Introducción a los defectos comunes de los materiales metálicos.
Los principales defectos de los productos fundidos incluyen segregación, poros, contracción y porosidad, inclusiones, grietas, barreras de frío y otros defectos.
1, segregación
Segregación: fenómeno de composición química desigual en la fundición. La segregación hace que el desempeño de las piezas fundidas sea desigual y puede generar productos de desecho en casos severos.
La segregación se puede dividir en dos categorías: microsegregación y macro-segregación.
Segregación intragranular (también conocida como segregación de ramas): se refiere a la composición química desigual de cada parte del grano de cristal, que es una especie de microsegregación. En el proceso de cristalización de la aleación que forma una solución sólida, solo cuando los átomos están completamente difundidos en condiciones de enfriamiento muy lento, se pueden obtener granos de cristal con composición química uniforme. En las condiciones reales de fundición, la velocidad de solidificación de la aleación es relativamente rápida y los átomos no pueden difundirse lo suficiente. De esta forma, la composición química de los granos cultivados de forma dendrítica debe ser desigual. Para eliminar la segregación intragranular, la fundición se puede recalentar a alta temperatura y mantener durante mucho tiempo para que los átomos puedan difundirse por completo. Este método de tratamiento térmico se denomina recocido por difusión.
La segregación por densidad (anteriormente llamada segregación por gravedad específica) se refiere a la composición química desigual de las partes superior e inferior de la fundición, que es una especie de macro segregación. Cuando la densidad de los elementos de aleación constituyentes es muy diferente, después de que la fundición está completamente solidificada, la mayoría de los elementos de baja densidad se concentran en la parte superior y los elementos de alta densidad están más concentrados en la parte inferior. Para evitar la segregación por densidad, agite completamente o acelere el enfriamiento del metal fundido durante el vertido, de modo que los elementos de diferentes densidades no se puedan separar en el tiempo. Hay muchos tipos de macrosegregación. Además de la segregación por densidad, hay segregación positiva, segregación inversa, segregación en forma de V y segregación de bandas.
2, estomas
En el proceso de solidificación del metal, la solubilidad del gas disminuye drásticamente y es difícil escapar del metal sólido con un alto grado de solidificación y permanecer en la masa fundida para formar poros. A diferencia de la forma de las cavidades de contracción, los estomas son generalmente redondos, ovalados o largos, distribuidos individualmente o en serie, con paredes internas lisas. Los gases habituales en el agujero son H2, CO, H2o, CO2, etc. Según la posición donde aparecen los poros en el lingote, se dividen en poros internos, poros subcutáneos y poros superficiales. La existencia de poros reduce el volumen efectivo y la densidad del lingote. Aunque se puede comprimir y deformar después del procesamiento, es difícil de soldar, lo que da como resultado defectos como despellejamientos, ampollas, picaduras y grietas en el producto.
3. Contracción y contracción
El metal se contrae en volumen durante el proceso de solidificación, la masa fundida no se puede reponer a tiempo y aparecen orificios de contracción en el lugar de solidificación final, lo que se denomina cavidad de contracción o porosidad de contracción. Las cavidades de contracción grandes y concentradas se denominan cavidades de contracción concentradas, las cavidades de contracción pequeñas y dispersas se denominan porosidad de contracción y la porosidad de contracción que aparece en los límites de los granos y entre las dendritas se denomina porosidad de contracción microscópica.
La superficie de la cavidad de contracción es en su mayor parte irregular, aproximadamente irregular, y la cavidad de contracción entre el límite del grano y las dendritas es a menudo angular. Algunos orificios de contracción a menudo se llenan con el gas precipitado y las paredes del orificio son relativamente lisas. En este momento, los orificios de contracción también son poros. A menudo acompañado de sustancias de bajo punto de fusión. Aparecen agujeros de contracción en el área central de la sección. Los orificios de contracción en la cabeza del asiento son en su mayoría cónicos, con superficies internas irregulares o estructuras cristalinas gruesas. Las cavidades de contracción intermitente ubicadas en el medio son en su mayoría poros de forma irregular. El interior a veces se llena con gas precipitado durante la solidificación del metal y la superficie es relativamente lisa. A menudo es difícil soldar y formar delaminación y burbujas en el procesamiento posterior. La proximidad de la cavidad de contracción también es fácil de causar concentración de tensión y grietas durante el procesamiento.
