Einige Tipps zur Sicherstellung gleichbleibender Qualität von Schleudergussteilen
aus kurzen luftgekühlten Matrizen
Einführung:
Das ideale System für die Herstellung von Ni-Resist-Rilleneinsätzen sind Karussell-Schleudergussmaschinen mit möglichst langen Formen und automatischer Steuerung von Drehzahl, Temperatur und Zykluszeit. Renommierte Großserienhersteller verwenden im Allgemeinen 2-Meter-Matrizen. Um eine gleichmäßige Temperatur der Matrize von einem Ende zum anderen zu gewährleisten, wird eine zeitgesteuerte Wasserkühlung eingesetzt.
Bei der Herstellung von Gussteilen in Eigenregie oder beim Wechsel zu Billiglieferanten werden im Allgemeinen Schleudergussmaschinen mit kurzen Kokillen von 300 mm Länge ohne Wasserkühlung verwendet. Die Kontrolle der Mikrostruktur wird insbesondere am hinteren Ende der Töpfe aufgrund der schnelleren Erstarrung schwieriger. Die Vorderseite des Topfes bleibt länger heiß, da sie näher am heißen Metall liegt, das an diesem Ende eingefüllt wird.
Um eine hohe Qualität und Konsistenz der Mikrostruktur der aus solchen Töpfen hergestellten Einsätze von einem Ende bis zum anderen sicherzustellen, müssen im Produktionsprozess einige einfache Prinzipien strikt befolgt werden.
Schmelzvorbereitung:
Input-Rohstoffe:
Der hohe Nickelanteil in diesem Material erfordert einen effizienten Schmelz- und Mischofen mit ausreichender Kapazität. Für diesen Zweck eignet sich am besten ein Netzfrequenz-Induktionsofen mit einer Kapazität von mindestens 500- kg, vorzugsweise 1000- kg.
Die eingesetzten Rohstoffe müssen von angemessener Reinheit sein. Karbidbildende Elemente wie Mo, Va, Ti und W sollten in Spuren gehalten werden. Achtung: Viele handelsübliche Roheisen enthalten viel Mo und Ti. Es ist wünschenswert, dass diese Elemente in der endgültigen Einfügung innerhalb der folgenden Grenzen kontrolliert werden:
Mo > 0,05 Prozent
Ti > 0,04 Prozent
W > 0,02 Prozent
Va > 0,02 Prozent
Stahlschrott ist eine Quelle von Fremdelementen, die bei Ni-Resist-Materialien unvorhersehbare Probleme verursachen können. Der Stahlschrott sollte möglichst auf maximal 10 Prozent der Charge begrenzt sein und aus bekannter Herkunft und Zusammensetzung bestehen.
Auch Späne und Bohrungen sollten so gering wie möglich gehalten werden, wenn sie nicht ganz vermieden werden können. Es ist wünschenswert, diese auf maximal 60 Prozent zu begrenzen und trocken und sauber zu sein.Es ist schwierig, die Späne gleichmäßig in der Schmelze zu vermischen. Die Verluste bestimmter Elemente aus den Spänen sind hoch und es besteht die Gefahr, dass Luft und Wasserstoff in den Spänen eingeschlossen werden, was beides zu schlechtem Graphit und groben/klumpigen Karbiden führt.
Schwefel in der Schmelze ist in einem engen Bereich erforderlich. Um die gewünschte Härte zu erreichen, sollte sie bei etwa 0,06 Prozent gehalten werden. Ein höherer Schwefelgehalt führt zu Problemen in der Mikrostruktur.
Kohlenstoffäquivalent:
Das Kohlenstoffäquivalent (CE) ist bekanntermaßen ein kritischer Parameter für Gusseisen. Dieser Faktor spielt eine wesentliche Rolle bei der Art der Mikrostruktur, die sich im Gussstück entwickelt. Sie hängt eng mit der Erstarrungsgeschwindigkeit zusammen, die wiederum von den Querschnitten der Gussstücke und den Temperaturen beeinflusst wird.
Die allgemeine Konvention besteht darin, den CE-Wert anhand des Volumen/Oberflächen-Verhältnisses (V/S) eines Gussstücks zu berechnen. Bei 3-dimensionalen Gussteilen mit unterschiedlichen Querschnitten ist dies sehr schwierig. Obwohl die Zentrifugentöpfe 3-dimensional sind, haben sie über die gesamte Länge einen symmetrischen Querschnitt und daher kann V/S für diese wie in der folgenden Formel dargestellt berechnet werden:
Volumen-/Oberflächenverhältnis V/S
V/S = ( D2 - d2 ) H / 4 ( DH plus dH plus ( D2 - d2 ) / 2 )
Wobei: D=Außendurchmesser (OD) des Schleudergusstopfs
d=Innendurchmesser (ID) des Schleudergusstopfes
H=Höhe des Schleudergusstopfes
Ein besserer Faktor für den Schleudergusstopf wäre der Sättigungsgrad, der durch die Formel gegeben wird:
Sättigungsgrad Sc :
;
wobei C, Si und Ni die tatsächlichen Werte in Gewichtsprozent sind
Für unsere Anwendungen ist der gewünschte Wert von Sc = 0,80 - 0,95
Die Installation eines CE-Messgeräts am Ofen ermöglicht eine genauere und unmittelbarere Kontrolle des Kohlenstoff- und Siliziumgehalts im Metall vor dem Gießen der Töpfe.
