Come prevenire le crepe nella fusione dei metalli

Le crepe nella fusione sono i difetti più costosi nella produzione di metalli. Rovinano i pezzi, sprecano materiali e ritardano i programmi di produzione.

La chiave per prevenire le crepe è comprenderne le tre tipologie principali: le crepe calde si formano durante la solidificazione, le crepe fredde compaiono dopo il raffreddamento e le crepe da restringimento si sviluppano a causa di una contrazione non uniforme.

Ogni tipologia richiede specifiche strategie di prevenzione. Controllando la temperatura, modificando la composizione della lega e ottimizzando la progettazione dello stampo, i produttori possono eliminare la maggior parte delle cricche di fusione prima che si formino.

Lacrime calde

Le rotture calde sono crepe frastagliate che si formano quando il metallo è parzialmente solido, ovvero tra lo stato liquido e quello solido. Si verificano perché diverse sezioni si raffreddano a velocità diverse, creando tensioni che lacerano il metallo debole e pastoso.

Queste crepe si formano solitamente in corrispondenza di angoli acuti, transizioni da spessori a spessori sottili e aree vincolate in cui il metallo non può muoversi liberamente durante il raffreddamento.

Strategie di prevenzione per le lacrime calde:

• Ridurre gli angoli acuti – Arrotondare tutti gli angoli interni con raggi generosi per distribuire uniformemente lo stress durante la solidificazione
• Controllare la velocità di raffreddamento – Utilizzare raffreddamenti nelle sezioni spesse e isolamento nelle aree sottili per ottenere una solidificazione uniforme in tutta la fusione
• Modificare la composizione della lega – Aggiungere raffinatori di grano come titanio o boro per creare strutture di grano più piccole e più forti che resistono allo strappo
• Migliora il design dello stampo – Creare nuclei pieghevoli e sezioni di stampo flessibili che si muovono con il metallo che si restringe invece di trattenerlo
• Ottimizzare la temperatura di colata – Versare alla temperatura più bassa possibile per ridurre al minimo i gradienti termici e ridurre il tempo di solidificazione

Crepe fredde

Le cricche fredde si formano dopo che il getto si è completamente solidificato e raffreddato a una temperatura inferiore a 400 °C. A differenza delle cricche calde, queste cricche presentano superfici lisce e spesso seguono i bordi dei grani.

Sono il risultato di tensioni residue che superano la resistenza del metallo a temperature più basse.

Metodi di prevenzione delle crepe da freddo:

• Controllare la velocità di raffreddamento – Raffreddare lentamente i getti attraverso intervalli di temperatura critici, in particolare per acciai ad alto tenore di carbonio e leghe fragili
• Trattare termicamente in modo adeguato – Applicare la ricottura di distensione subito dopo la fusione per eliminare le tensioni interne prima che causino crepe
• Evitare rapidi sbalzi di temperatura – Non raffreddare mai i getti caldi in acqua fredda o esporli a correnti d’aria durante il raffreddamento
• Progettato per uno spessore uniforme – Mantenere uno spessore della parete costante per evitare la concentrazione di stress dovuta a velocità di raffreddamento differenziali
• Utilizzare la selezione della lega appropriata – Scegliere leghe duttili con buona tenacità a bassa temperatura per le parti soggette a cicli termici

Crepe da ritiro

Le cricche da ritiro si formano quando il metallo liquido non riesce a nutrire le aree in fase di solidificazione e contrazione. Queste cricche spesso si presentano come vuoti irregolari o difetti lineari nelle ultime aree a solidificarsi.

Sono più comuni nei tratti più spessi e nei punti caldi isolati.

Prevenzione efficace delle crepe da ritiro:

• Progettare montanti adeguati – Dimensionare i riser 1.5 volte più grandi delle sezioni che alimentano e posizionarli nei punti più alti e spessi
• Creare solidificazione direzionale – Progettare modelli di raffreddamento in modo che il metallo si solidifichi progressivamente verso i riser, mantenendo i percorsi di alimentazione del liquido
• Ridurre lo spessore della sezione – Sostituire le sezioni solide con modelli nervati o con anima che si raffreddano uniformemente senza creare punti caldi isolati
• Aggiungere aiuti per l'alimentazione – Utilizzare manicotti esotermici e materiali isolanti sui riser per mantenerli liquidi più a lungo della colata
• Calcolare l'indennità di restringimento – Considerare il tipico restringimento volumetrico del 5-7% nella progettazione del modello e nelle dimensioni del montante
• Migliorare i sistemi di controllo – Progettare canali e porte che mantengano la temperatura del metallo e favoriscano un riempimento regolare e senza turbolenze