چگونه از ترک ها یا منافذ در ریخته گری های فولادی مقاوم در برابر حرارت در طی فرآیند ریخته گری جلوگیری کنیم؟

مقدمه
ریخته گری فولادی مقاوم در برابر حرارت به طور گسترده ای در صنایعی مانند پتروشیمی، متالورژی، انرژی و ماشین آلات استفاده می شود، جایی که اجزا باید در برابر دماهای بالا، تنش های مکانیکی و محیط های خورنده مقاومت کنند. با این حال، در طول فرآیند ریخته گری، عیوب مانند ترک و منافذ اغلب رخ می دهد که باعث کاهش استحکام، قابلیت اطمینان و عمر مفید محصول نهایی می شود. ترک‌ها می‌توانند ناشی از تنش‌های حرارتی، نرخ‌های خنک‌کننده نامناسب، یا تفکیک آلیاژ باشند، در حالی که منافذ ممکن است ناشی از گیر افتادن گاز، انقباض، یا تغذیه ناکافی باشد. جلوگیری از این عیوب نیازمند یک رویکرد جامع شامل انتخاب مواد، کنترل فرآیند، طراحی قالب و اقدامات پس از درمان است.

ترکیب مواد و انتخاب آلیاژ
انتخاب ترکیب آلیاژ نقش مهمی در کاهش عیوب ریخته گری ایفا می کند. فولادهای مقاوم در برابر حرارت معمولاً حاوی عناصری مانند کروم، نیکل و مولیبدن برای بهبود پایداری در دمای بالا هستند. با این حال، آلیاژسازی بیش از حد می تواند منجر به جدا شدن یا شکنندگی شود که به ترک خوردگی کمک می کند. کنترل محتوای کربن نیز مهم است زیرا سطوح بالاتر ممکن است حساسیت به ترک های داغ را افزایش دهد. با متعادل کردن دقیق عناصر آلیاژی، سازندگان می توانند به عملکرد مطلوب دست یابند و در عین حال خطرات را به حداقل برسانند.

طراحی قالب و سیستم های تغذیه
طراحی قالب مستقیماً بر نحوه جامد شدن فلز مذاب تأثیر می‌گذارد، که تعیین می‌کند شکاف یا منافذ ایجاد شود. دریچه یا قرارگیری نادرست رایزر می تواند منجر به جریان آشفته و گیر افتادن گاز شود و تشکیل منافذ را افزایش دهد. به طور مشابه، ظرفیت رایزر ناکافی ممکن است باعث ایجاد حفره های انقباض شود. قالب باید انجماد جهت دار ایجاد کند و اطمینان حاصل کند که فلز مذاب به سمت بخش های بحرانی جریان می یابد تا زمانی که انجماد کامل اتفاق بیفتد.

دمای ریختن و سرعت خنک کنندگی
ترک ها اغلب از تنش های حرارتی در طول خنک شدن سریع ایجاد می شوند، در حالی که اگر گازها به اندازه کافی حذف نشوند، منافذ ایجاد می شوند. حفظ دمای ریختن بهینه به تعادل سیالیت با حلالیت گاز کمک می کند. گرمای بیش از حد جذب گاز را افزایش می دهد، در حالی که گرمای کم جریان را کاهش می دهد و منجر به پر شدن ناقص می شود. به طور مشابه، خنک کننده کنترل شده از شیب ناگهانی دما که می تواند باعث پارگی یا ترک داغ شود، جلوگیری می کند.
یک دستورالعمل عملی نظارت بر محدوده دمای ریختن بسته به ترکیب آلیاژ و مواد قالب است. پیش گرم کردن کنترل شده قالب ها همچنین به حفظ نرخ خنک سازی پایدار کمک می کند.

روشهای کنترل گاز و گاز زدایی
گیر افتادن گاز یکی از عوامل اصلی ایجاد منافذ در ریخته گری فولاد است. منابع گاز عبارتند از هیدروژن، نیتروژن و اکسیژن جذب شده در طول ذوب. اقدامات پیشگیرانه شامل استفاده از مواد شارژ تمیز، پوشاندن سطوح فلز مذاب با شار، و اعمال خلاء یا گاز زدایی از گاز بی اثر است. کانال های تهویه موثر در قالب ها به خروج گاز در حین ریختن کمک می کند.