Empfohlener Bereich von C, Si und Mn nach der Beimpfung:
Kohlenstoff: 2,70 – 2,80 Prozent
Silizium: 2,10 – 2,20 Prozent
Mangan: 1,20 – 1,30 Prozent
Schmelzen:
Für eine optimale Vermischung der großen Mengen an Nickel und Kupfer im Ni-Resist-Material ist es wichtig, die Beschickung des Ofens schichtweise zu verteilen. Die gewünschte Reihenfolge beim Einfüllen des Eingangsmaterials besteht darin, zunächst 50 Prozent Roheisen plus Schrott zu ersetzen, und wenn es gerade schmilzt, Nickel, Kupfer, Ferrolegierungen und Kohlenstoff hinzuzufügen und schließlich den Rest von 50 Prozent Roheisen aufzufüllen.
Kohlenstoff sollte zu Beginn im Bad bei 2,75 - 2,80 Prozent, Ni bei 14,5 -15 Prozent, Silizium bei 1,8 – 1,9 Prozent, Chrom bei 1,15 – 1,2 Prozent, Mn bei 1,2 – 1,25 gehalten werden Prozent
Die Rolle von Siliziumkarbid:
Für die Gewährleistung ausreichender Keimbildungsstellen in der Schmelze spielt SiC eine wesentliche Rolle. Daher sollte SiC ein Teil der ursprünglichen Berechnung der Ladungszusammensetzung sein. Und unmittelbar vor der Überhitzung der Schmelze sind weitere SiC-Zusätze erforderlich, sobald die Chemie überprüft und genehmigt wurde; und auch nach dem Abzapfen aller paar Pfannen, so dass der Kohlenstoffabbau ausgeglichen wird. Dies wird dazu beitragen, enge Grenzen für den Kohlenstoffgehalt und damit eine gleichmäßigere CE- und Mikrostruktur sicherzustellen.
Die empfohlene Menge an SiC in der Ladungszusammensetzung beträgt 0,25 Prozent der Gesamtladung zusammen mit den der Ladung hinzugefügten Legierungselementen. Dieser Zuschlag wird in die Ladungszusammensetzung für Kohlenstoff und Silizium eingerechnet. Nachdem die Schmelze eine Temperatur von 1400 °C erreicht hat, wird die Chemie überprüft und bei Bedarf Korrekturen vorgenommen und erneut überprüft. Sobald die Chemie genehmigt ist, werden weitere 0,1 Prozent SiC hinzugefügt und der Ofen wird sofort auf die volle Temperatur gebracht und die Schmelze wird auf die Arbeitstemperatur überhitzt (im Allgemeinen 1480–1500 °C, je nach erwartetem Temperaturabfall bis zum Zeitpunkt). Das Ausgießen in die Form ist aus jeder Pfanne abgeschlossen) und das Abstechen in eine ordnungsgemäß vorgeheizte Pfanne beginnt.
Die Zugabe von SiC muss auch in regelmäßigen Abständen während des Gießzyklus erfolgen, um die Kohlenstoffverluste auszugleichen. Um den genauen Bedarf an Menge und Zeitpunkt der SiC-Zugabe für einen bestimmten Schmelzaufbau und bestimmte Betriebsbedingungen zu beurteilen, ist es am besten, mehrere, genau überwachte Schmelzvorgänge durchzuführen, um den Kohlenstoffabfall im Laufe der Zeit zu überwachen. Im laufenden Produktionsmodus liefert die Überprüfung des Kohlenstoffgehalts in jeder angezapften Pfanne ausreichende Daten, um festzustellen, wann der Kohlenstoff um mehr als 0,05 Prozent abfällt und in welchem Stadium eine berechnete Menge SiC in den Ofen gegeben werden muss Lassen Sie es einige Minuten einnehmen, bevor Sie die Verstärkung ausschöpfen.
