Výroba 410 dílů z nerezové oceli s oxidem křemičitým o hmotnosti 205 gramů s defekty povrchové oxidace: příčiny a řešení

Při použití zirkonového prášku/písku jako povrchové vrstvy se při výrobě dílů z nerezové oceli 410 (zejména malých dílů o hmotnosti kolem 200 gramů) objevují oxidační body a skvrny. Jak bychom měli zkoumat příčiny a hledat řešení. Pojďme analyzovat hlavní závěry jeden po druhém: tato "bodová a bodová" oxidace není obvykle způsobena jediným faktorem, ale spíše výsledkem prudké reakce mezi vysoce aktivní ocelovou kapalinou a lokálně kontaminovaným rozhraním pláště. Základní příčina problému spočívá především v „kvalitě skořepiny“ a „reakci rozhraní ocelové kapaliny skořepiny“.

1、 Jsou analyzovány hlavní důvody pro tvorbu oxidačních skvrn/skvrn v kombinaci s charakteristikami „povrchové vrstvy zirkonového prášku/písku“ a „bodové oxidace“. Hlavní důvody jsou seřazeny podle možností takto:

1. Kontaminace povrchové vrstvy pláště (primární podezřelý) Samotný materiál zirkonia: Nekvalitní nebo vlhký prášek/písek zirkonie může obsahovat nečistoty, jako je oxid železa (Fe₂O3) a oxid titaničitý (TiO₂). Při vysokých teplotách budou tyto nečistoty chemicky reagovat s prvky, jako je chrom (Cr) a hliník (Al) v nerezové oceli, přičemž na povrchu odlitku zanechají lokalizované reakční stopy (tj. oxidační stopy). Znečištění během provozu: V dílně na výrobu skořepin se může během procesu povrchové úpravy nebo broušení přimíchat rez, prach a organické látky (jako jsou vlákna rukavic a mastnota). Tyto znečišťující látky budou tvořit "slabá místa" s nízkými teplotami tání nebo vysokou aktivitou lokálně po kalcinaci skořápky. Stabilita křemičitého solu: pokud má křemičitý sol lokální gel nebo znečištění, ovlivní to stejnoměrnost povlaku, což má za následek nedostatečnou místní pevnost nebo obohacení nečistotami.

2. Nedostatečné pražení skořápky a zbytková vlhkost (hlavní důvod): Zbytky vlhkosti jsou jednou z nejčastějších příčin tvorby „oxidačních bodů“. Pokud je teplota pražení skořápky nedostatečná (<900 ℃) nebo doba izolace není dostatečná, v hlubokých vrstvách skořápky bude zbytková krystalická voda nebo chemická voda (zejména silné a velké skořápky). Když se vstřikuje vysokoteplotní roztavená ocel, voda se okamžitě odpaří a tlak par je extrémně vysoký, prorazí ztuhlou tenkou skořápku na přední straně roztavené oceli, obnaží čerstvě roztavenou ocel uvnitř a podstoupí oxidační reakci s vodní párou: Fe+H₂O → FeO+H₂, tvořící body jako důlky a oxidové šupiny. Zbytky organického uhlíku: Neúplné pražení může vést ke karbonizaci organických sloučenin v solu oxidu křemičitého a separačních činidlech namísto úplného spálení, čímž se vytvoří lokalizované oblasti bohaté na uhlík. Když se roztavená ocel dostane do kontaktu s touto oblastí, uhlík zredukuje SiO ₂ v plášti, čímž vznikne plynný CO, který také poškodí povrch roztavené oceli a způsobí místní oxidaci a nauhličování.

3. Nedostatečná ochrana proti tavení a nalití (zásadní důvod) neúplná dezoxidace: Chrom v nerezové oceli 410 je náchylný k oxidaci. Pokud je konečná dezoxidace (obvykle za použití hliníku) nedostatečná, obsah rozpuštěného kyslíku v roztavené oceli bude vysoký a bude mít tendenci agregovat se na povrchu nebo se slučovat s reaktanty pláště na konci tuhnutí a vytvářet bod jako oxidy. Nedostatečný ochranný průtok odlitku: I když je proudění argonem příliš slabé, nerovnoměrně rozptýlené nebo narušené, bude vzduch stále nasáván do odlévacího proudu a vtokového hrdla, což způsobí rozstřikování a oxidaci ocelových kapiček a vniká s proudem do dutiny formy a tvoří rozptýlené oxidační body.

4. Nesoulad procesních parametrů (spouštěcí faktor) Nesoulad mezi teplotou pláště a teplotou lití: Teplota předehřívání pláště je příliš nízká (např. <600 ℃), zatímco teplota lití roztavené oceli je příliš vysoká. Teplotní rozdíl mezi těmito dvěma je příliš velký, což zesílí explozi plynu na rozhraní a tepelný šok a vyvolá bodové reakce. Přehřátí roztavené oceli: Nadměrná teplota tavení (např. překročení 1650 ℃) zesílí chemickou reaktivitu mezi roztavenou ocelí a pláštěm.

