Изготовление 410 деталей из нержавеющей стали с силиказолем массой 205 грамм, с дефектами в виде пятен окисления на поверхности: причины и пути решения

При использовании цирконового порошка/песка в качестве поверхностного слоя при производстве деталей из нержавеющей стали 410 (особенно мелких деталей массой около 200 грамм) появляются точки и пятна окисления. Как нам следует исследовать причины и разрабатывать решения. Давайте проанализируем основные выводы один за другим: это «точечное» окисление обычно вызвано не каким-то одним фактором, а скорее результатом бурной реакции между высокоактивной стальной жидкостью и локально загрязненной границей раздела оболочки. Основная причина проблемы в основном заключается в «качестве оболочки» и «реакции на границе раздела стальной жидкой оболочки».

1、 Анализируются основные причины образования пятен/пятен окисления в сочетании с характеристиками «поверхностный слой цирконового порошка/песка» и «точечное окисление». Основные причины ранжированы в порядке возможности следующим образом:

1. Загрязнение поверхностного слоя корпуса (основное подозрение). Сам материал циркония: плохое качество или влажный порошок/песок циркония может содержать примеси, такие как оксид железа (Fe ₂ O3) и оксид титана (TiO ₂). При высоких температурах эти примеси вступают в химическую реакцию с такими элементами, как хром (Cr) и алюминий (Al) в нержавеющей стали, оставляя локализованные следы реакции (т. е. следы окисления) на поверхности отливки. Загрязнение во время работы: В цехе по изготовлению корпусов ржавчина, пыль и органические вещества (например, волокна перчаток и жир) могут смешиваться во время процесса покрытия поверхности или шлифовки. Эти загрязняющие вещества образуют «слабые места» с низкой температурой плавления или высокой активностью локально после прокаливания скорлупы. Стабильность золя кремнезема: если золь кремнезема имеет локальный гель или загрязнение, это повлияет на однородность покрытия, что приведет к недостаточной местной прочности или обогащению примесями.

2. Недостаточная прожарка скорлупы и остаточная влажность (основная причина): Остаток влаги является одной из наиболее частых причин образования «точек окисления». Если температура обжарки скорлупы недостаточна (<900 ℃) или время изоляции недостаточно, в глубоких слоях скорлупы (особенно толстых и крупных скорлуп) будет оставаться остаточная кристаллическая вода или химическая вода. При впрыске высокотемпературной расплавленной стали вода мгновенно испаряется, а давление пара чрезвычайно велико, прорывая затвердевшую тонкую оболочку в передней части расплавленной стали, обнажая свежую расплавленную сталь внутри и подвергаясь реакции окисления с водяным паром: Fe+H ₂ O → FeO+H ₂, образуя точечные ямки и оксидные окалины. Остаток органического углерода: неполный обжиг может привести к карбонизации органических соединений в кремнезоле и антиадгезивах вместо полного сгорания, образуя локализованные области, богатые углеродом. Когда расплавленная сталь вступает в контакт с этой областью, углерод восстанавливает SiO ₂ в оболочке, выделяя газ CO, который также повреждает поверхность расплавленной стали и вызывает местное окисление и науглероживание.

3. Недостаточная защита при плавке и разливке (основная причина) неполное раскисление: Хром в нержавеющей стали 410 склонен к окислению. Если окончательное раскисление (обычно с использованием алюминия) недостаточно, содержание растворенного кислорода в расплавленной стали будет высоким, и он будет иметь тенденцию агрегироваться на поверхности или соединяться с реагентами оболочки в конце затвердевания, образуя точечные оксиды. Недостаточный поток защиты отливки: даже при защите аргоном, если поток воздуха слишком слаб, неравномерно распределен или нарушен, воздух все равно будет втягиваться в поток отливки и литник, вызывая разбрызгивание и окисление капель стали, которые вместе с потоком попадают в полость формы, образуя точки рассеянного окисления.

4. Несоответствие параметров процесса (триггерный фактор). Несоответствие между температурой корпуса и температурой заливки: температура предварительного нагрева корпуса слишком низкая (например, <600 ℃), а температура заливки расплавленной стали слишком высока. Разница температур между ними слишком велика, что усилит взрыв газа на границе раздела и тепловой удар, а также вызовет точечные реакции. Перегрев расплавленной стали: чрезмерная температура плавления (например, более 1650 ℃) усилит химическую реактивность между расплавленной сталью и оболочкой.

2. Систематическое решение (от чрезвычайной ситуации до первопричины). Шаг 1. Расследование и устранение аварийной ситуации на месте (немедленное выполнение).