La porosidad de contracción a menudo se distribuye cerca del centro de la sección o de toda la sección y, a veces, aparece cerca de la cavidad de contracción, con pequeños poros dispersos distribuidos en los límites de los granos o espacios dendríticos. Algunas pequeñas contracciones son difíciles de detectar a simple vista y solo pueden detectarse con la ayuda de un submicroscopio o una prueba de presión de agua. La porosidad da como resultado una estructura metálica no compacta, que reduce en gran medida las propiedades mecánicas y la resistencia a la corrosión de la aleación.
El tamaño de la cavidad de contracción y el área de porosidad de contracción están relacionados con el coeficiente de contracción de solidificación de la aleación, la fluidez del metal líquido, el ancho del rango de temperatura de cristalización, el tamaño de la sección transversal del lingote, la temperatura de fundición y la solidificación. condiciones. Cuanto mayor sea el coeficiente de contracción por solidificación de la aleación, cuanto mayor sea el tamaño de la sección del lingote, más grave será la cavidad de contracción. Cuanto más estrecho es el rango de temperatura de cristalización de la aleación&y mejor es su fluidez, más concentrada es la cavidad de contracción. Por el contrario, cuanto más amplia sea la temperatura de cristalización de la aleación&y más amplia sea la zona de transición de cristalización durante la solidificación, más fácil será formar porosidad por contracción.
Las principales razones de la cavidad de contracción y la porosidad de contracción son: proceso de fundición irrazonable, baja temperatura de fundición, mala alimentación y corte; alta resistencia de enfriamiento y velocidad de fundición rápida: diseño de molde irrazonable, tapa de conservación de calor demasiado baja y húmeda: el cristal de aleación tiene una amplia gama de temperatura de piel y poca fluidez.
4. Inclusión
Los objetos metálicos o no metálicos que tienen una interfaz obvia con el sustrato y difieren mucho en el rendimiento se denominan inclusiones.
Según la naturaleza de las inclusiones, se puede dividir en dos tipos: inclusiones metálicas e inclusiones no metálicas. Las inclusiones metálicas se refieren a los cristales primarios de varios compuestos metálicos que son insolubles en el metal base y las partículas metálicas puras de alto punto de fusión sin fundir y metales diferentes extraños; Las inclusiones no metálicas incluyen óxidos, sulfuros, carburos, fundentes, escoria, revestimientos y revestimientos de hornos Escombros y silicatos, etc.
Según las diferentes fuentes de inclusiones, las inclusiones endógenas y las inclusiones exógenas se pueden dividir. Las inclusiones endógenas pueden existir en un estado libre o en un estado de combinación con el metal base para formar un compuesto, o pueden ser una combinación de diversas impurezas.
Los cristales primarios o metales puros de compuestos metálicos de alto punto de fusión precipitados en las inclusiones endógenas son en su mayoría partículas, bloques, copos o agujas regulares, y su distribución es extremadamente desigual. Los compuestos metálicos de bajo punto de fusión a menudo se precipitan a lo largo de los límites del grano o entre el eje dendrítico en forma de perlas, esferas, redes o películas. Durante el procesamiento a presión, las inclusiones con buena plasticidad pueden alargarse y deformarse a lo largo de la dirección del procesamiento, y las inclusiones con mala plasticidad permanecen en forma de fundición o se rompen en partículas más pequeñas, que se distribuyen en cadenas intermitentes a lo largo de la dirección del procesamiento.
