I difetti di porosità sono fori o cavità indesiderati che si formano nelle fusioni metalliche, rendendo le parti più deboli e più soggette a guasti. colata di investimento, la porosità è uno dei problemi più comuni che i produttori devono affrontare.
Esistono tre tipi principali di porosità: porosità del gas (bolle lisce e rotonde), porosità da ritiro (cavità frastagliate, simili a quelle di un albero) e microporosità (minuscoli vuoti interconnessi). Ogni tipologia ha cause diverse e richiede soluzioni diverse.
La porosità del gas crea bolle rotonde che sembrano forellini o sfiatatoi nel metallo. Queste bolle si formano quando i gas intrappolati nel metallo liquido non riescono a fuoriuscire durante il raffreddamento.
La causa principale è l'idrogeno gassoso prodotto dall'umidità. Quando il vapore acqueo entra in contatto con il metallo caldo, si decompone in idrogeno. Raffreddandosi, l'idrogeno forma bolle perché il metallo freddo non riesce a trattenere la stessa quantità di gas del metallo caldo.
Altre fonti di gas includono:
Il modo migliore per prevenire la porosità dei fori di gas è rimuovere l'umidità e i gas prima della fusione. Riscaldare e asciugare accuratamente lo stampo in ceramica per eliminare tutta l'acqua. Questo semplice passaggio previene la maggior parte dei problemi legati all'idrogeno.
Utilizzare la fusione sotto vuoto o la schermatura con gas argon per proteggere il metallo dall'aria. Questi metodi rimuovono i gas disciolti e ne impediscono l'ingresso di nuovi. L'aggiunta di speciali flussi chimici aiuta anche a estrarre l'idrogeno dalla fusione.
Versare il metallo lentamente e uniformemente per evitare la formazione di bolle d'aria. Gli stampi con riempimento dal basso funzionano meglio di quelli con riempimento dall'alto perché creano meno turbolenza. Mantenere il metallo pulito ed evitare rottami contaminati che potrebbero contenere umidità o oli.
La porosità da ritiro si manifesta come fori o tubi irregolari e angolari all'interno del getto. Questo ritiro del getto si verifica perché il metallo occupa meno spazio allo stato solido rispetto allo stato liquido, con un ritiro tipico del 3-7% in volume.
Questi difetti si formano in sezioni spesse che si raffreddano per ultime. Quando il metallo circostante si solidifica per primo, interrompe l'afflusso di metallo liquido a queste aree. Senza metallo fresco a riempire lo spazio, si formano delle cavità man mano che il liquido rimanente si ritira.
Le cause più comuni includono:
Una buona progettazione previene la maggior parte del ritiro da solidificazione. Aggiungete valvole di colata e colonne montanti che rimangano liquide più a lungo della fusione, creando un percorso per il flusso di metallo fresco. Posizionate questi alimentatori vicino alle sezioni spesse che necessitano di più metallo.
Utilizzare inserti metallici per accelerare il raffreddamento nelle aree spesse. Questo forza la solidificazione direzionale dal getto verso gli alimentatori. L'uso di cuscinetti isolanti sulle sezioni sottili può rallentarne il raffreddamento, dando alle aree spesse più tempo per solidificarsi correttamente.
Includete un adeguato margine di restringimento nel vostro progetto, in genere l'1-2% in più nelle sezioni spesse. Smussate gli angoli acuti con raggi ampi per evitare improvvisi cambiamenti di spessore.
La microporosità crea reti di minuscoli vuoti visibili solo al microscopio. Questa porosità interna si forma tra i cristalli metallici (dendriti) durante le fasi finali del congelamento.
Le leghe con un ampio intervallo di congelamento sono le più soggette a questo difetto. Man mano che i dendriti crescono, intrappolano piccole sacche di metallo liquido. Questo liquido intrappolato non riesce ad alimentare il ritiro che avviene attorno ad esso, creando innumerevoli piccole cavità.
Gli acciai altolegati e le superleghe presentano spesso microporosità perché solidificano in un ampio intervallo di temperature. Il raffreddamento rapido peggiora la situazione, riducendo il tempo di scorrimento del metallo liquido tra i dendriti.
Rallentare il raffreddamento per dare al metallo liquido più tempo per alimentare le aree soggette a restringimento. Temperature di colata più basse aiutano, ma solo di 50-100 °C per evitare altri problemi. La pressofusione comprime alcuni pori durante la solidificazione.
La pressatura isostatica a caldo (HIP) dopo la fusione è la soluzione più efficace. Questo processo sfrutta alte temperature e pressioni per comprimere i vuoti interni.
Quando possibile, scegliere leghe con intervalli di congelamento ristretti. Aggiungere affinatori di grano per creare cristalli più piccoli e uniformi che riducano la microporosità tra di essi.
La porosità superficiale si manifesta come piccole cavità sulla superficie del getto. Spesso si verificano rivestimenti scadenti dello stampo o inclusioni di ossido. causare questi difettiUtilizzare metallo pulito e un flusso adeguato per rimuovere gli ossidi prima della colata.
La porosità da reazione si verifica quando il metallo reagisce chimicamente con lo stampo. Questo crea gas proprio all'interfaccia metallo-stampo. Scegliete materiali per stampi che non reagiscano con la vostra lega specifica.
La porosità da fusione indebolisce i componenti e causa guasti, ma comprenderne ogni tipo aiuta a prevenirla. La porosità da gas richiede il controllo dell'umidità e un'adeguata ventilazione. La porosità da ritiro richiede una buona progettazione dell'alimentazione. La microporosità richiede un raffreddamento controllato o un trattamento post-fusione. Con tecniche appropriate, è possibile produrre getti solidi con difetti di porosità minimi.