1. Проверьте печь для обжига кожуха: откалибруйте прибор для измерения температуры. Убедитесь, что температура обжига составляет ≥ 950 ℃, а время выдержки составляет ≥ 2 часов (в зависимости от увеличения толщины оболочки), а также проверьте циркуляцию атмосферы печи, чтобы убедиться, что выхлопные газы могут быть удалены.

2. Проверка сырья: Возьмите новую партию цирконового порошка/песка высокой чистоты (химически чистого или первого сорта) для сравнительного тестирования. Обратите особое внимание на содержание железа (Fe) и титана (Ti).

3. Проверьте среду изготовления корпуса: очистите цех изготовления корпуса, убедитесь, что поверхностное покрытие изолировано от зоны шлифования, и не допускайте загрязнения ржавчиной пыли. Проверьте кремнезем на наличие частиц или геля.

4. Усиление защиты от литья: временно увеличьте прочность защиты от газа аргона, чтобы гарантировать, что разливочная чашка полностью покрыта газом аргоном во время литья.

Шаг 2: Краткосрочная оптимизация процесса (в течение 1-2 недель)

1. Оптимизируйте процесс обжарки: внедрите «ступенчатую обжарку с подогревом»: увеличьте время изоляции на этапе 400-600 ℃, чтобы органические вещества полностью разложились и испарились; Поддерживайте достаточную изоляцию при температуре выше 900 ℃ для удаления химической воды. Важные компоненты выливайте сразу после выпечки или храните в духовке при высокой температуре (>200 ℃), чтобы предотвратить впитывание влаги.

2. Усиление обработки расплава: строгое окончательное раскисление: перед выпуском вставьте алюминиевую проволоку в глубокую часть расплавленной стали для окончательного раскисления и контролируйте остаточное содержание алюминия на уровне 0,02% -0,08%. Соответствующим образом уменьшите температуру заливки: для обеспечения полного заполнения уменьшите температуру заливки из-за перегрева (например, 1550 ℃) на 10-20 ℃, чтобы уменьшить тепловые реакции.

3. Отрегулируйте температуру оболочки формы: сократите интервал между извлечением оболочки формы из печи и заливкой до максимально короткого времени, гарантируя, что температура внутри оболочки формы находится в пределах 800-900 ℃. Высокотемпературные оболочки могут уменьшить разницу температур на границе раздела и обеспечить плавное затвердевание расплавленной стали.

Шаг 3: Долгосрочный систематический контроль (фундаментальное решение)

1. Материал корпуса и модернизация процесса: Испытание на замену материала поверхностного слоя: Если проблема не устранена, рассмотрите возможность замены материала поверхностного слоя на более инертный плавленый оксид алюминия (Al ₂ O3) или «белый корунд». Хотя стоимость выше, реакционная способность стали с высоким содержанием хрома ниже. Введение процесса спекания поверхностного слоя: после завершения изготовления поверхностного слоя и оболочки второго слоя добавляется дополнительное низкотемпературное (800 ℃) спекание для уплотнения поверхностного слоя и предварительного устранения некоторых веществ, выделяющих газ.

2. Модернизация системы плавления и разливки: внедрение плавки с защитой аргона: использование аргона для покрытия или продувки во время плавки в индукционной печи. Использование литья в вакууме или защитной атмосфере. Для продукции с высоким спросом наиболее рациональным решением является инвестирование в литье в вакуумной индукционной печи или литейные камеры, заполненные аргоном.

3. Установите точки контроля процесса: Проверка сырья: Проведите отбор проб на содержание примесей для каждой партии цирконового порошка. Регистрация обжига скорлупы: Установите контроль температурно-временной кривой для каждой обжиговой печи. Карта дефектов отливки: делайте фотографии и архивируйте расположение и морфологию точек окисления, анализируйте корреляцию с положением дерева и отслеживайте источник загрязнения.

Кратко изложите рекомендуемый процесс устранения неполадок для проблемы «точек/пятен окисления на поверхностном слое песка из цирконового порошка в 205-граммовой отливке». Рекомендуется расставить приоритеты в устранении неполадок следующим образом:

1. Основное подозрение: достаточно ли прожарена скорлупа? Провести сравнительные опыты по увеличению температуры обжарки и времени выдержки.

2. Вторичное подозрение: является ли циркон чистым? Заменить партию известных высокочистых материалов для проведения сравнительных испытаний.

3. Одновременно проверьте: действительно ли эффективна защита от разлива? Проверьте состояние воздушного потока в трубопроводе аргона, расходомере и литнике.

4. Окончательная оптимизация: отрегулируйте соответствие параметров процесса, в основном температуры корпуса и температуры заливки. Благодаря вышеупомянутому систематическому исследованию и оптимизации, особенно обеспечивающему абсолютную сухость и чистоту оболочки и усилению защиты границ раздела, можно эффективно устранить точки окисления и пятна на поверхности прецизионных отливок из нержавеющей стали 410.