Memproduksi 410 bagian baja tahan karat dengan sol silika, berat 205 gram, dengan cacat bintik oksidasi permukaan: penyebab dan solusi

Bila menggunakan bubuk zirkon/pasir sebagai lapisan permukaan, titik dan bintik oksidasi akan muncul pada produksi komponen baja tahan karat 410 (terutama komponen kecil dengan berat sekitar 200 gram). Bagaimana kita harus menyelidiki penyebabnya dan mengembangkan solusinya. Mari kita analisis kesimpulan inti satu per satu: oksidasi "titik dan titik" ini biasanya tidak disebabkan oleh satu faktor saja, melainkan akibat reaksi hebat antara cairan baja yang sangat aktif dan antarmuka cangkang yang terkontaminasi secara lokal. Akar penyebab masalahnya terutama terletak pada "kualitas cangkang" dan "reaksi antarmuka cangkang baja cair".

1、 Alasan utama pembentukan bintik/bintik oksidasi dianalisis, dikombinasikan dengan karakteristik "lapisan permukaan bubuk zirkon/pasir" dan "titik oksidasi". Alasan utama diurutkan berdasarkan kemungkinannya sebagai berikut:

1. Kontaminasi lapisan permukaan cangkang (tersangka utama) Bahan zirkonia itu sendiri: Bubuk/pasir Zirkonia berkualitas buruk atau lembab mungkin mengandung pengotor seperti besi oksida (Fe ₂ O3) dan titanium oksida (TiO ₂). Pada suhu tinggi, pengotor ini akan bereaksi secara kimia dengan unsur-unsur seperti kromium (Cr) dan aluminium (Al) dalam baja tahan karat, meninggalkan bekas reaksi lokal (yaitu tanda oksidasi) pada permukaan coran. Polusi selama pengoperasian: Di bengkel pembuatan cangkang, karat, debu, dan bahan organik (seperti serat sarung tangan dan minyak) dapat tercampur selama proses pelapisan atau pengamplasan permukaan. Polutan-polutan ini akan membentuk “titik lemah” dengan titik leleh rendah atau aktivitas lokal yang tinggi setelah kalsinasi cangkang. Stabilitas sol silika: jika sol silika memiliki gel atau polusi lokal, hal ini akan mempengaruhi keseragaman lapisan, sehingga kekuatan lokal atau pengayaan pengotor tidak mencukupi.

2. Pemanggangan cangkang yang tidak mencukupi dan sisa kelembapan (alasan utama): Sisa kelembapan adalah salah satu alasan paling umum terbentuknya "titik oksidasi". Jika suhu pemanggangan cangkang tidak mencukupi (<900 ℃) atau waktu isolasi tidak mencukupi, akan terdapat sisa air kristal atau air kimia di lapisan dalam cangkang (terutama cangkang tebal dan besar). Ketika baja cair bersuhu tinggi disuntikkan, air langsung menguap, dan tekanan uapnya sangat tinggi, menembus cangkang tipis yang mengeras di bagian depan baja cair, memperlihatkan bagian dalam baja cair segar dan mengalami reaksi oksidasi dengan uap air: Fe+H ₂ O → FeO+H ₂, membentuk titik seperti lubang dan kerak oksida. Residu karbon organik: Pemanggangan yang tidak sempurna dapat menyebabkan karbonisasi senyawa organik dalam sol silika dan zat pelepas jamur alih-alih pembakaran sempurna, sehingga membentuk daerah kaya karbon lokal. Ketika baja cair bersentuhan dengan area ini, karbon akan mereduksi SiO₂ di dalam cangkang, menghasilkan gas CO, yang juga akan merusak permukaan baja cair dan menyebabkan oksidasi lokal dan karburasi.

3. Perlindungan peleburan dan penuangan yang tidak memadai (alasan mendasar) deoksidasi yang tidak lengkap: Kromium dalam baja tahan karat 410 rentan terhadap oksidasi. Jika deoksidasi akhir (biasanya menggunakan aluminium) tidak mencukupi, kandungan oksigen terlarut dalam baja cair akan tinggi, dan cenderung menggumpal di permukaan atau bergabung dengan reaktan cangkang pada akhir pemadatan, membentuk titik seperti oksida. Aliran perlindungan pengecoran tidak memadai: Bahkan dengan perlindungan gas argon, jika aliran udara terlalu lemah, tersebar tidak merata, atau terganggu, udara masih akan ditarik ke dalam aliran pengecoran dan mangkuk sariawan, menyebabkan tetesan baja terciprat dan teroksidasi dan memasuki rongga cetakan bersama aliran tersebut, membentuk titik oksidasi tersebar.

4. Ketidaksesuaian parameter proses (faktor pemicu) Ketidaksesuaian antara suhu cangkang dan suhu penuangan: Suhu pemanasan awal cangkang terlalu rendah (misalnya<600 ℃), sedangkan suhu penuangan baja cair terlalu tinggi. Perbedaan suhu antara keduanya terlalu besar, yang akan mengintensifkan ledakan gas antarmuka dan kejutan termal, serta menyebabkan reaksi titik. Baja cair terlalu panas: Suhu leleh yang berlebihan (seperti melebihi 1650 ℃) akan meningkatkan reaktivitas kimia antara baja cair dan cangkangnya.

