Làm thế nào để tránh các vết nứt hoặc lỗ rỗng trên vật đúc thép chịu nhiệt trong quá trình đúc?

Giới thiệu
Thép đúc chịu nhiệt được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp như hóa dầu, luyện kim, năng lượng và máy móc, nơi các bộ phận phải chịu được nhiệt độ cao, ứng suất cơ học và môi trường ăn mòn. Tuy nhiên, trong quá trình đúc thường xảy ra các khuyết tật như vết nứt và lỗ rỗng, làm giảm độ bền, độ tin cậy và tuổi thọ của sản phẩm cuối cùng. Các vết nứt có thể do ứng suất nhiệt, tốc độ làm mát không phù hợp hoặc sự phân tách hợp kim, trong khi các lỗ chân lông có thể do bị kẹt khí, co ngót hoặc cấp liệu không đủ. Việc ngăn chặn những khiếm khuyết này đòi hỏi một cách tiếp cận toàn diện bao gồm lựa chọn vật liệu, kiểm soát quy trình, thiết kế khuôn mẫu và các biện pháp xử lý sau.

Thành phần vật liệu và lựa chọn hợp kim
Việc lựa chọn thành phần hợp kim đóng một vai trò quan trọng trong việc giảm khuyết tật đúc. Thép chịu nhiệt thường chứa các nguyên tố như crom, niken và molypden để cải thiện độ ổn định ở nhiệt độ cao. Tuy nhiên, hợp kim hóa quá mức có thể dẫn đến sự phân tách hoặc giòn, góp phần gây ra nứt. Kiểm soát hàm lượng carbon cũng rất quan trọng vì hàm lượng carbon cao hơn có thể làm tăng khả năng xảy ra các vết nứt nóng. Bằng cách cân bằng cẩn thận các nguyên tố hợp kim, nhà sản xuất có thể đạt được hiệu suất mong muốn đồng thời giảm thiểu rủi ro.

Thiết kế khuôn mẫu và hệ thống cấp liệu
Thiết kế khuôn ảnh hưởng trực tiếp đến cách kim loại nóng chảy đông đặc lại, điều này quyết định xem các vết nứt hay lỗ rỗng có hình thành hay không. Vị trí cổng hoặc ống nâng không đúng cách có thể dẫn đến dòng chảy hỗn loạn và bẫy khí, làm tăng sự hình thành lỗ rỗng. Tương tự, công suất ống nâng không đủ có thể gây ra hiện tượng co ngót. Khuôn phải cung cấp khả năng hóa rắn định hướng, đảm bảo kim loại nóng chảy chảy về phía các phần quan trọng cho đến khi quá trình hóa rắn hoàn toàn xảy ra.

Nhiệt độ đổ và tốc độ làm mát
Các vết nứt thường xuất hiện do ứng suất nhiệt trong quá trình làm nguội nhanh, trong khi các lỗ rỗng có thể hình thành nếu khí không được loại bỏ đầy đủ. Duy trì nhiệt độ rót tối ưu giúp cân bằng tính lưu động với độ hòa tan của khí. Quá nhiệt làm tăng khả năng hấp thụ khí, trong khi quá nhiệt làm giảm lưu lượng, dẫn đến việc nạp khí không đầy đủ. Tương tự như vậy, việc làm mát có kiểm soát sẽ ngăn ngừa sự chênh lệch nhiệt độ đột ngột có thể gây ra hiện tượng nứt hoặc rách do nóng.
Hướng dẫn thực tế là theo dõi phạm vi nhiệt độ rót tùy thuộc vào thành phần hợp kim và vật liệu khuôn. Việc làm nóng trước khuôn có kiểm soát cũng giúp duy trì tốc độ làm mát ổn định.

Phương pháp kiểm soát khí và khử khí
Sự tích tụ khí là một trong những nguyên nhân chính gây ra lỗ rỗng trong vật đúc thép. Các nguồn khí bao gồm hydro, nitơ và oxy được hấp thụ trong quá trình tan chảy. Các biện pháp phòng ngừa bao gồm sử dụng vật liệu tích điện sạch, phủ chất trợ dung lên bề mặt kim loại nóng chảy và áp dụng phương pháp khử khí chân không hoặc khí trơ. Các kênh thông hơi hiệu quả trong khuôn giúp khí thoát ra trong quá trình đổ khuôn.

