge alle parametre og vedligeholde korrekte og nøjagtige registreringer.
I udviklingsstadierne er det også fornuftigt at opretholde kulstof- og siliciumregistreringerne for hver slev og udvikle SiC-tilsætningsprogrammet derfra.
Styringen af mikrostrukturen bør udføres så ofte som muligt/nødvendigt på det sidste nyttige skær fra bagenden af en gryde, indtil parametrene for støbning og afskæring er fuldt stabiliseret.
