Analisi dei difetti di fusione e formatura nei materiali metallici

 

I difetti di fusione nei materiali metallici

 

Difetti di fusione nei materiali metallici e relative misure preventive

 

Porosità del gas

 

 

 

 

Caratteristiche:

La porosità da gas si riferisce alle cavità formate all'interno delle fusioni quando i gas non riescono a fuoriuscire dal metallo fuso prima che si solidifichi. Questi difetti hanno in genere pareti interne lisce e lucide, a volte con una leggera colorazione da ossidazione.

 

Impatto:

La porosità del gas riduce l'area portante effettiva del getto, diminuendone la resistenza all'impatto e la resistenza alla fatica. Inoltre, influisce negativamente sulla resistenza alla corrosione e al calore del getto.

 

Misure preventive:

Rivedere i sistemi di distribuzione e di sollevamento non ragionevoli per garantire un flusso regolare del metallo ed evitare l'intrappolamento del gas.

Preriscaldare gli stampi e le anime prima di applicare i rivestimenti e accertarsi che siano completamente asciutti prima dell'uso.

Progettare stampi e anime dotati di adeguate misure di ventilazione per consentire la fuoriuscita del gas.

 

Porosità da ritiro

 

 

 

 

La porosità da ritiro è classificata in due tipi: ritiro concentrato e ritiro disperso.

 

Caratteristiche:

Cavità formatesi durante il processo di fusione a causa del ritiro del metallo liquido durante la solidificazione.

Durante la solidificazione del metallo, si verifica un restringimento del volume e il metallo fuso non riesce a compensare, portando a cavità di restringimento nelle ultime aree solidificate. La porosità da restringimento può essere classificata in due tipi: restringimento concentrato e restringimento disperso.

 

Impatto:

Riduce le proprietà meccaniche e la resistenza della fusione.

 

Misure preventive:

Migliora la qualità della fusione e riduce il contenuto di gas.

Aumentare la temperatura di colata e ritardare il tempo di solidificazione.

Ottimizzare il sistema di distribuzione per ridurre al minimo i percorsi di colata eccessivamente lunghi.

Evitare di rimuovere il getto dallo stampo troppo presto per evitare interferenze prima della completa solidificazione.

 

Inclusioni

 

 

 

 

Caratteristiche:

Impurità o sostanze estranee, come ossidi e silicati, presenti nel processo di fusione.

 

Impatto:

Comporta una riduzione della tenacità e della fragilità della fusione, abbassandone le proprietà meccaniche.

 

Misure preventive:

Rafforzare il controllo e la pulizia delle materie prime, controllare le temperature di fusione e di colata del materiale di fusione.

Assicurarsi che il forno e gli utensili siano puliti, privi di ossidi, preriscaldati e che il rivestimento sia asciutto dopo l'applicazione.

 

Chiusura a freddo e versamento insufficiente

 

Caratteristiche:

Riempimento incompleto o scadente dello stampo dovuto a insufficiente capacità del metallo liquido di fluire e riempire correttamente lo stampo, con conseguente riempimento parziale o fusione del getto.

 

Impatto:

Forma del getto incompleta e proprietà meccaniche compromesse.

 

Misure preventive:

Aumentare la temperatura e la velocità di versamento.

Ottimizzare la progettazione del sistema di distribuzione per garantire un flusso regolare del metallo.

 

Crepe

 

 

 

 

Caratteristiche:

Fessure lineari o irregolarmente curve sulla superficie o all'interno della fusione.

 

Impatto:

Riduce direttamente la resistenza e la stabilità della fusione.

 

Misure preventive:

Evitare il surriscaldamento localizzato nel sistema di distribuzione vero e proprio per ridurre lo stress interno.

Assicurarsi che gli angoli di spoglia dello stampo e dell'anima siano maggiori di 2 gradi, quindi rimuovere l'anima e aprire lo stampo una volta che la colata si è solidificata.

Controllare lo spessore del rivestimento per garantire velocità di raffreddamento uniformi in tutte le parti della fusione.

 

Buche di sabbia

 

Piccoli fori riempiti con sabbia di formatura (anima) sulla superficie o all'interno della fusione, un difetto di fusione comune che spesso porta al rigetto della fusione stessa.

 

Inclusione di sabbia

 

La superficie della fusione è parzialmente o interamente ricoperta da una miscela di metallo (o ossidi metallici) e sabbia (o rivestimento), oppure da sabbia per stampi bruciata, rendendo la superficie della fusione ruvida.

 

 

 

Difetti nella forma e nella configurazione dei getti dovuti a vari motivi, tra cui riempimenti mancanti, riempimenti incompleti, perdite dallo stampo e incendi dei canali di colata.

 

Otturazioni non complete (otturazioni incomplete)

 

I getti sono incompleti o hanno contorni imperfetti, spesso appaiono arrotondati e lucidi su bordi e angoli, specialmente in aree distanti dalla sprue e in pareti sottili. Il sistema di colata è riempito. La parte superiore del getto ha carne mancante, con bordi leggermente arrotondati, e la superficie superiore della sprue è a livello del getto.

 

Esistono molti tipi di difetti di fusione nei materiali metallici, ma la maggior parte può essere prevenuta e ridotta ottimizzando i processi di fusione, migliorando la qualità delle materie prime e potenziando la manutenzione delle attrezzature. Le aziende di fonderia dovrebbero concentrarsi sull'innovazione dei processi e sul progresso tecnologico per migliorare continuamente la qualità della fusione per soddisfare le richieste del mercato e dei clienti.