Pfannenfüllung und Beimpfung:
Bevor eine Pfanne in den Produktionsbereich gebracht wird, sollte sie mit der verwendeten Brennerflamme gründlich erhitzt werden, damit die Auskleidung vollständig trocken und so heiß wie möglich ist. Die endgültige Erwärmung zu Schichtbeginn und nach einer Pause erfolgt durch Nachfüllen mit geschmolzenem Metall aus dem Ofen. Es kann mehr als ein Nachgießen erforderlich sein, um die Pfanne auf die erforderliche Mindesttemperatur von 750 °C zu bringen, bevor das Metall zur Verwendung abgestochen wird. Um sicherzustellen, dass die Temperatur stimmt, sollte ein Kontaktpyrometer verwendet werden.
Theoretisch sind Materialien mit hohem Ni-Gehalt selbstimpfend. Für unsere Abschnitte von Schleudergussstücken und die strengen Kontrollen der Mikrostruktur ist es jedoch wünschenswert und notwendig, eine Impfung in der Pfanne so kurz wie möglich zum Zeitpunkt des Gießens vorzunehmen. Der Betriebsbereich für die Impfung mit hochwertigem Ferro-Silizium (75 Prozent) ist so berechnet, dass eine Si-Aufnahme von 0,20 bis 0,25 Prozent erreicht wird. Aufgrund der Beeinträchtigung durch Strontium ist es ratsam, in diesem Material keine herkömmlichen Impfmittel für Gusseisen zu verwenden.
Die Einführung seltener Erden wird unserer Mikrostruktur helfen. Die Möglichkeit der Verwendung eines besseren Impfmittels RESEED mit Cer kann untersucht werden.
Auch eine kontrollierte Menge an Nickel-Mag, die mit dem Impfmittel eingebracht wird, kann einen sehr guten Effekt auf die Vermeidung von gekühltem Graphit haben.
Stirbt:
Design:
Eine kontrollierte Wasserkühlung ist ideal, um eine gleichmäßige Temperatur der Matrize von einem Ende zum anderen sicherzustellen. Wenn es jedoch schwierig ist, eine Wasserkühlung einzuführen, versuchen Sie es mit einer Luftkühlung der Matrize unter einem geeigneten Mantel mit Einlass vorne und Heißluftauslass hinten.
Da das Problem der Bearbeitbarkeit meist auf die Einsätze am hinteren Ende beschränkt ist, ist es ratsam, die Mikrostrukturen der Einsätze am hinteren Ende zu untersuchen und den erforderlichen Mindestabtrag zu bestimmen, um sicherzustellen, dass nur Einsätze mit guter Mikrostruktur in die Produktion gelangen. Für natürlich luftgekühlte Kurzmatrizen mit einer Länge von 300 mm ist im Allgemeinen ein Abschnitt von mindestens 40-mm erforderlich.
Langfristig sollte die Länge der Töpfe durch die Anfertigung neuer Heckstopfen um 30 – 35 mm erhöht werden. Dies ermöglicht einen noch größeren Schnitt, ohne Kompromisse bei der Anzahl der aus jedem Topf geschnittenen Einsätze einzugehen.
Eine optimalere Lösung besteht darin, diese Matrizen so umzugestalten, dass sie einen 600 mm langen Topf aufnehmen können, wodurch die Produktivität selbst bei einem Abschnitt von 50 mm am hinteren Ende erhöht wird.
Isolierung:
Viele kurze Matrizen verwenden trockene Isoliermaterialien im Innendurchmesser, die als Isolierung und Separator dienen. Es gibt hochwertige Nassdämmstoffe, die einen besseren Schutz vor Auskühlung bieten.
Es ist auch wünschenswert, die vorderen und, wenn möglich, hinteren Flansche der Matrizen zu isolieren.
Die Innenfläche der Matrize sollte während der produktiven Nutzung zu keinem Zeitpunkt unter 300 °C liegen. Um dies sicherzustellen, sollte an jedem Stempel ein Kontaktpyrometer vorhanden sein.
Zu Beginn jeder Schicht und nach jeder Pause sollten je nach Bedarf ein oder mehrere Dummy-Töpfe gegossen werden, um sicherzustellen, dass die Temperatur der Matrize am Innendurchmesser über 300 °C liegt.
Mit fortschreitender Produktion steigt die Temperatur der Matrize zunehmend an und stabilisiert sich bei 450–500 °C. Dies ist eine optimale Temperatur für die kurzen, natürlich gekühlten Matrizen.
Aufzeichnungen:
Es ist wichtig, alle Parameter kontinuierlich zu überwachen und ordnungsgemäße und genaue Aufzeichnungen zu führen.
In den Entwicklungsphasen ist es ratsam, auch die Kohlenstoff- und Siliziumaufzeichnungen für jede Pfanne zu führen und daraus das SiC-Zugabeprogramm zu entwickeln.
Die Kontrolle der Mikrostruktur sollte so oft wie möglich/notwendig am letzten nützlichen Einsatzschnitt vom hinteren Ende eines Topfes durchgeführt werden, bis die Parameter für den Guss und den Schnitt vollständig stabilisiert sind.
