연성 철 주물의 청키 흑연: 형성 이유 및 주조소에서 이를 방지하는 방법

연성 철 주물의 청키 흑연: 형성 이유 및 주조소에서 이를 방지하는 방법

벽이 200mm에 가까운 연성철 기계 베이스 덕분에 주조소는 깨끗한 표면, 건전한 치수, 보통의 경도 등 완벽해 보입니다. 몇 달 후, 가장 두꺼운 벽의 중심에서 가공된 샘플은 등급이 약속하는 10% 대신 3~4%의 연신율을 테스트하거나 베어링 시트 옆에 피로 균열이 발생합니다. 그 지점에서 주물을 절단하면 흑연이 잘못된 것처럼 보입니다. 분리된 둥근 결절 대신에 현미경은 수상돌기 팔 사이에 채워진 연결된 산호 모양 입자의 클러스터를 보여줍니다. 그것은 두툼한 흑연이며, 부품이 하중을 견디기 전에 재료가 손상되었습니다.

짧은 버전: 두툼한 흑연은 단면이 두꺼운 연성철의 특징적인 결함입니다. . 응고가 가장 느린 곳에서 형성되고, 높은 실리콘, 높은 탄소 등가 및 잔류 희토류에서 번성하며, 경도가 나타내는 것보다 훨씬 더 연신율과 피로 강도를 손상시킵니다. 천천히 냉각되는 핫스팟과 허용 화학이라는 두 가지 전제 조건을 모두 엔지니어링할 수 있으므로 주조 공장이 직면하는 가장 제어 가능한 결함 중 하나가 됩니다. 다음은 결함 자체, 결함으로 인한 손상, 생산에 지장을 초래하는 대책을 다룹니다.

청키 흑연이 실제로 무엇인지

덩어리진 흑연은 이물질이나 수축공이 아닙니다. 이는 흑연 형태입니다. 고립된 구형 결절로 동결되어야 하는 탄소는 대신 현미경으로 보면 폭발하거나 버미큘러처럼 ​​보이는 응집되고 상호 연결된 입자로 성장합니다. 이것은 클러스터나 수지상 돌기 사이의 위치에 나타나며, 얼핏 보면 얇은 벽이 있는 철의 D형 흑연으로 오해될 수 있습니다. 비록 빠른 속도로 얼어붙는 얇은 벽이 아니라 무겁고 천천히 냉각되는 부분에 속하지만 말입니다.

두 가지 습관으로 인해 놓치기 쉽습니다. 첫째, 이것은 마지막으로 응고되는 금속인 무거운 부분의 열 중심에 집중되는 반면, 표면과 일상적인 쿠폰에서 흑연은 완벽하게 정상적으로 보일 수 있습니다. 둘째, 기계로 가공되거나 파손된 표면에서는 얼룩이나 영양 공급 문제로 오해되기 쉬운 부분적인 어두워짐, 퍼지 회색 패치로만 나타납니다. 균열이 명백해질 때쯤에는 연결된 흑연이 이미 미리 만들어진 균열 경로 네트워크를 구축했습니다.

먼저 복습이 필요하신 경우, 연성 철에 대한 일반 언어 소개 재료가 회주철과 어떻게 다른지 다룹니다.

무거운 섹션과 느린 냉각으로 인해 발생하는 이유

제어 변수는 국부 응고 시간입니다. 25mm 벽에서는 공융 반응이 빠르게 완료되고 모든 결절이 독립적으로 구형으로 성장합니다. 기계 기둥의 코어나 압축기 크랭크케이스 허브에서는 동일한 반응이 몇 배 더 길어질 수 있습니다. 그리고 공융 셀 사이의 마지막 액체에 부유하는 흑연 입자는 분리되지 않고 연결되어 집합체로 성장합니다. 결함은 경험이 예측하는 위치, 즉 벽 접합부, 두꺼운 보스, 피더 모래 아래에서 정확하게 나타납니다.

느린 냉각이 손상을 입힐 수 있는지 여부는 화학에 따라 결정됩니다. 세 가지 구성 요소가 지속적으로 나타납니다. 실리콘이 가장 지배적입니다. 결함은 2% 실리콘 근처에서는 드물고 발생률은 3% 이상으로 급격하게 증가합니다. 이는 고실리콘 용액 강화 페라이트 등급이 무거운 단면에서 특별한 주의를 요하는 이유 중 하나입니다. 높은 탄소 등가물은 노출을 추가합니다. 희토류는 더 미묘합니다. 강력한 구상화 반응을 위해서는 세륨과 란타늄이 소량 필요하지만 중간 잔류물은 무거운 판과 막대의 덩어리진 흑연과 반복적으로 연결됩니다.

덩어리진 흑연은 불운이 아닙니다. 이는 서냉이 허용 화학을 만날 때 연성철이 하는 일이며, 두 변수를 모두 관리할 수 있습니다.