Las inclusiones extrañas se desprenden del revestimiento del horno y de las herramientas durante el proceso de producción. Suelen ser gruesos y de formas inciertas. Debido a que tiene una composición y organización química completamente diferente a la matriz, se puede encontrar de acuerdo con diferentes colores y condiciones de corrosión durante la fractura o corte.
5 grieta
Las fisuras producidas en el proceso de solidificación del metal se denominan fisuras en caliente; las grietas producidas después de la solidificación se denominan grietas frías. Las grietas destruyen la integridad del metal. A excepción de unos pocos que pueden eliminarse mediante un procesamiento oportuno, generalmente se expandirán a lo largo del área de concentración de esfuerzos durante el procesamiento y uso posteriores y, finalmente, darán lugar a grietas.
El agrietamiento en caliente es cuando el lingote no se ha solidificado por completo o se ha solidificado y hay una pequeña cantidad de fase de bajo punto de fusión entre los límites del grano y las dendritas, debido a que el líquido, la contracción sólida y la contracción por solidificación del metal se ven obstaculizadas, cuando la contracción la tensión excede la resistencia o línea actual del metal. Se forma cuando la contracción es mayor que el alargamiento de la aleación. Según las diferentes localizaciones, las fisuras térmicas se pueden dividir en fisuras superficiales, fisuras centrales, fisuras radiales y fisuras transversales laterales. Las grietas térmicas se extienden principalmente a lo largo del límite del grano, con giros y ramas irregulares, a menudo con ramas, y puede haber una película de óxido en la grieta o un ligero color de oxidación en la superficie.
Los factores que afectan el agrietamiento térmico incluyen la naturaleza de la aleación (el coeficiente de contracción por solidificación de la aleación&y la capa de resistencia a altas temperaturas, etc.), el proceso de vertido y la estructura del lingote. Ciertos elementos e impurezas insolubles de bajo punto de fusión en la aleación pueden aumentar significativamente la tendencia al agrietamiento en caliente. La velocidad de enfriamiento de los lingotes semicontinuos es más alta, por lo que tiene una tendencia mucho mayor al agrietamiento en caliente que los lingotes de moldes de hierro. El aumento de la velocidad de colada durante la colada también aumentará la tendencia al agrietamiento en caliente. Desde la perspectiva de la estructura del lingote, cuanto mayor es el tamaño de la sección transversal, más fácil es. Se produjo agrietamiento térmico.
El agrietamiento en frío es cuando el lingote se enfría a un estado elástico con una temperatura más baja. Si hay una gran diferencia de temperatura entre el interior y el exterior del lingote, la tensión de contracción puede concentrarse en algunas áreas débiles. Una vez que la tensión excede el límite de resistencia y plasticidad del metal, el lingote aparecerá agrietado en frío. Las características de las fisuras frías son en su mayoría fisuras transcristalinas, y la mayoría de ellas se extienden en línea recta. Las grietas son regulares, rectas y rectas. Las grietas frías a menudo se desarrollan a partir de grietas calientes.
La causa directa de las grietas de fundición es la existencia de tensión de fundición. Las causas son: temperatura de fundición inadecuada, velocidad rápida, velocidad de enfriamiento excesiva o baja, enfriamiento desigual; proceso de fundición continuo inadecuado; la propia aleación tiene una fragilidad y una resistencia al calor. selección irrazonable de agente de cobertura o lubricante; mal diseño, deformación o instalación inadecuada de moldes, crisoles, soportes, tubos de fundición, etc.
6, partición fría
La aparición de arrugas o defectos en capas en la superficie del lingote, o la aparición de discontinuidad de metal dentro del lingote se denomina colectivamente partición fría.
La superficie exterior del lingote espaciado en frío es irregular, las capas no son continuas, la sección transversal está estratificada y, a menudo, hay defectos como una película de óxido y los orificios de gas asociados en el medio.