2、 Systematické řešení (od nouzového stavu po hlavní příčinu) Krok 1: Vyšetřování a řešení mimořádných událostí na místě (okamžité provedení)

1. Zkontrolujte plášť pece: zkalibrujte přístroj na měření teploty. Ujistěte se, že teplota pražení je ≥ 950 ℃ a doba zdržení je ≥ 2 hodiny (v závislosti na nárůstu tloušťky pláště) a zkontrolujte cirkulaci atmosféry pece, abyste se ujistili, že výfukové plyny mohou být vypuštěny.

2. Zkontrolujte suroviny: Vezměte novou dávku vysoce čistého (chemicky čistého nebo prvotřídního) zirkonového prášku/písku pro srovnávací testy. Zvláštní pozornost věnujte jeho obsahu železa (Fe) a titanu (Ti).

3. Zkontrolujte prostředí výroby skořepin: Vyčistěte dílnu na výrobu skořepin, zajistěte, aby byl povrchový nátěr izolován od oblasti broušení a zabraňte znečištění rezavým prachem. Zkontrolujte křemičitý sol, zda neobsahuje částice nebo gel.

4. Posílení ochrany odlévání: dočasně zvyšte sílu ochrany proti plynu argonu, abyste zajistili, že licí nádoba bude během odlévání zcela pokryta plynem argonu.

Krok 2: Krátkodobá optimalizace procesu (do 1-2 týdnů)

1. Optimalizujte proces pražení: implementujte "krokové zahřívání pražení": prodlužte dobu izolace ve fázi 400-600 ℃, aby se organické hmoty mohly plně rozložit a odpařit; Udržujte dostatečnou izolaci nad 900 ℃, aby byla vyloučena chemická voda. Důležité komponenty nalijte ihned po upečení nebo uložte do vysokoteplotní trouby (>200 ℃), abyste zabránili absorpci vlhkosti.

2. Zpevňování taveniny: Přísná konečná dezoxidace: Před odpichem vložte hliníkový drát do hluboké části roztavené oceli pro konečnou dezoxidaci a kontrolujte zbytkový obsah hliníku na 0,02 % -0,08 %. Přiměřeně snižte teplotu lití: Za předpokladu zajištění úplného naplnění snižte teplotu lití z přehřátí (např. 1550 ℃) o 10-20 ℃, abyste snížili tepelné reakce.

3. Upravte teplotu skořepiny formy: zkraťte interval mezi vyjmutím skořepiny formy z pece a litím na co nejkratší dobu, přičemž zajistěte, aby teplota uvnitř skořepiny formy byla mezi 800-900 ℃. Vysokoteplotní skořepiny mohou snížit rozdíly teplot na rozhraní a zajistit hladké tuhnutí roztavené oceli.

Krok 3: Dlouhodobá systematická kontrola (základní řešení)

1. Upgrade materiálu pláště a procesu: Test výměny materiálu povrchové vrstvy: Pokud problém přetrvává, zvažte nahrazení materiálu povrchové vrstvy inertnějším taveným oxidem hlinitým (Al ₂ O3) nebo „bílým korundem“. Přestože jsou náklady vyšší, reaktivita s ocelí s vysokým obsahem chromu je nižší. Zavedení procesu slinování povrchové vrstvy: Po dokončení výroby skořepiny povrchové vrstvy a druhé vrstvy se přidá další nízkoteplotní (800 ℃) slinování, aby se povrchová vrstva zhutnila a předem se odstranily některé látky emitující plyn.

2. Modernizace tavícího a licího systému: zavedení ochranného argonového tavení: použití argonového plynu k pokrytí nebo vyfukování během tavení indukční pece. Použití vakuového lití nebo lití v ochranné atmosféře: Pro vysoce žádané výrobky je investice do odlévání ve vakuové indukční peci nebo licích boxů plněných argonem nejdůkladnějším řešením.

3. Stanovte body monitorování procesu: Kontrola surovin: Proveďte odběr vzorků obsahu nečistot pro každou šarži zirkonového prášku. Záznam o skořápkovém pražení: Vytvořte sledování teplotní časové křivky pro každou pražící pec. Mapa defektů odlitku: Pořiďte fotografie a archivujte umístění a morfologii oxidačních bodů, analyzujte korelaci s polohou stromu a sledujte zdroj znečištění.

Shrňte doporučený postup odstraňování problémů pro problém „oxidačních bodů/skvrn na povrchové vrstvě písku zirkonového prášku v odlitku o hmotnosti 205 gramů“. Doporučuje se upřednostnit řešení problémů následovně:

1. Primární podezření: Je opékání skořápky dostatečné? Proveďte srovnávací experimenty zvýšením teploty pražení a doby zdržení.

2. Sekundární podezření: Je materiál zirkonu čistý? Vyměňte šarži známých vysoce čistých materiálů pro srovnávací testy.

3. Současně zkontrolujte: Je ochrana proti polití skutečně účinná? Zkontrolujte stav proudění vzduchu na argonovém potrubí, průtokoměru a vtokové nádobce.

4. Finální optimalizace: Upravte sladění procesních parametrů, zejména teploty pláště a teploty lití. Prostřednictvím výše uvedeného systematického zkoumání a optimalizace, zejména zajištěním absolutní suchosti a čistoty skořepiny a posílením ochrany rozhraní, lze účinně eliminovat oxidační body a skvrny na povrchu přesných odlitků z nerezové oceli 410.