기계적 성질에 미치는 손상

손실은 균일하지 않으며 이러한 비대칭성은 결함을 위험하게 만듭니다. 금속 매트릭스가 크게 변하지 않기 때문에 경도는 거의 움직이지 않습니다. 영향을 받는 구역의 인장 강도는 일반적으로 약 10~20% 감소합니다. 연신율은 훨씬 더 큰 타격을 받습니다. 두툼한 흑연이 파단 표면의 상당 부분을 차지하면 절반 이상의 손실이 일반적으로 보고됩니다. 상호 연결된 흑연은 내부 노치 역할을 하기 때문에 일반적으로 피로 강도가 가장 심각합니다. 균열은 더 이상 표면에서 시작될 필요가 없으며 벽 내부 깊은 곳에서 시작될 수 있습니다.

위험 — 경도는 이 결함을 포착하지 못합니다. 두툼한 영향을 받은 부위는 경도 시험에서 완전히 정상으로 측정될 수 있지만 연신율과 피로 수명은 조용히 붕괴되었습니다. 무거운 부분의 승인은 대표적인 재료의 인장 시험에 달려 있어야 합니다.

파운드리가 고객보다 먼저 이를 찾는 방법

결함은 정기 검사에 나오지 않기 때문에 검출은 결함을 찾아 나가야 합니다. 직접적인 방법은 절편입니다. 알려진 핫스팟에서 주물 또는 동일한 열 위치의 희생 샘플을 절단하고, 표면을 준비하고, 표준 비교 차트에 대해 금속학적으로 흑연 형태를 평가합니다. 검사관은 또한 가공되거나 파손된 표면에서 위에서 설명한 국부적인 어두워짐을 관찰합니다. 절단하기에는 너무 큰 주조물의 경우, 분해된 흑연이 상당히 낮은 음속을 형성하기 때문에 초음파 테스트가 스크리닝 도구 역할을 합니다. 표시된 모든 영역은 금속 조직학적으로 확인됩니다.

정보 — 별도의 주조 테스트 막대는 주조가 아닌 용융을 설명합니다. 무거운 구역의 경우 부동산 결과를 수락하기 전에 가장 두꺼운 벽에 부착된 쿠폰이나 정의된 핫스팟 구역에서 잘라낸 샘플을 요구하십시오.

예방: 화학과 응고를 함께 관리

화학 레버

첫 번째 레버는 구성입니다. 무거운 단면을 주조하는 주조소에서는 일반적으로 등급이 허용하는 한도 내에서 실리콘을 낮게 유지합니다(구조적 페라이트계 연성철의 경우 일반적으로 3으로 이동하는 것이 아니라 2.0~2.4% 범위에 머무르는 것을 의미함). 같은 이유로 탄소 등가물을 제어합니다. 잔여 희토류는 의도적으로 관리됩니다. 구상화를 보장할 만큼 충분하며, 필요 이상으로 관리되지 않습니다. 섹션에 추가 보호가 필요한 경우 수십ppm 정도의 안티몬을 미세하게 첨가하는 것이 확립된 대책이며 고실리콘 등급에서는 주석이 유사한 억제 효과를 나타냈습니다.

경고 — 이러한 추가 사항은 크기가 작기 때문에 정확하게 작동합니다. 과도한 안티몬은 그 자체의 퇴화된 흑연 형태를 촉진하고 희토류를 제거하면 미량의 유해 원소에 대해 결절화 반응이 취약해집니다. 대응책은 독립된 스위치가 아닌 균형 창으로 기능합니다.

냉각 및 설계 레버

두 번째 지렛대는 응고 그 자체입니다. 핫스팟 벽, 거대한 접합부를 얇게 만드는 리브 및 핀, 정직하게 균형 잡힌 벽 섹션에 대한 오한은 모두 결함의 근본 원인인 국지적 응고 시간을 단축시킵니다. 공급 설계도 중요합니다. 공급은 되지만 냉각되지 않은 핫스팟은 여전히 ​​고상선 위에서 너무 오랜 시간을 보내기 때문입니다. 첫 번째 주조물을 붓기 전에 실행되는 응고 시뮬레이션은 스크랩 통 대신 컴퓨터에서 열 중심을 찾습니다.

구매자가 사양에 입력해야 할 사항

구매자가 받는 보호의 대부분은 사양 단계에서 결정됩니다. ASTM A536 65-45-12 또는 80-55-06 또는 EN-GJS 및 ISO 1083 등가물과 같이 등급을 명확하게 명명한 다음 속성이 입증되어야 하는 위치를 명시합니다. 인장 쿠폰을 가장 무거운 벽에 부착하거나 정의된 영역에서 절단해야 하는 요구 사항은 도면의 숫자와는 전혀 다른 방식으로 주조 공장 동작을 변경합니다. 표준 비교 차트를 참조하여 핫스팟 섹션의 흑연 허용 여부를 정의하고, 실제로 대규모 부품의 경우 계약상 초음파 스크리닝을 고려하십시오.