2、 Solusi sistematis (dari keadaan darurat hingga akar permasalahan) Langkah 1: Investigasi dan penanganan darurat di lokasi (eksekusi segera)

1. Periksa tungku pemanggang cangkang: kalibrasi alat pengukur suhu. Pastikan suhu pemanggangan ≥ 950 ℃ dan waktu penahanan ≥ 2 jam (tergantung pertambahan ketebalan cangkang), dan periksa sirkulasi atmosfer tungku untuk memastikan gas buang dapat dibuang.

2. Periksa bahan mentah: Ambil bubuk/pasir zirkon dengan kemurnian tinggi (murni secara kimia atau kelas satu) baru untuk pengujian perbandingan. Berikan perhatian khusus pada kandungan besi (Fe) dan titanium (Ti).

3. Periksa lingkungan pembuatan cangkang: Bersihkan bengkel pembuatan cangkang, pastikan lapisan permukaan diisolasi dari area pengamplasan, dan cegah polusi debu karat. Periksa sol silika untuk partikel atau gel.

4. Memperkuat perlindungan pengecoran: tingkatkan sementara kekuatan perlindungan gas argon untuk memastikan bahwa cangkir penuangan sepenuhnya tertutup oleh gas argon selama pengecoran.

Langkah 2: Optimalisasi proses jangka pendek (dalam 1-2 minggu)

1. Optimalkan proses pemanggangan: terapkan "langkah pemanasan pemanggangan": tingkatkan waktu isolasi pada tahap 400-600 ℃ agar bahan organik dapat terurai dan menguap sepenuhnya; Pertahankan insulasi yang cukup di atas 900 ℃ untuk mengeluarkan air kimia. Untuk komponen penting, tuang segera setelah dipanggang atau simpan dalam oven bersuhu tinggi (>200 ℃) untuk mencegah penyerapan kelembapan.

2. Memperkuat perlakuan lelehan: Deoksidasi akhir yang ketat: Sebelum mengetuk, masukkan kawat aluminium ke bagian dalam baja cair untuk deoksidasi akhir, dan kendalikan kandungan sisa aluminium pada 0,02% -0,08%. Kurangi suhu penuangan dengan tepat: Dengan alasan memastikan pengisian lengkap, kurangi suhu penuangan dari superheat (seperti 1550 ℃) sebesar 10-20 ℃ untuk mengurangi reaksi termal.

3. Sesuaikan suhu cangkang cetakan: perpendek interval antara cangkang cetakan dikeluarkan dari tungku dan penuangan ke waktu sesingkat mungkin, pastikan suhu di dalam cangkang cetakan antara 800-900 ℃. Kerang bersuhu tinggi dapat mengurangi perbedaan suhu antarmuka dan memastikan pemadatan baja cair yang mulus.

Langkah 3: Pengendalian sistematis jangka panjang (solusi mendasar)

1. Peningkatan material cangkang dan proses: Uji penggantian material lapisan permukaan: Jika masalah terus berlanjut, pertimbangkan untuk mengganti material lapisan permukaan dengan alumina leburan yang lebih inert (Al ₂ O3) atau "korundum putih". Meskipun biayanya lebih tinggi, reaktivitas baja kromium tinggi lebih rendah. Pengenalan proses sintering lapisan permukaan: Setelah menyelesaikan pembuatan lapisan permukaan dan lapisan kedua, sintering tambahan suhu rendah (800 ℃) ditambahkan untuk memadatkan lapisan permukaan dan menghilangkan beberapa zat yang mengeluarkan gas terlebih dahulu.

2. Meningkatkan sistem peleburan dan penuangan: menerapkan peleburan pelindung argon: menggunakan gas argon untuk menutupi atau meniup selama peleburan tungku induksi. Menggunakan pengecoran vakum atau atmosfer pelindung: Untuk produk dengan permintaan tinggi, berinvestasi dalam pengecoran peleburan tungku induksi vakum atau kotak pengecoran berisi argon adalah solusi paling menyeluruh.

3. Tetapkan titik pemantauan proses: Inspeksi bahan baku: Lakukan pengambilan sampel kandungan pengotor untuk setiap batch bubuk zirkon. Catatan pemanggangan cangkang: Tetapkan pemantauan kurva waktu suhu untuk setiap tungku pemanggangan. Peta cacat pengecoran: Ambil foto dan arsipkan lokasi dan morfologi titik oksidasi, analisis korelasinya dengan posisi pohon, dan telusuri sumber polusi.

Ringkaslah proses pemecahan masalah yang direkomendasikan untuk masalah "titik/bintik oksidasi pada lapisan permukaan pasir bubuk zirkon dalam pengecoran 205 gram". Disarankan untuk memprioritaskan pemecahan masalah sebagai berikut:

1. Kecurigaan utama: Apakah pemanggangan cangkangnya cukup? Melakukan percobaan perbandingan dengan menaikkan suhu pemanggangan dan waktu penahanan.

2. Kecurigaan sekunder: Apakah bahan zirkon itu murni? Gantikan kumpulan bahan yang diketahui memiliki kemurnian tinggi untuk pengujian komparatif.

3. Periksa secara bersamaan: Apakah perlindungan penuangan benar-benar efektif? Periksa status aliran udara pada pipa argon, flow meter, dan sprue cup.

4. Pengoptimalan akhir: Sesuaikan pencocokan parameter proses, terutama suhu cangkang dan suhu penuangan. Melalui penyelidikan dan optimalisasi sistematis di atas, terutama memastikan kekeringan dan kebersihan mutlak pada cangkang serta memperkuat perlindungan antarmuka, titik dan bintik oksidasi pada permukaan coran presisi baja tahan karat 410 dapat dihilangkan secara efektif.