پیش گرمایش و کنترل استرس
پیش گرم کردن قالب ها و حفظ دمای ثابت، شوک حرارتی ناگهانی را به ریخته گری کاهش می دهد. توزیع نامناسب دما یکی از دلایل رایج ترک های حرارتی است. اعمال خنک کننده کنترل شده به صورت مرحله ای باعث کاهش استرس و به حداقل رساندن تغییر شکل می شود. برخی از تولیدکنندگان نیز پس از ریخته‌گری از خنک‌کننده کنترل‌شده کوره برای کاهش تنش‌های پسماند استفاده می‌کنند.

استفاده از مواد گرمازا و سرما
معمولاً از مواد گرمازا و سرما در ریخته گری برای کنترل انجماد استفاده می شود. آستین های بالابر گرمازا دمای فلز مذاب را برای مدت طولانی تری حفظ می کنند و باعث تغذیه کامل و کاهش منافذ انقباض می شوند. سرماهای فلزی که به صورت استراتژیک قرار می گیرند، انجماد جهتی را افزایش می دهند و فرآیند خنک سازی را برای جلوگیری از حفره ها و ترک های داخلی هدایت می کنند. استفاده ترکیبی آنها امکان یک مسیر انجماد قابل پیش بینی تری را فراهم می کند.

عملیات حرارتی پس از ریخته گری
عملیات حرارتی پس از ریخته گری برای کاهش تنش های داخلی و بهبود یکنواختی ریزساختار ضروری است. فرآیندهایی مانند بازپخت، نرمال سازی و تنش زدایی تضمین می کند که عیوب داخلی جزئی در طول سرویس به ترک های بزرگ تبدیل نمی شوند. عملیات حرارتی همچنین توزیع آلیاژ را همگن می کند، جداسازی را کاهش می دهد و چقرمگی را بهبود می بخشد.

بازرسی و کنترل کیفیت
روش‌های آزمایش غیر مخرب (NDT) به شناسایی ترک‌ها و منافذ در مراحل اولیه کمک می‌کنند و امکان انجام اقدامات اصلاحی را قبل از استفاده نهایی فراهم می‌کنند. تست رادیوگرافی می تواند تخلخل داخلی را شناسایی کند، در حالی که تست اولتراسونیک ترک های زیرسطحی را تشخیص می دهد. آزمایش نفوذ رنگ برای ترک های سطحی مفید است. اجرای پروتکل‌های بازرسی دقیق تضمین می‌کند که فقط ریخته‌گری‌های بدون نقص به کاربرد ادامه می‌دهند.

آموزش اپراتور و نظارت بر فرآیند
حتی با وجود تجهیزات پیشرفته، مهارت های اپراتور نقش تعیین کننده ای در کاهش عیوب ریخته گری ایفا می کند. آموزش صحیح در مورد تکنیک های ریختن، جابجایی قالب و نظارت بر دما به حفظ ثبات کمک می کند. سیستم‌های مانیتورینگ بی‌درنگ مانند تصویربرداری حرارتی یا حسگرهای خودکار بازخورد را ارائه می‌کنند و امکان تنظیمات سریع را فراهم می‌کنند. ایجاد فرهنگ آگاهی از کیفیت در کارخانه ریخته گری، خطاهای انسانی را که منجر به ترک یا منافذ می شود به حداقل می رساند.

رویکرد یکپارچه برای ریخته گری قابل اعتماد
اجتناب از ترک‌ها و منافذ در ریخته‌گری‌های فولادی مقاوم در برابر حرارت، نیازمند یک رویکرد یکپارچه، ترکیبی از اصول متالورژی، بهینه‌سازی طراحی، کنترل فرآیند، و پس از تصفیه است. هیچ معیار واحدی نمی تواند ریخته گری بدون نقص را تضمین کند. در عوض، ترکیبی از استراتژی های پیشگیرانه باید در کل چرخه تولید اعمال شود.