Làm nóng trước và kiểm soát căng thẳng
Làm nóng khuôn trước và duy trì nhiệt độ ổn định giúp giảm sốc nhiệt đột ngột cho vật đúc. Phân bố nhiệt độ không đồng đều là nguyên nhân phổ biến gây ra các vết nứt nhiệt. Áp dụng làm mát có kiểm soát theo từng giai đoạn cho phép giảm căng thẳng và giảm thiểu biến dạng. Một số nhà sản xuất cũng sử dụng việc làm mát lò có kiểm soát sau khi đúc để giảm ứng suất dư.

Sử dụng vật liệu tỏa nhiệt và làm lạnh
Vật liệu tỏa nhiệt và làm lạnh thường được áp dụng trong quá trình đúc để kiểm soát quá trình hóa rắn. Ống nâng tỏa nhiệt duy trì nhiệt độ kim loại nóng chảy lâu hơn, thúc đẩy quá trình nạp hoàn toàn và giảm hiện tượng co ngót lỗ chân lông. Việc làm lạnh kim loại, được đặt một cách chiến lược, tăng cường quá trình hóa rắn theo hướng, hướng dẫn quá trình làm mát để tránh các khoảng trống và vết nứt bên trong. Việc sử dụng kết hợp của chúng cho phép tạo ra một lộ trình hóa rắn dễ dự đoán hơn.

Xử lý nhiệt sau khi đúc
Xử lý nhiệt sau đúc là cần thiết để giảm bớt ứng suất bên trong và cải thiện tính đồng nhất của cấu trúc vi mô. Các quy trình như ủ, chuẩn hóa và giảm ứng suất đảm bảo rằng các khuyết tật nhỏ bên trong không phát triển thành các vết nứt lớn trong quá trình sử dụng. Xử lý nhiệt cũng đồng nhất hóa sự phân bố hợp kim, giảm sự phân tách và cải thiện độ dẻo dai.

Kiểm tra và kiểm soát chất lượng
Các phương pháp kiểm tra không phá hủy (NDT) giúp phát hiện các vết nứt và lỗ chân lông ở giai đoạn đầu, cho phép thực hiện hành động khắc phục trước khi sử dụng lần cuối. Kiểm tra bằng chụp ảnh phóng xạ có thể xác định độ xốp bên trong, trong khi kiểm tra siêu âm phát hiện các vết nứt dưới bề mặt. Thử nghiệm thẩm thấu thuốc nhuộm rất hữu ích cho các vết nứt bề mặt. Việc thực hiện các quy trình kiểm tra nghiêm ngặt đảm bảo chỉ những vật đúc không có khuyết tật mới được đưa vào ứng dụng.

Đào tạo người vận hành và giám sát quy trình
Ngay cả với thiết bị tiên tiến, kỹ năng của người vận hành vẫn đóng vai trò quyết định trong việc giảm thiểu các khuyết tật khi đúc. Việc đào tạo phù hợp về kỹ thuật đổ, xử lý khuôn và theo dõi nhiệt độ sẽ giúp duy trì tính nhất quán. Các hệ thống giám sát thời gian thực như hình ảnh nhiệt hoặc cảm biến tự động cung cấp phản hồi, cho phép điều chỉnh nhanh chóng. Xây dựng văn hóa nhận thức về chất lượng trong xưởng đúc giúp giảm thiểu hơn nữa các lỗi của con người dẫn đến các vết nứt hoặc lỗ chân lông.

Phương pháp tiếp cận tích hợp để đúc đáng tin cậy
Để tránh các vết nứt và lỗ chân lông trong vật đúc thép chịu nhiệt đòi hỏi một phương pháp tiếp cận tổng hợp, kết hợp các nguyên tắc luyện kim, tối ưu hóa thiết kế, kiểm soát quy trình và xử lý sau. Không có biện pháp đơn lẻ nào có thể đảm bảo vật đúc không có khuyết tật; thay vào đó, phải áp dụng kết hợp các chiến lược phòng ngừa trong toàn bộ chu trình sản xuất.