열처리 상태도 그 자체의 라인에 걸맞습니다. 페라이트화 어닐링은 연신율이 풍부한 등급에 고유한 특성을 부여하지만, 어닐링은 응고 중에 형성된 두툼한 흑연을 복구할 수 없습니다.

도면의 등급 번호는 200mm 벽의 중심에 대해 아무 것도 증명하지 못합니다. 샘플링 위치가 그렇습니다.

성공 — 헤비섹션 캐스팅 사양에서 가장 중요한 문장은 샘플링 위치를 지정하는 문장입니다. 그 밖의 모든 것은 그것으로부터 따릅니다.

위험이 실제 구성요소에 집중되는 곳

가장 많이 노출된 구성 요소는 최종 사용자가 거의 볼 수 없는 구성 요소입니다. 즉, 두껍고 교차하는 벽이 있는 거대하고 하중을 견디는 연성 철 모양입니다. 공작 기계 베이스는 응고 시간이 길어지는 방식으로 금속을 집중시키며, 수년간의 사용 기간 동안 치수 안정성은 벽 내부의 사운드 매트릭스에 따라 달라집니다. 우리는 첫 번째 시뮬레이션부터 이 시계를 청키한 흑연 시계 아이템으로 취급합니다.

연성 철 공작 기계 기본 주조 이 수지 모래 주조 베이스는 스핀들, 베드 및 작업대를 지지하여 공작 기계의 정확성을 유지하는 강성과 진동 저항을 제공합니다. 두꺼운 교차 벽은 주물 내부에 건전한 흑연 형태를 요구합니다. 제품보기 →

공작 기계 기둥은 키가 크고 두껍고 구조적으로 중앙에 있는 동일한 프로파일을 가지고 있으며 기계가 절단되는 동안 형상이 그대로 유지되어야 한다는 요구도 추가됩니다. 벽 내부의 흑연 형태는 그 약속의 일부입니다.

강성과 위치 결정을 위한 공작 기계 기둥 주조 기둥은 도구, 작업대 또는 작업물을 지지하고 위치를 지정하며 절단하는 동안 형상을 그대로 유지해야 합니다. 크고 두꺼운 벽으로 이루어진 섹션은 내부 흑연 구조와 치수 안정성을 주요 품질 문제로 만듭니다. 제품보기 →

압축기 구성요소는 단면 두께와 회전 임무를 결합합니다. 크랭크케이스와 본체는 두꺼운 베어링 시트 보스와 실린더 벽을 단일 주조로 쌓아 올리고 회전 장비는 내부 결함을 용납하지 않습니다. 우리의 압축기 주조 프로그램 이 조합이 일상적인 차체, 크랭크케이스, 베어링 시트, 로터 시트 및 실린더를 포함합니다.

두꺼운 베어링 시트가 있는 압축기 크랭크케이스 주조 이 크랭크케이스는 회전 작업을 위해 무거운 부분, 베어링 시트 보스 및 실린더 벽을 하나의 주조물에 결합합니다. 회전 장비는 내부 결함이 거의 허용되지 않으므로 두꺼운 벽의 건전한 응고가 필수적입니다. 제품보기 →

펌프 본체와 압력 유지 부품은 무거운 부분 위에 주기적 하중을 추가하고, 풍력 에너지 구성 요소(가장 무거운 부분이 연성 철로 된 허브와 메인 프레임)는 동일한 문제의 가장 까다로운 끝에 위치합니다.

결론

연성주철의 덩어리진 흑연은 시간과 화학적 결함입니다. 무거운 부분이 천천히 냉각되고 허용적인 구성이 허용되는 곳에서 성장하고 경도를 그대로 유지하며 일상적인 점검에서 숨어 있으면서 연신율과 피로 강도가 불균형적으로 낮아집니다.

• 얇은 벽이 아닌 무거운 부분의 열 중심에 형성됩니다.
• 3%를 향해 표류하는 실리콘, 높은 탄소 등가물 및 중간 희토류 잔류물이 위험을 높입니다.
• 감지는 금속 조직학을 위해 핫스팟을 분할하는 것을 의미합니다. 경도와 피부 샘플에서는 이를 드러내지 않습니다.
• 저가형 실리콘 창, 캡핑된 희토류 잔류물, 작은 안티몬 또는 주석 첨가 및 국지적 냉각이 모두 이를 억제합니다.
• 구매자의 가장 강력한 도구는 등급, 샘플링 위치 및 핫스팟 기반 흑연 허용 여부를 지정하는 사양입니다.

이러한 조치 중 어느 것도 이국적이지 않습니다. 이는 수톤에 달하는 베이스와 프레임을 정기적으로 타설하는 모든 주조소의 표준 관행입니다. 수십 년 동안 작동하는 무거운 주조물과 사용 중 균열이 발생하는 주조물 사이의 차이는 일반적으로 납품 몇 달 전에 화학 시트, 시뮬레이션 모델 및 샘플링 계획을 통해 결정됩니다. 이러한 문서를 관리하는 주조업체와 이를 읽는 구매자는 실패 보고서에서 덩어리진 흑연을 거의 발견하지 못합니다.