Según la forma, la barrera contra el frío se puede dividir en dos tipos: tipo ondulado y tipo laminado. Cuando la temperatura de fundición es baja, el condensado de película producido por la superficie del metal fundido no se fusiona con el metal vertido más tarde, lo que da como resultado una barrera fría corrugada. Las particiones frías apiladas son más comunes. Esto se debe a que la presión estática del metal fundido es mayor que la tensión superficial del metal y la resistencia de la película de óxido. El metal fundido atraviesa la película de óxido y entra en la pared del molde, pero el fuerte enfriamiento del suelo hace que la fluidez del metal sea muy rápida. Como resultado, no se puede fusionar con el condensado de la película de óxido para formar una barrera laminada contra el frío.
La partición fría se divide en partición fría superficial, partición fría subcutánea y partición fría central según las diferentes partes de la apariencia.
La razón de la barrera contra el frío: baja temperatura de fundición, alta presión del agua de enfriamiento, velocidad de vertido inestable, grandes fluctuaciones del nivel de líquido, interrupción del flujo intermedio y mala alimentación son factores importantes para la formación de la barrera contra el frío; La barrera fría de superficie severa se extiende hacia el lingote, también causa una partición fría subcutánea: el diseño irrazonable de la pared interior del molde y la selección incorrecta del material también pueden conducir a la aparición de una partición fría.
La partición fría es uno de los defectos comunes de los lingotes, que afecta la integridad de la superficie metálica e interna, y afectará el procesamiento y uso, y causará grietas en el procesamiento y otros defectos superficiales en casos severos.
7 granos desiguales
El fenómeno de las grandes diferencias en el tamaño de grano en diferentes partes del lingote se denomina irregularidad de grano.
Los más comunes son: la línea central del cristal de la losa se desvía del centro, los cristales columnares gruesos en ambos lados, la diferencia de dirección es grande, los cristales columnares están torcidos y la dirección está desordenada; los lingotes redondos son cristales columnares muy excéntricos, localmente grandes y los granos de cristal locales son pequeños; cristales en suspensión u otros granos anormalmente gruesos.
Las principales razones: la pared interna del molde es rugosa, el molde está deformado y la capa de lubricante está distribuida de manera desigual; la diferencia de fuerza de enfriamiento es grande, el flujo de agua de enfriamiento es desigual, el ángulo de disparo no es razonable y la dirección está desordenada: tiempo de fundición largo, temperatura de fundición baja, enfriamiento lento, etc.
8. Otros defectos superficiales
Los defectos superficiales comunes de los lingotes incluyen: cicatrices, superficies picadas, picaduras, rebabas, rayas longitudinales, desgarros horizontales, etc.
(1) Fideos de cáñamo
Varias irregularidades en la superficie del lingote se denominan picaduras. A menudo hay protuberancias granulares y ampollas en la superficie picada, acompañadas de pintura, agente de recubrimiento, óxido y otra suciedad. Las principales razones son la baja temperatura de fundición y la baja velocidad; la pared interior del molde no es lisa o el agente de recubrimiento no es bueno; el embudo está bloqueado y así sucesivamente.
(2) rebabas
El fenómeno de las protuberancias metálicas afiladas en la superficie, las esquinas y las esquinas del lingote se llama rebaba. La razón principal es que la pared interior del molde no es lisa; la calidad del mandril de colada continua de losa hueca no es buena.
(3) Rayas longitudinales
Las protuberancias o depresiones de la tira longitudinal continua o intermitente en la superficie del lingote se denominan estrías longitudinales.
El principal motivo es que la pared interior del molde está perforada con metal u otros óxidos o ranuras que producen abrasión; el espacio de montaje del revestimiento es grande.
(4) La palanquilla de colada continua con un proceso de estiramiento-parada en el flameado tiene grandes irregularidades periódicas en la superficie, lo que se denomina flameado.
La razón principal es un proceso inadecuado de tracción y parada o la deformación del cristalizador y el molde.
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