 

II Difetti di lavorazione e formatura dei materiali metallici

 

Durante la lavorazione e la formatura dei materiali metallici possono verificarsi vari difetti che incidono notevolmente sulle proprietà del materiale e sulla qualità del prodotto.

 

Surriscaldamento e burnout

 

Surriscaldamento:Quando il metallo viene riscaldato o lavorato per lunghi periodi ad alte temperature, si ottiene una struttura a grana grossa e grani grandi. Il surriscaldamento può causare punti ruvidi, buccia d'arancia e grani ingrossati sulla superficie. Mentre la resistenza delle leghe surriscaldate diminuisce leggermente, la loro tenacità all'impatto e duttilità a temperatura ambiente diminuiscono significativamente, rendendo il materiale fragile.

 

 

 

(T10A acciaio microstruttura surriscaldata 400X)

 

La microstruttura in prossimità della crepa nel pezzo in acciaio T10A temprato, come mostrato nell'immagine sopra, è costituita da perlite nera lungo i bordi dei grani, lamelle grossolane di martensite con elevato contenuto di carbonio, austenite residua bianca e una quantità minima di carburi precipitati.

 

Esaurimento:Quando il metallo viene riscaldato vicino o alla sua temperatura di fusione per un periodo prolungato o eccessivamente, si verifica una fusione localizzata di componenti a basso punto di fusione o un indebolimento dei bordi dei grani, noto come burnout. Il burnout provoca una superficie ruvida, l'ingrossamento e il raddrizzamento dei bordi dei grani, la sfilacciatura dei bordi dei grani e può persino portare a crepe. Il burnout riduce significativamente la forza di legame del metallo.

 

 

 

(Microstruttura bruciata W18Cr4V 400X)

 

La microstruttura mostrata nell'immagine sopra è la struttura temprata e surriscaldata dell'acciaio W18Cr4V, costituita da martensite aghiforme di colore bianco-grigio e matrice austenitica residua, carburi reticolati di colore bianco brillante lungo i bordi dei grani e troostite nera.

 

Misure preventive per il surriscaldamento

 

Metodi di riscaldamento idonei e velocità di riscaldamento: Selezionare metodi di riscaldamento e velocità di riscaldamento appropriati in base alle proprietà e alla forma del materiale. Ad esempio, utilizzare metodi di riscaldamento uniformi o riscaldamento graduale per evitare alte temperature localizzate.

 

Regolazione dei parametri dell'attrezzatura: In base alle effettive condizioni di produzione e alle caratteristiche del materiale, regolare la potenza dell'apparecchiatura di riscaldamento, la precisione del controllo della temperatura durante il riscaldamento, la velocità di movimento del materiale, ecc., per garantire un riscaldamento uniforme e un controllo preciso della temperatura.

 

Controllo della composizione del gas del forno:Ridurre l'eccesso di aria nel forno per creare un'atmosfera debolmente ossidante, soprattutto quando si riscaldano pezzi forgiati in acciaio inossidabile.

 

Controllo della temperatura di riscaldamento e del tempo di mantenimento:Impostare temperature di riscaldamento e tempi di mantenimento ragionevoli per i diversi materiali metallici e le diverse esigenze di lavorazione, per evitare un riscaldamento eccessivo e tempi di mantenimento prolungati.

Durante il riscaldamento in un forno a fiamma, mantenere una certa distanza tra la billetta e l'ugello del bruciatore per evitare il contatto diretto delle fiamme con la billetta. Per il riscaldamento in forno a resistenza, controllare la distanza tra la billetta e il filo di resistenza per evitare il surriscaldamento locale.

 

Selezione e rifiuto dei materiali: Prestare attenzione quando si riscaldano acciai ad alto tenore di carbonio e acciai legati a basso tenore di carbonio, soggetti a surriscaldamento, per evitare il surriscaldamento.L'acciaio che ha già subito un surriscaldamento o un surriscaldamento localizzato deve essere scartato tempestivamente per impedire la contaminazione dei prodotti finiti ed evitare maggiori perdite.

 

Controllo delle apparecchiature per il trattamento termico:Modificare la struttura e le caratteristiche delle apparecchiature per il trattamento termico, ad esempio utilizzando forni di tempra avanzati per il trattamento termico, per evitare il surriscaldamento durante il trattamento termico.

 

Crepe e fessure

 

Crepe di lavorazione: metodi di lavorazione non corretti o difetti procedurali possono causare crepe di lavorazione. Queste crepe possono essere classificate in crepe termiche e crepe fredde, con varie forme come crepe longitudinali, crepe trasversali e crepe laterali.

 

 

(Crepe causate da temperature eccessive durante la macinazione)

 

Crepe da trattamento termico:Quando all'interno della lega sono presenti stress residui significativi, come quando gli stress termici indotti dal riscaldamento si allineano e superano la resistenza del metallo, possono verificarsi delle cricche. Inoltre, durante il processo di riscaldamento, le leghe possono precipitare seconde fasi lungo i bordi dei grani, creando stress secondari, o subire cambiamenti di volume significativi dovuti alla trasformazione di fase, che può anche portare alla criccatura.

 

 

(Cricche da tempra)

 

Per prevenire e ridurre questi difetti, è necessario controllare rigorosamente fattori quali temperatura di riscaldamento, metodi di lavorazione, composizione della lega, ecc., durante il processo di lavorazione e formatura del materiale metallico. Inoltre, è fondamentale migliorare l'ispezione e il controllo della qualità del prodotto. Inoltre, l'impiego di tecniche avanzate di test non distruttivi come la scansione TC industriale può rilevare e controllare efficacemente i difetti interni nei materiali metallici.